Uzura este una dintre cele mai frecvente cauze ale filetelor gripate, fețelor de etanșare rupte și ansamblurilor respinse în componentele din aluminiu. Este un mecanism de uzură adeziv mai degrabă decât o simplă abraziune și se comportă diferit față de uzura din oțel, motiv pentru care practica preventivă trebuie adaptată în mod specific aluminiului. Acest articol acoperă mecanismul, opțiunile de acoperire și lubrifiant, selecția aliajelor și regulile de proiectare pentru îmbinările filetate și glisante.
Ce este durerea și de ce aluminiul este predispus la aceasta
Uzura apare atunci când suprafețele de contact aderă la nivelul asperității și apoi se rupe pe măsură ce alunecă, transferând materialul dintr-o parte în alta. Aluminiul este deosebit de susceptibil din trei motive: multe aliaje comerciale sunt moi în starea recoaptă, metalul nu are oxid de lubrifiere stabil sub sarcină, iar pelicula de oxid nativ (Al2O3) este tare, dar fragilă, astfel că se fracturează și expune metalul proaspăt, activ din punct de vedere chimic, care se sudează la rece-instantaneu pe suprafața de împerechere.
Temperatură moale:Aliajele din seriile 1000 și 3000 în starea O se deformează ușor și sunt cele mai predispuse la transferul de adeziv.
Presiune mare de contact:zonele mici ale flancurilor filetului, filetele strânse cu pas fin-și elementele de fixare peste-strânse concentrează sarcina și accelerează sudarea.
Lubrifiant absent sau înlocuit:ansamblul uscat sau lubrifiantul stors din zona de contact, îndepărtează ultimul strat de separare.
Puncte de eșec comune:elemente de fixare filetate, bucșe de fixare prin pres-, ghidaje glisante, balamale și orice îmbinare asamblată cu unelte electrice la viteză mare.
Acoperiri și tratamente de suprafață care previn uzura
Crearea unui strat dur sau cu frecare redusă-între cele două suprafețe de aluminiu este calea preventivă cea mai fiabilă. Opțiunile principale, cu intervalele lor tipice de grosime și duritate, sunt rezumate mai jos.
| Tratament | Grosimea tipică a acoperirii | Efect asupra usturimii |
|---|---|---|
| Anodizare sulfurica (Tipul II) | 5 până la 25 µm | Stratul de oxid dur reduce contactul metal-la-metal; de asemenea, îmbunătățește rezistența la coroziune |
| Anodizare dură (Tipul III) | 25 până la 50 µm | Oxid mai dens, mai dur pentru îmbinările de alunecare{0}}încărcate de uzură |
| Strat anodic impregnat-PTFE | La fel ca anodizarea de bază, cu pori etanși | Coeficient de frecare scăzut; eficient pentru alergare uscată și ciclism repetat |
| Oxidarea electrolitică a plasmei (PEO) | 20 până la 60 µm | Strat de conversie ceramică cu duritate ridicată și stabilitate termică bună |
| Lubrifiant cu peliculă uscată-lipit | 5 până la 15 µm | Disulfură de molibden sau grafit într-un liant de rășină; aplicat inainte de asamblare |
Straturile anodice sunt reglementate de seria ISO 7599 pentru acoperirile de oxidare anodică pe aluminiu, care definește cerințele privind masa de acoperire, etanșarea și uzura-. Studiile de laborator ale elementelor de fixare din aluminiu acoperite și anodizate raportează în mod obișnuit defecțiuni legate de uzură-reduse cu aproximativ 60 până la 80% în comparație cu metalul gol, dar rezultatul depinde în mare măsură de continuitatea acoperirii: orice zonă localizată neacoperită, deteriorarea vârfului firului sau tăierea marginii-prin locul de re{{7} metal devine inițial.
Lubrifianți pentru îmbinări filetate și glisante
Ungerea este a doua linie de apărare și este de obicei cea mai ieftină de implementat. Selecția depinde în principal de temperatură, mediu și riscul de coroziune galvanică.
Anti--gripare din grafit:o alegere generală bună pentru firele de aluminiu; grafitul este compatibil chimic cu aluminiul.
Antigripare pe-nichel:potrivit pentru îmbinările la temperatură înaltă-și pentru elementele de fixare din inox instalate în aluminiu, unde uzura este cea mai severă.
Antigripare pe-cupru:-eficient pe oțel, dar ar trebui evitat în medii umede,{0}}încărcate de sare sau marine pe aluminiu, deoarece cuprul acționează ca un catod și antrenează coroziunea galvanică a aluminiului.
Unsori pentru presiune extremă (EP):depășește uleiurile simple în îmbinările de-alunecare lentă, de înaltă presiune; Performanța EP este în mod normal clasată prin testarea cu patru-bile conform ASTM D2596.
Lubrifianți-film solid:bisulfura de molibden și disulfura de wolfram păstrează lubrifiantul acolo unde grăsimile convenționale se oxidează sau sunt stoarse și se potrivesc la sarcini adiacente-înalte la temperatură și vid-.
Lubrifianți pe bază de apă{0}:utile acolo unde este importantă rezistența la foc sau VOC scăzut, dar trebuie să conțină un pachet inhibitor de coroziune sau vor promova pitting în sistemele din aluminiu.
Viteza de asamblare contează la fel de mult ca și lubrifiantul în sine. Derularea sculei de-viteză mare-generează o temperatură locală de flash care distruge pelicula de lubrifiant în milisecunde; reducerea vitezei de rulare și utilizarea cuplului controlat sunt contramăsuri simple și eficiente.
Selecția aliajului, temperatură și pereche de materiale
Duritatea și microstructura domină rezistența la uzură. Aliajele din seriile 2000 și 7000 întărite prin precipitații-rezistă la uzura adezivului mult mai bine decât tipurile de aliaje pure sau scăzute-din comerț, iar temperatura T6 crește și mai mult duritatea suprafeței. Aliajele forjate depășesc, în general, calitățile turnate, iar adăugarea de elemente precum siliciul sau nichelul reduce uzura adezivului prin introducerea de particule dure de faza a doua-. Împerecherea aliajelor contează, de asemenea: cuplurile de tip-pe-asemănătoare tind să fie cel mai mult, astfel încât o componentă de aluminiu care rulează pe o suprafață diferită are adesea rezultate mai bune, cu condiția ca compatibilitatea galvanică să fie gestionată cu anodizare, șaibe de izolare sau un sistem de acoperire compatibil. Pentru îmbinările critice, ASTM G98 oferă o metodă standard pentru clasificarea rezistenței la uzură a cuplurilor de materiale.
Practică de proiectare și asamblare
Selectarea firului:creșterea jocului firului cu aproximativ 15 până la 20 la sută și preferând pasuri grosiere față de pasuri fine, scade presiunea de contact și reduce ruperea.
Durata logodnei:extindeți angajarea filetului în aluminiu, de obicei până la aproximativ de două ori diametrul nominal, astfel încât sarcina să fie răspândită pe mai multă zonă de flanc.
Inserții de filet:fire elicoidale sau inserții cu filet solid distribuie sarcina și oferă o suprafață de îmbinare mai dura, care este soluția standard pentru găurile filetate întreținute în mod repetat.
Finisarea suprafeței:lustruirea suprafețelor de contact la Ra Mai mică sau egală cu 0,8 µm reduce numărul de asperități sudabile; un finisaj în oglindă extrem de fin nu este automat mai bun, deoarece o textură ușoară poate ajuta la reținerea lubrifiantului.
Controlul cuplului:specificați valorile cuplului și verificați-le pe linie și utilizați un ciclu de -paură de cuplu- scăzută pe îmbinările noi înainte de strângerea finală.
Analiză:Analiza cu elemente finite a geometriei-portantei ajută la menținerea presiunilor locale sub nivelul la care începe transferul adezivului.
Întrebări frecvente
Î: De ce aluminiul este mai mult decât oțelul?
Aluminiul este mai moale la temperatură obișnuită, oxidul de suprafață se rupe în loc să curgă sub sarcină, iar metalul proaspăt expus la rece{0}}sudă ușor, astfel încât transferul adezivului începe la presiuni de contact mai mici decât în oțel.
Î: Ce aliaje de aluminiu rezistă cel mai bine la uzură?
Gradele întărite la precipitații cu rezistență mai mare--în seriile 2000 și 7000 și materialul temperat T6 rezistă la uzura adezivului mai bine decât aliajele din seria 1000 sau 3000. Calitățile forjate sunt în general mai bune decât piese turnate.
Î: Anodizarea elimină complet uzul?
Nu. Anodizarea reduce foarte mult riscul prin menținerea suprafețelor metalice separate, dar un strat fragil și dur se poate crăpa sub încărcare punctuală grea, iar orice zonă neacoperită sau creasta firului deteriorată devine un nou punct de inițiere.
Î: Antigriparea pe bază de-cupru este potrivită pentru firele de aluminiu?
Funcționează mecanic, dar în medii umede sau cu sare-, cuprul accelerează coroziunea galvanică a aluminiului. Compușii pe bază de grafit sau nichel-sunt mai siguri pentru îmbinările din aluminiu.
Î: Ce finisaj de suprafață ar trebui specificat?
O finisare de Ra Mai mică sau egală cu 0,8 µm pe fețele de alunecare și de etanșare este o țintă practică. Sub aproximativ 0,2 µm, beneficiile se ridică și suprafața nu mai reține lubrifiantul în mod eficient.
Î: Cum ar trebui reasamblată o îmbinare după curățare?
Curățați firele, verificați dacă există material transferat, restaurați stratul de acoperire acolo unde este deteriorat, aplicați din nou un lubrifiant compatibil anti-gripător sau solid- și strângeți la viteză și cuplu controlat.
