REUBERDO DA TECNOLO DE MATERIAL DE ENGRENAGEM: Pesquisa sobre a vida útil das ligas resistentes ao desgaste em engrenagens em espiral

No campo da transmissão industrial, como um componente central, o desempenho material do helicoidal engrenagem determina diretamente os custos de confiabilidade e operação e manutenção do equipamento. À medida que a indústria manufatureira atualiza em direção a alta precisão, alta carga e longa vida útil, o gargalo de resistência ao desgaste dos materiais tradicionais de engrenagens em condições operacionais extremas está se tornando cada vez mais proeminente. Nos últimos anos, a pesquisa e o desenvolvimento e a aplicação de materiais de liga resistente ao desgaste forneceram novas soluções para o avanço do desempenho das engrenagens em espiral, tornando-se o foco técnico do campo de transmissão industrial global.

1. Gargadas de desempenho e pontos de dor da indústria de materiais tradicionais de engrenagem

As engrenagens em espiral tradicionais usam principalmente aço carburado de 20crmnti ou aço temperado de 45#. Embora tenham uma certa força e resistência, são limitadas em alta carga, impacto forte e ambientes corrosivos:
Alta taxa de desgaste: em rolagem a quente metalúrgica, máquinas de mineração e outros cenários, a taxa de desgaste da fadiga do contato da superfície da engrenagem pode atingir 0,05 mm/mil horas, resultando em uma diminuição na precisão da transmissão;
Resistência à corrosão fraca: Em ambientes úmidos, como engenharia química e engenharia marinha, o aço tradicional é propenso a corrosão eletroquímica, e a vida média de serviço é reduzida em 30%a 50%;
Grande perda de eficiência energética: a perda de atrito causada por superfícies ásperas representa 15% a 20% do consumo total de energia do equipamento, que não está em conformidade com a tendência de fabricação verde.

2. Avanços técnicos e vantagens de desempenho de materiais de liga resistente ao desgaste

A nova liga resistente ao desgaste construiu um sistema de proteção tridimensional de "coeficiente de baixo atrito da barreira de corrosão de fase de fase rígida" por meio da combinação de elementos multi-liga e otimização da microestrutura:
Inovação da composição de ligas
Ferro fundido de alto cromo: o teor de cromo é aumentado para 20%a 30%, formando uma fase dura de carboneto de cromo do tipo M7C3, com uma microheridade de HV1400-1600, que é 4-5 vezes maior que o aço tradicional;
Alia à base de níquel: adicione 15% a 25% de elementos de níquel para formar uma solução sólida cúbica centrada na face, e sua resistência à corrosão é 8-10 vezes maior que a do aço inoxidável e é adequado para ambientes fortes de ácido e alcalino forte;
Modificação da liga de cobre: ​​Introduzir elementos de rastreamento como berílio e titânio para refinar os grãos para 5-10μm, reduzindo o coeficiente de atrito para menos de 0,03, próximo ao nível de politetrafluoroetileno.
Atualização do processo de preparação
Tecnologia de fundição de vácuo: através da fundição de liga em um ambiente de vácuo, o conteúdo de impureza é controlado abaixo de 0,005% para evitar defeitos nos poros do ar e inclusões de escória;
Processo de extinção isotérmica: a transformação da bainita é realizada em um banho de sal de 250-350 ℃, de modo que a camada de tensão compressiva residual (profundidade 0,3-0,5 mm) é formada na superfície da engrenagem e a vida útil da resistência à fadiga é aumentada em 200%a 300%;
Tecnologia de revestimento de superfície: use a tecnologia de deposição de vapor físico (PVD) para revestir o revestimento do tipo diamante (DLC), com uma espessura de 2-5μm, e a rugosidade da superfície cai abaixo do RA0.2.

3. Aplicação da indústria e verificação de dados de engrenagens em espiral de liga resistente ao desgaste

A aplicação comercial de ligas resistentes ao desgaste fez avanços em muitos campos, melhorando significativamente a confiabilidade e a economia de equipamentos:
Indústria metalúrgica: Após a engrenagem do rolo de uma fábrica de aço usa alta liga de níquel de cromo, a vida útil é estendida de 6 meses a 5 anos, a taxa de desgaste é reduzida para 0,01 mm / mil horas e o custo anual de manutenção é reduzido em 80%;
Indústria química: as engrenagens de liga à base de níquel operam continuamente em meio de ácido clorídrico (concentração de 30%, temperatura 80 ℃) por 1000 horas, com uma profundidade de corrosão de apenas 0,02 mm, 12 vezes maior que 316L de aço inoxidável;
Novo campo de energia: após a caixa de engrenagens de energia eólica usar liga resistente ao desgaste baseada em cobre, a eficiência da transmissão aumentou de 92% para 96% e o consumo anual de energia foi reduzido em cerca de 500.000 graus e o ruído caiu em 15dB (A).
De acordo com dados da International Gear Association (AGMA), o tamanho do mercado global de engrenagens de liga de liga resistente ao desgaste atingiu US $ 4,7 bilhões em 2023, com uma taxa de crescimento composto anual de 12,5%, dos quais as engrenagens espirais representam mais de 60%, tornando-se o segmento de crescimento mais rápido.

4. Evolução tecnológica futura e impacto da indústria

O desenvolvimento de materiais de liga resistente ao desgaste está iterando para composto, inteligente e verde:
Projeto estrutural composto: desenvolva materiais gradientes de "núcleo resistente da camada de superfície resistente ao desgaste" e obtenha uma combinação metalúrgica de diferentes camadas de liga através da tecnologia de revestimento a laser, levando em consideração a dureza da superfície e a resistência geral ao impacto;
Integração inteligente de monitoramento: sensor incorporado de grade Bragg (FBG) na matriz da engrenagem para monitorar mudanças de desgaste e temperatura em tempo real e combinado com o algoritmo de IA para prever a vida restante, com uma taxa de erro inferior a 5%;
Prática da economia circular: a reciclabilidade das ligas resistentes ao desgaste atinge mais de 95%, e o consumo de energia no processo de produção é 30% menor que o dos processos tradicionais de tratamento térmico, que está de acordo com os requisitos do "Plano de Ação da Economia Circular" da UE.
Desde a transmissão pesada de máquinas de mineração até o controle de precisão de equipamentos de semicondutores, as engrenagens espirais de liga resistente ao desgaste estão reformulando a lógica subjacente da transmissão industrial. Essa inovação na tecnologia de materiais não é apenas um substituto para materiais de aço tradicionais, mas também um suporte importante para a transformação da fabricação em "menos manutenção, vida longa e alta eficiência energética". À medida que a indústria de manufatura global continua aumentando seus requisitos de confiabilidade e sustentabilidade, espera-se que as engrenagens de liga resistente ao desgaste ocupem mais de 70% do mercado de transmissão de ponta nos próximos cinco anos, tornando-se um dos principais indicadores para medir a avançada do equipamento industrial. .