แผ่นต้านทานการสึกหรอของโลหะผสมทองแดง: ประเภท คุณสมบัติ และวิธีการเลือกแผ่นที่เหมาะสม

แผ่นต้านทานการสึกหรอของโลหะผสมทองแดงเป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่มักจะไม่มีใครสังเกตเห็นจนกว่าจะเสียหาย และเมื่อเป็นเช่นนั้น ผลที่ตามมาก็จะกระเพื่อมไปทั่วทั้งเครื่องจักรหรือโครงสร้างที่รองรับ แผ่นกันสึกที่ทำจากทองแดงได้รับความไว้วางใจในการใช้งานที่มีการเลื่อนหนัก รับน้ำหนักสูง และมีแนวโน้มการกัดกร่อนมานานกว่าศตวรรษ เนื่องจากมีบางสิ่งที่แผ่นกันสึกที่เป็นเหล็กไม่สามารถทำได้: การผสมผสานระหว่างความสามารถในการรับน้ำหนัก แรงเสียดทานต่ำต่อพื้นผิวที่เป็นเหล็ก ความต้านทานการกัดกร่อน และในรุ่นหล่อลื่นในตัวเอง ความสามารถในการทำงานโดยไม่ต้องใช้น้ำมันหรือจาระบีภายนอกอย่างต่อเนื่อง คู่มือนี้ครอบคลุมกลุ่มโลหะผสมทองแดงหลักๆ ที่ใช้ในการใช้งานแผ่นสึกหรอ คุณสมบัติทางกลและไตรโบโลยี บทบาทของสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็ง อุตสาหกรรมเฉพาะและการใช้งานที่ใช้ และสิ่งที่ต้องระบุเมื่อทำการจัดหา

เหตุใดจึงใช้โลหะผสมทองแดงสำหรับสวมแผ่น

กรณีไตรโบโลยีสำหรับโลหะผสมทองแดงในการใช้งานการสึกหรอแบบเลื่อนเริ่มต้นด้วยการเสียดสี ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสำหรับโลหะผสมทองแดงที่วิ่งชนเหล็กอยู่ในช่วง 0.08 ถึง 0.14 ภายใต้สภาวะที่มีการหล่อลื่น เทียบกับ 0.32 สำหรับอะลูมิเนียมบนเหล็กกล้า และ 1.00 สำหรับเหล็กบนเหล็กกล้า ในสภาวะการหล่อลื่นที่แห้งหรือเป็นขอบเขต โลหะผสมทองแดงยังคงมีค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีเพียง 0.12 ถึง 0.30 ซึ่งยังคงรักษาประสิทธิภาพการป้องกันการยึดติดอย่างมีนัยสำคัญแม้ในขณะที่การหล่อลื่นถูกขัดจังหวะ พฤติกรรมนี้มาจากคุณสมบัติทางกายภาพและเคมีของโลหะผสมที่มีทองแดงเป็นส่วนประกอบหลักที่ส่วนต่อประสานแบบเลื่อน โดยมีความอ่อนกว่าพื้นผิวที่เป็นเหล็ก ช่วยให้สามารถปรับให้เข้ากับความผิดปกติของพื้นผิวและฝังอนุภาคปนเปื้อนขนาดเล็ก แทนที่จะปล่อยให้อนุภาคเหล่านั้นให้คะแนนทั้งสองพื้นผิว ความสอดคล้องนี้ยังหมายความว่าเมื่อแผ่นสึกหรอของโลหะผสมทองแดง จะค่อยๆ สึกหรอและคาดเดาได้ ไม่เป็นภัยพิบัติ

นอกเหนือจากการเสียดสีแล้ว โลหะผสมทองแดงยังมีค่าการนำความร้อนสูงกว่าเหล็กสามถึงสิบเท่า ซึ่งหมายความว่าความร้อนจากการเสียดสีที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานแบบเลื่อนจะกระจายอย่างรวดเร็วไปยังตัวแผ่น แทนที่จะมุ่งไปที่บริเวณหน้าสัมผัสเพื่อเร่งการสึกหรอจากความร้อน ฟิล์มสลายตัว หรือการยึดติด โลหะผสมทองแดงยังต้านทานการครูด — การเชื่อมด้วยกาวของพื้นผิวโลหะเลื่อน — ได้ดีกว่าการสัมผัสระหว่างเหล็กกับเหล็ก โดยเฉพาะอย่างยิ่งบรอนซ์อลูมิเนียมและทองเหลืองแรงดึงสูง ซึ่งสร้างฟิล์มออกไซด์บนพื้นผิวที่มีความเสถียรซึ่งทำหน้าที่เป็นชั้นเสียสละแข็งบางที่ช่วยปกป้องวัสดุขนาดใหญ่ที่อยู่ด้านล่าง

ผลลัพธ์ในทางปฏิบัติคือวัสดุแผ่นสึกหรอที่ช่วยให้มีระยะเวลาการบริการนานขึ้น ตารางการเปลี่ยนที่คาดเดาได้มากขึ้น ความถี่ในการเปลี่ยนต่ำกว่าแผ่นสึกหรอเหล็กชุบแข็งในการใช้งานแบบเลื่อนเดียวกัน และความสามารถในการทำงานในสภาพแวดล้อมที่ไม่สามารถรักษาการหล่อลื่นภายนอกที่เชื่อถือได้ได้ - สภาวะที่แผ่นสึกหรอเหล็กยึดและพังอย่างรวดเร็ว

ตระกูลโลหะผสมทองแดงที่ใช้ในแผ่นทนการสึกหรอ

ตระกูลโลหะผสมทองแดงที่แตกต่างกันหลายกลุ่มถูกนำมาใช้ในการใช้งานแผ่นสึกหรอ โดยแต่ละกลุ่มมีความสมดุลด้านความแข็งแกร่ง แรงเสียดทาน ความต้านทานการกัดกร่อน และความสามารถในการขึ้นรูปที่แตกต่างกัน การทำความเข้าใจความแตกต่างจะเป็นแนวทางในการเลือกโลหะผสมให้ถูกต้องสำหรับสภาพการทำงานเฉพาะ

อะลูมิเนียม บรอนซ์ (CuAl)

อลูมิเนียมบรอนซ์เป็นตระกูลโลหะผสมทองแดงที่มีความแข็งแรงสูงที่สุดที่มีจำหน่ายทั่วไปในรูปแบบแผ่นสึกหรอ โดยมีความต้านทานแรงดึงตั้งแต่ 550 MPa สำหรับเกรดการหล่อมาตรฐานจนถึง 900 MPa หรือมากกว่าสำหรับโลหะผสมที่ผ่านการดัดขึ้นรูปหรือที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อน ปริมาณอะลูมิเนียม (โดยทั่วไป 8–12% โดยน้ำหนัก) ส่งเสริมการก่อตัวของฟิล์มพื้นผิวอะลูมิเนียมออกไซด์ที่มีความหนาแน่นและเสถียร ซึ่งให้ทั้งการป้องกันการกัดกร่อนและความต้านทานการสึกหรอ C95400 (CuAl10Fe5 / GB: QAl10-3-1.5) เป็นโลหะผสมแผ่นสึกหรอทองแดงอลูมิเนียมอุตสาหกรรมมาตรฐาน ซึ่งผสมผสานความแข็งแกร่งที่ดี ความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม และความต้านทานการสึกหรอที่แข็งแกร่ง C95500 และ C63000 (CuAl10Fe5Ni5) เพิ่มนิกเกิลเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและต้านทานการกัดกร่อน ทำให้เป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับแผ่นสึกหรอทางทะเล นอกชายฝั่ง และกระบวนการทางเคมีที่มีทั้งภาระทางกลและตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนพร้อมกัน

แผ่นกันสึกอะลูมิเนียมบรอนซ์เป็นตัวเลือกที่ต้องการเมื่อมีแรงอัดสูง (แรงดันสัมผัสมากกว่า 300 MPa) ความเร็วในการเลื่อนปานกลางถึงสูง และสภาพแวดล้อมที่มีการกัดกร่อนเกิดขึ้นพร้อมกัน การใช้งานทั่วไป ได้แก่ แผ่นกันสึกเกียร์ แหวนนำกระบอกไฮดรอลิก แผ่นแบริ่งสะพาน แผ่นบุเพลาใบพัดสำหรับเดินทะเล และแหวนกันสึกของปั๊มในการให้บริการน้ำทะเล ข้อจำกัดประการหนึ่งของอลูมิเนียมบรอนซ์คือแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการสึกหรอบนพื้นผิวเหล็กมากกว่าโลหะผสมทองแดงที่อ่อนกว่า ในกรณีที่กังวลเรื่องการสึกหรอบนพื้นผิว การเลือกโลหะผสมควรสมดุลอายุการใช้งานของแผ่นสึกหรอกับต้นทุนของส่วนประกอบเหล็กที่ผสมพันธุ์

ดีบุกบรอนซ์ (CuSn)

โลหะผสมดีบุกบรอนซ์ (โดยทั่วไปมีดีบุก 8–12%) เป็นวัสดุตลับลูกปืนและแผ่นสึกหรอแบบคลาสสิกมานานกว่าสองพันปี และยังคงเป็นมาตรฐานในการใช้งานเลื่อนที่รับน้ำหนักปานกลางหลายประเภท เนื่องจากมีการผสมผสานกันเป็นพิเศษระหว่างความต้านทานการสึกหรอ ความสอดคล้องกัน การฝังตัว และคุณสมบัติป้องกันการยึดติด เกรดแผ่นสึกหรอทองแดงดีบุกอุตสาหกรรมชั้นนำ ได้แก่ C90700 (CuSn12), C91100 (CuSn16) และ C93200 (CuSn7Pb7Zn3 / SAE 660 / GB: ZCuSn5Pb5Zn5) SAE 660 / C93200 เป็นหนึ่งในโลหะผสมทองแดงสำหรับแบริ่งใช้งานทั่วไปที่ใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก — ส่วนประกอบของดีบุก-ตะกั่ว-สังกะสีให้ความสามารถในการรับน้ำหนักที่ดี กักเก็บน้ำมันได้ดีเยี่ยมในโครงสร้างหล่อที่มีรูพรุน คุณสมบัติป้องกันการยึดเกาะที่ได้มาจากเฟสของตะกั่ว และความต้านทานการกัดกร่อนในวงกว้าง

แผ่นสึกหรอดีบุกบรอนซ์ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพที่แรงกดสัมผัสสูงสุด 275 MPa (ความจุฟิล์มน้ำมันบางเกรดสูงถึง 700 บาร์ในการกำหนดค่าเจอร์นัล) และอุณหภูมิสูงถึง 260°C เป็นวัสดุมาตรฐานสำหรับรางเลื่อนของเครื่องมือกล แหวนสึกหรอของแอคชูเอเตอร์ไฮดรอลิกและนิวแมติก แผ่นเลื่อนข้อต่อขยายสะพาน และส่วนประกอบเลื่อนอเนกประสงค์ในอุปกรณ์เคมีและการแปรรูปอาหาร ฟอสเฟอร์บรอนซ์ (โดยเติมฟอสฟอรัส 0.03–0.35%) ช่วยเพิ่มคุณสมบัติของสปริง ความแข็ง และความต้านทานการสึกหรอเพิ่มเติม และใช้สำหรับแผ่นสึกหรอที่มีความแม่นยำสูงกว่าในเครื่องมือวัดและวิศวกรรมเบา

ทองเหลืองแรงดึงสูง (ทองแดงแมงกานีส / CuZnMnAlFe)

ทองเหลืองแรงดึงสูง ซึ่งเป็นที่รู้จักในตลาดต่างๆ ในชื่อบรอนซ์แมงกานีส ทองเหลือง Golik หรือทองเหลืองที่มีความแข็งแรงสูง เป็นการดัดแปลงฐานทองเหลือง 60/40 (โลหะ Muntz) โดยเติมแมงกานีส เหล็ก อลูมิเนียม และบางครั้งก็เป็นนิกเกิลและตะกั่ว เกรด ZCuZn24Al6Fe4Mn3 ของจีน (ทองแดงประมาณ 62%) และเกรดเทียบเท่าของสหรัฐอเมริกา/ยุโรป C86300 และ C86200 มีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด โลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานแรงดึงที่ 600–700 MPa — แข่งขันกับอลูมิเนียมบรอนซ์ที่มีความแข็งแรงต่ำกว่า — รวมกับความสามารถในการขึ้นรูปที่ดี ความต้านทานการกัดกร่อนปานกลาง และความต้านทานการสึกหรอที่ดีเยี่ยมภายใต้สภาวะการหล่อลื่น

แผ่นกันสึกทองเหลืองแรงดึงสูงถูกนำมาใช้อย่างมากในเครื่องหล่อแบบไดคาสติ้ง (แผ่นสไลด์ฐานแม่พิมพ์ ตัวกั้นแผ่นดีดตัว) แถบสึกหรอของแม่พิมพ์ฉีด แผ่นสึกหรอของสไลด์เครื่องมือกดเบรก และซับสึกหรอของแกนหมุนของอุปกรณ์ก่อสร้าง การผสมผสานระหว่างความแข็งแรง ความสามารถในการขึ้นรูป และต้นทุนโลหะผสมที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับอลูมิเนียมบรอนซ์ ทำให้เป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าเมื่อไม่ต้องการความต้านทานการกัดกร่อนที่รุนแรง สำหรับการใช้งานเครื่องมือกดรับโหลดสูง ทองเหลืองแรงดึงสูง C86300 พร้อมปลั๊กกราไฟท์เป็นหนึ่งในวัสดุแผ่นเพลทสึกหรอที่พบมากที่สุดทั่วโลก

ตะกั่วทองแดง (CuSnPb)

โลหะผสมทองแดงตะกั่วใช้ตะกั่วเป็นองค์ประกอบลดแรงเสียดทานหลัก ตะกั่วไม่ได้ก่อให้เกิดโลหะผสมกับทองแดง แต่มีอยู่ในรูปทรงกลมที่แยกจากกันซึ่งกระจายไปทั่วเมทริกซ์ทองแดง-ดีบุก ภายใต้สภาวะการเลื่อน ตะกั่วจะเลอะบนพื้นผิวสัมผัส ทำให้ได้ฟิล์มหล่อลื่นที่บางและต่ออายุได้เอง ซึ่งป้องกันการเกาะติดแม้ภายใต้สภาวะการหล่อลื่นเล็กน้อย แผ่นสึกหรอของลีดบรอนซ์มีความนุ่ม เข้ากันได้ดี และทนต่อการวางแนวของเพลาและสารหล่อลื่นที่สกปรกได้ดีกว่าแผ่นโลหะผสมที่แข็งกว่า C93200 (ตามที่ระบุไว้ข้างต้น) เป็นโลหะผสมไฮบริด เกรดตะกั่วที่สูงกว่า เช่น C93700 (CuSn10Pb10) และ C94300 ถูกใช้โดยที่ความต้านทานการยึดติดในสภาวะที่มีการหล่อลื่นไม่ดีเป็นข้อกำหนดหลัก โดยมีต้นทุนของความสามารถในการรับน้ำหนักที่ลดลงเมื่อเทียบกับดีบุกบรอนซ์ แผ่นสึกหรอตะกั่วบรอนซ์เป็นมาตรฐานในตลับลูกปืนเครื่องยนต์ยานยนต์ ตลับลูกปืนหลักของเครื่องยนต์อุตสาหกรรม และการใช้งานรางเลื่อนทั่วไปที่มีสภาพการทำงานปานกลางและความน่าเชื่อถือในการป้องกันการยึดถือเป็นสิ่งสำคัญอันดับแรก

เกรดแผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดง — คุณสมบัติโดยสรุป

ตารางด้านล่างสรุปคุณสมบัติทางกลและไตรโบโลยีที่สำคัญของเกรดแผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงที่สำคัญ เพื่อรองรับการเลือกวัสดุอย่างรวดเร็ว

แผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงแบบหล่อลื่นในตัวพร้อมอินเลย์น้ำมันหล่อลื่นที่เป็นของแข็ง

แผ่นกันสึกโลหะผสมทองแดงมาตรฐานอาศัยสารหล่อลื่นภายนอก — น้ำมันหรือจาระบีที่ส่งไปยังส่วนต่อประสานแบบเลื่อน — เพื่อรักษาฟิล์มแรงเสียดทานต่ำที่ป้องกันการสัมผัสระหว่างโลหะกับโลหะโดยตรงและควบคุมอัตราการสึกหรอ เมื่อไม่สามารถรักษาการหล่อลื่นภายนอกได้อย่างน่าเชื่อถือ เนื่องจากสภาพแวดล้อมการทำงาน ข้อจำกัดในการเข้าถึง อุณหภูมิสุดขั้ว หรือข้อกังวลเรื่องการปนเปื้อน แผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงที่หล่อลื่นในตัวเองพร้อมสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็งจะช่วยแก้ปัญหาในระดับส่วนประกอบ

แผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงฝังกราไฟท์

แผ่นสึกหรอทองแดงแบบหล่อลื่นในตัวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดนั้นรวมฐานโลหะผสมทองแดงที่มีความแข็งแรงสูง (โดยทั่วไปคืออลูมิเนียมบรอนซ์ C95400, ทองเหลืองแรงดึงสูง C86300 หรือดีบุกบรอนซ์ C90700) เข้ากับปลั๊กหรือแท่งทรงกระบอกของกราไฟท์แข็งที่กดหรือหล่อลงในรูกลึงในพื้นผิวเลื่อน กราไฟท์ครอบคลุมประมาณ 20–30% ของพื้นที่หน้าเลื่อน โดยกระจายเท่าๆ กันทั่วทั้งโซนหน้าสัมผัส ในระหว่างการทำงาน ขณะที่เพลตเลื่อนเข้าหาผิวหน้า กราไฟท์จะถ่ายโอนอย่างต่อเนื่องจากปลั๊กไปยังทั้งพื้นผิวเพลทสึกหรอและพื้นผิวผสมพันธุ์ ทำให้เกิดฟิล์มหล่อลื่นแข็งที่คงอยู่โดยไม่ขึ้นอยู่กับระบบหล่อลื่นภายนอกใดๆ

กรอบการทำงานของแผ่นกันสึกทองแดงอัลลอยด์ที่ฝังกราไฟท์ครอบคลุมช่วงกว้าง: ความสามารถในการรับน้ำหนักสูงถึง 250 MPa ความดันสัมผัสคงที่ ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแห้ง 0.10–0.16 (เทียบกับ 0.20–0.35 สำหรับแผ่นทองแดงแข็งที่ไม่มีการหล่อลื่น) และอุณหภูมิการใช้งานตั้งแต่การแช่แข็ง (-200°C) ไปจนถึงการใช้งานที่อุณหภูมิสูงขึ้นถึง 300–400°C ซึ่งส่วนใหญ่ น้ำมันหล่อลื่นที่ใช้น้ำมันจะเสื่อมสภาพ ช่วงอุณหภูมินี้ทำให้แผ่นสึกหรอทองแดงที่ฝังด้วยกราไฟต์เป็นโซลูชันมาตรฐานในอุปกรณ์การผลิตแก้ว ชุดประกอบประตูเตาหลอม ตัวกั้นการตีขึ้นรูปร้อน และอุปกรณ์เสริมของโรงถลุงเหล็กที่อุณหภูมิโดยรอบไม่รวมการหล่อลื่นด้วยน้ำมันโดยสิ้นเชิง

MoS₂-แผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงฝัง

โมลิบดีนัมไดซัลไฟด์ (MoS₂) เป็นสารหล่อลื่นแข็งแบบผลึกหลายชั้นที่มีค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสี 0.03–0.06 ที่อุณหภูมิปานกลาง — ต่ำกว่ากราไฟท์ — และประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมในสภาพแวดล้อมที่แห้งหรือสุญญากาศ ซึ่งการหล่อลื่นของกราไฟท์ลดลง (กราไฟท์ต้องการความชื้นเล็กน้อยเพื่อให้เกิดการเสียดสีน้อยที่สุด) ปลั๊กหรือการเคลือบ MoS₂ ใช้ในแผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงสำหรับกลไกการบินและอวกาศ อุปกรณ์สุญญากาศ และเครื่องมือที่มีความแม่นยำ ซึ่งจำเป็นต้องมีแรงเสียดทานต่ำมาก โดยไม่มีความเสี่ยงต่อการปนเปื้อนของสารหล่อลื่น เพดานอุณหภูมิสำหรับประสิทธิภาพ MoS₂ อยู่ที่ประมาณ 350°C ในอากาศ (สูงกว่าในบรรยากาศเฉื่อยหรือสุญญากาศ) ซึ่งแคบกว่าช่วงบนของกราไฟท์ แต่เพียงพอสำหรับการใช้งานแบบเลื่อนส่วนใหญ่ที่ไม่ใช่เตาเผา

แผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงที่มีร่องจาระบี

แผ่นกันสึกร่องจาระบีเป็นวิธีแก้ปัญหาพื้นกลางระหว่างแผ่นหล่อลื่นภายนอกกับแผ่นหล่อลื่นในตัว พื้นผิวเลื่อนถูกกลึงด้วยรูปแบบของร่อง — ช่องขนานตรง, รูปแบบฟักขวาง หรือโครงแบบเกลียว — ซึ่งทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บสำหรับจาระบีที่บรรจุไว้ระหว่างการติดตั้ง จาระบีจะถูกค่อยๆ ปล่อยออกมาในขณะที่เพลททำงาน ช่วยให้สามารถหล่อลื่นได้เป็นระยะเวลานานโดยไม่ต้องส่งจาระบีจากภายนอกอย่างต่อเนื่อง วิธีการนี้เป็นมาตรฐานสำหรับข้อต่อเดือยของอุปกรณ์ก่อสร้าง หมุดบูมของรถขุด รางเลื่อนของเครน และแผ่นลูกปืนของสะพานซึ่งมีการอัดจาระบีซ้ำเป็นระยะๆ แต่ระบบหล่อลื่นอัตโนมัติอย่างต่อเนื่องไม่สามารถใช้งานได้

การใช้งานทางอุตสาหกรรมของแผ่นต้านทานการสึกหรอของโลหะผสมทองแดง

การรวมกันของความสามารถในการรับน้ำหนัก คุณสมบัติต้านแรงเสียดทาน ความต้านทานการกัดกร่อน และการนำความร้อนทำให้ แผ่นโลหะผสมทองแดงที่ทนต่อการสึกหรอ ไม่สามารถทดแทนได้ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมที่หลากหลาย แต่ละแอปพลิเคชันจะเน้นชุดย่อยที่แตกต่างกันของคุณสมบัติเหล่านี้

• เครื่องมือหล่อและฉีดขึ้นรูป: แผ่นสึกหรอทองเหลืองแรงดึงสูงและอลูมิเนียมบรอนซ์ (แผ่นนำทาง แถบสึกหรอของแผ่นดีดตัวกระทุ้ง กิบสไลด์แม่พิมพ์) เป็นมาตรฐานในแม่พิมพ์ฉีดและเครื่องมือหล่อแบบไดคาสติ้ง โดยให้ความแข็งเพื่อต้านทานการเสียดสีจากการเคลื่อนที่แบบปิดด้วยแม่พิมพ์แบบวนรอบ ความนุ่มนวลเพียงพอในการปกป้องพื้นผิวเหล็กกล้าเครื่องมือที่แข็งกว่า และรูปแบบการหล่อลื่นในตัวเองซึ่งไม่จำเป็นต้องใช้สารถอดแบบแม่พิมพ์ที่อาจปนเปื้อนชิ้นส่วนที่หล่อ
• แบริ่งขยายสะพาน: แผ่นแบริ่งสไลด์สีบรอนซ์ โดยทั่วไปจะเป็นอลูมิเนียมบรอนซ์ฝังกราไฟต์หรือบรอนซ์ดีบุก ถูกนำมาใช้ที่ส่วนต่อเลื่อนของข้อต่อขยายสะพานและลูกปืนหม้อ แผ่นรองรับการขยายตัวทางความร้อนและการหดตัวของพื้นสะพานข้ามที่นั่งแบริ่ง โดยส่งน้ำหนักในแนวตั้งตั้งแต่หลายร้อยถึงหลายพันกิโลนิวตันในขณะที่เลื่อนในแนวนอนหลายมิลลิเมตรถึงหลายสิบเซนติเมตรต่อวัน ข้อกำหนดอายุการใช้งาน 50 ปีขึ้นไปทำให้รูปแบบการหล่อลื่นในตัวเองเป็นตัวเลือกมาตรฐานในการก่อสร้างสะพานใหม่
• กระบอกไฮดรอลิกและแอคทูเอเตอร์: แหวนสึกหรอสีบรอนซ์และแผ่นนำบนกระบอกสูบไฮดรอลิกป้องกันไม่ให้ลูกสูบสัมผัสกับกระบอกสูบในระหว่างการโหลดด้านข้าง ช่วยปกป้องซีลกระบอกสูบและพื้นผิวของกระบอกสูบ ดีบุกบรอนซ์ C93200 และฟอสเฟอร์บรอนซ์เป็นมาตรฐานสำหรับแหวนสึกหรอไฮดรอลิกในงานอุตสาหกรรม อลูมิเนียมบรอนซ์ถูกนำมาใช้ในระบบไฮดรอลิกส์โยธานอกชายฝั่งและงานหนักซึ่งมีภาระที่สูงกว่ารวมกับน้ำทะเลหรือการสัมผัสของเหลวที่ปนเปื้อน
• อุปกรณ์กดและตีขึ้นรูปหนัก: ตัวนำทางแบบเลื่อน แผ่นแบริ่งแรม และแผ่นสไลด์ในเครื่องอัดแบบกลไกและแบบไฮดรอลิกจะทนทานต่อแรงกดสัมผัสสูงและการรับแรงกระแทกในแต่ละจังหวะการกด แผ่นกันสึกอะลูมิเนียมบรอนซ์ฝังกราไฟต์เป็นมาตรฐานในการตีรางสไลด์กด โดยที่การผสมผสานระหว่างการรับน้ำหนักมาก ความเร็วปานกลาง และอุณหภูมิแวดล้อมที่สูงจากชิ้นงานที่ร้อน จะทำให้การหล่อลื่นน้ำมันจากพื้นที่ทำงานทันทีไม่เกิดขึ้น
• อุปกรณ์ทางทะเลและนอกชายฝั่ง: แผ่นกันสึกอะลูมิเนียมบรอนซ์และนิกเกิล-อะลูมิเนียมบรอนซ์ถูกนำมาใช้ในท่อตอร์ปิโดท้ายเรือใบพัด เดือยหางเสือ พื้นผิวสึกหรอตัวหยุดโซ่ และส่วนประกอบสไลด์อุปกรณ์ดาดฟ้า ความต้านทานที่ดีเยี่ยมของโลหะผสมเหล่านี้ต่อการกัดกร่อนของน้ำทะเล การกัดเซาะของโพรงอากาศ และการปนเปื้อนทางชีวภาพ ทำให้โลหะผสมเหล่านี้กลายเป็นวัสดุที่เลือกใช้ทั่วทั้งภาคส่วนทางทะเลไม่ว่าจะเกิดการเลื่อนสัมผัสกันในสภาพแวดล้อมของน้ำเค็ม
• อุปกรณ์เสริมโรงถลุงเหล็ก: ลูกกลิ้งนำเครื่องหล่อแบบต่อเนื่อง แผ่นกันสึกตัวเรือนโรงรีด และแผ่นกันสึกด้านข้างโต๊ะหมุนรันเอาท์ ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีความร้อน การปนเปื้อนของตะกรัน การสัมผัสกับน้ำดับ และภาระทางกลหนักที่ท้าทายวัสดุที่สึกหรอใดๆ แผ่นอลูมิเนียมบรอนซ์ที่ฝังด้วยกราไฟท์จัดการกับสภาพแวดล้อมนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากการหล่อลื่นด้วยกราไฟท์ไม่ได้ลดลงเนื่องจากการปนเปื้อนของน้ำ และโลหะผสมฐานอลูมิเนียมบรอนซ์ก็ต้านทานเคมีของน้ำในโรงงานที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
• เครื่องจักรก่อสร้าง: แผ่นสึกหรอทองเหลืองแรงดึงสูงที่มีร่องจาระบีและบุชชิ่งเป็นมาตรฐานในข้อต่อเดือยขุด เครน และรถดันดิน - สภาวะความเค้นสัมผัสสูง การสั่นช้า สภาพแวดล้อมที่มีการปนเปื้อนของอุปกรณ์ก่อสร้าง ถือเป็นรูปแบบการบริการที่ส่วนประกอบการสึกหรอของบรอนซ์แมงกานีสได้รับการพัฒนาตั้งแต่แรกเริ่ม

แบบฟอร์มการผลิตและขนาดมาตรฐาน

แผ่นต้านทานการสึกหรอของโลหะผสมทองแดงมีจำหน่ายในรูปแบบการผลิตหลายรูปแบบ โดยแต่ละรูปแบบเหมาะกับช่วงขนาด พิกัดความเผื่อ และความประหยัดในการผลิตที่แตกต่างกัน

แผ่นและแท่งหล่อแบบต่อเนื่อง

การหล่อแบบต่อเนื่องจะผลิตแผ่นโลหะผสมทองแดงและสต็อกแท่งโดยการทำให้โลหะผสมหลอมเหลวแข็งตัวในแม่พิมพ์กราไฟท์ที่ระบายความร้อนด้วยน้ำ โดยดึงการหล่อแบบแข็งตัวออกอย่างต่อเนื่องเป็นแท่ง แท่ง หรือส่วนสี่เหลี่ยม กระบวนการหล่อแบบต่อเนื่องทำให้เกิดโครงสร้างเกรนที่ละเอียดและสม่ำเสมอ โดยมีความหนาแน่นสูงกว่าและคุณสมบัติเชิงกลที่สม่ำเสมอมากกว่าการหล่อแบบทรายคงที่ ทำให้เป็นวิธีการผลิตที่ต้องการสำหรับสต็อกแผ่นสึกหรอทองแดงดีบุกเกรดตลับลูกปืนและสต็อกแผ่นสึกหรออลูมิเนียมบรอนซ์ แผ่นทองแดงหล่อแบบต่อเนื่องมีความหนาตั้งแต่ประมาณ 6 มม. ถึง 100 มม. ความกว้างสูงสุด 500 มม. และความยาวสูงสุด 3,000 มม. ขึ้นไป ขึ้นอยู่กับโลหะผสมและผู้ผลิต แบบฟอร์มนี้ใช้สำหรับการตัดเฉือนโดยตรงจนถึงขนาดแผ่นสึกหรอขั้นสุดท้าย

แหวนและกระบอกสูบหล่อแบบแรงเหวี่ยง

การหล่อแบบแรงเหวี่ยงจะเทโลหะผสมที่หลอมเหลวลงในแม่พิมพ์ทรงกระบอกที่หมุนได้ โดยที่แรงเหวี่ยงจะกระจายโลหะเหลวออกไปด้านนอกกับผนังแม่พิมพ์ สิ่งนี้จะสร้างกระบอกสูบกลวงที่มีความหนาแน่นของโครงสร้างระดับจุลภาคเป็นพิเศษ (แรงเหวี่ยงจะขับก๊าซและสิ่งเจือปนออกไปที่พื้นผิวของรู) ทำให้โลหะผสมทองแดงที่หล่อแบบหมุนเหวี่ยงเป็นวัตถุดิบที่ต้องการสำหรับแหวนกันสึกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางขนาดใหญ่ เปลือกลูกปืนเจอร์นัล และบูชกันสึกทรงกระบอกซึ่งต่อมาจะถูกกรีดหรือกลึงให้เป็นแผ่นกันสึกแบบแบน

แผ่นหล่อทรายและแผ่นหล่อการลงทุน

การหล่อทรายและการหล่อแบบลงทุนใช้สำหรับแผ่นกันสึกที่มีรูปทรงที่ซับซ้อน — หน้าแปลนแบบรวม บอสหรือคุณสมบัติภายใน — ซึ่งไม่ประหยัดกับการตัดเฉือนจากสต๊อกที่เป็นของแข็ง โดยทั่วไปแล้วแผ่นกันสึกแบบหล่อจะมีสมบัติเชิงกลต่ำกว่าการหล่อแบบต่อเนื่องเล็กน้อย เนื่องมาจากโครงสร้างเกรนหยาบกว่าและมีโอกาสเกิดรูพรุนในการหล่อ แต่ทำให้สามารถผลิตส่วนประกอบที่ซับซ้อนได้รูปร่างใกล้เคียงกันโดยมีการสูญเสียวัสดุน้อยกว่าการตัดเฉือนจากของแข็ง อลูมิเนียมบรอนซ์หล่อทราย (C95400 ต่อ ASTM B271 หรือ B505) เป็นมาตรฐานสำหรับแผ่นแบริ่งสะพานขนาดใหญ่และส่วนประกอบเลื่อนอุตสาหกรรมหนัก

แผ่นโลหะผสมซินเตอร์และผง

แผ่นสึกหรอทองแดงผสมซินเตอร์ผลิตขึ้นโดยการอัดและเผาผงทองแดง ดีบุก และสารหล่อลื่นที่ผสมแล้ว จากนั้นปรับเทียบรูปแบบเผาผนึกเป็นขนาดสุดท้าย โครงสร้างเผาผนึกที่มีรูพรุนโดยเนื้อแท้ทำหน้าที่เป็นแหล่งกักเก็บน้ำมัน - เมื่อแผ่นอุ่นขึ้นระหว่างการทำงาน การขยายตัวเนื่องจากความร้อนจะปั๊มน้ำมันไปที่พื้นผิว เมื่อเย็นลง น้ำมันจะถูกดึงกลับเข้าไป ลักษณะการหยอดน้ำมันด้วยตัวเองนี้ทำให้แผ่นโลหะผสมทองแดงเผาผนึกเป็นมาตรฐานสำหรับการใช้งานที่ความเร็วต่ำและโหลดน้อย เช่น แบริ่งเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน รางเครื่องจักรขนาดเบา และแกนหมุนของอุปกรณ์ที่ไม่สามารถหล่อลื่นแบบต่อเนื่องหรือแบบแมนนวลได้

การเลือกแผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงที่เหมาะสม: เกณฑ์การตัดสินใจที่สำคัญ

การเลือกแผ่นต้านทานการสึกหรอของโลหะผสมทองแดงที่ถูกต้องสำหรับการใช้งานเฉพาะนั้นเกี่ยวข้องกับการทำงานอย่างเป็นระบบผ่านสภาพการทำงาน และจับคู่ให้เข้ากับโลหะผสมและตัวเลือกการกำหนดค่า

• แรงดันสัมผัสและประเภทโหลด: คำนวณแรงกดสัมผัสเฉลี่ยและจุดสูงสุดที่ส่วนต่อประสานของแผ่นสึกหรอ (โหลดหารด้วยพื้นที่สัมผัส) สำหรับโหลดแบบคงที่หรือแกว่งช้าๆ ที่ต่ำกว่า 200 MPa ทองเหลืองดีบุก SAE 660 / C93200 หรือทองเหลืองแรงดึงสูงมาตรฐาน C86300 ก็เพียงพอแล้ว สำหรับแรงกดสัมผัสที่สูงขึ้นหรือโหลดแรงกระแทกแบบไดนามิก ให้อัพเกรดเป็นอลูมิเนียมบรอนซ์ C95400 หรือ C95500 โหลดแรงดันสัมผัสที่สูงกว่า 300 MPa ต้องใช้อลูมิเนียมบรอนซ์หรือนิกเกิล-อลูมิเนียมบรอนซ์เป็นข้อกำหนดขั้นต่ำ
• ความพร้อมในการหล่อลื่น: หากสามารถรักษาการหล่อลื่นภายนอกเป็นระยะอย่างต่อเนื่องหรือเชื่อถือได้ บรอนซ์แข็งพร้อมร่องจาระบีจะประหยัด หากการหล่อลื่นไม่สม่ำเสมอ ไม่น่าเชื่อถือ หรือขาดหายไป (อุณหภูมิสูง การปนเปื้อน ข้อจำกัดในการเข้าถึง) ให้ระบุแผ่นกันสึกแบบหล่อลื่นในตัวที่ฝังด้วยกราไฟท์ ในสภาพแวดล้อมสุญญากาศหรือปราศจากความชื้น ซึ่งกราไฟท์สูญเสียประสิทธิภาพ ให้พิจารณาการฝัง MoS₂
• อุณหภูมิในการทำงาน: แผ่นสึกหรอของดีบุกบรอนซ์และตะกั่วบรอนซ์จะถูกจำกัดไว้ที่อุณหภูมิการใช้งานประมาณ 260°C อลูมิเนียมบรอนซ์คงคุณสมบัติที่มีประโยชน์ไว้ที่ 400°C ขึ้นไป สำหรับอุณหภูมิที่สูงกว่า 400°C (สภาพแวดล้อมของเตาเผา อุปกรณ์แก้ว) อลูมิเนียมบรอนซ์ฝังกราไฟท์เป็นมาตรฐาน ที่อุณหภูมิสูงมาก ให้พิจารณาใช้คอมโพสิตทองแดง-กราไฟท์เผาผนึก
• สภาพแวดล้อมการกัดกร่อน: สำหรับน้ำทะเล น้ำทะเล หรือสภาพแวดล้อมกระบวนการที่มีคลอไรด์ ต้องใช้อะลูมิเนียมบรอนซ์ (C95400 หรือ C95500) หรือนิกเกิล-อลูมิเนียมบรอนซ์ ดีบุกบรอนซ์ทำงานได้ดีในน้ำจืดและสภาพแวดล้อมทางเคมีหลายชนิด ทองเหลืองแรงดึงสูงทำงานได้ดีเพียงพอในสภาวะที่มีการกัดกร่อนเล็กน้อย แต่ไม่ควรระบุไว้สำหรับการจุ่มน้ำทะเลโดยตรง หรือในสภาพแวดล้อมที่มีแอมโมเนีย ซึ่งการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้น (การแตกร้าวตามฤดูกาล) ของทองเหลืองถือเป็นโหมดความล้มเหลวที่บันทึกไว้
• วัสดุพื้นผิวและความแข็ง: สำหรับพื้นผิวหน้าเหล็ก ตรวจสอบให้แน่ใจว่าเหล็กมีความแข็งกว่าแผ่นโลหะผสมทองแดง — แนะนำให้ใช้ความแข็งพื้นผิวหน้าเหล็กอย่างน้อย 30 HRC สำหรับแผ่นสึกหรออลูมิเนียมบรอนซ์เพื่อให้แน่ใจว่าโลหะผสมทองแดงสึกหรอเป็นพิเศษ โลหะผสมทองแดงที่อ่อนกว่า (ดีบุกบรอนซ์, ตะกั่วบรอนซ์) มีความทนทานต่อพื้นผิวที่นิ่มกว่าหรือหยาบกว่าเนื่องจากความสอดคล้องของพวกมันรองรับความไม่สมบูรณ์ของพื้นผิว
• มิติข้อมูลมาตรฐานหรือแบบกำหนดเอง: แผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงมาตรฐานมีจำหน่ายในความหนาเพิ่มขั้นละ 5–10 มม. และความกว้างมาตรฐาน หากการใช้งานต้องการขนาดที่ไม่ได้มาตรฐาน ให้ยืนยันกับซัพพลายเออร์ว่าสามารถจัดหาวัสดุหล่อแบบต่อเนื่องหรือกลึงจากของแข็งได้หรือไม่ภายในระยะเวลารอคอยที่กำหนด สำหรับรูปทรงที่ซับซ้อน ให้ประเมินว่าการหล่อมีความประหยัดมากกว่าการตัดเฉือนแบบเต็มจากสต็อกแท่งทึบหรือไม่

การติดตั้ง การใช้งาน และการบำรุงรักษา

แม้แต่แผ่นต้านทานการสึกหรอของโลหะผสมทองแดงที่ระบุที่ดีที่สุดก็ยังมีประสิทธิภาพต่ำกว่าหรือล้มเหลวก่อนเวลาอันควรหากติดตั้งไม่ถูกต้อง ทำงานไม่ถูกต้อง หรือบำรุงรักษาโดยไม่สนใจข้อกำหนดเฉพาะของหน้าสัมผัสเลื่อนของโลหะผสมทองแดง

ระหว่างการติดตั้ง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวเบาะรองสึกเรียบ สะอาด และไม่มีเสี้ยนหรือจุดสูงที่อาจทำให้เกิดการโยกหรือแรงกดสัมผัสที่ไม่สม่ำเสมอ การรองรับที่ไม่สม่ำเสมอจะเน้นการรับน้ำหนักบนพื้นที่เล็กๆ ของเพลต เพิ่มแรงกดสัมผัสเฉพาะจุดให้สูงกว่าค่าเฉลี่ยการออกแบบอย่างมาก และเร่งการสึกหรอเฉพาะจุด ยึดเพลตอย่างแน่นหนาเพื่อป้องกันการหลุดร่อนหรือการเคลื่อนตัวเล็กๆ ที่ส่วนต่อประสานด้านหลัง — สำหรับการใช้งานแบบสวมอัดหรือแบบใช้สลักเกลียว ตรวจสอบว่าระบบการยึดรักษาแรงจับยึดที่เพียงพอตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงานที่คาดไว้

แผ่นสึกหรอโลหะผสมทองแดงแบบใหม่จะได้รับประโยชน์จากช่วงรันอิน — ระยะเวลาการทำงานที่โหลดและความเร็วที่ลดลงเพื่อให้พื้นผิวเลื่อนสอดคล้องกัน และสร้างฟิล์มถ่ายโอนสารหล่อลื่นที่เป็นของแข็ง (ในแผ่นที่ฝังกราไฟท์) หรือฟิล์มน้ำมันเต็ม (ในแผ่นที่หล่อลื่นด้วยน้ำมัน) สำหรับแผ่นสึกหรอหล่อลื่นในตัวเองที่ฝังด้วยกราไฟท์ โดยทั่วไปแล้วฟิล์มถ่ายโอนเริ่มต้นจะเกิดขึ้นภายในสองสามชั่วโมงแรกของการทำงาน ในช่วงเวลานี้แรงเสียดทานและอุณหภูมิที่สูงขึ้นเป็นเรื่องปกติ สำหรับแผ่นโลหะผสมทองแดงที่หล่อลื่นด้วยน้ำมัน ให้ทาฟิล์มบางที่มีจาระบีหรือน้ำมันที่ใช้ร่วมกันได้กับทั้งพื้นผิวแผ่นและพื้นผิวก่อนการใช้งานครั้งแรก แม้ว่าจะมีการหล่อลื่นภายนอกโดยอัตโนมัติในระหว่างการทำงานก็ตาม

ควรกำหนดช่วงเวลาการตรวจสอบตามรอบการทำงานและสภาพแวดล้อมการทำงาน วัดความหนาของแผ่นในช่วงเวลาสม่ำเสมอ และเปรียบเทียบกับความหนาขั้นต่ำที่ออกแบบไว้ซึ่งสามารถซ่อมบำรุงได้ — จุดที่จำเป็นต้องเปลี่ยนก่อนที่ปลั๊กกราไฟท์ (ถ้ามี) หรือวัสดุแผ่นฐานจะหมด เก็บบันทึกความหนาที่วัดได้เมื่อเวลาผ่านไป การเร่งความเร็วอย่างกะทันหันของอัตราการสึกหรอเป็นตัวบ่งชี้เบื้องต้นของความล้มเหลวในการหล่อลื่น ปัญหาการปนเปื้อน หรือการเสื่อมสภาพของพื้นผิวหน้าซึ่งควรได้รับการตรวจสอบก่อนที่เพลตจะมีความหนาขั้นต่ำ