WFM GROUP JE VÝROBCEM NÁTĚROVÝCH MATERIÁLŮ PRO OCHRANU DÍLŮ PŘED OPOTŘEBENÍM

Tvrdost  povrchu .

Tvrdost je důležitá z technického hlediska, protože odolnost proti opotřebení třením nebo erozi párou, olejem a vodou se obvykle zvyšuje s tvrdostí. 

Kalení neboli povrchové kalení je proces, při kterém se zvyšuje tvrdost povrchu (těla) předmětu, zatímco vnitřek předmětu zůstává elastický a pevný. Po tomto procesu se zvyšuje tvrdost povrchu, odolnost proti opotřebení a trvanlivost. Toho je dosaženo několika procesy, jako je nauhličování nebo nitridace, při kterých je součást vystavena uhlíkové nebo dusíkové atmosféře při vysoké teplotě. Jak bylo napsáno, dvě hlavní vlastnosti materiálu ovlivňují:

• Výrazně se zvyšuje tvrdost a odolnost proti opotřebení . Ve vědě o materiálech  je tvrdost  schopnost odolat  povrchovým vtlačením ( lokalizovaná plastická deformace ) a  poškrábání . Tvrdost je možná nejvíce špatně definovanou vlastností materiálu, protože může indikovat odolnost proti poškrábání, odolnost proti otěru, odolnost proti vtlačení nebo dokonce odolnost vůči tvarování nebo místní plastické deformaci. Tvrdost je důležitá z technického hlediska, protože odolnost proti opotřebení třením nebo erozi párou, olejem a vodou se obvykle zvyšuje s tvrdostí.
• Nemá negativní vliv na pevnost . Viskozita  je schopnost materiálu absorbovat energii a plasticky se deformovat bez porušení. Jedna definice viskozity (pro vysokou rychlost deformace,  lomová houževnatost ) je, že jde o vlastnost, která indikuje odolnost materiálu vůči lomu v přítomnosti trhliny (nebo jiné vady koncentrace napětí).

Tvrdost materiálu koreluje s jeho odolností proti opotřebení. Pokud je tvrdost samotného materiálu menší než tvrdost brusné látky, pak je rychlost opotřebení vysoká. Tvrdost materiálu hraje hlavní roli v odolnosti proti opotřebení. Některé materiály vykazují zvláštní charakteristiky opotřebení.

Odolnost materiálu proti opotřebení.

Otěr materiálu je mechanicky vyvolané poškození povrchu, které má za následek postupné odstraňování materiálu v důsledku relativního pohybu mezi tímto povrchem a látkou nebo látkami, které jsou v kontaktu. Kontaktní látka může sestávat z jiného povrchu, kapaliny nebo pevných abrazivních částic obsažených v nějaké formě kapaliny nebo suspenze, jako je lubrikant. Stejně jako u tření může být přítomnost opotřebení pozitivní i negativní. 

Produktivní, kontrolované opotřebení lze nalézt v procesech, jako je obrábění, řezání, broušení a leštění. Ve většině technologických aplikací je však vzhled opotřebení vysoce nežádoucí a extrémně nákladný problém, protože vede k degradaci součásti nebo dokonce k selhání. Z hlediska bezpečnosti to často není tak vážné (nebo tak náhlé) jako zlomenina. Obvykle se totiž očekává opotřebení.

Určité vlastnosti jako tvrdost, hustota a hustota mohou mít rozhodující vliv na odolnost materiálu proti opotřebení. Opotřebení má několik typů a je poněkud nepředvídatelné. Je poměrně obtížné testovat a vyhodnocovat v laboratoři nebo za provozu.

• Obecně je opotřebení mechanicky vyvolané poškození povrchu, které vede k postupnému odstraňování materiálu v důsledku relativního pohybu mezi tímto povrchem a látkou nebo látkami, které jsou v kontaktu. Proto existuje ideální materiál odolný proti opotřebení a v každém případě je vysoce závislý na mnoha proměnných (např. kombinace materiálů, kontaktní tlak, prostředí, teplota). 

  Některé materiály vykazují zvláštní charakteristiky opotřebení. Nejběžnější materiály odolné proti opotřebení:

  • Ni  ₃ Al je slitina . 

  Aluminid niklu je intermetalická slitina niklu a hliníku s vlastnostmi podobnými keramice i kovům. Aluminid niklu je jedinečný v tom, že má velmi vysokou tepelnou vodivost kombinovanou s vysokou pevností při vysoké teplotě. Tyto vlastnosti v kombinaci s vysokou pevností a nízkou hustotou jej činí ideálním pro speciální aplikace, jako jsou povlaky lopatek v plynových turbínách a proudových motorech. Kompozitní materiály se slitinami na bázi Ni  ₃  Al jako matrice vyztužené např. TiC, ZrO2, WC, SiC a grafenem jsou pokročilé materiály. V roce 2005 byl údajně materiál nejvíce odolný proti opotřebení vytvořen vložením diamantů do matrice aluminidu niklu.

  • Karbid wolframu . 

  V těžbě a těžbě má největší dopad nárazové opotřebení. Těžba a zpracování nerostů vyžaduje stroje a sestavy odolné proti opotřebení, protože energie a hmotnosti interagujících těles jsou významné. K tomu je nutné použít materiály s maximální odolností proti opotřebení. Například karbid wolframu je široce používán při těžbě ve špičkových příklepových vrtacích korunkách, hlubinných kladivech, válečkových frézách, vrtacích korunkách pro dlouhé stěny, nůžkách na dlouhé stěny, výstružnících a vrtacích strojích pro tunely.

  • Karbid křemíku . 

  Karbid křemíku je extrémně tvrdá, synteticky vyrobená krystalická sloučenina křemíku a uhlíku. Jeho chemický vzorec je SiC. Mohsova tvrdost karbidu křemíku je 9, což je blízko tvrdosti diamantu. Kromě tvrdosti mají krystaly karbidu křemíku lomové vlastnosti, díky kterým jsou mimořádně užitečné pro brusné kotouče. Jeho vysoká tepelná vodivost spolu s pevností při vysokých teplotách, nízkou tepelnou roztažností a odolností vůči chemickým reakcím činí karbid křemíku cenným při výrobě vysokoteplotních aplikací a jiných žáruvzdorných materiálů.

  • Temperovaná litina.

   složením velmi podobný šedé litině, ale při tuhnutí tvoří grafit v tvárné litině zárodky ve formě kulovitých částic (nodulů), nikoli ve formě vloček. Mezi typické aplikace tohoto materiálu patří ventily, tělesa čerpadel, klikové hřídele, ozubená kola a další automobilové a strojní součásti díky dobré obrobitelnosti, únavové pevnosti a vyššímu modulu pružnosti (ve srovnání s šedou litinou) a v převodech pro těžká zatížení kvůli jeho vysoké mez kluzu a odolnost proti opotřebení.

  • Hliníkový bronz . 

  Hliníkové bronzy jsou rodinou slitin na bázi mědi, které nabízejí kombinaci mechanických a chemických vlastností nesrovnatelnou s jinými řadami slitin. Obsahují od 5 do 12 % hliníku. Hliníkový bronz je stále více přijímán pro širokou škálu aplikací, které vyžadují odolnost proti mechanickému opotřebení. Jeho odolnost proti opotřebení je založena na přechodu z měkčího kovu (hliníkový bronz) na tvrdší kov (ocel) a vytvoření tenké vrstvy měkčího kovu na tvrdším kovu.

Nejběžnější moderní metody zvýšení odolnosti proti opotřebení:

• Slitiny s povlakem . 

Kalení povrchovou úpravou lze dále klasifikovat jako difúzní zpracování nebo lokalizované tepelné zpracování. Difúzní metody zavádějí legující prvky, které se dostávají na povrch difúzí, buď jako pevná roztoková činidla nebo jako vytvrzovací činidla, která podporují tvorbu martenzitu během následného kalení. Při tomto procesu se zvyšuje koncentrace legujícího prvku na povrchu ocelové součásti. Difuzní metody zahrnují:

• Uhlovodíky.

Jde o proces nauhličování, při kterém se koncentrace uhlíku na povrchu slitiny železných kovů (obvykle nízkouhlíkové oceli) zvyšuje difúzí z okolí. Nauhličováním vzniká tvrdý povrch vysoce odolný proti opotřebení (střední hloubka tělesa) výrobku s vynikající kontaktní zatížitelností, dobrou pevností v ohybu a dobrou odolností proti otřepům.

• Nitridace.

Jde o proces nauhličování, při kterém se zvyšuje koncentrace dusíku na povrchu železa difúzí z okolí za vzniku nauhličeného povrchu. Nitridace dává výrobku tvrdý, vysoce odolný povrch (malá hloubka těla) s dostatečnou schopností odolávat kontaktnímu zatížení, dobrou pevností v ohybu a vynikající odolností proti otřepům.

• Vrtání

Jde o termochemický difúzní proces, podobný nitrokarburizaci, při kterém atomy boru difundují do substrátu a vytvářejí tvrdé a otěruvzdorné povrchové vrstvy. Proces vyžaduje vysokou teplotu zpracování (1073-1323 K) a dlouhou dobu trvání (1-12 hodin) a může být aplikován na širokou škálu materiálů, jako jsou oceli, litina, cermety a neželezné slitiny.

• Zpevnění nitridem titanu .

Povlaky z nitridu titanu (extrémně tvrdý keramický materiál) nebo karbidu titanu lze aplikovat na nástroje vyrobené z tohoto typu oceli pomocí procesu fyzikálního napařování, aby se zlepšil výkon a životnost nástroje. TiN má tvrdost podle Vickerse 1800–2100 a kovově zlatou barvu.

• Kalené oceli . 

Pro zvýšení odolnosti ocelí proti opotřebení se cementace obvykle provádí na bázi martenzitické přeměny. Martenzitické kalení je jednou z nejběžnějších metod kalení, která se používá především pro oceli (tj. uhlíkové oceli i nerezové oceli).

• Kalení plamenem .

Zhášení plamenem je technika povrchového kalení, která využívá jeden hořák se speciálně navrženou hlavou k zajištění velmi rychlého zahřátí kovu, který se pak rychle ochladí, obvykle vodou. Tím se na povrchu vytvoří „pouzdro“ martenzitu, zatímco vnitřek předmětu zůstává tažný a pevný. Jedná se o techniku ​​podobnou indukčnímu kalení. Tento typ zpevnění vyžaduje obsah uhlíku 0,3–0,6 % hmotn. C.

• Indukční kalení. 

Indukční kalení je technika povrchového kalení, která využívá indukční cívky k velmi rychlému ohřevu kovu, který se pak rychle ochladí, obvykle vodou. Na povrchu tak vznikne „pouzdro“ martenzitu. Tento typ zpevnění vyžaduje obsah uhlíku 0,3–0,6 % hmotn. C.

• Laserové kalení . 

Laserové kalení je technika povrchového kalení, která využívá laserový paprsek k velmi rychlému zahřátí kovu, který se pak rychle ochladí (obvykle samokalením). Tím se na povrchu vytvoří „pouzdro“ martenzitu, zatímco vnitřek předmětu zůstává tažný a pevný.

Význam trvanlivosti.

Pokud součást podléhá opotřebení, může se časem stát neúčinnou, neefektivní nebo dokonce nebezpečnou. Díly potištěné materiálem odolným proti opotřebení jsou odolnější, takže je lze používat déle bez výměny. 

Kromě odolnosti proti opotřebení je důležité vzít v úvahu koeficient tření materiálu. Vztahuje se k množství odporu, který látka vyvíjí na materiál, který se po ní pohybuje. Plasty mají obvykle nízký koeficient tření, díky čemuž jsou plastové materiály hlavními kandidáty na díly odolné proti opotřebení, například pro 3D tisk.

Materiály odolné proti opotřebení se často používají ve strojírenství, stejně jako v automobilovém a elektronickém průmyslu – nebo v jakémkoli prostředí, kde součásti mají  pohyblivé části – jako jsou ozubená kola, pouzdra nebo ložiska – náchylné k poškození opotřebením. Klíčové jsou tedy materiály odolné proti opotřebení.

Výhody materiálů odolných proti opotřebení:

• Díly používané při montáži nebo výrobě budou vyžadovat méně údržby a méně častou výměnu. To zajišťuje, že pracovní postupy zůstávají rychlé a náklady jsou udržovány na minimu.
• Při výrobě z materiálů odolných proti opotřebení vydrží díly déle a budou odolnější, což povede k nižším nákladům.