Показатели износостойкости керамических насосов: что важнее: твердость по Моосу, твердость HV или вязкость разрушения?
Если речь идет об износостойкости керамических насосов, то, по сути, существует один фундаментальный факт: ни один отдельный тест не даст полной картины. То, как керамика держится, зависит от сочетания твердости и прочности, а не от одного или другого.
Шкала Мооса — это метод ранжирования материалов, основанный на царапинах-, на основе которого можно поцарапать другой материал: от талька (1) до алмаза (10). Инженерная керамика получается очень хорошей: оксид алюминия и цирконий обычно набирают от 8 до 9, а карбид кремния может достигать 9,5, то есть как раз перед алмазом.
Масштаб легко понять, но это и его самый большой недостаток. В нем всего 10 уровней, и промежутки между ними непостоянны. Он не может отличить материалы, которые попадают в верхний диапазон. Моос отлично работает в качестве базового инструмента проверки.-Он подтверждает, что материал твердый,-но не говорит вам, насколько хорошо он выдержит износ с течением времени.
Твердость по Виккерсу (HV): более точный показатель износа
При определении твердости по Виккерсу используется ромбовидная-пирамида, которая вдавливает углубление в поверхность материала; твердость рассчитывается по размеру этого отступа. Он охватывает гораздо более широкий и детальный диапазон, чем метод Мооса. Для обычной керамики насоса типичными значениями являются:
※Карбид кремния: примерно от 2500 до 3000 В.
※Глинозем: примерно от 1800 до 2200 HV.
※Цирконий: примерно от 1200 до 1500 HV.
Более высокое значение HV означает лучшую устойчивость к локализованной деформации, которая позволяет песку и абразивным частицам вырезать канавки на поверхности. При скользящем или абразивном износе HV гораздо лучше соответствует реальным-мировым скоростям износа, чем по методу Мооса. Крупнейшие производители керамики,-включая Kyocera,-полагаются на Vickers как на инструмент-при измерении износостойкости.
Тем не менее, HV имеет четкий предел: он измеряет сопротивление толчку, а не ударам или электрошоку.
Вязкость разрушения: упущенный из виду фактор
Основным недостатком керамики является ее хрупкость. Вязкость разрушения (KIC) показывает, насколько хорошо материал сопротивляется росту трещин.-Как только образуется крошечная трещина, KIC определяет, останется ли она на месте или будет распространяться до тех пор, пока деталь не выйдет из строя.
Керамические насосы справляются не только с медленной очисткой от абразивных частиц. Они также подвергаются повторяющимся воздействиям от схлопывающихся кавитационных пузырьков, ударам-на высокой скорости твердых частиц в перекачиваемой жидкости и механическим сотрясениям при каждом запуске или остановке агрегата. В таких динамичных условиях одной лишь высокой твердости недостаточно. Если прочность слишком низкая, материал расколется или расколется, а износ может резко возрасти в одночасье.
Вот закономерность: в хрупких материалах, таких как керамика, вязкость разрушения часто определяет характер износа. Твердость имеет большее значение для пластичных материалов, но для керамики KIC имеет гораздо больший вес, чем думает большинство людей.
Как они работают вместе: компромисс между твердостью и ударной вязкостью
В керамике материалы с высокой твердостью обычно менее прочные, и наоборот. Оксид алюминия тверже, но менее прочен, тогда как диоксид циркония лишь немного мягче, а его механическая прочность на растрескивание такова, что его сопротивление распространению трещин может находиться в диапазоне 6-8 МПа·м¹ᐟ² или даже больше. При совместном испытании превосходная прочность диоксида циркония эффективно скрывает хрупкие характеристики керамики, что обычно приводит к снижению долговечности, и в большинстве случаев получается более прочный компонент. Это приводит к ситуации, когда керамика, которая немного более прочна при данном уровне твердости, скорее всего, будет лучше работать в реальных условиях применения.
С другой стороны, если ваше приложение представляет собой чистое скольжение практически без ударов и ударов, преимущество будет иметь более твердый материал.
Выбор подходящего материала: сопоставьте свойства с условиями
Не существует универсального ответа на вопрос, какое свойство важнее всего.-Все зависит от того, как на самом деле работает насос.
Шламы с твердыми частицами, равномерный поток, низкий уровень воздействия: отдавайте предпочтение HV. Карбид кремния или оксид алюминия высокой-чистоты обеспечивают наилучшие характеристики при прямолинейном-износе.
Кавитация, пульсирующий поток жидкости, частые запуски и остановки системы, а также постоянная высокая скорость частиц являются рецептом внезапного явления растрескивания, называемого коррозионным растрескиванием под напряжением, и других подобных режимов разрушения. Главную роль здесь играет вязкость разрушения. Цирконий и циркониевый-упрочненный оксид алюминия (ZTA) имеют значительно лучшую устойчивость к образованию и распространению трещин; таким образом, они могут избежать сценариев катастрофических неожиданных сбоев.
Коррозионная среда: химическая стабильность превосходит твердость. Если материал вступает в реакцию с тем, что он перекачивает, любой край твердости быстро исчезает.
Практический, пошаговый подход-за-работает лучше всего:
Используйте Mohs для быстрого первого прохода.-Убедитесь, что вы ищете специально разработанную керамику, а не материал более низкого-класса.
Используйте HV, чтобы сравнить аналогичные материалы и оценить, насколько они выдержат скольжение.
Используйте вязкость разрушения, чтобы определить, сможет ли материал выдержать удары, вибрацию и изменяющиеся нагрузки в вашей системе.
Твердость определяет скорость начала износа. Прочность решает, когда-или-она закончится. Пропустите любой из них, и ваша оценка износостойкости будет неполной.
