Оцінки зносостійкості керамічного насоса: що важливіше — твердість за Моосом, твердість HV чи в’язкість до руйнування?
Якщо мова йде про зносостійкість керамічної помпи, то в основному є один фундаментальний факт: жоден окремий тест не дасть повної картини. Те, як кераміка тримається, залежить від поєднання твердості та міцності, а не одного чи іншого.
Шкала Мооса — це -метод класифікації матеріалів, на основі якого можна подряпати інший, від тальку (1) до алмазу (10). Інженерна кераміка виходить дуже добре: оксид алюмінію та цирконій зазвичай мають оцінку від 8 до 9, а карбід кремнію може досягати 9,5, тобто трохи раніше алмазу.
Масштаб легко зрозуміти, але це також його найбільший недолік. Він має лише 10 рівнів, і проміжки між ними не є послідовними. Він не може відрізнити матеріали, які належать до верхнього діапазону. Moh чудово працює як основний інструмент скринінгу-він підтверджує твердість матеріалу-але не скаже вам, наскільки добре він витримає зношування з часом.
Твердість за Віккерсом (HV): більш точний показник зносу
Твердість за Віккерсом використовує ромбоподібну-піраміду, щоб втиснути відступ у поверхню матеріалу; твердість розраховується за розміром цього відступу. Він охоплює набагато ширший і детальніший діапазон, ніж Моос. Для звичайної кераміки для насосів типові значення:
※Карбід кремнію: приблизно від 2500 до 3000 HV
※Оксид алюмінію: приблизно від 1800 до 2200 HV
※Цирконій: приблизно від 1200 до 1500 HV
Вища HV означає кращу стійкість до локалізованої деформації, яка дозволяє частинкам піску та абразиву прорізати канавки на поверхнях. У випадку ковзання чи абразивного зносу HV набагато більше відповідає реальним-рівням зносу, ніж Моос. Основні виробники кераміки-включно з Kyocera-покладаються на Vickers як на-вимірювання показників зносу.
Тим не менш, HV має чітку межу: він вимірює стійкість до штовхання, а не до удару чи струсу.
В'язкість до руйнування: фактор, який не враховується
Основним недоліком кераміки є те, що вона крихка. В’язкість до руйнування (KIC) показує, наскільки добре матеріал протистоїть утворенню тріщин-якщо утворюється крихітна тріщина, KIC визначає, чи залишиться вона на місці, чи пошириться, доки деталь не вийде з ладу.
Керамічні насоси справляються не лише з повільним очищенням від абразивних частинок. Вони також витримують повторювані удари від згортання кавітаційних бульбашок, високо-швидкісні удари твердих частинок у рідині, що перекачується, і механічні струси кожного разу, коли пристрій запускається чи зупиняється. За таких динамічних умов однієї лише високої твердості недостатньо. Якщо в’язкість занадто низька, матеріал буде розколюватися або розбиватися, і знос може різко зрости за одну ніч.
Ось послідовна закономірність: у крихких матеріалах, таких як кераміка, в’язкість до руйнування часто визначає характер зношування. Твердість має більше значення для пластичних матеріалів, але для кераміки KIC має набагато більшу вагу, ніж більшість людей усвідомлюють.
Як обидва працюють разом: компроміс між твердістю та міцністю
У кераміці матеріали з високою твердістю, як правило, менш міцні, і навпаки. Оксид алюмінію твердіший, але менш міцний, тоді як діоксид цирконію лише трохи м’якший, а його механічна міцність до розтріскування така, що його опір поширенню тріщин може бути в діапазоні 6-8 МПа·м¹ᐟ² або навіть більше. При спільному тестуванні чудова міцність діоксиду цирконію ефективно приховує характеристики крихкості кераміки, які зазвичай призводять до нижчої довговічності, і в більшості випадків виходить більш міцний компонент. Це призводить до сценарію, коли кераміка, яка є трохи міцнішою за певного рівня твердості, швидше за все, буде краще працювати в умовах реального застосування.
З іншого боку, якщо ваша програма є чистим ковзанням майже без ударів чи ударів, більш твердий матеріал матиме перевагу.
Вибір правильного матеріалу: відповідність властивостей умовам
Немає універсальної відповіді на те, яка властивість найважливіша-все зводиться до того, як насправді працює насос.
Суспензії з твердими частинками, постійний потік, низький вплив: надайте пріоритет HV. Карбід кремнію або оксид алюмінію високої{1}}чистості забезпечують найкращу ефективність у сценаріях прямого ковзання-.
Кавітація, пульсуючий потік рідини, частий запуск і зупинка системи, а також безперервна висока швидкість частинок є рецептом раптового явища розтріскування, яке називається корозійним розтріскуванням під напругою та іншими подібними режимами руйнування. Основну роль тут відіграє в'язкість руйнування. Цирконій та цирконій-загартований оксид алюмінію (ZTA) мають значно кращу стійкість до утворення та поширення тріщин; таким чином вони можуть уникнути катастрофічних неочікуваних сценаріїв збою.
Корозійне середовище: хімічна стабільність перевершує твердість. Якщо матеріал реагує на те, що він перекачує, будь-яка грань жорсткості швидко зникає.
Практичний, покроковий-під-працює найкраще:
Використовуйте Mohs для швидкого першого проходу-підтвердження, що ви шукаєте технічну кераміку, а не матеріал нижчого-класу.
Використовуйте HV, щоб порівняти подібні матеріали та оцінити, наскільки вони витримають ковзання.
Використовуйте в’язкість до руйнування, щоб визначити, чи здатний матеріал витримати удари, вібрацію та змінні навантаження у вашій системі.
Жорсткість визначає, як швидко починається зношування. Жорсткість вирішує, коли-і чи-це закінчиться. Пропустіть будь-яке, і ваша оцінка зносостійкості буде неповною.
