چرا هر چه مواد شما در برابر سایش-مقاومتر باشد، احتمال شکستن آن بیشتر است؟

چندی پیش یک مهندس از من پرسید:

آنها دارای یک چرخ دنده POM هستند و فرآیند اعتبار سنجی اولیه به آرامی پیش رفته است.

دو دور تست سایش انجام شد که حداقل تغییرات ابعادی و شرایط سطح عالی را نشان داد و تأیید کرد که این ماده هیچ مشکل سایش قابل توجهی ندارد.

با این حال، در طول آزمایش‌های اخیر کل- طول عمر دستگاه که پس از رسیدن به حدود 200000 چرخه انجام شد، چندین نمونه شروع به شکستن دندان در مکان‌های کاملاً ثابتی کردند.

در حال حاضر بحث‌هایی در جامعه وجود دارد: برخی آن را به استرس پردازش نسبت می‌دهند، برخی دیگر به نقص‌های طراحی ساختاری نسبت می‌دهند، در حالی که برخی دیگر به تغییرات در دسته‌های مواد مشکوک هستند.

او یک سوال بسیار خوب پرسید-

اگر این ماده واقعاً مشکل داشت، چرا تست سایش قبلی چنین نتایج عالی را به همراه داشت؟

این در واقع یک مسئله بسیار رایج است و بسیاری از تیم ها درگیر آن هستند.

چیزی که واقعاً به آن اشاره می کند یک ناهنجاری پارامتر خاصی نیست، بلکه یک تصور غلط شناختی اساسی است.

چرا ماده‌ای که مقاومت سایش عالی از خود نشان می‌دهد، در واقع در شرایط واقعی{0}در شرایط عملیاتی، مستعد خرابی خستگی می‌شود؟

بسیاری از افراد از همان ابتدا «نوع مشکل» را اشتباه متوجه می شوند.

هنگامی که اکثر مردم با توصیف "سایش کم + شکستگی بعدی" مواجه می شوند، اولین واکنش آنها شناسایی ناهنجاری است.

آیا این دسته از مواد ناپایدار است؟ آیا در پردازش مشکلی وجود دارد؟ یا شرایط تست متناقض است؟

اما اگر مشکل را حل کنید، در واقع متوجه خواهید شد که ...

فرسودگی و خستگی اساساً یک دسته از مسائل نیستند.

پوشیدن، در اصل، یک پدیده سطحی است.

شما می توانید آن را به عنوان سطح مواد در حال "برش" و "خراش" مدام در نظر بگیرید.

چه موادی برای تحمل این فرآیند مورد نیاز است؟

ساده است: سخت، متراکم و برش سخت است.

نقل قول: بررسی و ویژگی های مکانیزم های سایش ساینده

همانطور که می بینید، بسیاری از مواد مقاوم در برابر سایش این ویژگی ها را دارند:

بلورینگی بالا

مدول بالا

انرژی سطحی پایین (با اجزای روان کننده)

به عبارت دیگر، تست های سایش به شرح زیر است:

آیا سطح می تواند آسیب های خارجی را تحمل کند؟

اما خستگی از منطق کاملا متفاوتی پیروی می کند.

خستگی در مواد رخ می دهد و یک فرآیند تجمعی است.

هر درگیری دنده اساساً یک چرخه کوچک خم شدن و کشش است.

برای یک بار مشاهده خوب است، اما مشکل اینجاست...

این عمل صدها هزار یا حتی میلیون ها بار تکرار خواهد شد

در طی این فرآیند در داخل ماده چه اتفاقی می افتد؟

زنجیره مولکولی تحت کشش و بازگشت مکرر قرار می گیرد.

تغییر شکل برگشت ناپذیر در مناطق موضعی رخ می دهد.

عیوب میکروسکوپی به تدریج به شکاف تبدیل می شوند.

در ابتدا هیچ تغییری را متوجه نخواهید شد.

اما وقتی شکاف به اندازه بحرانی معینی می‌رسد-

تجلی کلان عبارت است از: پارگی ناگهانی.

بنابراین، مسئله کلیدی «چرا شکست» نیست، بلکه این است:

استفاده از "آزمایش سایش" برای ارزیابی وضعیت عملیاتی "تسلط بر خستگی" از ابتدا اساساً نامناسب است.

چرا "مقاومت در برابر سایش بهبود یافته" در واقع منجر به شکست های خستگی مکرر می شود؟

هنگامی که مسائل را به درستی دسته بندی کردید، پدیده ای را مشاهده خواهید کرد که با شهود مخالفت می کند، اما در بین موارد{0}} دارای امتیاز بالا بسیار رایج است:

بسیاری از روش ها برای بهبود مقاومت در برابر سایش اساساً مقاومت در برابر خستگی مواد را به خطر می اندازند.

این تصادفی نیست؛ توسط ساختار تعیین می شود.

1. هر چه میزان بلورینگی بیشتر باشد، تکه تکه های زنجیره کمتر می شود.

چرا موادی مانند POM، PBT و PET مقاومت در برابر سایش عالی از خود نشان می دهند؟

زنجیره‌های مولکولی در ساختاری بسیار فشرده و{0}}به خوبی تعریف شده‌اند.

نفوذ خارجی ها به آن محیط بسیار دشوار است.

اما مشکل اینجاست.

وقتی ماده تحت فشار دوره ای قرار می گیرد، باید یک کار را انجام دهد:

انرژی از طریق حرکت میکروسکوپی زنجیره های مولکولی آزاد می شود.

با این حال، مشکل ساختار کریستالی-بالا این است:

بخش محدود شده است.

حجم رایگان کم است.

تقریباً هیچ فضای بافری به صورت محلی وجود ندارد

نتیجه این است:

وقتی نیروی خارجی اعمال می شود، جایی برای پراکندگی وجود ندارد-بنابراین تنها در بخش های خاصی از زنجیره متمرکز می شود- و در نهایت باعث می شود زنجیره اصلی پاره شود.

2. پرکننده اغلب مشکل را تشدید می کند.

بسیاری از مهندسان فرمولاسیون به طور شهودی معتقدند که:

برای مقاومت در برابر سایش → پرکننده سخت شونده را اضافه کنید

به عنوان مثال، پشم شیشه، فیبر کربن و پودرهای معدنی.

در کوتاه مدت، این رویکرد صحیح است:

سطح سخت تر است

مقاومت در برابر خراش افزایش یافته است

اما در شرایط خستگی چه اتفاقی برای این عناصر می افتد؟

افزایش دهنده استرس

دلیلش ساده است:

رزین "تغییر شکل" است.

پرکننده "اساساً غیرقابل تغییر شکل-است".

تحت بارگذاری مکرر، رابط بین دو جزء تنش برشی قابل توجهی را تجربه می کند.

با گذشت زمان چه اتفاقی می افتد؟

لایه لایه شدن رابط

ریزچاله ها را تشکیل دهید

ترک از لبه پرکننده شروع به انتشار می کند.

در نهایت، آنچه در سطح شکستگی مشاهده می کنید، شکستگی یکنواخت نیست.

بلکه یک مورد معمول ترک خستگی است که در داخل ایجاد می شود.

به طور خلاصه این بخش را می توان در یک جمله خلاصه کرد:

هدف شما این است که ماده را "مقاومتر در برابر خراش-مقاومتر و "سفت‌تر" کنید، اما مقاومت در برابر خستگی دقیقاً مستلزم آن است که "دینامیک و قادر به اتلاف انرژی" باشد.

چگونه می توان این تناقض را از منظر مهندسی حل کرد؟

هنگام ساخت قطعاتی مانند چرخ دنده ها، یاتاقان ها یا اتصالات کشویی، نیازهای مشتری معمولاً ساده است:

نه باید آسیب ببیند و نه بشکند!

پس مشکل اینجاست:

چگونه می‌توانیم بین «سفتی» و «تاب‌آوری» تعادل برقرار کنیم؟

رویکرد 1: به جای افزایش سختی، ابتدا روی کاهش اصطکاک تمرکز کنید.

اگر تمام تلاش خود را بر روی "بهبود مقاومت مواد در برابر برش" متمرکز کنید،

به راحتی می توان سیستم را به سمت مسیری با "سفتی بالا → خستگی کم" هدایت کرد.

یک رویکرد متفاوت را امتحان کنید:

به جای مقاومت مستقیم در برابر اصطکاک، اصطکاک را کاهش دهید.

این دقیقاً چگونه باید انجام شود؟

یک فاز روانکاری مبتنی بر{0} سیلیکون اضافه کنید

پودر میکرو-PE با وزن مولکولی بسیار بالا اضافه کنید

توسعه یک سیستم{0}}خود روانکاری

ویژگی های این اقلام عبارتند از:

✔ مدول را به میزان قابل توجهی افزایش نمی دهد

✔ با این حال، می تواند یک لایه برشی کم روی سطح ایجاد کند

نتیجه این است:

بخشی از نیروی خارجی به جای «بریده شدن» «لغزش» است.

آسیب ناشی از خستگی بسیار کمتر است.

رویکرد ②: به جای تکیه بر یک ماده واحد، "ساختار مصرف انرژی" را توسعه دهید

این دقیقاً همان جایی است که بسیاری از کارخانه های اصلاح تخصص فنی واقعی خود را نشان می دهند.

هسته اصلی "更强" نیست، بلکه:

فضایی را در داخل ماده برای اتلاف انرژی فراهم کنید.

رویکرد معمولی این است:

به عنوان یک سیستم آلیاژی، به عنوان مثال POM/TPU

POM استحکام و مقاومت در برابر سایش را ارائه می دهد.

TPU خاصیت ارتجاعی و اتلاف انرژی را فراهم می کند.

هنگامی که ترک منتشر می شود:

پس از مواجهه با فاز انعطاف پذیر ...

انرژی جذب می شود.

ترک ها غیرفعال یا حتی خاتمه می یابند.

ممکن است مقدار کمی مقاومت در برابر سایش را قربانی کنید.

با این حال، این منجر به افزایش قابل توجهی در امید به زندگی به دلیل خستگی شد.

رویکرد 3: اگر بودجه اجازه می دهد، مستقیماً از مواد با ساختار صحیح استفاده کنید.

برخی از مواد به طور ذاتی این تناقض را از طریق ساختار مولکولی خود حل می کنند.

به عنوان مثال PEEK.

ویژگی تعیین کننده آن این نیست که "یک شاخص منفرد به ویژه شدید باشد."

بلکه دارای ویژگی های ساختاری زیر به طور همزمان است:

واحدهای صلب (حلقه‌های معطر، گروه‌های کتون)

پیوند انعطاف پذیر (پیوند اتری)

نتیجه این است:

هم قوی و هم مقاوم در برابر سایش-

همچنین تحرک سگمنتال خاصی را نشان می دهد

بنابراین خواهید یافت که:

بسیاری از اجزای پویا{0}بالا (که در هوانوردی و برنامه‌های پزشکی استفاده می‌شوند)،

در نهایت پس از دور زدن به سمت این مواد برمی گردیم.

به این دلیل نیست که گران است، بلکه به این دلیل است که:

جبران "عیوب ساختاری" مواد ارزان قیمت به تنهایی از طریق فرمولاسیون دشوار است.

مشکل اساسی در این نوع مشکلات "استفاده از مواد اشتباه" نیست، بلکه:

از سیستم ارزیابی اشتباه استفاده شده است.

سایش تعامل انرژی بین سطوح است.

خستگی انباشته شدن انرژی درونی است.

اگر فقط بر روی بهینه سازی یک معیار واحد در TDS تمرکز کنید،

رسیدن به کمال در یک بعد و از دست دادن کنترل در بعد دیگر آسان است.

مهندسان واقعاً با تجربه روی "بهینه سازی یک معیار واحد" تمرکز نمی کنند. در عوض، هدف آنها این است:

نقطه تعادلی بین صلبیت، چقرمگی، اصطکاک و اتلاف انرژی پیدا کنید که عملکرد بلندمدت- را تضمین کند.

اگر تا به حال با این مورد مواجه شده اید:

آزمایش اولیه به آرامی انجام شد. با این حال، مسائل مربوط به طول عمر محصول پس از استفاده از آن به وجود آمد.

به خصوص آن یکی-

وضعیتی که در آن "به سختی نیاز به سنگ زنی داشت، اما باز هم شکست."

به احتمال زیاد این یک تصادف نیست، بلکه یک شکست معمولی ناشی از خستگی-است.

به شکستگی زیر میکروسکوپ نگاه دقیقی بیندازید-اغلب پاسخ آن وجود دارد.

اکنون تماس بگیرید