رتبه بندی مقاومت در برابر سایش پمپ سرامیکی: کدام یک مهم تر است - سختی Mohs، سختی HV، یا چقرمگی شکست؟

اگر مقاومت در برابر سایش پمپ سرامیکی موضوع مورد بحث باشد، اساساً یک واقعیت اساسی وجود دارد: هیچ آزمایشی تصویر کاملی را ارائه نمی دهد. نحوه استحکام یک سرامیک به ترکیب سختی و چقرمگی بستگی دارد نه یکی یا دیگری.

سختی Mohs: اولین بررسی سریع

مقیاس Mohs روشی مبتنی بر خراش-برای رتبه‌بندی مواد است که بر اساس آن می‌توان مواد دیگری را از تالک (۱) تا الماس (۱۰) خراش داد. سرامیک های مهندسی شده بسیار خوب ظاهر می شوند: آلومینا و زیرکونیا معمولاً بین 8 تا 9 امتیاز دارند و کاربید سیلیکون می تواند تا 9.5 برسد، یعنی درست قبل از الماس.
درک مقیاس آسان است، اما این نیز بزرگترین اشکال آن است. این فقط 10 سطح دارد و شکاف بین آنها ثابت نیست. نمی تواند موادی را که همه در محدوده بالایی قرار می گیرند، از هم جدا کند. Mohs به‌عنوان یک ابزار اصلی غربالگری به خوبی کار می‌کند-تأیید می‌کند که یک ماده سخت است-اما به شما نمی‌گوید که در طول زمان چقدر در برابر سایش مقاوم است.

سختی ویکرز (HV): سایش سنج دقیق تر
سختی ویکرز از یک هرم الماس شکل- برای فشار دادن یک فرورفتگی به سطح ماده استفاده می کند. سختی از اندازه آن تورفتگی محاسبه می شود. محدوده بسیار گسترده تر و با جزئیات بیشتری نسبت به Mohs را پوشش می دهد. برای سرامیک های پمپ معمولی، مقادیر معمولی عبارتند از:
※ کاربید سیلیکون: تقریباً 2500 تا 3000 HV
※ آلومینا: تقریباً 1800 تا 2200 HV
※ زیرکونیا: تقریباً 1200 تا 1500 HV
HV بالاتر به معنای مقاومت بهتر در برابر نوع تغییر شکل موضعی است که به ذرات شن و ساینده اجازه می دهد شیارها را در سطوح حک کنند. در سایش کشویی یا ساینده، HV بسیار نزدیک‌تر با نرخ‌های سایش واقعی-جهانی نسبت به Mohs مطابقت دارد. تولیدکنندگان بزرگ سرامیک-از جمله Kyocera{4}}برای اندازه‌گیری عملکرد سایش به Vickers تکیه می‌کنند.
گفته می شود، HV یک محدودیت مشخص دارد: مقاومت را در برابر فشار دادن به داخل اندازه گیری می کند، نه در برابر ضربه یا شوک.

 

 

چقرمگی شکست: عامل نادیده گرفته شده

نقطه ضعف اساسی سرامیک ها این است که آنها شکننده هستند. چقرمگی شکست (KIC) به شما می گوید که یک ماده چقدر در برابر رشد ترک مقاومت می کند-هنگامی که یک ترک کوچک ایجاد می شود، KIC تعیین می کند که آیا در جای خود باقی می ماند یا پخش می شود تا زمانی که قطعه از کار بیفتد.
پمپ های سرامیکی فقط با خراش آهسته ذرات ساینده مقابله نمی کنند. آنها همچنین ضربه های مکرر ناشی از فروپاشی حباب های کاویتاسیون، ضربه های{1}}بالا{1}}از ذرات جامد سخت در سیال پمپ شده، و تکان های مکانیکی هر بار که دستگاه شروع به کار می کند یا متوقف می شود، متحمل می شوند. در آن شرایط دینامیکی، سختی بالا به تنهایی کافی نیست. اگر چقرمگی خیلی کم باشد، مواد تراشه می‌کنند یا می‌شکنند، و سایش می‌تواند یک شبه افزایش یابد.
در اینجا یک الگوی ثابت وجود دارد: در مواد شکننده مانند سرامیک، چقرمگی شکست اغلب نحوه سایش را تعیین می کند. سختی برای مواد انعطاف پذیر اهمیت بیشتری دارد، اما برای سرامیک ها، وزن KIC بسیار بیشتر از آن چیزی است که بیشتر مردم تصور می کنند.

چگونه این دو با هم کار می کنند: معامله سختی-سختی
در سرامیک، مواد با سختی بالا معمولاً سختی کمتری دارند و بالعکس. آلومینا سخت‌تر اما سخت‌تر است در حالی که زیرکونیا فقط کمی نرم‌تر است در حالی که استحکام مکانیکی آن در برابر ترک به‌گونه‌ای است که مقاومت آن در برابر انتشار ترک می‌تواند در محدوده 6-8 MPa·m¹ᐟ² یا حتی بیشتر باشد. هنگامی که با هم تست می شوند، چقرمگی برتر زیرکونیا به طور موثر ویژگی شکننده سرامیک ها را پنهان می کند که معمولاً به دوام کمتری منجر می شود و در بیشتر موارد جزء بادوام تر به پایان می رسد. این منجر به سناریویی می شود که در آن سرامیکی که در سطح مشخصی از سختی کمی سخت تر است به احتمال زیاد در شرایط کاربردی واقعی بهتر عمل می کند.
از طرف دیگر، اگر برنامه شما کاملاً کشویی و تقریباً بدون ضربه یا ضربه باشد، مواد سخت‌تر مزیت را حفظ خواهد کرد.

انتخاب مواد مناسب: ویژگی ها را با شرایط مطابقت دهید
هیچ پاسخی جهانی برای اینکه کدام ویژگی مهم‌تر است وجود ندارد-همه چیز به نحوه عملکرد واقعی پمپ بستگی دارد.
دوغاب با ذرات سخت، جریان ثابت، ضربه کم: اولویت HV. کاربید سیلیکون یا آلومینا با خلوص بالا بهترین عملکرد را در سناریوهای سایش مستقیم کشویی ارائه می‌کند.
کاویتاسیون، جریان سیال ضربانی، شروع و توقف مکرر سیستم، و سرعت بالای پیوسته ذرات، دستور العملی برای یک پدیده ترک ناگهانی به نام ترک خوردگی تنشی و سایر حالت های شکست شکست مشابه است. این چقرمگی شکست است که در اینجا نقش اصلی را بازی می کند. مواد زیرکونیا و زیرکونیا{2}}آلومینای سخت شده (ZTA) مقاومت قابل توجهی در برابر تشکیل و انتشار ترک دارند. بنابراین آنها می توانند از سناریوهای شکست غیرمنتظره فاجعه آمیز جلوگیری کنند.
محیط های خورنده: پایداری شیمیایی بر سختی غلبه می کند. اگر ماده با چیزی که پمپاژ می کند واکنش نشان دهد، هر لبه سختی به سرعت ناپدید می شود.

یک رویکرد عملی-گام به-بهترین عملکرد را دارد:
از Mohs برای اولین پاس سریع استفاده کنید-تأیید کنید که به سرامیک مهندسی شده نگاه می‌کنید، نه مواد درجه پایین{1}.
از HV برای مقایسه مواد مشابه و سنجش میزان مقاومت آنها در برابر لغزش استفاده کنید.
از چقرمگی شکست برای قضاوت در مورد اینکه آیا این ماده می تواند در برابر ضربه ها، ارتعاشات و بارهای در حال تغییر در سیستم شما دوام بیاورد یا خیر، استفاده کنید.
سختی سرعت شروع سایش را تعیین می کند. سرسختی تصمیم می‌گیرد که چه زمانی-یا اینکه-به پایان برسد. از یکی از آنها صرفنظر کنید و ارزیابی شما از مقاومت در برابر سایش ناقص است.