Poszukuję najlepszego materiału na kriogeniczny kubek młyna kulowego i kulki

Pracuję z zestawem stopów, które najpierw trzeba zmielić w młynie kulowym w temperaturach kriogenicznych. Ważne jest, aby żadne zanieczyszczenia nie dostały się do materiału i należy podjąć staranne kroki w celu zapewnienia tego celu.

Niestety, kiedy przeprowadziliśmy zestaw próbek przez nasze laboratorium RBS, a następnie ponownie przez PIXE, zauważyliśmy, że mamy zanieczyszczenie Fe i Cr. Początkowo sądzono, że pochodzi on z narzędzi tnących używanych do przygotowania próbek, więc przeprowadziliśmy kolejną próbkę, która została wycięta przy użyciu EDM. Wyniki były takie same. Jedyny inny kontakt materiału ze stalą nierdzewną pochodzi z etapu mielenia kulowego.

Używamy 440C do pucharu i piłek, ale wydaje się, że 316L może być lepiej dopasowany do tego zastosowania. Wiem, że 440C zazwyczaj nie radzi sobie dobrze w temperaturach kriogenicznych, ale tego właśnie używają inne laboratoria, więc nie spodziewaliśmy się, że pojawią się problemy tego typu.

W przypadku nowego materiału na miseczki i kulki należy wziąć pod uwagę następujące kwestie: skrawalność, koszt, dostępność, właściwości kriogeniczne, odporność na wibracje i zmęczenie oraz możliwość uszczelnienia (kubki są wypełnione obojętną atmosferą Ar). Inną możliwością jest obróbka cieplna obecnych materiałów 440C, jednak nie jestem pewien, jakie byłoby najlepsze podejście w tym zakresie.

Jeśli koszt nie jest ekstremalnym przedmiotem, możesz mieć najmniejsze zanieczyszczenie, używając makijażu Co + WC do swoich piłek i użyj kriogenicznego kubka, aby uniknąć ścierania między piłkami i kubkiem.

Toaleta jest wyjątkowo stabilna termicznie i ma niewiarygodnie wysoką twardość powierzchni (nie wspominając o gęstości). Tak długo, jak spoiwo Co może wytrzymać naprężenia (lub możesz znaleźć inne odpowiednie spoiwo), powinieneś cieszyć się znacznie mniejszym zanieczyszczeniem, a także przyspieszonym czasem / wydajnością frezowania ze względu na zwiększoną gęstość i twardość kulek mielących.

WC jest łatwo dostępne w postaci proszku, gotowe do formowania i spiekania przy użyciu dowolnego urządzenia zdolnego do ogrzewania i wtryskiwania stopionego Co (lub Ni) w celu „zwilżenia” go. Ofc, jeśli Co okaże się nie do utrzymania ze względu na zanieczyszczenie lub koszty przetwarzania, zawsze możesz użyć niskotemperaturowej, kriokomórkowej żywicy epoksydowej do zwilżenia / związania proszku WC (może i tak działać lepiej, ponieważ myślę o tym więcej).

Dyskutowałem między odpowiedzią a komentarzem na ten temat, ale ostatecznie myślę, że jest to raczej odpowiedź - choć niedoskonała.

Wydaje mi się, że głównym problemem, który próbujesz rozwiązać, jest zapobieganie przenoszeniu materiału z kulek / filiżanek itp. Podczas procesu mielenia kulek. Nie sądzę, że musisz koniecznie zmieniać materiały, a być może nawet uciekłbyś po dodaniu powłoki PVD lub CVD do istniejących elementów.

Najpierw przychodzi na myśl powłoka DLC (diamentopodobny węgiel),

Myślę jednak, że istnieje wiele powłok, które potencjalnie mogą ci dobrze służyć. Powłoki DLC są bardzo twarde i odporne na zużycie (jak sugeruje nazwa „diamentowa”). Nie łuszczą się i nie odpryskują, a chociaż nie znam końcowego zastosowania ani charakteru wymogu „bez zanieczyszczeń”, powłoki te są całkowicie obojętne na prawie wszystkie organiczne i syntetyczne chemikalia oraz całkowicie obojętne dla ludzkiego ciała, ponieważ dobrze.

W przypadku tego zastosowania uważam, że powłoka ta-C lub ewentualnie ta-C: H może działać dobrze. Kolejnym DLC, który powinien być wyjątkowo twardy i odporny na zużycie, ale z którym nie mam osobistego doświadczenia, jest UNCD (diament ultrananokrystaliczny).

Możesz również znaleźć bardziej tradycyjne powłoki narzędzi, takie jak TiN lub TiAlN, które mogą Ci pomóc - nie mogę zalecić najlepszej powłoki do twojego zastosowania. Nie jestem inżynierem powłok, tylko inżynierem, który miał dobre doświadczenie w stosowaniu tego rodzaju powłok do moich własnych aplikacji w przeszłości :)

Główną zaletą 440C jest wysoka hartowność

Dzięki maksymalnej twardości około 60 Rockwell C, 440C jest stalą nierdzewną, która może rywalizować z wieloma stalami narzędziowymi.

Wygląda na to, że używasz tego materiału w stanie wyżarzonym, co jest dla mnie wątpliwe. Materiał ten jest zwykle wybierany ze względu na wysoką hartowność - nie jest (o ile wiem) powszechnie używany w stanie wyżarzonym.

Wygląda na to, że wybrałeś ten materiał, ponieważ jest on powszechnie stosowany w innych podobnych projektach; Zastanawiam się, jaki jest warunek zastosowania tego materiału w tych projektach.

Jeśli możesz zdobyć części 440C z jednego z tych innych projektów, zrobiłbym test Rockwella, aby sprawdzić, czy jest poddany obróbce cieplnej. Złożyłbym pieniądze na obróbkę cieplną. Materiał wyżarzony będzie prawdopodobnie w studni Rockwell z lat 20-tych, a materiał poddany obróbce cieplnej będzie w latach 50-tych.

Jeśli zamierzasz wykonać test Rockwella, spróbuj wykonać test na elemencie z płaską powierzchnią, ponieważ kule mogą być trudne do przetestowania i dać niedokładne odczyty.

Aby rozpocząć od obróbki cieplnej, uważam, że karty danych Carpenter są zwykle dość wiarygodne. Ich rekomendacje dla 440C to:

• UTWARDZANIE: Ogrzać do 1850 / 1950ºF (1010 / 1066ºC); moczyć; ugasić w ciepłym oleju lub schłodzić w powietrzu. Twardość będzie wynosić ≈60HRC. Nie przegrzewaj się, bo nie będziesz w stanie osiągnąć maksymalnej twardości.
• TEMPERATURA: Aby usunąć naprężenia szczytowe, a jednocześnie zachować maksymalną twardość, odpuszczać co najmniej jedną godzinę w 300 / 350ºF (149 / 177ºC).

Jeśli szukasz obróbki cieplnej, prawdopodobnie zacznę od tego.

Nie sądzę, by 316 byłby dobrym wyborem

Ponieważ jest to materiał znacznie bardziej miękki (gumowaty) niż 440 ° C i myślę, że irytuje to problem przenoszenia materiału.

Teraz powiedziałem, że to niedoskonała odpowiedź,

ponieważ nie wiem, czy to bezpośrednio odpowiada na twoje pytanie. Jest to droga do możliwego rozwiązania, jednak jest niekompletna, ponieważ musisz omówić z ekspertem ds. Powlekania dokładne potrzeby aplikacji i zobaczyć, co mówią.

Na przykład nie mam wiedzy o tym, jak te powłoki działają w temperaturach kriogenicznych , ani jakie powłoki najlepiej sprawdzą się w przypadku materiałów ściernych stosowanych w procesie mielenia kulowego.

Wiem, że użyłem powłok DLC, aby rozwiązać niektóre unikalne problemy, w których pracuję, i pozwoliły mi robić rzeczy, o których nie sądzę, żebym mógł znaleźć alternatywę.

Chciałem również powiedzieć, że znalezienie renomowanego i niezawodnego dostawcy powłok było dla mnie najtrudniejsze w adaptacji tej technologii. Ponieważ może to być dość zniechęcające wyzwanie, proponuję tylko jako miejsce na rozpoczęcie i bez dalszego poparcia poza tym, że osobiście miałem dobre doświadczenia z Oerlikon Balzers. Nie znam zasad rekomendowania dostawców i nie mam powiązań z żadnym dostawcą - więc edytuj tę odpowiedź, aby usunąć nazwę dostawcy, jeśli narusza ona jakiekolwiek zasady.

Bez względu na to, z kim zdecydujesz się robić interesy, zdecydowanie polecam porozmawiać z jednym z inżynierów ds. Aplikacji na temat konkretnych potrzeb dla twojej aplikacji i zobaczyć, jakie powłoki polecają.

Zamykanie myśli

Powłoki PVD / CVD mają charakter trybologiczny - wpływają na interfejs z innymi materiałami, ale nie zmieniają właściwości podłoża podstawowego.

Kiedy mówimy o konstrukcji łożyska, istnieje właściwość zwana zwykle osadzaniem. Odnosi się to zasadniczo do zdolności materiałów łożyskowych do pochłaniania (lub osadzania w sobie) obcych materiałów.

Nie wiedząc więcej o naturze twojego projektu, moje wnętrzności mówią mi, że nie chcesz, aby tak się stało, ponieważ oznaczałoby to, że twoje kulki / kubki itp. Osadziłyby pewną ilość stopów, które próbujesz zmielić. Wydaje mi się mało prawdopodobne, aby było to pożądane. To kolejny powód, dla którego uważam, że 316 byłby złym wyborem.

Aby zmniejszyć możliwość osadzania, potrzebujesz twardszego podłoża.

Zalecam, aby najpierw poddać obróbce cieplnej elementy 440C, a następnie nałożyć powłokę PVD, aby uzyskać najlepszą kombinację właściwości dla danego zastosowania. Zdecydowanie porozmawiam z inżynierem powłok o tym, jakie powłoki będą działać w twoim zastosowaniu (np. Temperatury, kompatybilność materiałów itp.)

Polecam kulki z tlenku glinu (choć nie ze stopów stali).

Użyłem młynów kulowych o pojemności 5 ton i młynka garnkowego w laboratorium (250 gramów) z wykorzystaniem kulek z tlenku glinu.

Myślę, że kulki tlenku glinu są obojętne (już utlenione), więc nawet jeśli mogą wprowadzić pewne zanieczyszczenia, nie sądzę, aby wpłynęło to chemicznie na twój stop, podobnie jak Fe i Cr.

W przypadku kulek z tlenku glinu stopień zużycia jest bardzo niski. Codzienne użytkowanie wymaga tylko regularnego uzupełniania piłek co 3 miesiące.

Kulki tlenku glinu można również stosować do temperatury kriogenicznej (CMIIW). Należy jednak pamiętać: temperatura młynka garnkowego po mieleniu będzie bardzo gorąca (prawie wrząca), więc utrzymanie kriogenicznego może być trudne.