Warum Wolframkarbidbuchsen nach dem Einbau reißen: Presspassung, Gehäusespannung und Kantenbelastung

WannWolframkarbidbuchsenTritt kurz nach dem Einbau ein Riss auf, fällt der erste Verdacht oft auf das Hartmetall selbst: War die Sorte zu spröde? Lag ein Sinterfehler vor? Hat der Lieferant einen Riss übersehen?

Diese Möglichkeiten sollten untersucht werden, sie stellen aber nur einen Teil des Gesamtbildes dar. Eine Buchse, die die Maß-, Sicht- und Materialprüfung besteht, kann nach dem Einpressen in ein Gehäuse dennoch brechen, wenn die Montage einen ungünstigen Spannungszustand erzeugt.

Hartmetall besitzt eine extrem hohe Druckfestigkeit, was unter anderem seine gute Verschleißfestigkeit erklärt. Es verhält sich jedoch nicht wie duktiler Stahl. Seine Fähigkeit, ungleichmäßig verteilte Lasten durch plastische Verformung abzubauen, ist deutlich geringer.

In der Praxis achte ich sehr genau aufwo der Riss beginntEin Riss, der am Außendurchmesser beginnt, kann auf Spannungen im Passungs- oder Gehäusebereich hinweisen. Ein Riss, der an einer Stirnfläche beginnt, kann auf Kantenbelastung oder mangelhaften Schulterkontakt hindeuten. Wiederholte Rissbildung an derselben Umfangsposition lässt oft eher auf das Gehäuse als auf die Hartmetallsorte schließen.

Wenn das Hartmetall vor dem Einbau intakt war, kann die Bruchfläche Aufschluss darüber geben, wie es anschließend durch das Gehäuse belastet wurde.

Warum WolframkarbidbuchseSie verhalten sich bei der Installation anders als Stahl.

Hartmetall Es besteht aus harten WC-Körnern, die durch eine metallische Phase, üblicherweise Kobalt oder Nickel, gebunden sind. Diese Verbundstruktur vereint hohe Härte, hohe Druckfestigkeit und nützliche Bruchzähigkeit.

Hyperion Materials & Technologies weist darauf hin, dass die Druckfestigkeit eine der wichtigsten Eigenschaften von Hartmetall ist und je nach Güteklasse sehr hohe Werte erreichen kann. Die Bruchzähigkeit hingegen ist eine separate Eigenschaft und variiert mit der Mikrostruktur und der Güteklasse.

Diese Unterscheidung ist bei der Installation wichtig.

Ein korrekt konstruiertes Stahlgehäuse kann das Hartmetall einer vorteilhaften, relativ gleichmäßigen radialen Druckspannung aussetzen. Eine zu starke oder ungleichmäßige Passung kann jedoch lokale Biege-, Zug- und Kantenspannungen hervorrufen, die das Hartmetall weniger gut verteilen kann als Stahl.

Ich vermeide daher die einfache Regel, dass „mehr Pressung die Buchse sicherer hält“. Über die erforderliche Haltekraft hinaus kann mehr Pressung eher ein Bruchrisiko als ein Vorteil darstellen.

Übermäßige Presspassung ist der erste zu prüfende Zustand.

Eine Presspassung funktioniert, weil der Außendurchmesser der Buchse vor der Montage größer ist als die Gehäusebohrung. Nach dem Einbau verformen sich Gehäuse und Buchse elastisch und erzeugen Kontaktdruck.

Bei Stahlbauteilen sind Konstrukteure möglicherweise an relativ tolerante Presspassungen gewöhnt. Diese Erfahrung sollte nicht unreflektiert auf Hartmetall übertragen werden.

Die tatsächliche Belastung hängt von weit mehr als nur der nominellen Interferenz ab:

● Buchsen-Außendurchmesser und Toleranz

● Gehäusebohrung und Toleranz

● Hartmetallwandstärke

● Buchsenlänge

● Gehäusewandstärke

● Gehäusematerial und Steifigkeit

● Hartmetallsorte und elastische Eigenschaften

● Temperatur während der Montage und des Betriebs

Deshalb sollte die Passung im ungünstigsten Fall geprüft werden, anstatt die Nennmaße zu vergleichen.

Zum Beispiel:

Maximaler Hartmetall-Außendurchmesser − minimale Gehäusebohrung = maximale Überdeckung

Dieser maximale Zustand – nicht die nominelle Passung – ist oft der Zustand, der bei der Bruchanalyse die größte Aufmerksamkeit verdient.

Unser Leitfaden zuAbmessungen und Toleranzen von Wolframkarbidbuchsenerklärt, warum die Abmessungen der Buchse und des Gehäuses als ein einziges funktionales Toleranzsystem behandelt werden müssen.

Ein verformtes Gehäuse kann selbst bei korrektem Durchmesser zu ungleichmäßiger Belastung führen.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse aus dem Versagen von Hartmetallbauteilen ist, dass der Durchmesser allein keine Bohrung beschreibt.

Ein Gehäuse kann an mehreren Stellen korrekte Messwerte haben und dennoch Folgendes enthalten:

● Ovalität

● Verjüngung

● Fass- oder Sanduhrform

● Lokale Highlights

● Verformung durch Schweißen

● Verformung durch nahegelegene Bolzen

● Bearbeitungsrattern

Wenn eine PräzisionWolframkarbidbuchseWird ein solches Werkstück in eine Bohrung gepresst, ist der Kontaktdruck nicht mehr gleichmäßig über den Umfang verteilt.

Eine lokale Erhebung kann eine deutlich höhere Last tragen als der Rest des Außendurchmessers. Dadurch entsteht genau die Art von lokaler Spannungskonzentration, die harte, relativ spröde Werkstoffe nicht vertragen.

Wenn mehrere Buchsen nach dem Einbau wiederholt an ungefähr der gleichen Position im Uhrzeigersinn reißen, würde ich die Gehäuseform vermessen und die umgebende Struktur untersuchen, bevor ich wiederholte Hartmetalldefekte als Ursache vermute.

Teilweise Gehäuseunterstützung kann die Hartmetallwand verbiegen

Hartmetallbuchsen sind dann am stärksten, wenn die Montagekonstruktion eine vorhersehbare und gleichmäßige Unterstützung gewährleistet.

Probleme entstehen, wenn ein Teil des Außendurchmessers fest abgestützt ist, während ein anderer Teil eine Entlastung, eine beschädigte Bohrung, einen überdimensionierten Abschnitt oder eine Diskontinuität überspannt.

Die Buchse kann dann lokal wie ein starrer Ring wirken, der zwischen Stützpunkten gebogen wird.

Dies ist besonders wichtig bei:

● Dünnwandige Hartmetallbuchsen

● Lange Buchsen

● Stufengehäuse

● Kreuzlöcher oder Öffnungen im Gehäuse

● Unterbrochene Montageflächen

Meine praktische Regel lautet: Die Reduzierung der Hartmetallwandstärke sollte stets eine erneute Überprüfung der Montagebedingungen nach sich ziehen. Eine Presspassung, die bei einer dickwandigen Buchse sicher funktioniert hat, sollte nicht automatisch auf eine deutlich dünnere Ausführung übertragen werden.

Kantenbelastung kann einen Riss an der Stirnfläche verursachen

Hartmetallschneiden verdienen besondere Beachtung, da sie weniger umgebendes Material zur Verteilung einer aufgebrachten Last enthalten.

Stellen Sie sich eine Buchse vor, die gegen eine Gehäuseschulter gepresst wird, die nicht perfekt rechtwinklig ist. Anstatt dass die gesamte Stirnfläche gleichmäßig aufliegt, berührt das Hartmetall zuerst einen schmalen Bereich.

Die Montagekraft konzentriert sich dann an dieser Kante.

Häufige Ursachen für Randlast sind:

● Eine Gehäuseschulter, die nicht senkrecht zur Bohrung verläuft

● Ein kleiner Radius im Gehäuse, der mit einer scharfen Hartmetallkante kollidiert.

● Unzureichende Hartmetallfase

● Eine beschädigte oder verstauchte Schulter

● Die axiale Klemmung wirkt nur auf einen Teil des Rings.

● Ein Halteelement, das ungleichmäßig mit dem Hartmetall in Kontakt steht

Deshalb betrachte ich Fasen und Radien nicht als rein kosmetische Zeichnungsdetails. Sie sind Teil der spannungsgesteuerten Konstruktion.

Wann ist die Hartmetallsorte tatsächlich Teil des Problems?

Installationsprobleme sollten kein Grund sein, die Materialqualität zu vernachlässigen. Hartmetallsorte und Mikrostruktur sind weiterhin von Bedeutung.

Hartmetallsorten können hinsichtlich verschiedener Bruchzähigkeitsgrade entwickelt werden. Bindemittelgehalt, Korngröße und Mikrostruktur beeinflussen das Verhältnis zwischen Verschleißfestigkeit und Zähigkeit.

Eine sehr harte Sorte, die primär auf Abriebfestigkeit optimiert ist, kann bei einer dünnwandigen Buchse, die starker Belastung durch die Montage oder Stößen ausgesetzt ist, weniger nachgiebig sein als eine robustere Sorte, die für diese Geometrie ausgewählt wurde.

Materielle Bedenken können Folgendes umfassen:

● Die Festigkeitsklasse ist für die Auslegung zu gering.

● Porosität

● Anomaler Kohlenstoffzustand

● Bindemittelentmischung

● Bereits vorhandene Risse

● Durch Schleifen verursachte Mikrorisse

Meine bevorzugte Vorgehensweise ist, beide Seiten zu prüfen:Überprüfung der Unversehrtheit der Hartmetallbauteile und Überprüfung der Beanspruchung der Montage.

Die Annahme, es handle sich entweder um „schlechtes Hartmetall“ oder um eine „fehlerhafte Installation“, bevor Beweise gesammelt wurden, kann zu falschen Korrekturmaßnahmen führen.

Wenn uns ein Kunde mitteilt, dass eine Hartmetallbuchse nach dem Einbau gerissen ist, frage ich als Erstes nach den Abmessungen des Gehäuses – und nicht einfach nach einer weiteren Zeichnung der Buchse.

Das liegt daran, dass der Außendurchmesser des Hartmetalls allein keine Auskunft über die Passungsspannung gibt. Wir benötigen zusätzlich Informationen zu Gehäusebohrung, Toleranz, Wandstärke, Material, Schultergeometrie und Montageart.

Langsun Carbide stellt herkundenspezifische Wolframkarbidbuchsenin WC-Co- und WC-Ni-Qualitäten gemäß Kundenzeichnungen, einschließlich präzisionsgeschliffener Innen- und Außendurchmesser, gestufter Profile, Nuten, Löcher, Flansche und anwendungsspezifischer Kantengeometrien.

Bei Presspassungsanwendungen ermöglicht die Angabe der Abmessungen des Gegengehäuses und der beabsichtigten Montageart eine aussagekräftigere Prüfung der Herstellbarkeit als die alleinige Zusendung der Hartmetallzeichnung.

Wenn eine Buchse nach dem Einbau wiederholt reißt, sollte nicht nur die Buchse ausgetauscht werden. Das Gehäuse ist nach dem Einpressen Bestandteil des Bauteils.

Häufig gestellte Fragen

Kann zu starke Beanspruchung eine Wolframkarbidbuchse zum Bersten bringen?

Ja. Zu hohe Passung kann zu hohem Anpressdruck und ungünstigen lokalen Spannungen führen, insbesondere bei dünnwandigen Buchsen oder verformten Gehäusen. Die Passung sollte anhand der Toleranzgrenzen von Buchse und Gehäuse berechnet werden.

Warum reißt die Buchse erst, nachdem die Pumpe angelaufen ist?

Die Installation kann zu starker Beanspruchung des Hartmetalls oder zur Entstehung kleiner Risse führen. Wellenbewegungen, Temperaturänderungen, hydraulische Belastung oder intermittierender Kontakt beim Anfahren können diese Risse dann ausbreiten.

Kann eine härtere Hartmetallsorte Risse bei der Montage verhindern?

Eine höhere Festigkeitsklasse kann zwar die Bruchsicherheit verbessern, aber sie kann keine gravierenden Überbeanspruchungen, ein verzerrtes Gehäuse, Punktbelastungen oder eine fehlerhafte Montageart korrigieren.

Author | Allen

Allen ist Internationaler Marketingdirektor bei NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Mit mehr als fünf Jahren Erfahrung im Bereich industrieller Verschleißteile und Wolframkarbidanwendungen arbeitet er mit Pumpenherstellern, OEMs, Ingenieurbüros und Beschaffungsteams an der Materialauswahl, Zeichnungsprüfung, Fehleranalyse, Fertigungsmachbarkeit, Maßvorgaben und Qualitätskontrolle.

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Referenzen

1. Hyperion Materials & Technologies, Mechanische Festigkeit von HartmetallDie technische Ressource behandelt die Querbruchfestigkeit, die Druckfestigkeit und das Ermüdungsverhalten von Hartmetall.

2. Hyperion Materials & Technologies, HartmetallzähigkeitDie Quelle beschreibt die Charakterisierung der Bruchzähigkeit und die Bandbreite der in Hartmetallsorten verfügbaren Zähigkeitswerte.

3. Hyperion Materials & Technologies, Wolframkarbid-Buchsen und -HülsenHyperion beschreibt Hartmetallbuchsen und Lagerhülsen, die eine hohe Härte mit Bruchzähigkeit für anspruchsvolle hydrodynamische und axiale Schubanwendungen kombinieren.

4. Sumitomo Electric Industries, SEI Group Quarterly / Entwicklung von HartmetallwerkzeugenDas Unternehmen beschreibt das Schrumpfpassen von Hartmetallwerkzeugen zur Erzeugung einer Druckvorspannung und die Verwendung von Finite-Elemente-Analysen zur Optimierung der Passungskonstruktion.