Influence de l'état de surface de l'arbre sur la durée de vie des bagues en carbure
Quand undouille en carbure de tungstèneEn cas de défaillance prématurée, l'attention se porte naturellement sur la qualité du carbure. Était-il suffisamment dur ? La teneur en cobalt était-elle inadéquate ? Aurait-il fallu utiliser du WC-Ni à la place ?
Ce sont des questions pertinentes, mais j'ai constaté qu'elles peuvent détourner l'attention d'un point beaucoup plus simple : la bague ne fonctionne pas seule. Elle s'appuie contre la surface d'un arbre, d'un manchon ou d'un palier.
Une bague en carbure parfaitement fabriquée peut néanmoins présenter des rayures, un polissage localisé, un élargissement du jeu, de la chaleur ou des dommages aux bords si l'arbre est rugueux, mou, corrodé, excentrique, mal revêtu ou transporte des débris abrasifs.
Lorsque la durée de vie d'une bague en carbure est anormalement courte, inspectez l'arbre avec le même sérieux que la bague.
1. Rugosité de la tige : « Suffisamment lisse » est plus complexe que Ra
La rugosité de surface est généralement le premier point abordé par les ingénieurs lors de la spécification d'un arbre. Cela se comprend aisément : un arbre en rotation passe continuellement sur la surface de la bague.
Un arbre rugueux présente des aspérités susceptibles de concentrer la pression de contact et de perturber le film lubrifiant. En cas de glissement, ces aspérités peuvent racler ou labourer la surface de contact.
Mais je ne me baserais pas uniquement sur le nombre Ra.
Deux arbres peuvent présenter une rugosité moyenne similaire tout en ayant des profils très différents. L'un peut avoir une surface lisse et plate, tandis que l'autre peut présenter des aspérités d'usinage marquées, des creux profonds, des marques de broutage ou des rayures de rectification directionnelle.
SKF fait une observation similaire dans ses recommandations de conception pour les paliers lisses : les caractéristiques de profil de surface abruptes peuvent engendrer une usure importante même lorsque la valeur Ra moyenne se situe dans la plage recommandée pour le système de bague concerné.
Cela ne signifie pas que les limites numériques de SKF doivent être automatiquement copiées sur un Bague en carbure de tungstène Dessin. Les spécifications de surface correctes dépendent de la lubrification, de la vitesse de rotation de l'arbre, de la nuance de carbure, du jeu et de la fonction.
La leçon plus générale est plus précieuse :C’est la topographie de la surface qui compte, et pas seulement un indice de rugosité.
2. La dureté de l'arbre influe sur l'ordre d'usure des composants.
Le carbure de tungstène est nettement plus dur que les aciers à arbres courants. C'est l'une des raisons.bagues de pompe en carbure de tungstènepeuvent conserver leur géométrie dans des environnements à forte usure.
Mais associer un alésage en carbure dur à un arbre insuffisamment trempé peut simplement déplacer le problème d'usure.
Un ramollissement de la tige peut se développer :
● Rainures longitudinales
● Perte de diamètre localisée
● Bandes d'usure polies
● Marches au niveau des bords de la douille
● Particules abrasives incorporées
Dès que l'arbre commence à se rainurer, l'interface se modifie. Le jeu devient irrégulier et des particules abrasives peuvent rester piégées dans la surface endommagée.
Je ne considère donc pas le fait que « le carbure ait encore une belle apparence » comme une preuve de l'efficacité du système anti-usure. Si l'arbre s'use plus vite que prévu, le choix des matériaux doit être revu.
3. La corrosion transforme un arbre lisse en une surface abrasive
La corrosion est particulièrement trompeuse car l'arbre peut avoir été fabriqué avec une excellente finition. Après une exposition à l'eau, aux produits chimiques, aux chlorures, aux fluides de process ou à de longues périodes d'arrêt, cette finition d'origine peut disparaître.
La corrosion peut créer des piqûres et des aspérités sur la surface de l'arbre. Lors de la rotation, les produits de corrosion non adhérents peuvent pénétrer dans le jeu de la bague et agir comme des particules abrasives supplémentaires.
Les traces de corrosion et la contamination particulaire générées par la corrosion augmentent la rugosité de la surface de contact et accélèrent l'usure dans les systèmes de paliers lisses.
Lorsque je constate qu'une bague en carbure présente des rayures irrégulières plutôt qu'une usure lisse et uniforme, j'inspecte l'arbre pour détecter d'éventuelles piqûres avant de prescrire une nuance de carbure plus dure.
Dans les pompes en milieu corrosif, les deux éléments de l'arbre sont importants. Choisir une bague en WC-Ni sans modifier l'arbre, qui se corrode rapidement, ne résout que la moitié du problème.
4. Le faux-rond et le désalignement créent un contact localisé
Un arbre peut présenter une superbe finition de surface et néanmoins détruire une bague s'il ne tourne pas de manière concentrique.
Le faux-rond de l'arbre provoque un déplacement de la surface de roulement par rapport à la bague à chaque tour. Un défaut d'alignement engendre un autre problème : au lieu que les axes de l'arbre et de la bague restent parallèles, une extrémité s'approche davantage de l'alésage en carbure que l'autre.
Les preuves typiques comprennent :
● L'usure se concentrait sur un côté de l'alésage.
● Une bande polie à une extrémité
● Écaillage des bords en carbure
● Score local de l'arbre
● Chaleur ou vibrations, même si le jeu calculé semble adéquat
C'est pourquoi notre guide dejeu de fonctionnement des bagues en carbure de tungstène dans les pompes abrasivesprend en compte le faux-rond, la déviation et le désalignement angulaire de l'arbre dans le budget de jeu.
Le jeu indiqué sur le dessin n'est qu'un point de départ géométrique. C'est la machine en fonctionnement qui détermine le jeu réel.
5Les particules abrasives peuvent transformer l'interface en un système de broyage.
Dans un fluide propre, l'arbre et la bague peuvent fonctionner avec un contact direct limité. Dans une pompe à boues, la situation peut changer radicalement si des particules solides pénètrent dans l'espace entre les deux.
Lorsque le niveau d'eau de rinçage du presse-étoupe est inférieur aux spécifications, des particules abrasives peuvent migrer entre le joint et le manchon de l'arbre, provoquant des dommages importants et une défaillance prématurée des composants.
Le même principe général s'applique aux bagues à faible jeu : une fois que des particules dures pénètrent à l'interface, elles peuvent devenir un troisième corps entre l'arbre et le carbure.
Un arbre lisse peut alors se rayer. Les rainures retiennent davantage de particules. Ces particules élargissent les rainures. Le jeu augmente, permettant à encore plus de contaminants de circuler.
Cette boucle de rétroaction explique pourquoi certains problèmes d'usure s'accélèrent au lieu de progresser de manière linéaire.
Pourbagues en carbure de tungstène pour pompes à bouesLa qualité de l'affleurement et l'exclusion des solides peuvent donc être tout aussi importantes que la dureté du carbure.
Que peuvent vous apprendre les différents types d'usure ?
| État observé | Cause possible liée à l'arbre | Que faut-il inspecter ? |
| Polissage uniforme | épaisseur normale du film glissant ou marginal | Rugosité, lubrification, jeu |
| Rainures axiales profondes | Dommages causés par des particules abrasives ou par la surface de l'arbre | Affleurement, rainures d'arbre, contamination |
| Usure d'un seul côté | faux-rond, déviation, excentricité | TIR, rectitude de l'arbre, état des roulements |
| L'usure est concentrée à une extrémité. | Désalignement angulaire | Alignement des axes, position du boîtier |
| Rayures irrégulières | débris de corrosion ou particules de revêtement | Piqûres, intégrité du revêtement, chimie des fluides |
| Tige profondément rainurée mais carbure relativement intact | Tige trop molle ou interface contaminée | Dureté de l'arbre, finition, pénétration des particules |
| Chauffage immédiat après reconstruction | Diamètre, rugosité ou faux-rond de l'arbre incorrects | Dimensions réelles de dégagement à chaud/à froid et d'assemblage |
Un grain plus dur peut être utile si l'abrasion uniforme par carbure est le mécanisme prédominant. Il ne corrigera cependant pas la corrosion de l'arbre, un faux-rond excessif, des rainures profondes, un défaut de placage ou la circulation de particules abrasives dans l'entrefer.
Pour les clientsbagues en carbure de tungstène pour pompesJe préfère examiner quatre éléments ensemble :
1. La douille en carbure
2. L'arbre ou le manchon d'accouplement
3. Le jeu de fonctionnement
4. L'environnement des fluides et de la contamination
Cette approche donne généralement de meilleurs résultats que de se demander simplement si le carbure doit être plus dur.
FAQ
Un arbre rugueux peut-il endommager une bague en carbure de tungstène ?
Oui. La rugosité, les aspérités de surface, les marques d'usinage et les débris incrustés peuvent accroître le contact localisé et l'interaction abrasive. La finition acceptable dépend du système de bagues et des conditions de fonctionnement.
La tige peut-elle être trop tendre pour une bague en carbure ?
Oui. Un arbre tendre peut se rainurer ou perdre de son diamètre tandis que le carbure reste relativement inchangé, ce qui entraîne une augmentation du jeu et une usure secondaire.
Pourquoi une bague en carbure s'use-t-elle d'un seul côté ?
Une usure unilatérale suggère généralement un défaut de concentricité, une déviation, une excentricité ou une erreur d'alignement de l'arbre plutôt qu'une abrasion uniforme du matériau.
Références
1. SKF, « Conception des bagues ». Ce guide traite de la rugosité de la surface de contact, de la dureté, de la résistance à la corrosion, de l'alignement, des traitements de surface et de l'effet des caractéristiques de profil de surface pointues sur l'usure des bagues.
2. Racines, Option EnviroSet pour pompes à débit maximal et minimalLa publication explique comment un rinçage insuffisant du presse-étoupe permet aux particules abrasives de migrer entre le joint et le manchon de l'arbre, provoquant des dommages prématurés, et comment l'élimination des solides améliore la durée de vie du manchon.
Auteur | Allen
Allen est directeur du marketing international chez NINGBO LANGSUN TUNGSTEN CARBIDE CO., LTD. Il possède plus de cinq ans d'expérience dans le domaine des pièces d'usure industrielles et Applications du carbure de tungstèneIl travaille avec les équipementiers, les fabricants d'équipements et les équipes d'approvisionnement sur la sélection des matériaux, la conception des pièces d'usure, la faisabilité de la fabrication et les exigences en matière de contrôle de la qualité.
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