چرا فشار تماس خطرناک تر از فشار خم کردن در رول های SiC است؟

در سیستم های کوره غلتکی با دمای بالا،غلتک های کاربید سیلیکون (SiC).معمولاً به عنوان سازه های تیر تحت بار خمشی تجزیه و تحلیل می شوند.

در نتیجه، بسیاری از مهندسان فرض می‌کنند:

تنش خمشی علت اصلی خرابی غلتک است.

با این حال، شکست های میدانی اغلب واقعیت متفاوتی را نشان می دهد.

در بسیاری از موارد، ترک ها نه در دهانه مرکزی که لنگر خمشی بالاترین است، بلکه در موارد زیر شروع می شوند:

• غلتک به پایان می رسد
• پشتیبانی از مناطق تماس
• مناطق لبه
• نقاط بارگذاری محلی

این یک سوال مهندسی مهم را مطرح می کند:

چرا شکست در مناطق تماس به جای مناطق خمش حداکثر شروع می شود؟

پاسخ در تفاوت بین:

• تنش خمشی جهانی
  و
• استرس تماس موضعی

از مکانیک تیرچه کلاسیک:

• غلتک مانند یک تیر ساده عمل می کند
• حداکثر گشتاور خمشی در نزدیکی مرکز اتفاق می افتد
• تنش کششی در سطح بیرونی ایجاد می شود

بنابراین:

دهانه مرکز اغلب خطرناک ترین مکان در نظر گرفته می شود.

این منطق تا حدی درست است - اما ناقص است.

زیرا در سیستم های کوره واقعی:

تنش تماس موضعی می تواند بسیار مهمتر از تنش خمشی کلی باشد.

الگوهای شکست معمولی درسیستم های غلتکی SSiCشامل:

• بریدگی لبه
• ترک های انتهایی صورت
• آسیب سطحی موضعی
• سایش مارپیچ در نزدیکی مناطق پشتیبانی
• ایجاد ترک در رابط های تماس

نکته مهم:

دهانه مرکز اغلب حتی پس از شروع شکست دست نخورده باقی می ماند.

این به شدت نشان می دهد:

تمرکز تنش محلی شروع ترک را کنترل می کند.

استرس تماسی به موارد زیر اشاره دارد:

تنش بسیار موضعی در جایی که دو سطح با هم تماس دارند ایجاد می شود.

در سیستم های کوره غلتکی، تماس در موارد زیر رخ می دهد:

• چرخ های پشتیبانی
• رابط های پشتیبانی فنری
• مناطق باربر
• نواحی تماس شفت

زیرا منطقه تماس واقعی کوچک است:

فشار موضعی می تواند بسیار زیاد شود.

برای فلزات انعطاف پذیر:

تنش موضعی ممکن است از طریق تغییر شکل پلاستیک دوباره توزیع شود.

اما سرامیک ها رفتار متفاوتی دارند.

کاربید سیلیکون عبارت است از:

• قوی در فشرده سازی
• در تنش ضعیف است
• به تمرکز استرس بسیار حساس است

این یعنی:

حتی پیک های تنش کششی محلی کوچک نیز می تواند باعث ایجاد ترک شود.

تنش خمشی عبارت است از:

• در یک منطقه بزرگتر توزیع شده است
• نسبتا قابل پیش بینی
• به تدریج در امتداد غلتک تغییر می کند

در بسیاری از موارد:

غلتک می تواند تنش خمشی متوسط ​​را برای دوره های طولانی تحمل کند.

استرس تماسی عبارت است از:

• بسیار موضعی
• در مناطق کوچک متمرکز شده است
• بسیار حساس به ناهماهنگی
• به شدت تحت تاثیر انبساط حرارتی است

این ایجاد می کند:

• استرس به اوج می رسد
• تنش کششی سطحی
• شروع میکروکراک محلی

در سرامیک های شکننده:

استرس موضعی معمولا خطرناکتر از استرس توزیع شده است.

در سیستم های کوره عملی:

مناطق پشتیبانی اثرات ترکیبی از موارد زیر را تجربه می کنند:

• بارگیری تماس
• محدودیت انبساط حرارتی
• انحراف تراز
• گرادیان های حرارتی

این اثرات در نزدیکی انتهای غلتک همپوشانی دارند.

در نتیجه:

حالت تنش موضعی بسیار شدیدتر از خمش ساده تیر می شود.

این توضیح می دهد که چرا:

ترک‌های غلتکی معمولاً در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها شروع می‌شوند نه از دهانه مرکزی.

در دمای بالا:

غلتک های SiC از نظر حرارتی منبسط می شوند.

اگر سیستم پشتیبانی این گسترش را محدود کند:

استرس تماس اضافی ایجاد می شود.

این امر به ویژه در موارد زیر رایج است:

• سیستم های پشتیبانی چرخ سفت و سخت
• ساختارهای پشتیبانی ضعیف تراز شده است
• تاسیسات بیش از حد محدود

موضوع مرتبط:

• پشتیبانی چرخ در مقابل پشتیبانی فنری در سیستم‌های غلتکی SSiC

سیستم های پشتیبانی شده از فنر قابلیت اطمینان را بهبود می بخشند زیرا:

• جابجایی انبساط حرارتی را جذب کنید
• اوج فشار تماس را کاهش دهید
• بهبود توزیع بار
• تمرکز تنش لبه پایین تر

این تبدیل می کند:

استرس تماس کنترل نشده

به:

تغییر شکل الاستیک کنترل شده

در نتیجه:

احتمال شکستگی شکننده ناگهانی به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.

توالی شکست واقعی اغلب به صورت زیر است:

مناطق تماس کوچک باعث تمرکز استرس می شوند.

گرمایش و سرمایش مکرر استرس موضعی را تقویت می کند.

ترک های ریز در نزدیکی لبه تماس ایجاد می شوند.

ترک ها به تدریج تحت چرخه های مکرر گسترش می یابند.

شکستگی لبه یا شکستن ناگهانی غلتک رخ می دهد.

نکته مهم:

ممکن است این ماده همچنان در کل "قوی" به نظر برسد.

یک تصور غلط رایج این است:

مواد قوی تر = عمر غلتک بیشتر.

با این حال:

اگر استرس تماسی به خوبی کنترل نشود، حتی SiC با استحکام بسیار بالا نیز می تواند زود از بین برود.

به همین دلیل:

طراحی سیستم اغلب بیشتر از استحکام مواد به تنهایی اهمیت دارد.

برای کاهش شکست ناشی از استرس تماسی:

از مناطق تماس بسیار کوچک اجتناب کنید.

بارگذاری غیرعادی یا ناهموار را کاهش دهید.

سیستم های فنری تمرکز استرس را کاهش می دهند.

دمای یکنواخت عدم تطابق انبساط را کاهش می دهد.

بریدگی زودرس لبه اغلب نشان دهنده استرس تماس بیش از حد است.

مطالب مرتبط:

• چرا سایش مارپیچی در انتهای غلتکی در سیستم‌های کوره‌ای با پشتیبانی فنر ظاهر می‌شود؟
• چرا اکثر ترک های غلتکی از مناطق تماس شروع می شوند
• چگونه می توان علائم اولیه خرابی غلتک کاربید سیلیکون را شناسایی کرد

ما ارائه می دهیم:

• غلتک های SiC متخلخل بدون فشار با کارایی بالا
• ارزیابی ساختار پشتیبانی کوره
• تجزیه و تحلیل خرابی غلتک
• توصیه های بهینه سازی تنش حرارتی
• مشاوره بهبود سیستم پشتیبانی

برنامه های کاربردی عبارتند از:

• کوره های باتری لیتیومی
• کوره های غلتکی سرامیک
• سیستم های کوره با دمای بالا
• تجهیزات پردازش حرارتی نیمه هادی

در سیستم های غلتکی SiC:

استرس تماسی اغلب خطرناک تر از استرس خمشی است.

زیرا:

• به شدت موضعی است
• تمرکز استرس شدید ایجاد می کند
• مستقیماً باعث ایجاد ترک های سطحی می شود
• این به شدت با انبساط حرارتی و محدودیت های پشتیبانی تعامل دارد

برای مواد سرامیکی شکننده مانند SSiC:

توزیع تنش محلی قابلیت اطمینان را بیشتر از بارگذاری پرتو جهانی کنترل می کند.

بنابراین درک مکانیک تماس برای بهبود طول عمر غلتک درازمدت و کاهش خرابی های غیرمنتظره کوره ضروری است.