Estou trabalhando com um conjunto de ligas que primeiro devem ser trituradas em um moinho de bolas a temperaturas criogênicas. É importante que nenhuma contaminação chegue ao material e sejam tomadas medidas cuidadosas para garantir esse fim.
Infelizmente, quando executamos um conjunto de amostras em nosso laboratório de RBS e novamente no PIXE, vimos que havia contaminação por Fe e Cr. Inicialmente, pensava-se que era proveniente das ferramentas de corte usadas para preparar as amostras, então executamos outra amostra que foi cortada usando EDM. Os resultados foram os mesmos. O único outro contato que o material tem com um aço inoxidável é da etapa de moagem de esferas.
Usamos um 440C para o copo e as bolas, mas parece que um 316L pode ser mais adequado para esta aplicação. Eu sei que o 440C normalmente não se sai bem em crio-temperatura, mas é isso que outros laboratórios têm usado, então não esperávamos que houvesse problemas desse tipo.
Algumas coisas a serem consideradas para o novo material de copo e bola são usinabilidade, custo, disponibilidade, propriedades criogênicas, resistência a vibração e fadiga e capacidade de vedação (os copos são preenchidos em uma atmosfera de ar inerte). Outra possibilidade é um tratamento térmico dos materiais 440C atuais, mas não tenho certeza qual seria a melhor abordagem a esse respeito.
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Respostas:
Se o custo não for um objeto extremo, então nossa contaminação será mais baixa usando uma maquiagem de Co + WC para suas bolas e use um copo de crioplástico para evitar o abraçamento entre as bolas e o copo.
O WC é extremamente estável termicamente e possui uma dureza superficial incrivelmente alta (sem mencionar a densidade). Contanto que o seu ligante de Co aguente as tensões (ou você encontre outro ligante adequado), você deverá desfrutar de uma contaminação muito menor, juntamente com tempos de fresagem / eficiência acelerados devido ao aumento da densidade e dureza de suas esferas de fresagem.
O WC está prontamente disponível na forma de pó, pronto para ser formado e sinterizado usando qualquer máquina capaz de aquecer e injetar Co (ou Ni) fundido para 'molhá-lo'. Ofc, se o Co se provar insustentável devido a custos de contaminação ou processamento, você sempre pode usar um epóxi com baixo teor de gás e com classificação criogênica para umedecer / unir o pó de WC (pode funcionar melhor de qualquer maneira, como penso mais nisso).
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Eu debati entre Responder ou Comentar sobre isso, mas no fim das contas acho que é mais uma resposta - embora uma resposta imperfeita.
Parece-me que o principal problema que você está tentando resolver é impedir a transferência de material das bolas / copos etc. durante o processo de moagem. Eu não acho que você precise necessariamente mudar os materiais e talvez possa até mesmo adicionar um revestimento PVD ou CVD aos componentes existentes.
O revestimento DLC (carbono semelhante ao diamante) vem à mente primeiro,
no entanto, acho que existem muitos revestimentos que podem ser úteis para você. Os revestimentos DLC são muito duros e resistentes ao desgaste (como o nome "diamante" sugere). Eles não desbotam ou lascam, e embora eu não conheça o uso final ou a natureza do requisito de "não contaminação", esses revestimentos são completamente inertes a quase todos os produtos químicos orgânicos e sintéticos e completamente inertes ao corpo humano. bem.
Para esta aplicação, eu acho que um revestimento de ta-C ou possivelmente de ta-C: H poderia funcionar bem. Outro DLC que deveria ser extremamente duro e resistente ao desgaste, mas com o qual não tenho experiência pessoal, é o UNCD (diamante ultrananocristalino).
Você também pode encontrar revestimentos de ferramentas mais tradicionais, como TiN ou TiAlN, que podem funcionar bem para você - não pude fazer uma recomendação sobre o melhor revestimento para sua aplicação. Não sou engenheiro de revestimentos, apenas um engenheiro que teve uma boa experiência usando esses tipos de revestimentos para minhas próprias aplicações no passado :)
O principal benefício do 440C é sua alta temperabilidade
Com uma dureza máxima de cerca de 60 rockwell C, o 440C é um aço inoxidável que pode rivalizar com muitos aços para ferramentas.
Parece que você está usando esse material na condição de recozimento, o que é questionável para mim. Normalmente, esse material é escolhido por sua alta temperabilidade - não é (pelo que sei) comumente usado no estado recozido.
Parece que você escolheu esse material porque é comumente usado em outros designs semelhantes; Eu me pergunto em que condição esse material é usado nesses projetos.
Se você conseguir colocar alguns componentes do 440C em um desses outros projetos, eu faria um teste da Rockwell para verificar se é ou não tratado termicamente. Eu colocaria dinheiro em tratamento térmico. O material recozido provavelmente estará no poço C dos anos 20 e 30, enquanto o material tratado termicamente será nos anos 50.
Se você pretende fazer um teste da rockwell, tente usar um componente com uma superfície plana, pois as esferas podem ser difíceis de testar e fornecer leituras imprecisas.
Para um lugar para começar com tratamento térmico, acho que as folhas de dados de Carpenter geralmente são bastante confiáveis. Suas recomendações para o 440C são:
Se você procura tratamento térmico, eu provavelmente começaria por aí.
Eu não acho que 316 seria uma boa escolha
Como é um material muito mais macio (gummier) que o 440C, acho que exasperaria o problema de transferência de material.
Agora eu disse que essa era uma resposta imperfeita,
porque não sei se ele responde diretamente à sua pergunta. Ele oferece um caminho para uma possível solução, no entanto, é incompleto, pois você precisará discutir com um especialista em revestimento as necessidades exatas da sua aplicação e ver o que eles dizem.
Por exemplo, não tenho conhecimento de como esses revestimentos se comportam em temperaturas criogênicas ou qual revestimento funcionaria melhor com os abrasivos usados no seu processo de moagem de bolas.
Sei que usei revestimentos DLC para resolver alguns problemas exclusivos em que trabalho, e eles me permitiram fazer coisas que acho que não encontrei uma alternativa.
Eu também queria dizer que encontrar um fornecedor de revestimento respeitável e confiável foi a parte mais difícil de adaptar essa tecnologia para mim. Como esse pode ser um desafio bastante assustador, ofereço uma sugestão apenas como um ponto de partida e sem outro endosso além do que eu pessoalmente tive uma boa experiência com a Oerlikon Balzers. Não conheço a política de recomendação de fornecedores e não tenho afiliação com nenhum fornecedor. Portanto, sinta-se à vontade para editar esta resposta para remover o nome do fornecedor, se violar alguma política.
Independentemente de quem você escolher fazer negócios, eu recomendo conversar com um de seus engenheiros de aplicação sobre as necessidades específicas da sua aplicação e ver qual revestimento eles recomendam.
Pensamentos finais
Os revestimentos PVD / CVD são de natureza tribológica - eles afetam a interface com outros materiais, mas não alteram as propriedades do substrato base.
Quando falamos em design de rolamentos, há uma propriedade comumente chamada de incorporabilidade. Isso se refere basicamente à capacidade dos materiais de rolamentos de absorver (ou incorporar dentro de si) materiais estranhos.
Sem saber mais sobre a natureza do seu design, meu intestino me diz que você não gostaria que isso acontecesse, pois isso significaria que suas bolas / xícaras etc. estariam incorporando uma certa quantidade de ligas que você estava tentando moer. Parece-me improvável que isso seja desejável. Essa é outra razão pela qual acho que a 316 seria uma má escolha.
Para reduzir a incorporação, você deseja um substrato mais rígido.
Minha recomendação para você seria tratar primeiro os componentes do 440C e aplicar um revestimento PVD posteriormente, para obter a melhor combinação de propriedades para sua aplicação. Eu definitivamente conversaria com um engenheiro de revestimentos sobre quais revestimentos funcionarão para sua aplicação (por exemplo, temperaturas, compatibilidade de material etc.)
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Eu recomendo bolas de alumina (embora não ligas de aço).
Usei moinhos de bolas com capacidade de 5 toneladas e moinhos de panela em laboratório (250 gramas) usando bolas de alumina.
Acho que as bolas de alumina são inertes (já oxidadas), de modo que, embora possam introduzir alguma impureza, não acredito que isso afetará sua liga quimicamente, como Fe e Cr.
Com bolas de alumina, a taxa de desgaste é muito baixa. O uso diário requer apenas um carregamento regular de bolas a cada 3 meses.
Bolas de alumina também podem ser usadas para temperatura criogênica (CMIIW). Porém, é preciso ter em mente: a temperatura do moinho de panela ficará muito quente (quase fervendo) após a moagem; portanto, pode ser difícil manter a criogenia.
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