Materiali ceramichi avanzati per l'applicazioni di serviziu duru

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U serviziu seriu ùn hà micca una definizione ufficiale. Pò esse pensatu cum'è riferite à e cundizioni di u funziunamentu induve a sustituzione di a valvula hè caru o riduce a capacità di prucessu.
Ci hè una necessità glubale di riduce i costi di pruduzzione di prucessu per migliurà a prufittuità in tutte l'industrii chì implicanu condizioni di serviziu duru. Queste varienu da u petroliu è u gasu è a petrochimica à a generazione nucleare è di energia, u processu di minerali è a minera.
I disinfettori è l'ingegneri sò travagliendu per ottene questu in diverse manere. L'approcciu più apprupriatu hè di aumentà u uptime è l'efficienza attraversu un cuntrollu efficace di i paràmetri di u prucessu, cum'è un arrestu efficace è un cuntrollu di flussu ottimizatu.
L'ottimisazione di a sicurità ghjoca ancu un rolu vitale, postu chì menu rimpiazzamenti ponu purtà à un ambiente di produzzione più sicuru. In più, a cumpagnia prova di minimizzà l'inventariu di l'equipaggiu, cumpresi pompe è valvole, è a manuvra necessaria. turnover enormi nantu à i so assets.In u risultatu, l'aumentu di a capacità di trasfurmazioni risultati in menu (ma di diametru più grande) tubi è equipaghji per u stessu flussu di produttu è menu metri.
Questu suggerisce chì, in più di avè da esse più grande per diametri di tubi più larghi, i cumpunenti individuali di u sistema anu bisognu di sustene l'esposizione prolongata à l'ambienti duri per riduce a necessità di mantenimentu in serviziu è rimpiazzamentu.
I cumpunenti, cumprese valvule è sfere, devenu esse robusti per adattà à l'applicazione desiderata, ma ancu furnisce una vita di serviziu estesa. Tuttavia, un prublema maiò cù a maiò parte di l'applicazioni hè chì i cumpunenti di metalli anu righjuntu i limiti di e so capacità di rendiment. truvà alternative à i materiali non-metallici, in particulare i materiali ceramichi, per applicazioni di serviziu esigenti.
I paràmetri tipici necessarii per uperà cumpunenti in cundizioni severi di serviziu includenu a resistenza di scossa termale, a resistenza à a corrosione, a resistenza à a fatigue, a durezza, a forza è a tenacità.
A resilienza hè un paràmetru chjave cum'è cumpunenti menu resistenti pò fallu catastrophically.The toughness di un materiale ceramicu hè definitu cum'è a resistenza à a propagazione di crack.In certi casi pò esse misurata cù u metudu di indentazione, risultatu in un valore artificialmente altu. U fasciu di tacca laterale furnisce misure precise.
A forza hè ligata à a tenacità, ma si riferisce à u puntu unicu in u quale un materiale falla catastròficamente quandu u stress hè appiicatu. Hè cumunimenti chjamatu "modulu di rupture" è hè misuratu da piglià una forza di flexura di trè o quattru punti. misurazione nantu à una barra di prova. A prova di trè punti furnisce 1% valori più altu ch'è a prova di quattru punti.
Mentre chì a durezza pò esse misurata nantu à una varietà di scale cumpresi Rockwell è Vickers, a scala di microdurezza Vickers hè adattata per i materiali ceramichi avanzati. A durezza varieghja in proporzione à a resistenza à l'usura di u materiale.
In valves chì operanu in modu ciclicu, a fatigue hè un prublema maiò per via di l'apertura è a chjusura cuntinuu di a valve.Fatigue hè u limitu di forza oltre chì un materiale tende à fallu sottu a so forza di flexural normale.
A resistenza à a corrosione dipende da l'ambienti di u funziunamentu è i media chì cuntenenu u materiale. Parechje materiali ceramichi avanzati superanu i metalli in questa zona, cù l'eccezzioni di certi materiali basati in zirconia chì "degradanu hydrothermally" quandu sò esposti à vapore à alta temperatura.
A geometria di a parte, u coefficient di espansione termale, a cunduttività termale, a tenacità è a forza sò tutti affettati da u scossa termale. Questa hè una zona chì prumove una alta conductività termale è a tenacità, è per quessa, e parti di metalli funzionanu efficacemente. furnisce livelli accettabili di resistenza di scossa termale.
A ceramica avanzata hè stata aduprata per parechji anni è hè populari trà l'ingegneri di affidabilità, l'ingegneri di e piante è i diseggiani di valvule chì esigenu un altu rendiment è valore. In funzione di i bisogni specifichi di l'applicazione, ci sò diverse formulazioni individuali adattati per diverse industrie. d'impurtanza in u campu di valves serviziu severi, è ch'elli include carbure di silicium (SiC), nitrure di silicium (Si3N4), alumina è zirconia.Valve è materiali balla valve sò scelti basatu nantu à esigenze dumanda specifichi.
Ci hè dui formi principali di zirconia utilizata in valvule chì anu u listessu coefficient di espansione termale è rigidità cum'è steel.Magnesia zirconia parzialmente stabilizzata (Mg-PSZ) hà a più alta resistenza di scossa termale è tenacità, mentri ittria tetragonal zirconia polycrystalline (Y-TZP). ) hè più duru ma propensu à a degradazione idrotermale.
Nitruru di Siliciu (Si3N4) hè dispunibule in diverse formulations.Gas Pressure Sintered Silicon Nitrude (GPPSN) hè u materiale più cumunimenti utilizatu per valvule è cumpunenti di valvula, chì offre una alta durezza è forza, una eccellente resistenza di scossa termale è stabilità termale in più di a tenacità media. Inoltre, Si3N4 furnisce un sustitutu adattatu per a zirconia in ambienti di vapore d'alta temperatura, impediscendu a degradazione idrotermale.
A causa di i bilanci stretti, i specificatori ponu sceglie da SiC o Alumina.Both i materiali anu una durezza alta, ma ùn sò micca più forti di zirconia o nitrure di siliciu. Questu mostra chì questi materiali sò adattati per l'applicazioni di cumpunenti statici, cum'è bushings di valve è sedi, piuttostu cà. palle o dischi di stress più altu.
I materiali ceramichi avanzati anu una resistenza più bassa è una forza simili à i materiali metallici utilizati in applicazioni severi di valvula di serviziu, cumpresu u ferru di cromu (CrFe), carburu di tungstenu, Hastelloy è Stellite.
L'applicazioni di serviziu duru implicanu l'usu di valvole rotative, cum'è valvole a farfalla, trunnions, valvole a sfera flottante è primavera. di u materiale, a vita di serviziu di i cumpunenti hè parechje volte più altu ch'è quellu di cumpunenti di metalli.Altri benefici includenu e caratteristiche di u funziunamentu di a valvula nantu à a so vita utile, in particulare in i lochi induve a capacità di chjude è u cuntrollu sò mantinuti.
Questu hè illustratu in l'applicazione di una bola di kynar / RTFE di valvola di 65 mm (2.6 in) è liner esposti à 98% àcitu sulfuric è ilmenite, chì hè cunvertitu in pigmentu d'ossidu di titaniu. A natura aggressiva di u mediu significa chì questi cumpunenti ponu durà finu à sei simane. Tuttavia, aduprendu trim di valvola di sfera (Figura 1) fabbricata da Nilcra!", una proprietà di magnesia zirconia parzialmente stabilizzata (Mg-PSZ) chì furnisce una durezza eccellente è una resistenza à a corrosione, furnisce un serviziu senza interruzzione di trè anni senza alcunu. usura detectable.
In valvule lineari, cumprese valvule d'angolo, throttle o globu, zirconia è nitruru di siliciu sò adattati per u plug è u sediu per via di a natura di "sede duru" di questi prudutti. In listessu modu, l'ossidu d'aluminiu pò esse usatu in certi rivestimenti è cage. Un altu gradu. di sigillatura pò esse ottenuta da currispundenza sfere grinding nant'à u sediu valvola.
Per i bushings di valvula, cumpresi i tappi di valve, l'ingressu è l'outlet, o i bushings di u corpu, qualsiasi di i quattru materiali ceramichi principali ponu esse aduprati sicondu i requisiti di l'applicazione. vita di u pruduttu.
Pigliate, per esempiu, una valvola di farfalla DN150 usata in una raffineria di bauxite australiana. L'altu cuntenutu di silice di i media pò causà alti livelli di usura nantu à i bushings di valve. I rivestimenti è i dischi originali eranu fatti di 28% CrFe alloy è sò stati usati solu per 8 à 10 simane. In ogni casu, cù valvuli fatti di Nilcra!" Zirconia (Figura 2), a vita di serviziu hà aumentatu à 70 settimane.
A causa di a so durezza è forza, a ceramica funziona bè in a maiò parte di l'applicazioni di valvula. Tuttavia, hè a so durezza è a resistenza à a corrosione chì cuntribuiscenu à a longevità di a valvola. Questu, à u turnu, riduce i costi di u ciclu di vita generale riducendu i tempi di inattività per i pezzi di rimpiazzamentu, riducendu u capitale di travagliu. è inventariu, riducendu a manipulazione manuale, è migliurà a sicurezza per via di menu fughe.
L'usu di materiali ceramichi in valvule d'alta pressione hè statu longu unu di i prublemi maiò perchè sti valves sò sottumessi à un altu loads.However axial o torsionale, i principali attori in u campu sò avà sviluppatu disinni di bola di valvola per migliurà a sopravvivenza di u torque drive.
Un'altra limitazione maiò hè a dimensione. U più grande sediu è a bola più grande (Figura 3) pruduciutu da a magnesia zirconia parzialmente stabilizzata sò DN500 è DN250, rispettivamente.
Ancu s'è i materiali ceramichi anu avà dimustratu per esse una scelta adattata, certi linee guida simplici deve esse seguitu per maximizà u so rendiment. I materiali ceramichi sò solu esse usatu prima quandu hè necessariu di minimizzà u costu. I cantoni sharp è a concentrazione di stress deve esse evitata sia internamente sia internamente. esternamente.
Qualchese eventuale discrepanza di espansione termale deve esse cunsideratu durante a fase di cuncepimentu. Per riduce l'estressi di u cercu, hè necessariu di mantene a ceramica in l'esternu, micca l'internu. pò aghjunghje un costu significativu è inutilmente.
Seguendu queste linee guida è e migliori pratiche per a selezzione di materiali è a coordinazione cù i fornitori da u principiu di un prughjettu, una soluzione ideale pò esse ottenuta per ogni applicazione seria di serviziu.
Questa infurmazione hè derivata da materiale, recensioni è adattazioni furnite da Morgan Advanced Materials.
Morgan Advanced Materials - Ceramica Tecnica.(28 nuvembre 2019).Materiali ceramichi avanzati per applicazioni di serviziu esigenti.AZOM.Retrieved January 14, 2022 from https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=12305.
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In questa intervista, AZoM parla cù Mohamed Rahaman, Professore Emeritu di Scienza è Tecnulugia di l'Università di Missouri di Scienza è Ingegneria di i Materiali, nantu à a bioceramica è u so putenziale usu in l'ingegneria biomedica.
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L'applicazione impropria di grassu pò purtà à numerosi fallimenti di cuscinetti. Cù u 40% di a vita di u cuscinettu ùn hè micca abbastanza per furnisce u so valore di l'ingegneria, a sottolubricazione è a sopralubricazione sò aree chjave per monitorà. tempu ghjustu.
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