یاتاقان تری متال

یاتاقان تری متال

دستیابی به ترکیبی از استحکام و نرمی یاتاقانها در شرایطی امکان پذیر است که یاتاقان ساختار کامپوزیتی داشته باشد. خواص یاتاقانهای تری متال شامل استحکام خستگی باال نسبت به یاتاقانهای بابیتی، قابلیت تحمل فشار اعمالی زیاد و دارای دمای کاری بالا است که این خواص امکان جا دهی ذرات ناخالصی و قابلیت انطباق مورد نیاز در بسیاری از کاربردهای یاتاقان را فراهم می کند.

این خواص باعث کاربرد این نوع یاتاقان جداره نازک در تجهیزات دوار، کمپرسورهای رفت و برگشتی و موتورهای دیزلی مدرن شده است.

یاتاقانهای موتور از استیل بک که روی آن لایه نسبتاً مستحکم مس به همراه دو لایه دیگر یا استیل بک با پوشش آلومینیوم تشکیل شده است.

تمایل به کاهش ابعاد موتور در طراحی موتورهای احتراق داخلی منجر به استفاده از یاتاقانهای متراکم (یاتاقان تری متال) و در نتیجه تحمل نیروهای متناوب بیشتر روی آنها می گردد.

یاتاقانهای تری متال به دلیل دارا بودن سه لایه تری متال نامیده می شوند و جز گروه یاتاقانهای پوسته نازک هستند.

این لایه ها شامل:

استیل بک :

جنس بدنه این نوع یاتاقان از فولاد است که نقش پشتیبان ساختار یاتاقان را دارد و در شرایط کاری نیروهای متناوب در دماهای بالا را تحمل می کند.

با توجه به کاربرد مورد نیاز یاتاقان نوع فولاد به کار رفته در بدنه یاتاقان تغییر می کند.

به عنوان مثال از فوالدهای کم کربن  SAE1008، SAE1010 و  SAE1020 به عنوان متریال استیل بک در یاتاقانهای موتور استفاده می شود

لایه میانی :

جنس این لایه از آلیاژی با حداقل خواص ضد اصطکاکی (قابلیت سازگاری و جا دادن) اما با مقاومت خستگی بالا به منظور فراهم کردن دوام و عمر یاتاقان حین کار تحت نیروهای متناوب است.

برای جلوگیری از شکست و خرابی یاتاقان در مواقع اضطراری روغنکاری مرزی، عدم وجود روغن، نا میزانی های قابل توجه یا انحراف شفت مقدار معینی از خواص ضد اصطکاکی سطحی نیاز است.

این لایه روی استیل بک به روش ریخته گری یا زینترینگ با ضخامت 200 تا 400 میکرون اعمال می شود. لایه میانی یاتاقانهای تری متال معمولا از مس (پایه آلیاژ(، 20 تا 25 درصد سرب ،2 تا 3 درصد قلع تشکیل شده است.

سرب در مس غیر قابل حل است و به صورت جداگانه در زمینه مس توزیع می شود و مانند یک روانکار جامد عمل می کند و باعث ایجاد خواص ضد اصطکاکی می شود. قلع با مس تشکیل ترکیبات بین فلزی می دهد و موجب استحکام دهی لایه می شود.

موانع نیکل  :

این لایه بین لایه میانی و پوشش overlay جهت جلوگیری از خارج شدن قلع از پوشش به ماده لایه میانی (مس) اعمال می شود . نفوذ اتم قلع به مس باعث کاهش میزان قلع در پوشش overlay می شود و در نتیجه تضعیف مقاومت به خوردگی پوشش آلیاژ با پایه سرب را به همراه دارد. ضخامت موانع نفوذی حدود  1 تا 2 میکرون است. روش اعمال پوششهای پایه سرب و موانع نیکل بوسیله روش الکتروپلیتینگ انجام می شود.

 overlay :

این لایه با جنس بابیت، جز اصلی در این نوع یاتاقان است و دارای ضخامت   12 تا 25 میکرون می باشد. لایه overlay روی لایه نیکل پس از انجام ماشینکاری نهایی اعمال می گردد. خواص این لایه تحت شرایط روغنکاری مرزی در سرعتهای چرخش پایین موتور (روشن و خاموش شدن موتور) بسیار مهم است.

ضخامت کم لایه overlay برای دستیابی به میزان مورد نیاز استحکام خستگی ضروری است چرا که هر چه لایه ضخیمتر باشد حد خستگی آن کمتر می شود. بابیت پایه سرب حاوی 10 %قلع موجب افزایش مقاومت به خوردگی شده و افزودن درصد کمی از مس، استحکام این لایه را افزایش می دهد. هنگامی که لایه  نازک overlay حذف شود خواص ضد اصطکاکی افت می کند. پوشش بابیت الیه overlay در یاتاقان تری متال قابلیت تحمل دما تا 204 درجه سانتی گراد را دارد.

لایه فلش : آخرین لایه که از صد در صد قلع با ضخامت 2 تا 5 میکرون تشکیل شده است و برای جلوگیری از اکسیداسیون و محافظت یاتاقان از خوردگی و آلودگی در شرایط انبارداری به کار می رود. این لایه هنگام به کار افتادن یاتاقان کارایی ندارد.

یاتاقانهای بایمتال آلومینیومی

بنابراین می توان نتیجه گرفت که این یاتاقان ها به علت لایه میانی مستحکم و اثر سختی مس در الیه نسبتا نازک overlay استحکام خستگی باالیی را بروز می دهند. علاوه بر این، خاصیت جا دهی عالی ذرات ناخالصی خارجی و خاصیت سازگاری عالی برای نا میزانی های کم از دیگر ویژگیهای یاتاقانهای تری متال است .

در شکل زیر شماتیک انواع یاتاقاهای موتور شامل یاتاقان تری متای و یاتاقان بایمتال آلومینیومی نشان داده شده است.

یاتاقانهای بایمتال آلومینیومی از دو لایه شامل استیل بک و یک لایه پوشش از آلیاژ آلومینیوم  تشکیل می شود. یاتاقانهای بایمتال بر خالف یاتاقان تری متال داری الیه overlay نیستند. از الیه پیوندی (layer bonding ) با ضخامت 25 تا 50 میکرون در یاتاقان بایمتال (شکل سمت راست) به منظور ایجاد چسبندگی بین استیل بک و آلیاژ آلومینیوم- قلع اعمال می شود.

یاتاقان های پایه آلومینیوم

یاتاقان های پایه آلومینیوم نسبت به متریال یاتاقان پایه مس ارزانتر هستند و ترکیبات سمی سرب در آنها وجود ندارد.یاتاقان های پایه آلومینیوم  دارای لایه اعمالی با ضخامت بیشتر است که امکان جای دهی بیشتری را در یاتاقانها نسبت به تری متال ها فراهم می کند. لایه آلومینیوم یاتاقان بایمتال نسبت به متریال پایه مس/ سرب در یاتاقانهای تری متال کمتر متحمل خوردگی می شود.

در حالیکه یاتاقان های تری متال قابلیت تحمل نیروهای بالاتری (حدود 34 درصد بیشتر) را نسبت به یاتاقانهای بایمتال آلومینیومی دارند. یاتاقانهای تری متال در کاربردهای سخت از نظر پایداری و استقامت و در مصارف دریایی عملکرد بهتری را نشان می دهند. یاتاقانهای تری متال دارای استحکام بالاتر، مقاومت به خستگی بیشتر و سختی بالاتر نسبت به یاتاقان بایمتال هستند.