ZEMIC USA Inc.

+38 044 337-77-27

 +7 863 209-84-76 

Коммерческий курс (USD) на: 22.01.18

 Гривна (UAH): 28.80

 Рубль (RUB):  58.56

Полезные статьи

Качество металла, который используется при производстве тензодатчиков

Качество тензодатчика зависит от многих параметров, и не последнюю роль в этом играет металл, из которого он изготовлен. За время своего существования, производители тензодатчиков прошли долгий путь проб и ошибок, выбирая идеальный материал для производства своей продукции. И эта статья посвящена именно такой важной составляющей датчика, как качество металла.

Металлы, используемые в производстве КНР

1. Марка стали 4340

Легированная сталь для датчиков была применена в 1938 году. Первыми тензодатчиками, произведенными в большом количестве, были датчики колонного типа. Эти датчики были изготовлены из легированной марки стали 40CrNiMoA (4340 - по стандарту США AISI). Наилучшая марка стали для тензодатчиков – это 40CrNiMoA. Это фактически «король» среди легированной стали.  Ранее производили сначала черновую механическую обработку упругого элемента, затем проводили термообработку (закалку) стали, после чего проводили чистовую механическую обработку (шлифовку) упругого элемента.

 

 

  

2. Марка стали 17-4 PH

Марка стали 17-4 PH используется для производства нержавеющих тензодатчиков. Это хромоникелевый сплав нержавеющей стали. Технологический процесс  закалки данной стали очень простой. Эта марка нержавеющей стали в шесть раз более устойчива к процессу коррозии, чем марка 4340. В отличие от нержавеющей марки стали 18-8, марка 17-4 PH может быть термически обработана до значения твердости 40…45 единиц по шкале Роквела что является оптимальной твердостью для упругих элементов тензодатчиков. Недостатком марки стали 17-4 является то, что характеристики гистерезиса немного выше, чем у марки 4340.

 

 

 

 

3. Сплав марки Y12 (российский аналог Д16Т) - это оптимальный сплав для производства алюминиевых тензодатчиков. Этот сплав обладает характеристиками, близкими к марке 4340. Из трех марок, ранее обсуждаемых, марка 2024T351 занимает почетное третье место в рейтинге материалов для производства тензодатчиков.

Металлы, используемые в зарубежном производстве

Как правило, в зарубежном производстве датчиков используются пять основных сплавов металлов.

1. Сплав 40CrNiMoA (российский аналог сталь 40ХНМ) 

Это наиболее распространенный сплав, который используется в зарубежном производстве датчиков на сегодняшний день. С применением этого сорта стали можно достичь  разрешающей способности датчиков в 5000…10000 делений, согласно классов точности OIML C3 или NTEP.

В Азии есть только один металлургический завод, который способен производить этот сорт металла соответствующего качества, пригодного для изготовления упругих элементов датчиков. Эта марка легированной стали продается на открытом рынке в Азии по цене  2170 USD за тонну. Другие заводы Азии также предлагают марку 40CrNiMoA, но по цене 1610 USD за тонну. Однако в этой экономии есть подвох. Чистота этого металла, а соответственно и четкое соблюдение химического состава от партии к партии не гарантируется, а соответственно и качество материала нестабильно. Сейчас мы наблюдаем тенденцию резкого повышения цен на эту марку стали на азиатском рынке, из-за растущего спроса на сталь для тензодатчиков.

2. Марка стали 40CrNiMo

Марка стали 40CrNiMo отличается от марки 40CrNiMoA. Пометка «А» означает что сталь подвергнута двойному электрошлаковому переплаву, что приводит к существенному повышению качества стали . Без пометки «A», 40CrNiMo автоматически относится к «B» или «C» классу, то есть более низкого качества. Материал не отвечает всем требованиям класса «А», а соответственно, является плохим выбором для производства тензодатчиков.
 
Некоторые китайские производители считают, что тензодатчики, изготовленные из стали такого качества могут достичь класса точности C3. Я не хочу быть тем, кто скажет вам: «Деда Мороза не существует», но это действительно очень редкий случай. В общем, сталь 40CrNiMo – это нестабильный материал для датчиков, он не рекомендован, когда Вам требуется высокая точность и надежность датчиков.

3. Марка стали 40CrNi (российский  аналог сталь 40ХН)

Марка стали 40CrNi (российский  аналог сталь 40ХН) - не так хороша, как CrNiMo, да и дешевле. По упругим и температурным характеристикам эта сталь считается непригодной для производства упругих элементов тензодатчиков (совсем!), но некоторые китайские производители до сих пор используют ее!

 

 

 

4. Марка стали 40Cr

Марка стали 40Cr (российский аналог сталь 40ХН). Это наиболее распространенный материал, используемый китайскими производителями на сегодняшний день. Этот класс металла очень дешевый (610 USD за тонну). Этот сорт не может быть подвергнут термообработке до значения 40…45 по шкале Роквела. Требования к вязко-упругим характеристикам упругих элементов тензодатчиков не могут быть соблюдены, так как материал слишком хрупкий и непластичный, он кристаллизуется неравномерно с разрывами и концентрациями напряжений и из-за этого невозможно изготовить качественные тензодатчики.
 
Из-за низких упругих свойств стали марки 40Х, при нагрузке упругого элемента изготовленного из этой стали механические напряжения в нем распределяются не равномерно. Соответственно и поле деформации, которое измеряется (воспринимается) тензорезисторами так же является неравномерным.

5. Марка стали 42CrMo

Этот класс, похоже, входит в моду на некоторых китайских производствах, его использование становится популярным. Тщательное тестирование этого класса показывает, что он немного лучше, чем марка 40Cr, но он все еще недостаточно хорош для производства тензодатчиков. Основной причиной использования этого сорта является (еще раз) – низкая цена. По сравнению с маркой 40CrNiMoA, он дешевле на 970 USD за тонну.
 
Другая причина (которая не обсуждается вслух) – китайские  производители могут хвастаться, что они не используют в своей продукции марку стали 40Cr. Таким образом, они вводят покупателя в заблуждение о реальном качестве своего продукта!

Нержавеющая сталь, используемая в китайском производстве

Есть три марки нержавеющей стали, которые часто встречаются заграницей и могут быть использованы для производства датчиков.

 

1. Марка 17 - 4PH. Эта марка нержавеющей стали была впервые использована компанией Armco Stainless Corporation of the United States. Этот класс обладает соответствующими характеристики для изготовления датчиков, он используется известными производителями всего мира.
 

2. Марка 0Cr17N4Cu4Nb – это азиатский аналог материала, равноценного по своим свойствам марке 17- 4PH нержавеющей стали. Этот сорт материала характеризуется химическим составом и механическими свойствами очень близкими к марке 17 - 4PH. Только один сталелитейный завод в Азии обладает достаточным опытом производства этой нержавеющей  стали для тензодатчиков, исключением, пожалуй, является только Япония.
 

3. Марка 2Cr13. Этот тип больше относится к легированной стали, но иногда называется нержавеющей сталью в Азии. По сути, она должна быть известна как «нержавеющее железо» или «имитация нержавеющей стали». Этот сорт похож на марку 40Cr с той лишь разницей, что нижний предел прочности и коррозионная стойкость немного лучше, чем у марки 40CrNiMoA. Тем не менее, вряд ли он может сравниться с маркой стали 0Cr17N4Cu4Nb, с точки зрения  коррозионной стойкости и долговечности.
 
Многочисленные тесты подтверждают, что буквально через несколько дней после погружения в воду, датчики начинают работать не корректно и это только вопрос времени, когда потребуется гарантийное обслуживание такого продукта. Характеристики марки стали 0Cr17N4Cu4Nb гораздо лучше, и этот материал не ржавеет. Цена на марку 2Cr13 – 2410 USD за тонну, это где-то 33% от цены на марку стали 0Cr17N4Cu4Nb. Многие китайские производители сейчас используют этот класс, чтобы делать "фальшивые" нержавеющие датчики.

Алюминий, используемый в китайском производстве

 На сегодняшний день есть два завода в Азии, которые производят алюминий близкий к марке 2024. Один из них называется Northwest Aluminum, а другой Southwest Aluminum. Их маркировка этого класса алюминия - Y12. Эта марка Y12 является пригодной для производства датчиков. Следует отметить, что подавляющее большинство китайских производителей используют переработанный алюминий, потому что он обходится дешевле. С экономической точки зрения это имеет смысл, однако, при ближайшем рассмотрении мы находим существенные недостатки:

1. Переработанный алюминий содержит множество различных тяжелых металлов (примесей).

2. Имеет удельный вес выше, чем марка 2024T351.


3. Переработанный алюминий неоднороден, поэтому после завершения процесса экструзии материал «волнистый», иногда это ошибочно принимают за машинные отметины.


4. Датчики, изготовленные из переработанного алюминия, работают хуже, чем из марок Y12 или 2024. Это влияет на качество продукта и, в первую очередь, на Вашу репутацию!

 

Кроме использования качественного материала для производства датчиков важно обратить внимание и на другие процессы, такие как – правильная закалка металла, качественная механическая обработка (шлифовка), обработка поверхности (гальваническое покрытие), правильный выбор кабелей и полимерных компонентов, и удачное конструкторское решение. Если все составляющие учтены, то об этом продукте можно смело сказать: «Готов к использованию».


 
Профессор, инженер компании ZEMIC USA Inc.

Доктор Чан.

Для получения каталога укажите нам Ваши данные, мы свяжемся с Вами для уточнения.