Следвайте ме на:
Всичко, което трябва да знаете за лагерните материали
Лагери са жизненоважни за производството и се използват в много различни видове оборудване и машини. От основно индустриално оборудване до сложни машини, лагерите намаляват триенето и им позволяват да се справят с различни видове товари. Следователно използването на качествени и надеждни материали е от решаващо значение за процеса на производство на лагери.
Използват се различни материали за производството на различни видове висококачествени лагери и техните многобройни компоненти. Тези материали се подлагат на специфичен процес за получаване на желаните свойства, които увеличават живота и производителността на лагера. Екипите в AUB могат да обсъдят различните материали, използвани при производството на лагери, и как всеки влияе върху употребата, целостта и функцията на лагера.
Работата на всеки лагер зависи от свойствата на избраната сплав и нейната топлинна обработка. Изборът на материал с правилната твърдост, устойчивост на корозия и устойчивост на умора гарантира, че лагерът ще работи надеждно в рамките на работните и екологичните параметри на приложението. AUB използва различни материали за производството на различни лагерни компоненти. Тези материали се обработват, за да се получат идеални характеристики за максимизиране на производителността и експлоатационния живот на лагерите. Описаните тук материали са най-често използваните. Материалът на лагера е термично обработен вътрешно за оптимална твърдост и стабилност на размерите.
Повечето общ материал използван за производството на товароносещи компоненти в прецизни сачмени лагери, ролкови лагери и конусни ролкови лагери е 52100 хромирана стомана. Тези компоненти се отнасят за вътрешни и външни пръстени, сачми и ролки на лагери. Химическият състав на тази стомана е с високо съдържание на въглерод и съдържа около 1.5% хром. Използвайки контролирани методи за механична обработка и термична обработка, готовите компоненти на лагера имат висока якост, за да устоят на напукване, и твърдите повърхности, за да устоят на умората при контакт при търкаляне под повърхността. Типичните повърхностни твърдости за лагерни компоненти, направени от този материал, варират от 60-64 по скалата на Rockwell C (Rc).
Има приемлива цена, високо ниво на твърдост и по-тих шум при работа. Следователно предимствата от използването на лагери от хромирана стомана са висока твърдост, висока товароносимост, ниски децибели и широка достъпност. Той обаче трябва да остане смазан и не е устойчив на корозия или химикали. Потребителите се съветват да защитават лагерите от хромирана стомана с масло или покритие против ръжда, за да предотвратят корозия.
Изключително чиста хромирана стомана 52100
Суровата стомана, използвана за производството на високопрецизни лагери, се обработва с допълнителен етап на топене, което води до стомана с много еднаква структура от финозърнест материал – ултра-чиста хромирана стомана 52100. Контактните повърхности на лагерите могат да бъдат изключително гладки, така че лагерите да работят много тихо.
Най-разпространеният метод за термична обработка на хромирани стомани е закаляването на стоманата в пещ с контролирана атмосфера. Лагерите, изработени от хромирана стомана, могат да работят при продължителни температури до 120°C. Когато се срещат по-високи температури, лагерният възел може да бъде термично стабилизиран. Чрез промяна на процеса на термична обработка е възможно да се произвеждат лагери, способни да работят при 220°C или по-висока. За тези приложения лагерните компоненти трябва да бъдат темперирани при по-високи температури, съответстващи на работните температури. Това повишено темпериране има неблагоприятен ефект върху твърдостта на материала и товароносимостта на лагера се намалява.
Както може да се види от таблицата по-долу, стандартният химичен състав на хромираните стомани варира в различните страни.
Друг често срещан материал, използван за направата на лагери, е неръждаемата стомана. Неръждаемата стомана е популярен избор на материал за лагери поради високото си съдържание на хром и въглерод, което е устойчиво на повърхностна корозия от хромираната стомана. Има над 60 вида неръждаема стомана, всяка от които варира според състава и физическите си свойства. Като цяло съставът на неръждаемата стомана включва различни количества хром, въглерод, фосфор, никел, манган и молибден. В допълнение, оценките помагат да се опишат свойствата на сплавите от неръждаема стомана, включително устойчивост на корозия и температура, магнитна реакция, издръжливост, пластичност, заваряемост и закаляване при работа.
В допълнение към съдържанието на най-малко 18% хром, неръждаемата стомана също съдържа никел. Хромът в неръждаемата стомана реагира химически, когато е изложен на кислород, образувайки слой от хромен оксид върху повърхността на компонентите на лагера. Този пасивиращ химически филм осигурява допълнителна защита на лагера. Но лагерите от неръждаема стомана са по-малко твърди поради съдържанието на въглерод. В резултат на това те имат 20% по-ниска товароносимост от 52100 лагери от хромирана стомана.
Има два често срещани типа лагери от неръждаема стомана: мартензитни и аустенитни. Мартензитните лагери от неръждаема стомана (SV30) често претърпяват влошаване по време на обработката на оригиналната стомана, което води до намалено съдържание на въглерод и повишено съдържание на азот в материала. Резултатът е стомана с висока якост, твърдост и повишена устойчивост на корозия. Аустенитните лагери от неръждаема стомана (AISI316), от друга страна, са немагнитни и силно устойчиви на корозия поради ниското си съдържание на въглерод. Те обаче могат да се използват само за приложения с ниско натоварване и ниска скорост.
Съдържанието на въглерод в неръждаемата стомана от серия 400 е достатъчно високо, за да може да бъде закалена до Rc58, като се използват стандартни методи за термична обработка. Лагерите, изработени от този материал, имат 20% по-ниска товароносимост от лагерите от 52100 хромирана стомана поради по-ниската твърдост. Нивото на въглеродно съдържание означава, че компонентът е магнитен. Устойчивостта на корозия е „добра“, когато 440C материал е изложен на прясна вода и леки химикали. Този материал е широко популярен сред американските производители на лагери.
Лагерите, изработени от конвенционална неръждаема стомана 440C, ще бъдат леко шумни, тъй като карбидите, които обикновено се концентрират по границите на зърната, са изложени по време на завършването на каналите. Лагерите с по-големи отвори не са засегнати от това състояние. Лагерите, изработени от неръждаема стомана серия 400, могат да работят при по-високи температури от хромираната стомана, до 250°C непрекъснато. Лагерите, направени от този материал, обикновено са скъпи от лагерите от хромирана стомана.
Неръждаема стомана AISI 440 – Отлична здравина и твърдост с добра устойчивост на корозия. Този материал се използва широко в лагерни приложения, където се изискват точни допуски и повърхностни покрития. Може да се извърши обикновена топлинна обработка в съответствие с MIL-H-6875. Лагерите от неръждаема стомана се предлагат в различни видове материали и състави от неръждаема стомана. Предимствата на лагерите от неръждаема стомана включват: Издържа на тежки корозионни условия, което води до по-дълъг живот, намалени разходи за поддръжка и престой на оборудването. Излагането на морска вода е едно от най-тежките приложения в света на лагерите. Предлагат се специални видове неръждаема стомана за приложения с морска вода.
Мартензитни лагери от неръждаема стомана – ACD34 / KS440 / X65Cr13
Много производители на лагери използват неръждаема стомана с малко по-ниско съдържание на въглерод и хром от AISI 440C, известна с различни имена като ACD34, KS440 и X65Cr13, за своите пръстени и топки. Когато е термично обработен, този материал има по-малки карбиди, така че лагерът ще има отлични нискошумни характеристики, като същевременно осигурява същата устойчивост на корозия като 440C. Някои производители публикуват същите стойности на натоварване като хромираната стомана за лагери, произведени от този материал. Това се дължи на използването на строго контролирана термична обработка с твърдост до Rc 60. Въпреки че това е една от най-широко използваните неръждаеми стомани за сачмени лагери, този материал няма обозначение AISI.
Мартензитни лагери от неръждаема стомана – SV30
Мартензитните неръждаеми стомани могат да бъдат модифицирани по време на обработката на сурова стомана чрез намаляване на съдържанието на въглерод и въвеждане на азот като легиращ елемент. Азотът увеличава насищането на хром, който се превръща в хромен нитрид вместо в хромов карбид. Резултатът е стомана с висока якост и висока твърдост с отлична микроструктура, която може да увеличи издръжливостта на умора с до 100% (двойно) в някои приложения. Този материал също има повишена устойчивост на корозия, дори 5 пъти по-добра от 440C и ACD34. Лагерите, изработени от този материал, могат да бъдат 20 – 40% скъпи, но това обикновено се компенсира от предимствата на превъзходната производителност.
Аустенитна неръждаема стомана
Аустенитните неръждаеми стомани от серия 300 се използват за неносещи части. Компонентите на лагера, изработени от материал от неръждаема стомана серия 300, са устойчиви на корозия и не са магнитни поради ниското съдържание на въглерод. Компромисът обаче е, че този материал не може да бъде втвърден, така че лагерите могат да работят само при ниски натоварвания и скорости. Химическата реакция на носещата повърхност с кислорода се нарича процес на пасивиране; образуваният върху повърхността пасивиращ филм предпазва лагера от корозия. Устойчивостта на корозия е най-добра, когато лагерът не е напълно потопен в течността, като например при подводни приложения. Лагерите, изработени от този материал, обикновено са артикули по специална поръчка, които изискват минимално количество; освен това са скъпи.
Обикновено лагерите от неръждаема стомана от серия 300 имат корпус от клас 304 и държач за лагери от клас 302. Клас 304 е много устойчив на счупване (висока пластичност) и има много висока устойчивост на корозия. 302 има малко по-високо съдържание на въглерод – повишаваща твърдост – което го прави подходящ за компоненти в самия лагер. Цялостният лагер, изработен от неръждаема стомана от серия 300, има приблизително половината от товароносимостта на лагер, изработен от лагерна стомана 52100.
AUB произвежда лагери, използвайки неръждаема стомана 316, която предлага превъзходна устойчивост на корозия в сравнение с конвенционалната стомана и лагерите от неръждаема стомана 440. Неръждаемата стомана 316 е устойчива на атмосферни и общи корозионни условия от всяка друга стандартна неръждаема стомана. 316 неръждаема стомана се използва широко в хранително-вкусовата и медицинската промишленост. Лагерите, изработени от тази стомана, могат да работят в течности или да изсъхват при ниски скорости. 316 неръждаема стомана е неръждаема стомана, съдържаща молибден. Молибденът дава 316 по-добра цялостна устойчивост на корозия от клас 304, особено по-висока устойчивост на питинг и корозия в пукнатини в хлоридни среди.
Отличителни характеристики:
Съдържанието на молибден повишава устойчивостта към морска среда.
Висока якост на пълзене и добра устойчивост на топлина при висока температура.
Биосъвместим.
Производствените характеристики са подобни на типове 302 и 304.
Приложения: Оборудване за хранителна и фармацевтична обработка, морска среда, хирургическо медицинско оборудване и промишлено оборудване, работещо с агресивни химикали, използвани в производството на мастила, коприна, фотографски химикали, хартия, текстил, белина и каучук.
Устойчивост на корозия: Устойчивостта на корозия е по-добра от неръждаемата стомана 440c, 302, 304. Устойчив на разтвори на натриеви и калциеви соли, разтвори на хипохлорит, фосфорна киселина, сулфитни разтвори и сярна киселина, често използвани в производството на целулоза.
Състав на материала от неръждаема стомана 316
Други лагери от неръждаема стомана от серия 300
Лагерните щитове, уплътнителните шайби и сферичните клетки понякога се произвеждат от неръждаема стомана AISI303 или AISI304, тъй като имат умерена устойчивост на корозия и са подходящи за формоване в различни форми.
Лагери от въглеродна легирана стомана
Материалите от въглеродна стомана се използват за производството на различни компоненти на лагери и има два основни типа, средно въглеродна легирана стомана и нисковъглеродна легирана стомана.
Лагери от среднолегирана въглеродна стомана
Лагерите, изработени от средно въглеродни или нисковъглеродни легирани стоманени материали, често се наричат „полупрецизни“ или „търговски клас“ лагери. Типичните материали са AISI8620 или AISI4320. Вътрешният и външният пръстен са цементирани в процес на топлинна обработка, наречен цементиране или карбуризиране. Лагерите, направени от тези материали, не могат да издържат на големи натоварвания или високи скорости и не са устойчиви на корозия. Лагерите, направени от тези материали, обикновено са с ниска цена.
Лагери от легирана стомана с ниско съдържание на въглерод
Меката стомана се използва за производството на лагерни клетки, метални щитове и метални шайби, около които е формована гума за използване като уплътнения. Често използваните материали са AISI C1008 и C1010. Необходимо е покритие с масло/грес (клетка) или покритие (щит) за защита на материала от корозия. За информация относно фиксаторите и затварящите устройства вижте съответните технически бюлетини.
Термична обработка на лагерна стомана
Когато лагерната стомана е в меко (невтвърдено) състояние, металурзите наричат нейната структура перлитно състояние. За да се закали стоманата, тя трябва да се нагрее до много високи температури и след това да се охлади много бързо. При нагряване до 1,750°F в a топлинна обработка пещ, структурата се променя от перлитна до това, което е известно като аустенит. След охлаждане (бързо охлаждане) структурата се променя от аустенит към мартензит. След като се превърне в мартензит, стоманата става много твърда. Понастоящем обаче не се счита за „термично стабилен“. Това е така, защото не целият аустенит се трансформира в мартензит по време на процеса на охлаждане. Това явление се нарича "задържан аустенит".
Ако стоманата не е термично стабилна, задържаният аустенит ще се трансформира в мартензит за продължителен период от време (възможно години). Тази трансформация е придружена от увеличаване на обема и се нарича металургичен растеж (да не се бърка с термичен растеж). Металургичният растеж може да причини промени в размера и формата на всеки стоманен компонент, като например лагер, дори при стайна температура.
Въпреки че не е проблем при лагерите от стандартен тип с ниска точност, тази липса на стабилност на размерите може да причини проблеми при миниатюрните лагери с висока точност (ABEC 5P, 7P, 9P). За да се елиминира този нежелан металургичен растеж, стоманата трябва да бъде термично стабилизирана. Това се постига чрез многократно охлаждане и темпериране при -120 F, за да се трансформира по-голямата част от задържания аустенит в мартензит.
