Základní požadavky na výkon ložiskové oceli

Základní požadavky na výkon ložiskové oceli

Mezi materiály ložisek patří vnitřní kroužky, vnější kroužky, valivá tělesa a klece, nýty a další pomocné materiály. Převážná většina ložisek a jejich částí je vyrobena z ložiskové oceli. S rozvojem moderní vědy a techniky a rostoucím používáním valivých ložisek jsou požadavky na ložiska stále vyšší a vyšší, jako je vysoká přesnost, dlouhá životnost a vysoká spolehlivost. U některých ložisek pro speciální účely se také požaduje, aby materiály ložisek měly vlastnosti, jako je odolnost proti vysoké teplotě, odolnost proti korozi, nemagnetické vlastnosti, odolnost vůči ultranízkým teplotám a radiaci. Kromě toho mezi materiály ložisek patří také slitinové materiály, neželezné kovy a nekovové materiály. Navíc ložiska vyrobená z keramický materiály se nyní používají v lokomotivách, automobilech, metru, letectví, kosmonautice, chemickém průmyslu a dalších oborech.

Co je ložisková ocel?

Ložisková ocel se také nazývá chromová ocel s vysokým obsahem uhlíku s obsahem uhlíku Wc asi 1 % a obsahem chrómu Wcr 0.5 % až 1.65 %. Ložisková ocel je rozdělena do šesti kategorií: ložisková ocel s vysokým obsahem uhlíku, ložisková ocel bez chrómu, nauhličená ložisková ocel, nerezová ložisková ocel, ložisková ocel pro střední a vysoké teploty a antimagnetická ložisková ocel.

High carbon chromium bearing steel GCr15 is the most produced bearing steel in the world. The carbon content Wc is about 1%, and the chromium content Wcr is about 1.5%. Over the past 100 years since its birth in 1901, the main components have basically not changed. With the advancement of science and technology, research work continues and product quality continues to improve, accounting for than 80% of the world’s total bearing steel production. So if there is no special instructions for bearing steel, it refers to GCr15 (AISI 52100).

AISI-52100-Ložisková ocel

Základní vlastnosti ložiskové oceli

Základní materiálové požadavky ložisek závisí do značné míry na pracovním výkonu ložisek. To, zda je materiál použitý k výrobě valivých ložisek vhodný, bude mít velký vliv na jeho výkon a životnost. Obecně jsou hlavní formy poškození valivých ložisek únavové odlupování při namáhání a poškození přesnosti ložiska v důsledku tření a opotřebení. Kromě toho existují praskliny, prohlubně, rez a další důvody, které způsobují abnormální poškození ložisek. Valivá ložiska by proto měla mít vysokou odolnost proti plastické deformaci, nízké tření a opotřebení, dobrou přesnost otáčení, dobrou rozměrovou přesnost a stabilitu a dlouhou kontaktní únavovou životnost. A mnohé z těchto vlastností jsou dány materiálem a procesem tepelného zpracování. Protože základní požadavky na materiály pro valivá ložiska jsou dány způsobem poškození ložiska, je požadováno, aby materiály pro výrobu valivých ložisek měly po určitém tepelném zpracování v následném procesu následující vlastnosti:

Vysoká kontaktní únavová pevnost

Kontaktní únavové poškození je hlavní formou normálního poškození ložisek. Když je valivé ložisko v chodu, valivá tělesa se odvalují mezi oběžnými drahami vnitřního a vnějšího kroužku ložiska. Kontaktní části jsou vystaveny periodickému střídavému zatížení, které může dosáhnout stovek tisíckrát za minutu. Při opakovaném působení periodického střídavého namáhání dochází k olupování kontaktní plochy. Jakmile se valivé ložisko začne odlupovat, způsobí to vibrace ložiska, zvýšení hluku a prudký nárůst provozní teploty, což nakonec způsobí poškození ložiska. Tato forma poškození se nazývá kontaktní únavové poškození. Proto se požaduje, aby ocel pro valivá ložiska měla vysokou kontaktní únavovou pevnost.

Vysoká odolnost proti opotřebení

Při normálním fungování valivých ložisek dochází kromě valivého tření také ke kluznému tření. Hlavní části, kde dochází ke kluznému tření, jsou: kontaktní plocha mezi valivým tělesem a oběžnou dráhou, kontaktní plocha mezi valivým tělesem a kapsou klece, klec a žebro vedení ochranného kroužku a povrch konce válečku a vedení ochranného kroužku. Počkejte mezi stranami. Existence kluzného tření u valivých ložisek nevyhnutelně způsobuje opotřebení součástí ložisek. Pokud je odolnost ložiskové oceli proti opotřebení špatná, valivé ložisko ztratí předčasně přesnost v důsledku opotřebení nebo se sníží přesnost otáčení, což má za následek zvýšené vibrace a snížení životnosti ložiska. Proto se požaduje, aby ložisková ocel měla vysokou odolnost proti opotřebení.

Vysoký elastický limit

Když je valivé ložisko v provozu, protože kontaktní plocha mezi valivým tělesem a oběžnou dráhou kroužku je velmi malá, když ložisko zatěžuje ložisko, zejména při velkém zatížení, je kontaktní tlak na kontaktní plochu velmi velký. Aby se zabránilo nadměrné plastické deformaci při vysokém kontaktním namáhání, která má za následek ztrátu přesnosti ložisek nebo výskyt povrchových trhlin, musí mít ložisková ocel vysokou mez pružnosti.
Čtyři vhodné tvrdosti

Vhodná tvrdost

Tvrdost je jedním z důležitých ukazatelů valivá ložiska. Úzce souvisí s kontaktní únavovou pevností materiálu, odolností proti opotřebení a mezí pružnosti a přímo ovlivňuje životnost valivého ložiska. Tvrdost ložiska se obvykle určuje na základě způsobu a velikosti zatížení, které ložisko nese, celkové velikosti ložiska a tloušťky stěny. Tvrdost oceli použité pro valivá ložiska musí být přiměřená. Pokud je příliš velký nebo příliš malý, ovlivní to životnost ložiska. Jak všichni víme, hlavní formy selhání valivých ložisek jsou poškození kontaktní únavou a ztráta přesnosti ložisek v důsledku špatné odolnosti proti opotřebení nebo rozměrové nestability; pokud ložiskové části postrádají určitou houževnatost, budou trpět křehkým lomem, když jsou vystaveny velkému rázovému zatížení. Poškození ložiska. Proto je třeba tvrdost ložiska určit na základě konkrétních podmínek ložiska a způsobu poškození. Pro ztrátu přesnosti ložiska v důsledku únavového odlupování nebo špatné odolnosti proti opotřebení by měly být díly ložiska vybrány s vyšší tvrdostí; u ložisek, která snášejí větší rázové zatížení (jako jsou ložiska válcovacích stolic, železniční ložiska a některá automobilová ložiska atd.), by měla být tvrdost přiměřeně snížena. Tvrdost je nezbytná pro zlepšení houževnatosti ložiska.

Dobrá rázová houževnatost

Mnoho valivých ložisek bude během používání vystaveno určitému rázovému zatížení, takže ložisková ocel musí mít určitý stupeň houževnatosti, aby se zajistilo, že se ložiska nárazem nepoškodí. U ložisek, která nesou velká rázová zatížení, jako jsou ložiska válcovacích stolic a železniční ložiska, se požaduje, aby materiály měly relativně vysokou rázovou houževnatost a lomovou houževnatost. Některá z těchto ložisek používají proces tepelného zpracování kalením bainitu a některá používají materiály z nauhličované oceli, právě pro Tato ložiska mají zaručenou dobrou odolnost proti nárazu.

Dobrá rozměrová stabilita

Valivá ložiska jsou přesné mechanické díly a jejich přesnost se měří v mikronech. Při dlouhodobém skladování a používání způsobí změny vnitřní struktury nebo napětí změny velikosti ložiska, což způsobí ztrátu přesnosti ložiska. Proto, aby byla zajištěna rozměrová přesnost ložiska, ložisková ocel by měla mít dobrou rozměrovou stabilitu.

Dobrý antikorozní výkon

Valivá ložiska mají mnoho výrobních procesů a dlouhý výrobní cyklus. Některé polotovary nebo hotové díly je potřeba před montáží dlouho skladovat. Proto jsou části ložisek náchylné k určité korozi během výrobního procesu nebo během skladování hotových výrobků, zejména ve vlhkém vzduchu. Proto se požaduje, aby ložisková ocel měla dobré antikorozní vlastnosti.

Dobrý výkon procesu

Během výrobního procesu valivých ložisek procházejí jejich díly několika procesy zpracování za studena i za tepla. To vyžaduje, aby ložisková ocel měla dobré procesní vlastnosti, jako jsou vlastnosti pro tváření za studena a za tepla, vlastnosti řezání a broušení, vlastnosti tepelného zpracování atd., aby vyhovovala potřebám velkoobjemových, vysoce účinných, levných a vysoce kvalitních kvalitní výroba valivých ložisek.

U ložisek používaných za zvláštních pracovních podmínek musí být navíc k výše uvedeným základním požadavkům předloženy odpovídající speciální požadavky na vlastnosti použité oceli, jako je odolnost vůči vysokým teplotám, výkon při vysokých otáčkách, odolnost proti korozi a antimagnetické vlastnosti.

Proces tepelného zpracování ložiskové oceli

Proces tepelného zpracování ložiskové oceli se skládá ze dvou hlavních článků: předběžné tepelné zpracování a konečné tepelné zpracování. Ocel GCr15 je nejpoužívanějším typem ložiskové oceli. Je to ložisková ocel s vysokým obsahem uhlíku a chromu s nízkým obsahem slitin a dobrým výkonem. Ložisková ocel GCr15 má vysokou a rovnoměrnou tvrdost, dobrou odolnost proti opotřebení a vysokou kontaktní únavu po tepelném zpracování.

žíhání

(1) Kompletní žíhání a izotermické žíhání: Úplné žíhání se také nazývá rekrystalizační žíhání, obecně označované jako žíhání. Toto žíhání se používá hlavně pro odlitky, výkovky a profily válcované za tepla z různých uhlíkových ocelí a legovaných ocelí s podeutektoidním složením a někdy se také používá ve svařovaných konstrukcích. Obecně se používá jako konečné tepelné zpracování některých nedůležitých obrobků nebo jako předehřev některých obrobků.

(2) Sferoidizační žíhání: Sferoidizační žíhání se používá hlavně pro hypereutektoidní uhlíkovou ocel a legovanou nástrojovou ocel (jako jsou typy oceli používané při výrobě řezných nástrojů, měřicích nástrojů a forem). Jeho hlavním účelem je snížit tvrdost, zlepšit obrobitelnost a připravit na následné kalení.

žíhání

(3) Žíhání pro odlehčení pnutí: Žíhání pro odlehčení pnutí se také nazývá nízkoteplotní žíhání (neboli vysokoteplotní popouštění). Tento druh žíhání se používá hlavně k odstranění zbytkového napětí v odlitcích, výkovcích, svařovaných dílech, dílech válcovaných za tepla, dílcích tažených za studena atd. Pokud tato napětí nejsou eliminována, způsobí deformaci nebo prasknutí ocelových dílů po po určitou dobu nebo během následných řezacích procesů.

Kalení

Pro zlepšení tvrdosti jsou hlavními metodami ohřev, uchování tepla a rychlé chlazení. Nejčastěji používanými chladicími médii jsou solanka, voda a olej. Obrobek kalený ve slané vodě snadno získá vysokou tvrdost a hladký povrch a není náchylný na měkká místa, která nejsou kalená, ale je snadné způsobit vážnou deformaci obrobku a dokonce i praskání. Použití oleje jako kalícího média je vhodné pouze pro kalení některých legovaných ocelí nebo malých obrobků z uhlíkové oceli, kde je stabilita podchlazeného austenitu poměrně velká.

Kalení

Tvrzení

(1) Snížení křehkosti a odstranění nebo snížení vnitřního pnutí. Po kalení budou mít ocelové díly velké vnitřní pnutí a křehkost. Pokud nejsou včas temperovány, ocelové díly se často deformují nebo dokonce praskají.

(2) Získejte mechanické vlastnosti požadované obrobkem. Po kalení má obrobek vysokou tvrdost a vysokou křehkost. Aby byly splněny různé požadavky na výkon různých obrobků, lze tvrdost upravit vhodným temperováním, aby se snížila křehkost a získala se požadovaná houževnatost, plasticita.

(3) Stabilní velikost obrobku

(4) U některých legovaných ocelí, které je obtížné změkčit žíháním, se po kalení (nebo normalizaci) často používá vysokoteplotní popouštění, aby se v oceli správně shromáždily karbidy a snížila se tvrdost pro usnadnění řezání.

Tvrzení

Základní požadavky na jakost ložiskové oceli

Přísné požadavky na chemické složení.

Obecná ložisková ocel je hlavně ložisková ocel s vysokým obsahem uhlíku, což je hypereutektoidní ocel s obsahem uhlíku asi 1 %, přidáním asi 1.5 % chrómu a malým množstvím prvků manganu a křemíku. Chrom může zlepšit výkon tepelného zpracování, zlepšit prokalitelnost, strukturní jednotnost, stabilitu popouštění a zlepšit odolnost proti korozi a brusný výkon oceli.

Když však obsah chrómu překročí 1.65 %, zadržený austenit v oceli se po kalení zvýší, čímž se sníží tvrdost a rozměrová stabilita, zvýší se nehomogenita karbidů a sníží se rázová houževnatost a únavová pevnost oceli. Z tohoto důvodu je obsah chrómu v ložiskové oceli s vysokým obsahem uhlíku obecně řízen pod 1.65 %. Pouze přísnou kontrolou chemického složení ložiskové oceli lze získat strukturu a tvrdost, která odpovídá výkonu ložiska, prostřednictvím procesu tepelného zpracování.

Vyšší požadavky na rozměrovou přesnost.

Pro za tepla válcované žíhané tyče kované na vysokorychlostních hlavičkových strojích by měly být vyšší požadavky na rozměrovou přesnost. Ocel pro valivá ložiska vyžaduje vysokou rozměrovou přesnost, protože většina dílů ložisek musí být tvarována tlakem. Pro úsporu materiálů a zvýšení produktivity práce je většina ložiskových kroužků kována a tvářena, ocelové kuličky jsou tvářeny hlavičkou za studena nebo válcováním za tepla a válečky malých rozměrů jsou také tvářeny hlavičkou za studena. Pokud rozměrová přesnost oceli není vysoká, nelze přesně vypočítat velikost řezu a hmotnost a nelze zaručit kvalitu produktu ložiskových dílů a je snadné způsobit poškození zařízení a forem.

Speciálně přísné požadavky na čistotu.

Čistota oceli se vztahuje k počtu nekovových vměstků obsažených v oceli. Čím vyšší čistota, tím méně nekovových vměstků v oceli. Škodlivé inkluze, jako jsou oxidy a křemičitany v ložiskové oceli, jsou hlavními důvody pro předčasné únavové odlupování ložisek a významně snižující životnost ložisek. Zejména křehké vměstky jsou nejškodlivější, protože se během zpracování snadno odlupují od kovové matrice, což vážně ovlivňuje kvalitu povrchu ložiskových dílů po dokončení. Pro zvýšení životnosti a spolehlivosti ložisek je proto nutné snížit obsah vměstků v ložiskové oceli.

Přísné požadavky na tkáň s malým zvětšením a mikroskopické tkáně (s velkým zvětšením).

Struktura ložiskové oceli s malým zvětšením odkazuje na obecnou pórovitost, centrální pórovitost a segregaci. Mikroskopická (s velkým zvětšením) struktura zahrnuje žíhanou strukturu oceli, karbidovou síť, páskování a segregaci kapaliny atd. Karbidová kapalina je tvrdá a křehká a její rizika jsou stejná jako u křehkých vměstků. Retikulární karbidy snižují rázovou houževnatost oceli a činí ji nerovnoměrnou ve struktuře, což usnadňuje její deformaci a praskání během kalení. Páskované karbidy ovlivňují struktury žíhání a kalení a popouštění a také kontaktní únavovou pevnost. Kvalita struktur s malým a velkým zvětšením má velký vliv na výkon a životnost valivých ložisek. Proto jsou v normách pro materiály ložisek kladeny přísné požadavky na struktury s malým a velkým zvětšením.

Povrchové vady a vnitřní vady jsou zakázány

U ložiskové oceli patří mezi povrchové vady trhliny, struskové vměstky, otřepy, strupy, oxidové okují atd. a mezi vnitřní vady patří smršťovací otvory, bubliny, bílé skvrny, silná pórovitost a segregace atd. Tyto vady mají velký vliv na zpracování ložisek , výkon a životnost ložisek. V materiálových normách ložisek je jasně stanoveno, že tyto vady nejsou povoleny.

Zákaz nerovnoměrných karbidů

Pokud je v ložiskové oceli silně nerovnoměrné rozložení karbidů, snadno to způsobí nerovnoměrnou strukturu a tvrdost během tepelného zpracování. Nerovnoměrná struktura oceli má větší vliv na kontaktní únavovou pevnost. Kromě toho mohou silné nerovnosti tvrdokovu snadno způsobit praskliny v ložiskových dílech během kalení a chlazení a nerovnosti tvrdokovu mohou také snížit životnost ložiska. Proto jsou v normách pro materiály ložisek jasné předpisy pro různé specifikace oceli. speciální požadavek.

Přísné požadavky na hloubku vrstvy oduhličení povrchu.

V normách pro materiály ložisek existují přísné předpisy pro povrchovou oduhličovací vrstvu oceli. Pokud povrchová oduhličovací vrstva přesahuje rámec normy a není zcela odstraněna během zpracování před tepelným zpracováním, bude odstraněna během procesu tepelného zpracování a kalení. Je snadné vytvořit trhliny při kalení, které způsobí vyřazení dílů.

Další požadavky.

V materiálových normách ložiskové oceli jsou také přísné požadavky na způsob tavení, obsah kyslíku, žíhací tvrdost, povrch lomu, zbytkové prvky, jiskrovou kontrolu, stav dodávky, značení atd. ložiskové oceli.