Vše, co byste měli vědět o ložiskových materiálech

Vše, co byste měli vědět o ložiskových materiálech

Ložisko jsou životně důležité pro výrobu a používají se v mnoha různých typech zařízení a strojů. Ložiska snižují tření od základních průmyslových zařízení až po složité stroje a umožňují jim zvládat různé typy zatížení. Proto je použití kvalitních a spolehlivých materiálů pro proces výroby ložisek zásadní.

K výrobě různých typů vysoce kvalitních ložisek a jejich mnoha komponentů se používají různé materiály. Tyto materiály jsou podrobeny specifickému procesu pro získání požadovaných vlastností, které zvyšují životnost a výkon ložiska. Týmy v AUB mohou diskutovat o různých materiálech používaných při výrobě ložisek a o tom, jak každý ovlivňuje použití, integritu a funkci ložisek.

Výkon každého ložiska závisí na vlastnostech zvolené slitiny a jejím tepelném zpracování. Výběr materiálu se správnou tvrdostí, odolností proti korozi a únavovou životností zajišťuje, že ložisko bude spolehlivě fungovat v rámci provozních a environmentálních parametrů aplikace. AUB používá různé materiály k výrobě různých součástí ložisek. Tyto materiály jsou zpracovány tak, aby získaly ideální vlastnosti pro maximalizaci výkonu a životnosti ložisek. Zde popsané materiály jsou nejčastěji používané. Ložiskový materiál je tepelně zpracován pro optimální tvrdost a rozměrovou stabilitu.

ložiskové materiály

Ložiska z chromové oceli – 52100

Nejvíc běžný materiál pro výrobu nosných součástí v přesných kuličkových ložiscích, válečkových ložiskách a kuželíkových ložiskách je chromová ocel 52100. Tyto součásti se týkají vnitřních a vnějších kroužků ložisek, kuliček a válečků. Chemické složení této oceli má vysoký obsah uhlíku a obsahuje asi 1.5 % chrómu. Pomocí metod řízeného obrábění a tepelného zpracování mají hotové součásti ložisek vysokou pevnost, aby odolávaly praskání, a tvrdé povrchy, aby odolávaly únavě podpovrchového valivého kontaktu. Typické povrchové tvrdosti pro součásti ložisek vyrobené z tohoto materiálu se pohybují v rozmezí 60-64 na stupnici Rockwell C (Rc).

Má přijatelnou cenu, vysokou tvrdost a tišší chod. Proto jsou výhodami použití ložisek z chromové oceli vysoká tvrdost, vysoká nosnost, nízký decibel a široká dostupnost. Musí však zůstat mazaný a není odolný vůči korozi nebo chemikáliím. Uživatelům se doporučuje chránit ložiska z chromové oceli olejovým nebo antikorozním nátěrem, aby se zabránilo korozi.

ložiskové materiály

Ultra čistá chromová ocel 52100

Surová ocel používaná k výrobě vysoce přesných ložisek je ošetřena dodatečným krokem tavení, jehož výsledkem je ocel s velmi jednotnou strukturou jemnozrnného materiálu – ultračistá chromová ocel 52100. Kontaktní plochy ložisek mohou být velmi hladké, takže ložiska mají velmi tichý chod.

Nejběžnější metodou tepelného zpracování chromových ocelí je kalení oceli v peci s řízenou atmosférou. Ložiska vyrobená z chromové oceli mohou pracovat při trvalých teplotách až 120°C. Při vyšších teplotách lze ložiskovou sestavu tepelně stabilizovat. Změnou procesu tepelného zpracování je možné vyrábět ložiska schopná provozu při 220 °C nebo vyšších. Pro tyto aplikace musí být součásti ložisek temperovány na vyšší teploty odpovídající provozním teplotám. Toto zvýšené popouštění má nepříznivý vliv na tvrdost materiálu a snižuje se únosnost ložiska.
Jak je vidět z níže uvedené tabulky, standardní chemické složení chromových ocelí se v jednotlivých zemích liší.

Ultra čistá ložiska z chromové oceli 52100
chemické složení chromové oceli

Dalším běžným materiálem používaným k výrobě ložisek je nerezová ocel. Nerezová ocel je oblíbeným materiálem pro ložiska kvůli vysokému obsahu chrómu a uhlíku, který je odolný vůči povrchové korozi než chromová ocel. Existuje více než 60 druhů nerezové oceli, z nichž každá se liší podle svého složení a fyzikálních vlastností. Obecně složení nerezové oceli zahrnuje různá množství chrómu, uhlíku, fosforu, niklu, manganu a molybdenu. Kromě toho třídy pomáhají popsat vlastnosti slitin nerezové oceli, včetně odolnosti proti korozi a teplotě, magnetické odezvy, houževnatosti, tažnosti, svařitelnosti a mechanického zpevnění.

Kromě toho, že nerezová ocel obsahuje alespoň 18 % chrómu, obsahuje také nikl. Chrom v nerezové oceli reaguje chemicky, když je vystaven kyslíku, a vytváří vrstvu oxidu chrómu na povrchu součástí ložisek. Tento pasivační chemický film poskytuje ložisku dodatečnou ochranu. Ložiska z nerezové oceli jsou však méně tvrdá kvůli obsahu uhlíku. Díky tomu mají o 20 % nižší nosnost než ložiska z chromové oceli 52100.

Existují dva běžné typy ložisek z nerezové oceli: martenzitická a austenitická. Ložiska z martenzitické nerezové oceli (SV30) často podléhají poškození během zpracování původní oceli, což má za následek snížený obsah uhlíku a zvýšený obsah dusíku v materiálu. Výsledkem je ocel s vysokou pevností, tvrdostí a zvýšenou odolností proti korozi. Ložiska z austenitické nerezové oceli (AISI316) jsou naproti tomu nemagnetická a díky nízkému obsahu uhlíku vysoce odolná proti korozi. Lze je však použít pouze pro aplikace s nízkou zátěží a nízkou rychlostí.

Obsah uhlíku v nerezové oceli řady 400 je dostatečně vysoký, aby mohl být kalen na Rc58 pomocí standardních metod tepelného zpracování. Ložiska z tohoto materiálu mají díky nižší tvrdosti o 20 % nižší nosnost než ložiska z chromové oceli 52100. Úroveň obsahu uhlíku znamená, že součást je magnetická. Odolnost proti korozi je „dobrá“, když je materiál 440C vystaven sladké vodě a mírným chemikáliím. Tento materiál je široce oblíbený mezi americkými výrobci ložisek.

Ložiska vyrobená z konvenční nerezové oceli 440C budou mírně hlučná, protože karbidy, které se obvykle koncentrují na hranicích zrn, jsou obnaženy během dokončování oběžné dráhy. Ložiska s větším vrtáním nejsou tímto stavem ovlivněna. Ložiska vyrobená z nerezové oceli řady 400 mohou pracovat při vyšších teplotách než chromová ocel, a to až do 250 °C nepřetržitě. Ložiska vyrobená z tohoto materiálu jsou obvykle dražší než ložiska z chromové oceli.

Ložisko z nerezové oceli 440C

Nerezová ocel AISI 440 – Vynikající houževnatost a tvrdost s dobrou odolností proti korozi. Tento materiál je široce používán v ložiskových aplikacích, kde jsou vyžadovány přesné tolerance a povrchové úpravy. Běžné tepelné zpracování může být provedeno v souladu s MIL-H-6875. Ložiska z nerezové oceli jsou k dispozici v různých jakostech a složeních nerezových materiálů. Mezi výhody ložisek z nerezové oceli patří: Odolává drsným korozním podmínkám, což má za následek delší životnost, nižší náklady na údržbu a prostoje zařízení. Expozice mořské vodě je jednou z nejdrsnějších aplikací ve světě ložisek. Pro aplikace s mořskou vodou jsou k dispozici speciální třídy nerezové oceli.

Martenzitická ložiska z nerezové oceli – ACD34 / KS440 / X65Cr13

Mnoho výrobců ložisek používá pro své kroužky a kuličky nerezovou ocel s mírně nižším obsahem uhlíku a chrómu než AISI 440C, známá pod různými názvy jako ACD34, KS440 a X65Cr13. Po tepelném zpracování má tento materiál menší karbidy, takže ložisko bude mít vynikající nízkohlučné vlastnosti a zároveň poskytne stejnou odolnost proti korozi jako 440C. Někteří výrobci publikují u ložisek vyrobených z tohoto materiálu stejné únosnosti jako u chromové oceli. Je to dáno použitím přísně řízeného tepelného zpracování s tvrdostí až Rc 60. Přestože se jedná o jednu z nejpoužívanějších nerezových ocelí pro kuličková ložiska, tento materiál nemá označení AISI.

Martenzitická ložiska z nerezové oceli

Martenzitická ložiska z nerezové oceli – SV30

Martenzitické nerezové oceli mohou být modifikovány během zpracování surové oceli snížením obsahu uhlíku a zavedením dusíku jako legujícího prvku. Dusík zvyšuje nasycení chrómu, který se místo karbidu chrómu mění na nitrid chrómu. Výsledkem je vysoce pevná ocel s vysokou tvrdostí s vynikající mikrostrukturou, která může v některých aplikacích zvýšit únavovou životnost až o 100 % (dvojnásobně). Tento materiál má také zvýšenou odolnost proti korozi, dokonce 5krát lepší než 440C a ACD34. Ložiska vyrobená z tohoto materiálu mohou být o 20 – 40 % dražší, ale to je obvykle kompenzováno výhodami vynikajícího výkonu.

Samonaklápěcí kuličková ložiska 1

Austenitická nerezová ocel

Austenitické nerezové oceli řady 300 se používají pro nenosné díly. Ložiskové komponenty vyrobené z nerezového materiálu řady 300 jsou odolné vůči korozi a jsou nemagnetické díky nízkému obsahu uhlíku. Kompromisem však je, že tento materiál nelze kalit, takže ložiska mohou pracovat pouze při nízkém zatížení a otáčkách. Chemická reakce nosné plochy s kyslíkem se nazývá pasivační proces; pasivační film vytvořený na povrchu chrání ložisko před korozí. Odolnost proti korozi je nejlepší, když ložisko není zcela ponořeno v kapalině, jako například v aplikacích pod vodou. Ložiska vyrobená z tohoto materiálu jsou obvykle položky na zvláštní objednávku, které vyžadují minimální množství; navíc jsou drahé.

Ložiska z nerezové oceli řady 300 mají obvykle pouzdro třídy 304 a držák ložiska třídy 302. Třída 304 je velmi odolná proti lomu (vysoká tažnost) a má velmi vysokou odolnost proti korozi. 302 má mírně vyšší obsah uhlíku – zvyšuje tvrdost – díky čemuž je vhodný pro součásti v samotném ložisku. Kompletní ložisko vyrobené z nerezové oceli řady 300 má přibližně poloviční nosnost než ložisko vyrobené z ložiskové oceli 52100.

Ložiska z chromové oceli

AUB vyrábí ložiska z nerezové oceli 316, která nabízí vynikající odolnost proti korozi ve srovnání s konvenční ocelí a ložisky z nerezové oceli 440. Nerezová ocel 316 je odolná vůči atmosférickým a obecným korozním podmínkám než jakákoli jiná standardní nerezová ocel. Nerezová ocel 316 je široce používána v potravinářském a lékařském průmyslu. Ložiska vyrobená z této oceli mohou běžet v kapalinách nebo sušit při nízkých otáčkách. Nerezová ocel 316 je nerezová ocel obsahující molybden. Molybden poskytuje 316 lepší celkovou odolnost proti korozi než třída 304, zejména vyšší odolnost proti důlkové a štěrbinové korozi v chloridových prostředích.

316 ocelová ložiska

Výrazné vlastnosti:

  • Obsah molybdenu zvyšuje odolnost vůči mořskému prostředí.

  • Vysoká pevnost při tečení a dobrá tepelná odolnost při vysoké teplotě.

  • Biokompatibilní.

  • Výrobní vlastnosti jsou podobné jako u typů 302 a 304.

Aplikace: Zařízení na zpracování potravin a léčiv, mořské prostředí, chirurgické lékařské vybavení a průmyslová zařízení manipulující s agresivními chemikáliemi používanými při výrobě inkoustů, umělého hedvábí, fotografických chemikálií, papíru, textilií, bělidel a pryže.

Odolnost proti korozi: Odolnost proti korozi je lepší než nerezová ocel 440c, 302, 304. Odolává roztokům sodných a vápenatých solí, roztokům chlornanu, kyselině fosforečné, siřičitanovým roztokům a kyselině siřičité běžně používaným v průmyslu buničiny.

Materiálové složení nerezové oceli 316

316 NEREZOVÉ SLOŽENÍ MATERIÁLU

Ostatní ložiska z nerezové oceli řady 300

Ložiskové štíty, těsnicí podložky a kuličkové klece jsou někdy vyráběny z nerezové oceli AISI303 nebo AISI304, protože mají střední odolnost proti korozi a jsou vhodné pro tvarování do různých tvarů.

Ložiska z uhlíkové slitiny oceli

Materiály z uhlíkové oceli se používají k výrobě různých součástí ložisek a existují dva základní typy, středně uhlíková legovaná ocel a nízko uhlíková legovaná ocel.

Středně uhlíková ocelová ložiska

Ložiska vyrobená z materiálů středně uhlíkové nebo nízkouhlíkové legované oceli se často označují jako „polopřesná“ nebo „komerční“ ložiska. Typické materiály jsou AISI8620 nebo AISI4320. Vnitřní a vnější kroužky jsou cementovány v procesu tepelného zpracování zvaného cementování nebo nauhličování. Ložiska vyrobená z těchto materiálů nesnesou vysoké zatížení ani vysoké otáčky a nejsou odolná proti korozi. Ložiska vyrobená z těchto materiálů jsou obecně levná.

Ložiska z nízkouhlíkové slitiny oceli

Měkká ocel se používá k výrobě klecí ložisek, kovových štítů a kovových podložek, kolem kterých je nalisována pryž pro použití jako těsnění. Běžně používané materiály jsou AISI C1008 a C1010. K ochraně materiálu před korozí je zapotřebí olejový/tukový nátěr (klec) nebo pokovení (štít). Informace o držákech a uzávěrech naleznete v příslušných technických bulletinech.

Tepelné zpracování ložiskové oceli

Když je ložisková ocel v měkkém (nekaleném) stavu, označují metalurgové její strukturu jako perlitický stav. Aby ocel vytvrdila, musí být zahřátá na velmi vysoké teploty a poté velmi rychle ochlazena. Při zahřátí na 1,750 XNUMX °F v a tepelné zpracování pec, struktura se mění z perlitu na to, co je známé jako austenit. Po kalení (rychlém ochlazení) se struktura mění z austenitu na martenzit. Jakmile se ocel přemění na martenzit, stane se velmi tvrdou. V současné době se však nepovažuje za „tepelně stabilní“. Je to proto, že ne všechen austenit se během procesu kalení přemění na martenzit. Tento jev se nazývá „zadržený austenit“.

Pokud ocel není tepelně stabilní, zadržený austenit se po delší dobu (možná roky) přemění na martenzit. Tato přeměna je doprovázena zvětšením objemu a nazývá se metalurgický růst (neplést s tepelným růstem). Metalurgický růst může způsobit změny velikosti a tvaru jakékoli ocelové součásti, jako je ložisko, i při pokojové teplotě.
I když to není problém u ložisek komoditního typu s nízkou přesností, tento nedostatek rozměrové stability může způsobit problémy u vysoce přesných (ABEC 5P, 7P, 9P) miniaturních ložisek. Pro eliminaci tohoto nežádoucího metalurgického růstu je třeba ocel tepelně stabilizovat. Toho je dosaženo opakovaným chlazením a temperováním při -120 F pro přeměnu většiny zadrženého austenitu na martenzit.