Requisitos básicos de rendimiento del acero para rodamientos

Requisitos básicos de rendimiento del acero para rodamientos

Los materiales de los rodamientos incluyen aros interiores, aros exteriores, elementos rodantes y jaulas, remaches y otros materiales auxiliares. La gran mayoría de los rodamientos y sus piezas están fabricados de acero para rodamientos. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas y el uso cada vez mayor de rodamientos, los requisitos para los rodamientos son cada vez más altos, como alta precisión, larga vida útil y alta confiabilidad. Para algunos rodamientos para fines especiales, los materiales de los rodamientos también deben tener propiedades como resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión, no magnético, temperaturas ultrabajas y resistencia a la radiación. Además, los materiales para cojinetes también incluyen materiales de aleación, metales no ferrosos y materiales no metálicos. Además, los rodamientos hechos de cerámico Los materiales ahora se utilizan en locomotoras, automóviles, metros, aviación, aeroespacial, industria química y otros campos.

El acero para rodamientos también se denomina acero al cromo con alto contenido de carbono, con un contenido de carbono Wc de aproximadamente el 1% y un contenido de cromo Wcr del 0.5% al ​​1.65%. El acero para rodamientos se divide en seis categorías: acero para rodamientos con alto contenido de carbono y cromo, acero para rodamientos sin cromo, acero para rodamientos carburizado, acero para rodamientos inoxidable, acero para rodamientos de temperatura media y alta y acero para rodamientos antimagnético.

El acero para rodamientos con alto contenido de cromo y carbono GCr15 es el acero para rodamientos más producido en el mundo. El contenido de carbono Wc es aproximadamente 1% y el contenido de cromo Wcr es aproximadamente 1.5%. Durante los últimos 100 años desde su nacimiento en 1901, los componentes principales básicamente no han cambiado. Con el avance de la ciencia y la tecnología, el trabajo de investigación continúa y la calidad del producto continúa mejorando, representando más del 80% de la producción mundial total de acero para rodamientos. Entonces, si no hay instrucciones especiales para el acero para rodamientos, se refiere a GCr15 (AISI 52100).

AISI-52100-Acero para rodamientos

Propiedades básicas del acero para rodamientos.

Los requisitos básicos de materiales de los rodamientos dependen en gran medida del rendimiento de trabajo de los rodamientos. La idoneidad del material utilizado para fabricar los rodamientos tendrá un gran impacto en su rendimiento y vida útil. En general, las principales formas de daño de los rodamientos son el desconchado por fatiga bajo tensión y el daño a la precisión del rodamiento debido a la fricción y el desgaste. Además, existen grietas, hendiduras, óxido y otros motivos que provocan daños anormales en los rodamientos. Por lo tanto, los rodamientos deben tener una alta resistencia a la deformación plástica, baja fricción y desgaste, buena precisión de rotación, buena precisión y estabilidad dimensional y una larga vida útil a la fatiga por contacto. Y muchas de estas propiedades están determinadas por el material y el proceso de tratamiento térmico. Dado que los requisitos básicos para los materiales para rodamientos están determinados por el modo de daño del rodamiento, se requiere que los materiales para fabricar rodamientos tengan las siguientes propiedades después de un determinado tratamiento térmico en el posproceso:

Alta resistencia a la fatiga por contacto

El daño por fatiga por contacto es la principal forma de daño normal a los rodamientos. Cuando un rodamiento está en marcha, los elementos rodantes ruedan entre las pistas de rodadura de los aros interior y exterior del rodamiento. Las piezas de contacto están sometidas a cargas alternas periódicas, que pueden alcanzar cientos de miles de veces por minuto. Bajo la acción repetida de tensiones alternas periódicas, se produce un pelado por fatiga de la superficie de contacto. Una vez que el rodamiento comienza a desprenderse, hará que vibre, aumente el ruido y que la temperatura de funcionamiento aumente bruscamente, lo que eventualmente provocará que el rodamiento se dañe. Esta forma de daño se llama daño por fatiga de contacto. Por lo tanto, se requiere que el acero para rodamientos tenga una alta resistencia a la fatiga por contacto.

Alta resistencia al desgaste

Cuando los rodamientos funcionan normalmente, además de la fricción por rodadura, también hay fricción por deslizamiento. Las partes principales donde se produce la fricción por deslizamiento son: la superficie de contacto entre el elemento rodante y la pista de rodadura, la superficie de contacto entre el elemento rodante y la cavidad de la jaula, la jaula y la nervadura guía de la férula, y la superficie del extremo del rodillo y la guía de la férula. Espera entre los lados. La existencia de fricción por deslizamiento en los rodamientos provoca inevitablemente el desgaste de las piezas del rodamiento. Si la resistencia al desgaste del acero del rodamiento es deficiente, el rodamiento perderá precisión prematuramente debido al desgaste o la precisión de rotación disminuirá, lo que provocará una mayor vibración y una vida útil reducida del rodamiento. Por lo tanto, se requiere que el acero para rodamientos tenga una alta resistencia al desgaste.

Límite elástico alto

Cuando el rodamiento está funcionando, dado que el área de contacto entre el elemento rodante y la pista de rodadura del anillo es muy pequeña, cuando el rodamiento soporta carga, especialmente cuando soporta una carga grande, la presión de contacto sobre la superficie de contacto es muy grande. Para evitar que se produzca una deformación plástica excesiva bajo una tensión de contacto alta, lo que resulta en una pérdida de precisión del rodamiento o la aparición de grietas en la superficie, se requiere que el acero del rodamiento tenga un límite elástico alto.
Cuatro dureza apropiada

Dureza adecuada

La dureza es uno de los indicadores importantes de rodamientos. Está estrechamente relacionado con la resistencia a la fatiga por contacto del material, la resistencia al desgaste y el límite elástico, y afecta directamente la vida útil del rodamiento. La dureza del rodamiento generalmente se determina en función de la forma y el tamaño de la carga que soporta el rodamiento, el tamaño total del rodamiento y el espesor de la pared. La dureza del acero utilizado para los rodamientos debe ser la adecuada. Si es demasiado grande o demasiado pequeño, afectará la vida útil del rodamiento. Como todos sabemos, las principales formas de falla de los rodamientos son el daño por fatiga por contacto y la pérdida de precisión del rodamiento debido a una mala resistencia al desgaste o inestabilidad dimensional; Si las piezas del rodamiento carecen de cierta tenacidad, sufrirán fracturas frágiles cuando se sometan a grandes cargas de impacto. Daños en los rodamientos. Por lo tanto, la dureza del rodamiento debe determinarse en función de las condiciones específicas del rodamiento y del modo de daño. Para la pérdida de precisión del rodamiento debido a desconchado por fatiga o mala resistencia al desgaste, las piezas del rodamiento deben seleccionarse con mayor dureza; para los rodamientos que soportan cargas de impacto mayores (como rodamientos de laminación, rodamientos de ferrocarril y algunos rodamientos de automóviles, etc.), la dureza debe reducirse adecuadamente. La dureza es necesaria para mejorar la tenacidad del rodamiento.

Buena tenacidad al impacto

Muchos rodamientos estarán sujetos a ciertas cargas de impacto durante el uso, por lo que se requiere que el acero del rodamiento tenga un cierto grado de tenacidad para garantizar que los rodamientos no se dañen por el impacto. Para los rodamientos que soportan grandes cargas de impacto, como los rodamientos de laminadores y los rodamientos de ferrocarril, se requiere que los materiales tengan una tenacidad al impacto y a la fractura relativamente altas. Algunos de estos rodamientos utilizan un proceso de tratamiento térmico de enfriamiento con bainita y otros utilizan materiales de acero cementado, solo para garantizar que estos rodamientos tengan una buena resistencia al impacto.

Buena estabilidad dimensional

Los rodamientos son piezas mecánicas de precisión y su precisión se mide en micras. Durante el almacenamiento y uso a largo plazo, los cambios en la estructura interna o la tensión provocarán cambios en el tamaño del rodamiento, lo que hará que el rodamiento pierda precisión. Por lo tanto, para garantizar la precisión dimensional del rodamiento, el acero del rodamiento debe tener una buena estabilidad dimensional.

Buen rendimiento antioxidante

Los rodamientos tienen muchos procesos de producción y un largo ciclo de producción. Algunos productos semiacabados o piezas terminadas deben almacenarse durante mucho tiempo antes del montaje. Por lo tanto, las piezas de los rodamientos son propensas a cierta corrosión durante el proceso de producción o durante el almacenamiento de productos terminados, especialmente en aire húmedo. Por lo tanto, se requiere que el acero para rodamientos tenga buenas propiedades antioxidantes.

Buen rendimiento del proceso

Durante el proceso de producción de los rodamientos, sus piezas se someten a múltiples procesos de procesamiento en frío y en caliente. Esto requiere que el acero para rodamientos tenga buenas propiedades de proceso, como propiedades de conformado en frío y en caliente, propiedades de corte y rectificado, propiedades de tratamiento térmico, etc., para satisfacer las necesidades de grandes volúmenes, alta eficiencia, bajo costo y alta. Producción de calidad de rodamientos.

Además, para los rodamientos utilizados en condiciones de trabajo especiales, además de los requisitos básicos anteriores, se deben presentar los correspondientes requisitos de rendimiento especiales para el acero utilizado, como resistencia a altas temperaturas, rendimiento a alta velocidad, resistencia a la corrosión y propiedades antimagnéticas.

Proceso de tratamiento térmico de acero para rodamientos.

El proceso de tratamiento térmico del acero para rodamientos consta de dos eslabones principales: tratamiento térmico previo y tratamiento térmico final. El acero GCr15 es el tipo de acero para rodamientos más utilizado. Es un acero para cojinetes de cromo con alto contenido de carbono, bajo contenido de aleación y buen rendimiento. El acero para rodamientos GCr15 tiene una dureza alta y uniforme, buena resistencia al desgaste y alto rendimiento ante la fatiga de contacto después del tratamiento térmico.

Recocido

(1) Recocido completo y recocido isotérmico: El recocido completo también se denomina recocido por recristalización, generalmente denominado recocido. Este recocido se utiliza principalmente para piezas fundidas, forjadas y perfiles laminados en caliente de diversos aceros al carbono y aceros aleados con composición hipoeutectoide, y en ocasiones también se utiliza en estructuras soldadas. Generalmente se utiliza como tratamiento térmico final de algunas piezas de trabajo sin importancia, o como tratamiento térmico previo de algunas piezas de trabajo.

(2) Recocido esferoidal: El recocido esferoidal se utiliza principalmente para acero al carbono hipereutectoide y acero para herramientas aleado (como los tipos de acero utilizados en la fabricación de herramientas de corte, herramientas de medición y moldes). Su objetivo principal es reducir la dureza, mejorar la maquinabilidad y preparar para el posterior enfriamiento.

Recocido

(3) Recocido de alivio de tensión: El recocido con alivio de tensiones también se denomina recocido a baja temperatura (o revenido a alta temperatura). Este tipo de recocido se utiliza principalmente para eliminar tensiones residuales en piezas fundidas, forjadas, soldadas, laminadas en caliente, estiradas en frío, etc. Si estas tensiones no se eliminan, las piezas de acero se deformarán o agrietarán después de un determinado período de tiempo o durante procesos de corte posteriores.

Temple

Para mejorar la dureza, los métodos principales son el calentamiento, la conservación del calor y el enfriamiento rápido. Los medios refrigerantes más utilizados son salmuera, agua y aceite. La pieza de trabajo templada en agua salada es fácil de obtener alta dureza y superficie lisa, y no es propensa a puntos blandos que no se templan, pero es fácil causar deformaciones graves de la pieza de trabajo e incluso grietas. El uso de aceite como medio de enfriamiento solo es adecuado para templar algunos aceros aleados o piezas de trabajo de acero al carbono de pequeño tamaño donde la estabilidad de la austenita sobreenfriada es relativamente grande.

Temple

Temperamento

(1) Reducir la fragilidad y eliminar o reducir la tensión interna. Después del enfriamiento, las piezas de acero tendrán una gran tensión interna y fragilidad. Si no se templan a tiempo, las piezas de acero a menudo se deformarán o incluso se agrietarán.

(2) Obtener las propiedades mecánicas requeridas por la pieza. Después del templado, la pieza de trabajo tiene alta dureza y gran fragilidad. Para cumplir con los diferentes requisitos de rendimiento de varias piezas de trabajo, la dureza se puede ajustar mediante un templado adecuado para reducir la fragilidad y obtener la dureza y plasticidad requeridas.

(3) Tamaño estable de la pieza de trabajo

(4) Para algunos aceros aleados que son difíciles de ablandar mediante recocido, a menudo se utiliza el templado a alta temperatura después del templado (o normalizado) para reunir adecuadamente los carburos en el acero y reducir la dureza para facilitar el corte.

Temperamento

Requisitos básicos de calidad para el acero para rodamientos.

Requisitos estrictos de composición química.

El acero para rodamientos en general es principalmente acero para rodamientos de cromo con alto contenido de carbono, que es acero hipereutectoide con un contenido de carbono de aproximadamente el 1%, agregando aproximadamente un 1.5% de cromo y una pequeña cantidad de elementos de manganeso y silicio. El cromo puede mejorar el rendimiento del tratamiento térmico, mejorar la templabilidad, la uniformidad estructural, la estabilidad del templado y mejorar el rendimiento antioxidante y de rectificado del acero.

Pero cuando el contenido de cromo supera el 1.65%, la austenita retenida en el acero aumentará después del templado, lo que reducirá la dureza y la estabilidad dimensional, aumentará la falta de homogeneidad de los carburos y reducirá la tenacidad al impacto y la resistencia a la fatiga del acero. Por esta razón, el contenido de cromo en el acero con alto contenido de cromo en carbono generalmente se controla por debajo del 1.65%. Sólo controlando estrictamente la composición química del acero para rodamientos se puede obtener la estructura y la dureza que cumplan con el rendimiento del rodamiento a través del proceso de tratamiento térmico.

Mayores requisitos de precisión dimensional.

Para las barras recocidas laminadas en caliente forjadas en máquinas cabezales de alta velocidad, deberían existir mayores requisitos de precisión dimensional. El acero para rodamientos requiere una alta precisión dimensional porque la mayoría de las piezas de los rodamientos deben conformarse a presión. Para ahorrar materiales y mejorar la productividad laboral, la mayoría de los anillos de los rodamientos se forjan y conforman, las bolas de acero se forman mediante estampación en frío o laminación en caliente, y los rodillos de pequeño tamaño también se forman mediante estampación en frío. Si la precisión dimensional del acero no es alta, el tamaño y el peso del corte no se pueden calcular con precisión, no se puede garantizar la calidad del producto de las piezas del cojinete y es fácil causar daños a los equipos y moldes.

Requisitos de pureza especialmente estrictos.

La pureza del acero se refiere al número de inclusiones no metálicas contenidas en el acero. Cuanto mayor sea la pureza, menos inclusiones no metálicas habrá en el acero. Las inclusiones nocivas como óxidos y silicatos en el acero de los rodamientos son las principales razones del desconchado prematuro de los rodamientos por fatiga y de la reducción significativa de su vida útil. En particular, las inclusiones quebradizas son las más dañinas porque son fáciles de desprender de la matriz metálica durante el procesamiento, lo que afecta seriamente la calidad de la superficie de las piezas del rodamiento después del acabado. Por lo tanto, para mejorar la vida útil y la confiabilidad de los rodamientos, se debe reducir el contenido de inclusiones en el acero para rodamientos.

Requisitos estrictos de tejido de bajo aumento y tejido microscópico (gran aumento).

La estructura de bajo aumento del acero para rodamientos se refiere a porosidad general, porosidad central y segregación. La estructura microscópica (gran aumento) incluye la estructura recocida del acero, la red de carburo, bandas y segregación de líquidos, etc. El líquido de carburo es duro y quebradizo, y sus peligros son los mismos que los de las inclusiones quebradizas. Los carburos reticulares reducen la tenacidad al impacto del acero y hacen que su estructura sea desigual, lo que facilita su deformación y agrietamiento durante el enfriamiento. Los carburos en bandas afectan las estructuras de recocido, temple y revenido, así como la resistencia a la fatiga por contacto. La calidad de las estructuras de bajo y alto aumento tiene un gran impacto en el rendimiento y la vida útil de los rodamientos. Por lo tanto, existen requisitos estrictos para estructuras de bajo y alto aumento en las normas de materiales de rodamientos.

Se prohíben los defectos superficiales y los defectos internos.

Para el acero para rodamientos, los defectos superficiales incluyen grietas, inclusiones de escoria, rebabas, costras, incrustaciones de óxido, etc., y los defectos internos incluyen agujeros de contracción, burbujas, manchas blancas, porosidad severa y segregación, etc. Estos defectos tienen un gran impacto en el procesamiento de los rodamientos. , rendimiento y vida útil del rodamiento. En las normas sobre materiales de rodamientos está claramente estipulado que estos defectos no están permitidos.

Prohibición de carburos desiguales.

En el acero para rodamientos, si hay una distribución muy desigual de los carburos, fácilmente provocará una estructura y dureza desiguales durante el tratamiento térmico. La estructura desigual del acero tiene un mayor impacto en la resistencia a la fatiga por contacto. Además, las irregularidades severas del carburo pueden causar fácilmente grietas en las piezas del rodamiento durante el enfriamiento y el enfriamiento, y las irregularidades del carburo también pueden reducir la vida útil del rodamiento. Por lo tanto, en las normas sobre materiales de rodamientos existen regulaciones claras para diferentes especificaciones de acero. Requisito especial.

Estrictos requisitos de profundidad de la capa de descarburación superficial.

Existen regulaciones estrictas sobre la capa de descarburación superficial del acero en las normas de materiales para rodamientos. Si la capa de descarburación de la superficie excede el alcance de la norma y no se elimina por completo durante el procesamiento antes del tratamiento térmico, se eliminará durante el tratamiento térmico y el proceso de enfriamiento. Es fácil producir grietas por enfriamiento, lo que provoca el desguace de las piezas.

Otros requerimientos.

En las normas sobre materiales de acero para rodamientos, también existen requisitos estrictos para el método de fundición, el contenido de oxígeno, la dureza del recocido, la superficie de fractura, los elementos residuales, la inspección de chispas, el estado de entrega, el marcado, etc. del acero para rodamientos.