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Todo lo que debe saber sobre los materiales para rodamientos
Rodamientos Son vitales para la fabricación y se utilizan en muchos tipos diferentes de equipos y maquinaria. Desde equipos industriales básicos hasta maquinaria compleja, los rodamientos reducen la fricción y les permiten manejar diferentes tipos de cargas. Por lo tanto, el uso de materiales confiables y de calidad es crucial para el proceso de fabricación de rodamientos.
Se utilizan diferentes materiales para producir distintos tipos de rodamientos de alta calidad y sus numerosos componentes. Estos materiales son sometidos a un proceso específico para obtener las propiedades deseadas que aumenten la vida y el rendimiento del rodamiento. Los equipos de AUB pueden analizar los diferentes materiales utilizados en la fabricación de rodamientos y cómo cada uno afecta el uso, la integridad y la función del rodamiento.
El rendimiento de cualquier rodamiento depende de las propiedades de la aleación elegida y de su tratamiento térmico. La selección de un material con la dureza, resistencia a la corrosión y vida útil correctas garantiza que el rodamiento funcionará de manera confiable dentro de los parámetros operativos y ambientales de la aplicación. AUB utiliza diferentes materiales para producir distintos componentes de rodamientos. Estos materiales se procesan para obtener características ideales para maximizar el rendimiento y la vida útil del rodamiento. Los materiales aquí descritos son los más utilizados. El material del rodamiento recibe un tratamiento térmico interno para lograr una dureza y estabilidad dimensional óptimas.
Rodamientos de acero cromado – 52100
Para los fabricantes de lonas material común El acero cromado 52100 se utiliza para la producción de componentes portadores de carga en rodamientos de bolas de precisión, rodamientos de rodillos y rodamientos de rodillos cónicos. Estos componentes se refieren a anillos, bolas y rodillos interiores y exteriores de rodamientos. La composición química de este acero es rica en carbono y contiene aproximadamente un 1.5% de cromo. Utilizando métodos controlados de mecanizado y tratamiento térmico, los componentes terminados del rodamiento tienen alta resistencia para resistir el agrietamiento y superficies duras para resistir la fatiga por contacto rodante bajo la superficie. Las durezas superficiales típicas de los componentes de rodamientos fabricados con este material oscilan entre 60 y 64 en la escala Rockwell C (Rc).
Tiene un coste aceptable, un alto nivel de dureza y un ruido de funcionamiento más silencioso. Por lo tanto, los beneficios de utilizar rodamientos de acero cromado son su alta dureza, alta capacidad de carga, bajos decibelios y amplia accesibilidad. Sin embargo, debe permanecer lubricado y no es resistente a la corrosión ni a los productos químicos. Se recomienda a los usuarios proteger los rodamientos de acero cromado con una capa de aceite o antioxidante para evitar la corrosión.
Acero cromado 52100 ultra limpio.
El acero en bruto utilizado para producir rodamientos de alta precisión se trata con un paso de fusión adicional, lo que da como resultado un acero con una estructura muy uniforme de material de grano fino: acero al cromo 52100 ultralimpio. Las superficies de contacto de los rodamientos pueden tener un acabado muy liso, por lo que los rodamientos funcionan de forma muy silenciosa.
El método de tratamiento térmico más común para los aceros al cromo es enfriar el acero en un horno de atmósfera controlada. Los rodamientos fabricados de acero cromado pueden funcionar a temperaturas continuas de hasta 120°C. Cuando se encuentran temperaturas más altas, el conjunto de cojinete se puede estabilizar térmicamente. Variando el proceso de tratamiento térmico, es posible producir rodamientos capaces de funcionar a 220°C o más. Para estas aplicaciones, los componentes del rodamiento deben templarse a temperaturas más altas correspondientes a las temperaturas de funcionamiento. Este mayor templado tiene un efecto adverso sobre la dureza del material y se reduce la capacidad de carga del rodamiento.
Como puede verse en la siguiente tabla, la composición química estándar de los aceros al cromo varía de un país a otro.
Otro material común utilizado para fabricar rodamientos es el acero inoxidable. El acero inoxidable es un material popular para los rodamientos debido a su alto contenido de cromo y carbono, que es más resistente a la corrosión superficial que el acero al cromo. Existen más de 60 grados de acero inoxidable, cada uno de los cuales varía según su composición y propiedades físicas. En general, la composición del acero inoxidable incluye cantidades variables de cromo, carbono, fósforo, níquel, manganeso y molibdeno. Además, los grados ayudan a describir las propiedades de las aleaciones de acero inoxidable, incluida la resistencia a la corrosión y la temperatura, la respuesta magnética, la tenacidad, la ductilidad, la soldabilidad y el endurecimiento por trabajo.
Además de contener al menos un 18% de cromo, el acero inoxidable también contiene níquel. El cromo del acero inoxidable reacciona químicamente cuando se expone al oxígeno, formando una capa de óxido de cromo en la superficie de los componentes del rodamiento. Esta película química pasivante proporciona protección adicional al rodamiento. Sin embargo, los rodamientos de acero inoxidable son menos duros debido a su contenido de carbono. Como resultado, tienen una capacidad de carga un 20 % menor que los rodamientos de acero cromado 52100.
Hay dos tipos comunes de rodamientos de acero inoxidable: martensíticos y austeníticos. Los rodamientos de acero inoxidable martensítico (SV30) a menudo se deterioran durante el procesamiento del acero original, lo que resulta en una reducción del contenido de carbono y un aumento del contenido de nitrógeno en el material. El resultado es un acero con alta resistencia, dureza y resistencia a la corrosión mejorada. Por otro lado, los rodamientos de acero inoxidable austenítico (AISI316) son no magnéticos y altamente resistentes a la corrosión debido a su bajo contenido de carbono. Sin embargo, sólo se pueden utilizar para aplicaciones de baja carga y baja velocidad.
El contenido de carbono en el acero inoxidable de la serie 400 es lo suficientemente alto como para poder endurecerlo a Rc58 utilizando métodos de tratamiento térmico estándar. Los rodamientos fabricados con este material tienen una capacidad de carga un 20% menor que los rodamientos de acero cromado 52100 debido a su menor dureza. El nivel de contenido de carbono significa que el componente es magnético. La resistencia a la corrosión es "buena" cuando el material 440C se expone a agua dulce y productos químicos suaves. Este material es muy popular entre los fabricantes de rodamientos estadounidenses.
Los rodamientos fabricados con acero inoxidable 440C convencional serán ligeramente ruidosos porque los carburos, que generalmente se concentran en los límites de los granos, quedan expuestos durante el acabado de las pistas de rodadura. Los rodamientos con orificios más grandes no se ven afectados por esta condición. Los rodamientos fabricados con acero inoxidable de la serie 400 pueden funcionar a temperaturas más altas que el acero cromado, hasta 250 °C de forma continua. Los rodamientos fabricados con este material suelen ser más caros que los rodamientos de acero cromado.
Acero inoxidable AISI 440: excelente tenacidad y dureza con buena resistencia a la corrosión. Este material se utiliza ampliamente en aplicaciones de rodamientos donde se requieren tolerancias y acabados superficiales precisos. El tratamiento térmico ordinario se puede realizar de acuerdo con MIL-H-6875. Los rodamientos de acero inoxidable están disponibles en una variedad de grados y composiciones de materiales de acero inoxidable. Los beneficios de los rodamientos de acero inoxidable incluyen: Resiste duras condiciones corrosivas, lo que resulta en una vida útil más larga, costos de mantenimiento reducidos y tiempo de inactividad del equipo. La exposición al agua de mar es una de las aplicaciones más duras en el mundo de los rodamientos. Hay grados especiales de acero inoxidable disponibles para aplicaciones con agua de mar.
Rodamientos de acero inoxidable martensítico – ACD34 / KS440 / X65Cr13
Muchos fabricantes de rodamientos utilizan acero inoxidable con un contenido de carbono y cromo ligeramente inferior al AISI 440C, conocido con varios nombres como ACD34, KS440 y X65Cr13, para sus anillos y bolas. Cuando se trata térmicamente, este material tiene carburos más pequeños, por lo que el rodamiento tendrá excelentes características de bajo ruido y al mismo tiempo proporcionará la misma resistencia a la corrosión que el 440C. Algunos fabricantes publican las mismas capacidades de carga que el acero cromado para rodamientos fabricados con este material. Esto se debe al uso de un tratamiento térmico estrictamente controlado con una dureza de hasta Rc 60. Aunque es uno de los aceros inoxidables más utilizados para rodamientos de bolas, este material no tiene la designación AISI.
Rodamientos martensíticos de acero inoxidable – SV30
Los aceros inoxidables martensíticos se pueden modificar durante el procesamiento del acero en bruto reduciendo el contenido de carbono e introduciendo nitrógeno como elemento de aleación. El nitrógeno aumenta la saturación del cromo, que se convierte en nitruro de cromo en lugar de carburo de cromo. El resultado es un acero de alta resistencia y dureza con una microestructura excelente que puede aumentar la vida útil hasta en un 100 % (el doble) en algunas aplicaciones. Este material también tiene una resistencia a la corrosión mejorada, incluso 5 veces mejor que 440C y ACD34. Los rodamientos fabricados con este material pueden ser entre un 20 y un 40 % más caros, pero esto suele compensarse con los beneficios de un rendimiento superior.
Acero inoxidable austenitico
Los aceros inoxidables austeníticos de la serie 300 se utilizan para piezas que no soportan carga. Los componentes del rodamiento fabricados con material de acero inoxidable de la serie 300 son resistentes a la corrosión y no son magnéticos debido a su bajo contenido de carbono. Sin embargo, la contrapartida es que este material no se puede endurecer, por lo que los rodamientos sólo pueden funcionar con cargas y velocidades bajas. La reacción química de la superficie del rodamiento con el oxígeno se denomina proceso de pasivación; la película de pasivación formada en la superficie protege el rodamiento de la corrosión. La resistencia a la corrosión es mejor cuando el rodamiento no está completamente sumergido en el líquido, como en aplicaciones bajo el agua. Los rodamientos fabricados con este material suelen ser artículos de pedido especial que requieren una cantidad mínima; además, son caros.
Normalmente, los rodamientos de acero inoxidable de la serie 300 tienen una carcasa de grado 304 y un retenedor de rodamiento de grado 302. El grado 304 es muy resistente a la fractura (alta ductilidad) y tiene una resistencia a la corrosión muy alta. El 302 tiene un contenido de carbono ligeramente mayor, lo que aumenta la dureza, lo que lo hace adecuado para componentes del propio rodamiento. Un rodamiento completo hecho de acero inoxidable serie 300 tiene aproximadamente la mitad de la capacidad de carga que un rodamiento hecho de acero para rodamientos 52100.
AUB fabrica rodamientos con acero inoxidable 316, que ofrece una resistencia a la corrosión superior en comparación con el acero convencional y los rodamientos de acero inoxidable 440. El acero inoxidable 316 es resistente a condiciones atmosféricas y corrosivas generales que cualquier otro acero inoxidable estándar. El acero inoxidable 316 se utiliza ampliamente en las industrias alimentaria y médica. Los rodamientos fabricados con este acero pueden funcionar en líquidos o secarse a bajas velocidades. El acero inoxidable 316 es un acero inoxidable que contiene molibdeno. El molibdeno le da al 316 una mejor resistencia general a la corrosión que el grado 304, especialmente una mayor resistencia a la corrosión por picaduras y grietas en ambientes con cloruro.
Características sobresalientes:
El contenido de molibdeno aumenta la resistencia a los ambientes marinos.
Alta resistencia a la fluencia y buena resistencia al calor a altas temperaturas.
Biocompatible.
Las características de fabricación son similares a los Tipos 302 y 304.
Aplicaciones: Equipos de procesamiento de alimentos y productos farmacéuticos, entornos marinos, equipos médicos quirúrgicos y equipos industriales que manipulan productos químicos agresivos utilizados en la producción de tintas, rayón, productos químicos fotográficos, papel, textiles, blanqueadores y caucho.
Resistencia a la corrosión: La resistencia a la corrosión es mejor que la del acero inoxidable 440c, 302, 304. Resistente a soluciones de sales de sodio y calcio, soluciones de hipoclorito, ácido fosfórico, soluciones de sulfito y ácido sulfuroso comúnmente utilizados en la industria de la celulosa.
Composición del material de acero inoxidable 316.
Otros rodamientos de acero inoxidable serie 300
Los protectores de cojinetes, las arandelas de sellado y las jaulas de bolas a veces se fabrican en acero inoxidable AISI303 o AISI304, ya que tienen una resistencia moderada a la corrosión y son adecuados para darles diversas formas.
Rodamientos de acero de aleación de carbono
Los materiales de acero al carbono se utilizan para producir diversos componentes de los rodamientos, y existen dos tipos básicos: acero de aleación con medio contenido de carbono y acero de aleación con bajo contenido de carbono.
Rodamientos de acero de aleación de carbono medio
Los rodamientos fabricados con materiales de acero de aleación con contenido medio o bajo en carbono a menudo se denominan rodamientos de “semiprecisión” o de “grado comercial”. Los materiales típicos son AISI8620 o AISI4320. Los anillos interior y exterior se endurecen mediante un proceso de tratamiento térmico llamado cementación o cementación. Los rodamientos fabricados con estos materiales no pueden soportar cargas elevadas ni velocidades elevadas y no son resistentes a la corrosión. Los rodamientos fabricados con estos materiales suelen ser de bajo coste.
Rodamientos de acero de aleación con bajo contenido de carbono
El acero dulce se utiliza para producir jaulas de cojinetes, protectores metálicos y arandelas metálicas alrededor de las cuales se moldea caucho para usarlo como sellos. Los materiales más utilizados son AISI C1008 y C1010. Se requiere un recubrimiento (jaula) o un revestimiento (protector) de aceite/grasa para proteger el material de la corrosión. Para información sobre retenedores y cierres, consultar los respectivos boletines técnicos.
Tratamiento térmico del acero para rodamientos.
Cuando el acero para rodamientos se encuentra en su estado blando (sin endurecer), los metalúrgicos se refieren a su estructura como estado perlítico. Para endurecer el acero, es necesario calentarlo a temperaturas muy altas y luego enfriarlo muy rápidamente. Cuando se calienta a 1,750°F en un tratamiento a base de calor En el horno, la estructura cambia de perlita a lo que se conoce como austenita. Después del temple (enfriamiento rápido), la estructura cambia de austenita a martensita. Una vez transformado en martensita, el acero se vuelve muy duro. Sin embargo, no se considera “térmicamente estable” en este momento. Esto se debe a que no toda la austenita se transforma en martensita durante el proceso de enfriamiento. Este fenómeno se denomina "austenita retenida".
Si el acero no es térmicamente estable, la austenita retenida se transformará en martensita durante un período prolongado de tiempo (posiblemente años). Esta transformación va acompañada de un aumento de volumen y se denomina crecimiento metalúrgico (no confundir con crecimiento térmico). El crecimiento metalúrgico puede provocar cambios en el tamaño y la forma de cualquier componente de acero, como un rodamiento, incluso a temperatura ambiente.
Si bien no es un problema en los rodamientos básicos de baja precisión, esta falta de estabilidad dimensional puede causar problemas en los rodamientos en miniatura de alta precisión (ABEC 5P, 7P, 9P). Para eliminar este crecimiento metalúrgico no deseado, el acero debe estabilizarse térmicamente. Esto se logra mediante enfriamiento y templado repetidos a -120 F para transformar la mayor parte de la austenita retenida en martensita.
