من را دنبال کنید:
هر آنچه که باید در مورد مواد بلبرینگ بدانید
بلبرینگ برای تولید حیاتی هستند و در انواع مختلف تجهیزات و ماشین آلات استفاده می شوند. از تجهیزات اولیه صنعتی گرفته تا ماشین آلات پیچیده، بلبرینگ ها اصطکاک را کاهش می دهند و آنها را قادر می سازند تا انواع مختلف بارها را تحمل کنند. بنابراین، استفاده از مواد با کیفیت و قابل اعتماد برای فرآیند ساخت بلبرینگ بسیار مهم است.
برای تولید انواع یاتاقان های باکیفیت و بسیاری از اجزای آنها از مواد مختلفی استفاده می شود. این مواد تحت فرآیند خاصی قرار می گیرند تا خواص مورد نظر را بدست آورند که باعث افزایش طول عمر و عملکرد بلبرینگ می شود. تیم‌های AUB می‌توانند در مورد مواد مختلف مورد استفاده در تولید یاتاقان‌ها و چگونگی تأثیر هر یک بر استفاده، یکپارچگی و عملکرد بلبرینگ بحث کنند.
عملکرد هر یاتاقان به خواص آلیاژ انتخابی و عملیات حرارتی آن بستگی دارد. انتخاب ماده ای با سختی مناسب، مقاومت در برابر خوردگی و عمر خستگی تضمین می کند که یاتاقان در پارامترهای عملیاتی و محیطی برنامه به طور قابل اعتماد عمل می کند. AUB از مواد مختلفی برای تولید قطعات مختلف یاتاقان استفاده می کند. این مواد برای به دست آوردن ویژگی های ایده آل برای به حداکثر رساندن عملکرد یاتاقان و عمر مفید پردازش می شوند. موادی که در اینجا توضیح داده شده، بیشترین استفاده را دارند. مواد یاتاقان برای سختی بهینه و پایداری ابعادی در خانه تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند.
بیشترین مواد مشترک فولاد کروم 52100 برای تولید قطعات باربر در بلبرینگ های دقیق، غلتک ها و غلتک های مخروطی استفاده می شود. این اجزا به حلقه های داخلی و خارجی یاتاقان، توپ ها و غلتک ها اشاره دارد. ترکیب شیمیایی این فولاد کربن بالایی دارد و حدود 1.5 درصد کروم دارد. با استفاده از ماشینکاری کنترل شده و روش های عملیات حرارتی، اجزای بلبرینگ تمام شده دارای استحکام بالایی برای مقاومت در برابر ترک و سطوح سخت برای مقاومت در برابر خستگی تماس غلتشی زیرسطحی هستند. سختی سطح معمولی برای اجزای بلبرینگ ساخته شده از این ماده از 60-64 در مقیاس Rockwell C (Rc) متغیر است.
این دارای هزینه قابل قبول، سطح سختی بالا و صدای اجرای آرام تر است. بنابراین مزایای استفاده از بلبرینگ های فولادی کروم سختی بالا، ظرفیت بار بالا، دسی بل کم و دسترسی وسیع است. با این حال، نیاز به روغن کاری دارد و در برابر خوردگی یا مواد شیمیایی مقاوم نیست. به کاربران توصیه می شود برای جلوگیری از خوردگی یاتاقان های فولادی کروم را با روکش روغن یا ضد زنگ محافظت کنند.
فولاد کروم 52100 فوق العاده تمیز
فولاد خام مورد استفاده برای تولید بلبرینگ‌های با دقت بالا با یک مرحله ذوب اضافی پردازش می‌شود و در نتیجه فولادی با ساختار بسیار یکنواختی از مواد ریزدانه - فولاد کروم 52100 بسیار تمیز می‌شود. سطوح تماس بلبرینگ می تواند بسیار صاف باشد، بنابراین یاتاقان ها بسیار بی صدا کار می کنند.
رایج ترین روش عملیات حرارتی برای فولادهای کرومی، خاموش کردن فولاد در یک کوره با اتمسفر کنترل شده است. بلبرینگ های ساخته شده از فولاد کروم می توانند در دمای مداوم تا 120 درجه سانتیگراد کار کنند. در جایی که دماهای بالاتری وجود دارد، مجموعه بلبرینگ را می توان از نظر حرارتی تثبیت کرد. با تغییر فرآیند عملیات حرارتی، می توان بلبرینگ هایی تولید کرد که در دمای 220 درجه سانتی گراد یا بالاتر کار کنند. برای این کاربردها، اجزای یاتاقان باید در دماهای بالاتری که مطابق با دمای عملیاتی است، تطبیق داده شوند. این افزایش تلطیف اثر نامطلوبی بر سختی مواد دارد و ظرفیت تحمل بار بلبرینگ کاهش می یابد.
همانطور که از جدول زیر مشاهده می شود، ترکیب شیمیایی استاندارد فولادهای کروم از کشوری به کشور دیگر متفاوت است.
یکی دیگر از مواد متداول مورد استفاده برای ساخت بلبرینگ فولاد ضد زنگ است. فولاد ضد زنگ به دلیل محتوای کروم و کربن بالا که نسبت به فولاد کروم در برابر خوردگی سطح مقاوم است، یک ماده محبوب برای یاتاقان ها است. بیش از 60 گرید فولاد ضد زنگ وجود دارد که هر کدام با توجه به ترکیب و خواص فیزیکی متفاوت است. به طور کلی، ترکیب فولاد ضد زنگ شامل مقادیر متفاوتی از کروم، کربن، فسفر، نیکل، منگنز و مولیبدن است. علاوه بر این، درجه ها به توصیف خواص آلیاژهای فولاد ضد زنگ، از جمله مقاومت در برابر خوردگی و دما، پاسخ مغناطیسی، چقرمگی، شکل پذیری، جوش پذیری و سخت شدن کار کمک می کنند.
فولاد ضد زنگ علاوه بر داشتن حداقل 18 درصد کروم، حاوی نیکل نیز می باشد. کروم موجود در فولاد ضد زنگ وقتی در معرض اکسیژن قرار می گیرد، واکنش شیمیایی می دهد و لایه ای از اکسید کروم را روی سطح اجزای یاتاقان تشکیل می دهد. این فیلم شیمیایی غیرفعال محافظت بیشتری برای یاتاقان ایجاد می کند. با این حال، یاتاقان های فولادی ضد زنگ به دلیل محتوای کربن آنها سختی کمتری دارند. در نتیجه، آنها 20 درصد ظرفیت حمل بار کمتری نسبت به 52100 بلبرینگ فولادی کروم دارند.
دو نوع متداول بلبرینگ فولاد ضد زنگ وجود دارد: مارتنزیتی و آستنیتی. یاتاقان‌های فولاد ضد زنگ مارتنزیتی (SV30) اغلب در طول پردازش فولاد اصلی دچار خرابی می‌شوند، که منجر به کاهش محتوای کربن و افزایش محتوای نیتروژن در مواد می‌شود. نتیجه فولادی با استحکام، سختی و مقاومت در برابر خوردگی بالاست. یاتاقان های فولادی زنگ نزن آستنیتی (AISI316)، از طرف دیگر، به دلیل محتوای کربن کم، غیر مغناطیسی و بسیار مقاوم در برابر خوردگی هستند. با این حال، آنها را فقط می توان برای کاربردهای کم بار و سرعت کم استفاده کرد.
محتوای کربن در فولاد ضد زنگ سری 400 به اندازه ای بالا است که می توان آن را با استفاده از روش های عملیات حرارتی استاندارد تا Rc58 سخت کرد. یاتاقان های ساخته شده از این ماده به دلیل سختی کمتر نسبت به بلبرینگ های فولادی کروم 20 52100 درصد ظرفیت حمل بار کمتری دارند. سطح محتوای کربن به این معنی است که جزء مغناطیسی است. هنگامی که مواد 440 درجه سانتیگراد در معرض آب شیرین و مواد شیمیایی ملایم قرار می گیرند، مقاومت در برابر خوردگی "خوب" است. این ماده به طور گسترده ای در بین تولید کنندگان بلبرینگ آمریکایی محبوب است.
یاتاقان های ساخته شده از فولاد ضد زنگ معمولی 440 درجه سانتیگراد کمی پر سر و صدا خواهند بود زیرا کاربیدها، که معمولاً در مرزهای دانه متمرکز می شوند، در هنگام تکمیل مسیر مسابقه در معرض دید قرار می گیرند. یاتاقان هایی با سوراخ های بزرگتر تحت تأثیر این شرایط قرار نمی گیرند. بلبرینگ های ساخته شده از فولاد ضد زنگ سری 400 می توانند در دماهای بالاتر نسبت به فولاد کروم تا 250 درجه سانتی گراد به طور مداوم کار کنند. یاتاقان های ساخته شده از این ماده معمولاً گران هستند از یاتاقان های فولادی کروم.
فولاد ضد زنگ AISI 440 - چقرمگی و سختی عالی با مقاومت در برابر خوردگی خوب. این ماده به طور گسترده در کاربردهای بلبرینگ استفاده می شود که در آن رواداری دقیق و پرداخت سطح مورد نیاز است. عملیات حرارتی معمولی ممکن است مطابق با MIL-H-6875 انجام شود. بلبرینگ های فولادی ضد زنگ در انواع مواد و ترکیبات فولادی ضد زنگ موجود هستند. مزایای یاتاقان های فولادی ضد زنگ عبارتند از: مقاومت در برابر شرایط خورنده سخت و در نتیجه عمر طولانی تر، کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری و خرابی تجهیزات. قرار گرفتن در معرض آب دریا یکی از سخت‌ترین کاربردها در دنیای باربری است. درجات ویژه ای از فولاد ضد زنگ برای کاربردهای آب دریا موجود است.
بلبرینگ های فولادی ضد زنگ مارتنزیتی - ACD34 / KS440 / X65Cr13
بسیاری از سازندگان بلبرینگ از فولاد ضد زنگ با محتوای کربن و کروم کمی کمتر از AISI 440C که با نام های مختلفی مانند ACD34، KS440 و X65Cr13 شناخته می شود، برای حلقه ها و توپ های خود استفاده می کنند. هنگامی که حرارت داده می شود، این ماده دارای کاربیدهای کوچک تری است، بنابراین بلبرینگ دارای ویژگی های صدای کم عالی خواهد بود و در عین حال مقاومت در برابر خوردگی مشابه 440 درجه سانتیگراد را ارائه می دهد. برخی از سازندگان همان رتبه بندی بار را مانند فولاد کروم برای یاتاقان های تولید شده از این ماده منتشر می کنند. این به دلیل استفاده از عملیات حرارتی کاملاً کنترل‌شده با سختی تا Rc 60 است. اگرچه این یکی از پرمصرف‌ترین فولادهای ضد زنگ برای یاتاقان‌های توپ است، این ماده دارای نام AISI نیست.
بلبرینگ های فولادی ضد زنگ مارتنزیتی - SV30
فولادهای زنگ نزن مارتنزیتی را می توان در طی فرآوری فولاد خام با کاهش محتوای کربن و معرفی نیتروژن به عنوان عنصر آلیاژی اصلاح کرد. نیتروژن اشباع کروم را افزایش می دهد که به جای کاربید کروم به نیترید کروم تبدیل می شود. نتیجه یک فولاد با استحکام بالا و سختی بالا با ریزساختار عالی است که می تواند در برخی کاربردها عمر خستگی را تا 100% (دوبرابر) افزایش دهد. این ماده همچنین دارای مقاومت در برابر خوردگی، حتی 5 برابر بهتر از 440C و ACD34 است. بلبرینگ های ساخته شده از این ماده می توانند 20 تا 40 درصد گران باشند، اما این معمولاً با مزایای عملکرد برتر جبران می شود.
فولاد ضد زنگ آستنیتی
فولادهای زنگ نزن آستنیتی سری 300 برای قطعات غیر باربر استفاده می شود. اجزای بلبرینگ ساخته شده از جنس استنلس استیل سری 300 در برابر خوردگی مقاوم بوده و به دلیل محتوای کربن کم، غیر مغناطیسی هستند. با این حال، معامله این است که این ماده نمی تواند سخت شود، بنابراین یاتاقان ها فقط می توانند در بارها و سرعت های کم کار کنند. واکنش شیمیایی سطح یاتاقان با اکسیژن فرآیند غیرفعال سازی نامیده می شود. فیلم غیرفعال سازی تشکیل شده روی سطح یاتاقان را از خوردگی محافظت می کند. مقاومت در برابر خوردگی زمانی بهترین است که بلبرینگ به طور کامل در مایع غوطه ور نباشد، مانند کاربردهای زیر آب. یاتاقان های ساخته شده از این ماده معمولاً اقلام سفارش ویژه ای هستند که به حداقل مقدار نیاز دارند. علاوه بر این، آنها گران هستند.
معمولاً یاتاقان‌های فولادی ضد زنگ سری 300 دارای محفظه درجه 304 و نگهدارنده بلبرینگ درجه 302 هستند. گرید 304 در برابر شکستگی (شکل پذیری بالا) بسیار مقاوم است و مقاومت در برابر خوردگی بسیار بالایی دارد. 302 دارای محتوای کربن کمی بالاتر است - افزایش سختی - که آن را برای اجزای خود یاتاقان مناسب می کند. یک یاتاقان کامل ساخته شده از فولاد ضد زنگ سری 300 تقریباً نصف ظرفیت تحمل بار یاتاقان ساخته شده از فولاد بلبرینگ 52100 را دارد.
AUB یاتاقان ها را با استفاده از فولاد ضد زنگ 316 تولید می کند که در مقایسه با فولاد معمولی و یاتاقان های فولادی ضد زنگ 440 مقاومت در برابر خوردگی بالاتری دارد. فولاد ضد زنگ 316 نسبت به هر فولاد ضد زنگ استاندارد دیگری در برابر شرایط جوی و خورندگی عمومی مقاوم است. فولاد ضد زنگ 316 به طور گسترده در صنایع غذایی و پزشکی استفاده می شود. یاتاقان های ساخته شده از این فولاد می توانند در مایعات کار کنند یا در سرعت های پایین خشک شوند. فولاد ضد زنگ 316 یک فولاد ضد زنگ حاوی مولیبدن است. مولیبدن 316 مقاومت خوردگی کلی بهتری نسبت به درجه 304 دارد، به ویژه مقاومت بالاتری در برابر خوردگی حفره ای و شکافی در محیط های کلرید دارد.
خصوصیات برجسته:
محتوای مولیبدن باعث افزایش مقاومت در برابر محیط های دریایی می شود.
قدرت خزش بالا و مقاومت حرارتی خوب در دمای بالا.
زیست سازگار.
مشخصات ساخت مشابه تیپ های 302 و 304 است.
برنامه های کاربردی: تجهیزات پردازش مواد غذایی و دارویی، محیط‌های دریایی، تجهیزات پزشکی جراحی و تجهیزات صنعتی که مواد شیمیایی تهاجمی را در تولید جوهر، ابریشم مصنوعی، مواد شیمیایی عکاسی، کاغذ، منسوجات، سفیدکننده‌ها و لاستیک مورد استفاده قرار می‌دهند.
مقاومت در برابر خوردگی: مقاومت در برابر خوردگی بهتر از فولاد ضد زنگ 440c، 302، 304 است. مقاوم در برابر محلول های نمک سدیم و کلسیم، محلول های هیپوکلریت، اسید فسفریک، محلول های سولفیت و اسید گوگرد که معمولا در صنعت خمیر کاغذ استفاده می شود.
ترکیب مواد فولادی ضد زنگ 316
سایر بلبرینگ های فولادی ضد زنگ سری 300
حفاظ‌های بلبرینگ، واشرهای آب‌بندی و قفس‌های توپ گاهی از فولاد ضد زنگ AISI303 یا AISI304 ساخته می‌شوند، زیرا مقاومت در برابر خوردگی متوسطی دارند و برای شکل‌دهی به اشکال مختلف مناسب هستند.
بلبرینگ فولاد آلیاژ کربن
از مواد فولاد کربنی برای تولید اجزای مختلف یاتاقان ها استفاده می شود و دو نوع اصلی وجود دارد، فولاد آلیاژی کربن متوسط و فولاد آلیاژی کم کربن.
بلبرینگ فولاد آلیاژی کربن متوسط
یاتاقان های ساخته شده از مواد فولادی با کربن متوسط یا آلیاژ کم کربن اغلب به عنوان یاتاقان های "نیمه دقیق" یا "گرید تجاری" شناخته می شوند. مواد معمولی AISI8620 یا AISI4320 هستند. حلقه های داخلی و خارجی در یک فرآیند عملیات حرارتی به نام سخت شدن کیس یا کربوریزاسیون سخت می شوند. یاتاقان های ساخته شده از این مواد نمی توانند بارهای زیاد یا سرعت بالا را تحمل کنند و در برابر خوردگی مقاوم نیستند. بلبرینگ های ساخته شده از این مواد معمولاً کم هزینه هستند.
بلبرینگ های فولادی با آلیاژ کم کربن
فولاد ملایم برای تولید قفس های یاتاقان، سپرهای فلزی و واشرهای فلزی استفاده می شود که در اطراف آنها لاستیک برای استفاده به عنوان مهر و موم قالب گیری می شود. مواد متداول مورد استفاده AISI C1008 و C1010 هستند. پوشش روغن / گریس (قفس) یا آبکاری (سپر) برای محافظت از مواد در برابر خوردگی مورد نیاز است. برای اطلاعات در مورد نگهدارنده ها و بسته ها، به بولتن های فنی مربوطه مراجعه کنید.
عملیات حرارتی فولاد بلبرینگ
زمانی که فولاد بلبرینگ در حالت نرم (سخت نشده) قرار دارد، متالورژیست ها ساختار آن را حالت پرلیتی می نامند. برای سخت شدن فولاد باید تا دمای بسیار بالا گرم شود و سپس خیلی سریع سرد شود. هنگامی که در دمای 1,750 درجه فارنهایت گرم می شود عملیات حرارتی در کوره، ساختار از پرلیت به چیزی به نام آستنیت تغییر می کند. پس از کوئنچ (سرد شدن سریع)، ساختار از آستنیت به مارتنزیت تغییر می کند. هنگامی که به مارتنزیت تبدیل می شود، فولاد بسیار سخت می شود. با این حال، در حال حاضر "از نظر حرارتی پایدار" در نظر گرفته نمی شود. این به این دلیل است که تمام آستنیت در طی فرآیند کوئنچ به مارتنزیت تبدیل نمی شود. این پدیده "آستنیت حفظ شده" نامیده می شود.
اگر فولاد از نظر حرارتی پایدار نباشد، آستنیت باقی‌مانده در طی یک دوره زمانی طولانی (احتمالاً سال‌ها) به مارتنزیت تبدیل می‌شود. این تبدیل با افزایش حجم همراه است و رشد متالورژیکی نامیده می شود (با رشد حرارتی اشتباه نشود). رشد متالورژیکی می تواند باعث تغییر در اندازه و شکل هر جزء فولادی، مانند یاتاقان، حتی در دمای اتاق شود.
در حالی که در بلبرینگ‌های نوع کالایی با دقت پایین مشکلی نیست، این عدم ثبات ابعادی می‌تواند در بلبرینگ‌های مینیاتوری با دقت بالا (ABEC 5P, 7P, 9P) مشکلاتی ایجاد کند. برای از بین بردن این رشد متالورژیکی ناخواسته، فولاد باید از نظر حرارتی تثبیت شود. این امر با سرد کردن و تمپر کردن مکرر در -120 فارنهایت انجام می شود تا بیشتر آستنیت باقی مانده به مارتنزیت تبدیل شود.
