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Requisiti prestazionali di base dell'acciaio per cuscinetti
I materiali dei cuscinetti comprendono anelli interni, anelli esterni, elementi volventi e gabbie, rivetti e altri materiali ausiliari. La stragrande maggioranza dei cuscinetti e delle loro parti sono realizzati in acciaio per cuscinetti. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia moderne e il crescente utilizzo dei cuscinetti volventi, i requisiti per i cuscinetti stanno diventando sempre più elevati, come alta precisione, lunga durata ed elevata affidabilità. Per alcuni cuscinetti per scopi speciali, i materiali dei cuscinetti devono avere anche proprietà quali resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione, non magnetica, temperatura ultrabassa e resistenza alle radiazioni. Inoltre, i materiali dei cuscinetti comprendono anche materiali in lega, metalli non ferrosi e materiali non metallici. Inoltre, cuscinetti in ceramica i materiali sono ora utilizzati nelle locomotive, nelle automobili, nelle metropolitane, nell'aviazione, nell'aerospaziale, nell'industria chimica e in altri campi.
Cos'è l'acciaio per cuscinetti?
L'acciaio per cuscinetti è anche chiamato acciaio al cromo ad alto tenore di carbonio, con un contenuto di carbonio Wc di circa l'1% e un contenuto di cromo Wcr di 0.5%-1.65%. L'acciaio per cuscinetti è suddiviso in sei categorie: acciaio per cuscinetti al cromo ad alto tenore di carbonio, acciaio per cuscinetti senza cromo, acciaio per cuscinetti cementato, acciaio per cuscinetti inossidabile, acciaio per cuscinetti a media e alta temperatura e acciaio per cuscinetti antimagnetico.
L'acciaio per cuscinetti al cromo ad alto contenuto di carbonio GCr15 è l'acciaio per cuscinetti più prodotto al mondo. Il contenuto di carbonio Wc è di circa l'1% e il contenuto di cromo Wcr è di circa l'1.5%. Negli ultimi 100 anni dalla sua nascita nel 1901, i componenti principali non sono sostanzialmente cambiati. Con il progresso della scienza e della tecnologia, il lavoro di ricerca continua e la qualità dei prodotti continua a migliorare, rappresentando oltre l'80% della produzione totale di acciaio per cuscinetti a livello mondiale. Pertanto, se non esistono istruzioni speciali per l'acciaio per cuscinetti, si fa riferimento a GCr15 (AISI 52100).
Proprietà fondamentali dell'acciaio per cuscinetti
I requisiti materiali di base dei cuscinetti dipendono in larga misura dalle prestazioni operative dei cuscinetti. L’idoneità del materiale utilizzato per produrre i cuscinetti volventi avrà un grande impatto sulle sue prestazioni e sulla sua durata. In generale, le principali forme di danneggiamento dei cuscinetti volventi sono la scheggiatura per fatica sotto stress e il danneggiamento della precisione del cuscinetto dovuto all'attrito e all'usura. Inoltre, sono presenti crepe, rientranze, ruggine e altri motivi che causano danni anomali ai cuscinetti. Pertanto, i cuscinetti volventi dovrebbero avere un'elevata resistenza alla deformazione plastica, basso attrito e usura, buona precisione di rotazione, buona precisione e stabilità dimensionale e lunga durata a fatica da contatto. E molte di queste proprietà sono determinate dal materiale e dal processo di trattamento termico. Poiché i requisiti di base per i materiali per cuscinetti volventi sono determinati dalla modalità di danneggiamento del cuscinetto, i materiali per la produzione dei cuscinetti volventi devono avere le seguenti proprietà dopo un determinato trattamento termico nel post-processo:
Elevata resistenza alla fatica da contatto
Il danno da fatica da contatto è la forma principale di normale danno ai cuscinetti. Quando un cuscinetto volvente è in funzione, gli elementi volventi rotolano tra le piste degli anelli interno ed esterno del cuscinetto. Le parti a contatto sono sottoposte a carichi alternati periodici, che possono raggiungere centinaia di migliaia di volte al minuto. Sotto l'azione ripetuta di sollecitazioni periodiche alternate, si verifica la desquamazione a fatica della superficie di contatto. Una volta che il cuscinetto volvente inizia a staccarsi, ciò farà vibrare il cuscinetto, aumenterà il rumore e la temperatura operativa aumenterà bruscamente, causando eventualmente il danneggiamento del cuscinetto. Questa forma di danno è chiamata danno da fatica da contatto. Pertanto, l’acciaio per cuscinetti volventi deve avere un’elevata resistenza alla fatica da contatto.
Elevata resistenza all'usura
Quando i cuscinetti volventi funzionano normalmente, oltre all'attrito volvente, c'è anche l'attrito radente. Le parti principali in cui si verifica l'attrito radente sono: la superficie di contatto tra l'elemento volvente e la pista, la superficie di contatto tra l'elemento volvente e la tasca della gabbia, la gabbia e la nervatura di guida della ghiera, e la superficie terminale del rullo e la guida della ghiera. Aspetta tra i lati. La presenza di attrito radente nei cuscinetti volventi provoca inevitabilmente l'usura delle parti del cuscinetto. Se la resistenza all'usura dell'acciaio del cuscinetto è scarsa, il cuscinetto volvente perderà prematuramente la precisione a causa dell'usura oppure la precisione di rotazione diminuirà, con conseguente aumento delle vibrazioni e riduzione della durata operativa del cuscinetto. Pertanto, l’acciaio per cuscinetti deve avere un’elevata resistenza all’usura.
Limite elastico elevato
Quando il cuscinetto volvente è in funzione, poiché l'area di contatto tra l'elemento volvente e la pista dell'anello è molto piccola, quando il cuscinetto sopporta un carico, soprattutto quando sopporta un carico elevato, la pressione di contatto sulla superficie di contatto è molto elevata. Per evitare che si verifichi un'eccessiva deformazione plastica in caso di elevate sollecitazioni da contatto, con conseguente perdita di precisione del cuscinetto o comparsa di cricche superficiali, l'acciaio del cuscinetto deve avere un limite elastico elevato.
Quattro durezza appropriata
Durezza adatta
La durezza è uno degli indicatori importanti di cuscinetti volventi. È strettamente correlato alla resistenza alla fatica da contatto con il materiale, alla resistenza all'usura e al limite elastico e influisce direttamente sulla durata del cuscinetto volvente. La durezza del cuscinetto viene solitamente determinata in base alla modalità e all'entità del carico sopportato dal cuscinetto, alla dimensione complessiva del cuscinetto e allo spessore della parete. La durezza dell'acciaio utilizzato per i cuscinetti volventi deve essere adeguata. Se è troppo grande o troppo piccolo, ciò influirà sulla durata del cuscinetto. Come tutti sappiamo, le principali forme di guasto dei cuscinetti volventi sono il danneggiamento per fatica da contatto e la perdita di precisione del cuscinetto dovuta alla scarsa resistenza all'usura o all'instabilità dimensionale; se le parti del cuscinetto non hanno una certa tenacità, subiranno una frattura fragile se sottoposte a grandi carichi d'urto. Danni ai cuscinetti. Pertanto, la durezza del cuscinetto deve essere determinata in base alle condizioni specifiche del cuscinetto e alla modalità del danno. Per la perdita di precisione del cuscinetto dovuta alla scheggiatura per fatica o alla scarsa resistenza all'usura, le parti del cuscinetto devono essere selezionate con una durezza maggiore; per i cuscinetti che sopportano carichi d'urto maggiori (come cuscinetti di laminatoi, cuscinetti ferroviari e alcuni cuscinetti di automobili, ecc.), la durezza dovrebbe essere opportunamente ridotta. La durezza è necessaria per migliorare la tenacità del cuscinetto.
Buona tenacità agli urti
Molti cuscinetti volventi sono soggetti a determinati carichi di impatto durante l'uso, quindi l'acciaio dei cuscinetti deve avere un certo grado di tenacità per garantire che i cuscinetti non vengano danneggiati dall'impatto. Per i cuscinetti che sopportano grandi carichi d'urto, come i cuscinetti dei laminatoi e quelli ferroviari, i materiali devono avere una resilienza agli urti e una resistenza alla frattura relativamente elevate. Alcuni di questi cuscinetti utilizzano il processo di trattamento termico di tempra della bainite e alcuni utilizzano materiali di acciaio cementato, solo per garantire che questi cuscinetti abbiano una buona tenacità e resistenza agli urti.
Buona stabilità dimensionale
I cuscinetti volventi sono parti meccaniche di precisione e la loro precisione è misurata in micron. Durante lo stoccaggio e l'utilizzo a lungo termine, i cambiamenti nella struttura interna o lo stress causeranno cambiamenti nelle dimensioni del cuscinetto, causando la perdita di precisione del cuscinetto. Pertanto, al fine di garantire l'accuratezza dimensionale del cuscinetto, l'acciaio del cuscinetto dovrebbe avere una buona stabilità dimensionale.
Buone prestazioni antiruggine
I cuscinetti volventi hanno molti processi produttivi e un lungo ciclo produttivo. Alcuni prodotti semilavorati o parti finite necessitano di essere immagazzinati per lungo tempo prima dell'assemblaggio. Pertanto, le parti dei cuscinetti sono soggette a corrosione durante il processo di produzione o durante lo stoccaggio dei prodotti finiti, soprattutto in aria umida. Pertanto, è necessario che l'acciaio per cuscinetti abbia buone proprietà antiruggine.
Buone prestazioni del processo
Durante il processo produttivo dei cuscinetti volventi, le loro parti vengono sottoposte a molteplici processi di lavorazione a freddo e a caldo. Ciò richiede che l'acciaio per cuscinetti abbia buone proprietà di processo, come proprietà di formatura a freddo e a caldo, proprietà di taglio e rettifica, proprietà di trattamento termico, ecc., per soddisfare le esigenze di grandi volumi, alta efficienza, basso costo e alta qualità. produzione di qualità di cuscinetti volventi.
Inoltre, per i cuscinetti utilizzati in condizioni di lavoro speciali, oltre ai requisiti di base di cui sopra, devono essere proposti corrispondenti requisiti prestazionali speciali per l'acciaio utilizzato, come resistenza alle alte temperature, prestazioni ad alta velocità, resistenza alla corrosione e proprietà antimagnetiche.
Processo di trattamento termico dell'acciaio per cuscinetti
Il processo di trattamento termico dell'acciaio per cuscinetti è costituito da due passaggi principali: trattamento preriscaldato e trattamento termico finale. L'acciaio GCr15 è il tipo di acciaio per cuscinetti più utilizzato. È un acciaio per cuscinetti al cromo ad alto tenore di carbonio con basso contenuto di lega e buone prestazioni. L'acciaio per cuscinetti GCr15 ha una durezza elevata e uniforme, una buona resistenza all'usura e elevate prestazioni di fatica da contatto dopo il trattamento termico.
ricottura
(1) Ricottura completa e ricottura isotermica: La ricottura completa è anche chiamata ricottura di ricristallizzazione, generalmente indicata come ricottura. Questa ricottura viene utilizzata principalmente per fusioni, pezzi fucinati e profili laminati a caldo di vari acciai al carbonio e acciai legati con composizione ipoeutettoidica e talvolta viene utilizzata anche in strutture saldate. Viene generalmente utilizzato come trattamento termico finale di alcuni pezzi non importanti o come trattamento preriscaldato di alcuni pezzi.
(2) Ricottura sferoidizzante: La ricottura sferoidizzante viene utilizzata principalmente per l'acciaio al carbonio ipereutettoidico e l'acciaio per utensili legato (come i tipi di acciaio utilizzati nella produzione di utensili da taglio, strumenti di misura e stampi). Il suo scopo principale è ridurre la durezza, migliorare la lavorabilità e preparare la successiva tempra.
(3) Ricottura di distensione: La ricottura di distensione è anche chiamata ricottura a bassa temperatura (o rinvenimento ad alta temperatura). Questo tipo di ricottura viene utilizzato principalmente per eliminare lo stress residuo in pezzi fusi, pezzi fucinati, parti saldate, parti laminate a caldo, parti trafilate a freddo, ecc. Se queste tensioni non vengono eliminate, le parti in acciaio si deformeranno o si romperanno dopo un determinato periodo di tempo o durante i successivi processi di taglio.
tempra
Per migliorare la durezza, i metodi principali sono il riscaldamento, la conservazione del calore e il raffreddamento rapido. I mezzi di raffreddamento più comunemente utilizzati sono salamoia, acqua e olio. È facile ottenere un'elevata durezza e una superficie liscia dal pezzo temprato in acqua salata e non è soggetto a punti deboli che non vengono temprati, ma è facile causare gravi deformazioni del pezzo e persino crepe. L'uso dell'olio come mezzo di tempra è adatto solo per la tempra di alcuni acciai legati o pezzi di acciaio al carbonio di piccole dimensioni dove la stabilità dell'austenite superraffreddata è relativamente elevata.
tempra
(1) Ridurre la fragilità ed eliminare o ridurre lo stress interno. Dopo la tempra, le parti in acciaio presenteranno grandi tensioni interne e fragilità. Se non vengono temprate in tempo, le parti in acciaio spesso si deformano o addirittura si crepano.
(2) Ottenere le proprietà meccaniche richieste dal pezzo. Dopo la tempra, il pezzo presenta elevata durezza ed elevata fragilità. Al fine di soddisfare i diversi requisiti prestazionali dei vari pezzi, la durezza può essere regolata attraverso un opportuno rinvenimento per ridurre la fragilità e ottenere la tenacità e la plasticità richieste.
(3) Dimensioni stabili del pezzo
(4) Per alcuni acciai legati che sono difficili da ammorbidire mediante ricottura, il rinvenimento ad alta temperatura viene spesso utilizzato dopo la tempra (o la normalizzazione) per raccogliere adeguatamente i carburi nell'acciaio e ridurre la durezza per facilitare il taglio.
Requisiti di qualità di base per l'acciaio per cuscinetti
Requisiti rigorosi sulla composizione chimica.
L'acciaio per cuscinetti generale è principalmente acciaio per cuscinetti al cromo ad alto contenuto di carbonio, che è acciaio ipereutettoidico con un contenuto di carbonio di circa l'1%, con l'aggiunta di circa l'1.5% di cromo e una piccola quantità di elementi di manganese e silicio. Il cromo può migliorare le prestazioni del trattamento termico, migliorare la temprabilità, l'uniformità strutturale, la stabilità del rinvenimento e migliorare le prestazioni antiruggine e le prestazioni di rettifica dell'acciaio.
Ma quando il contenuto di cromo supera l'1.65%, l'austenite trattenuta nell'acciaio aumenterà dopo la tempra, riducendo la durezza e la stabilità dimensionale, aumentando la disomogeneità dei carburi e riducendo la resilienza e la resistenza alla fatica dell'acciaio. Per questo motivo, il contenuto di cromo nell'acciaio per cuscinetti al cromo ad alto tenore di carbonio è generalmente controllato al di sotto dell'1.65%. Solo controllando rigorosamente la composizione chimica dell'acciaio dei cuscinetti è possibile ottenere, attraverso il processo di trattamento termico, la struttura e la durezza adeguate alle prestazioni dei cuscinetti.
Requisiti di precisione dimensionale più elevati.
Per le barre ricotte laminate a caldo e forgiate su macchine per intestatura ad alta velocità, dovrebbero esserci requisiti più elevati in termini di precisione dimensionale. L'acciaio per cuscinetti volventi richiede un'elevata precisione dimensionale perché la maggior parte delle parti dei cuscinetti deve essere formata a pressione. Al fine di risparmiare materiali e migliorare la produttività della manodopera, la maggior parte degli anelli dei cuscinetti vengono forgiati e formati, le sfere d'acciaio vengono formate mediante intestazione a freddo o laminazione a caldo e anche i rulli di piccole dimensioni vengono formati mediante intestazione a freddo. Se la precisione dimensionale dell'acciaio non è elevata, le dimensioni e il peso del taglio non possono essere calcolati con precisione, la qualità del prodotto delle parti del cuscinetto non può essere garantita ed è facile causare danni alle attrezzature e agli stampi.
Requisiti di purezza particolarmente severi.
La purezza dell'acciaio si riferisce al numero di inclusioni non metalliche contenute nell'acciaio. Maggiore è la purezza, minore è il numero di inclusioni non metalliche nell'acciaio. Inclusioni dannose come ossidi e silicati nell'acciaio dei cuscinetti sono la causa principale della precoce scheggiatura dei cuscinetti per fatica e della significativa riduzione della loro durata. In particolare, le inclusioni fragili sono le più dannose perché si staccano facilmente dalla matrice metallica durante la lavorazione, compromettendo gravemente la qualità superficiale delle parti del cuscinetto dopo la finitura. Pertanto, per migliorare la durata e l'affidabilità dei cuscinetti, è necessario ridurre il contenuto di inclusioni nell'acciaio dei cuscinetti.
Requisiti rigorosi per i tessuti a basso ingrandimento e per i tessuti microscopici (ad alto ingrandimento).
La struttura a basso ingrandimento dell'acciaio per cuscinetti si riferisce alla porosità generale, alla porosità centrale e alla segregazione. La struttura microscopica (ad alto ingrandimento) comprende la struttura ricotta dell'acciaio, la rete di carburo, la fasciatura e la segregazione del liquido, ecc. Il liquido di carburo è duro e fragile e i suoi rischi sono gli stessi delle inclusioni fragili. I carburi reticolari riducono la resilienza dell'acciaio e lo rendono irregolare nella struttura, facilitandone la deformazione e la rottura durante la tempra. I carburi fasciati influiscono sulle strutture di ricottura, tempra e rinvenimento, nonché sulla resistenza alla fatica da contatto. La qualità delle strutture a basso e alto ingrandimento ha un grande impatto sulle prestazioni e sulla durata dei cuscinetti volventi. Pertanto, ci sono requisiti severi per le strutture a basso e alto ingrandimento negli standard dei materiali dei cuscinetti.
Sono vietati difetti superficiali e difetti interni
Per l'acciaio dei cuscinetti, i difetti superficiali includono crepe, inclusioni di scorie, bave, croste, scaglie di ossido, ecc., mentre i difetti interni includono fori di ritiro, bolle, macchie bianche, grave porosità e segregazione, ecc. Questi difetti hanno un grande impatto sulla lavorazione dei cuscinetti , prestazioni e durata dei cuscinetti. Nelle norme sui materiali dei cuscinetti è chiaramente stabilito che questi difetti non sono ammessi.
Divieto di carburi irregolari
Nell'acciaio per cuscinetti, una distribuzione fortemente irregolare dei carburi può facilmente causare struttura e durezza irregolari durante il trattamento termico. La struttura irregolare dell'acciaio ha un impatto maggiore sulla resistenza alla fatica da contatto. Inoltre, gravi irregolarità del carburo possono facilmente causare crepe nelle parti del cuscinetto durante la tempra e il raffreddamento e le irregolarità del carburo possono anche ridurre la durata del cuscinetto. Pertanto, negli standard sui materiali dei cuscinetti, esistono norme chiare per le diverse specifiche dell'acciaio. requisito speciale.
Requisiti rigorosi di profondità dello strato di decarburazione superficiale.
Esistono norme severe sullo strato di decarburazione superficiale dell'acciaio negli standard dei materiali dei cuscinetti. Se lo strato di decarburazione superficiale supera l'ambito della norma e non viene completamente rimosso durante la lavorazione prima del trattamento termico, verrà rimosso durante il trattamento termico e il processo di tempra. È facile produrre crepe da raffreddamento, causando la rottamazione delle parti.
Altri requisiti.
Negli standard sui materiali dell'acciaio per cuscinetti ci sono anche requisiti severi relativi al metodo di fusione, al contenuto di ossigeno, alla durezza di ricottura, alla superficie di frattura, agli elementi residui, all'ispezione delle scintille, allo stato di consegna, alla marcatura, ecc. dell'acciaio per cuscinetti.