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Requisitos básicos de desempenho de aço para rolamentos
Os materiais do rolamento incluem anéis internos, anéis externos, corpos rolantes e gaiolas, rebites e outros materiais auxiliares. A grande maioria dos rolamentos e suas peças são feitas de aço para rolamentos. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia modernas e o uso crescente de rolamentos, os requisitos para rolamentos estão cada vez maiores, como alta precisão, longa vida útil e alta confiabilidade. Para alguns rolamentos para fins especiais, os materiais dos rolamentos também devem ter propriedades como resistência a altas temperaturas, resistência à corrosão, não magnético, temperatura ultrabaixa e resistência à radiação. Além disso, os materiais dos rolamentos também incluem materiais de liga, metais não ferrosos e materiais não metálicos. Além disso, rolamentos feitos de cerâmico os materiais são agora usados em locomotivas, automóveis, metrôs, aviação, aeroespacial, indústria química e outros campos.
O aço para rolamentos também é chamado de aço com alto teor de carbono e cromo, com um teor de carbono Wc de cerca de 1% e um teor de cromo Wcr de 0.5% -1.65%. O aço para rolamentos é dividido em seis categorias: aço para rolamentos com alto carbono e cromo, aço para rolamentos sem cromo, aço para rolamentos carburizado, aço para rolamentos inoxidável, aço para rolamentos de média e alta temperatura e aço para rolamentos antimagnético.
O aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo GCr15 é o aço para rolamentos mais produzido no mundo. O teor de carbono Wc é de cerca de 1% e o teor de cromo Wcr é de cerca de 1.5%. Nos últimos 100 anos, desde o seu nascimento em 1901, os principais componentes basicamente não mudaram. Com o avanço da ciência e da tecnologia, o trabalho de pesquisa continua e a qualidade dos produtos continua a melhorar, representando mais de 80% da produção mundial total de aço para rolamentos. Portanto, se não houver instruções especiais para aço para rolamentos, consulte GCr15 (AISI 52100).
Propriedades básicas do aço para rolamentos
Os requisitos básicos de material dos rolamentos dependem em grande parte do desempenho de trabalho dos rolamentos. A adequação do material usado para fabricar os rolamentos terá um grande impacto em seu desempenho e vida útil. Em geral, as principais formas de danos nos rolamentos são a fragmentação por fadiga sob tensão e os danos à precisão do rolamento devido ao atrito e ao desgaste. Além disso, existem rachaduras, reentrâncias, ferrugem e outros motivos que causam danos anormais aos rolamentos. Portanto, os rolamentos devem ter alta resistência à deformação plástica, baixo atrito e desgaste, boa precisão de rotação, boa precisão dimensional e estabilidade e longa vida útil à fadiga de contato. E muitas dessas propriedades são determinadas pelo material e pelo processo de tratamento térmico. Como os requisitos básicos para materiais para rolamentos são determinados pelo modo de dano do rolamento, os materiais para fabricação de rolamentos devem ter as seguintes propriedades após um determinado tratamento térmico no pós-processo:
Alta resistência à fadiga de contato
Danos por fadiga de contato são a principal forma de dano normal ao rolamento. Quando um rolamento está em funcionamento, os elementos rolantes rolam entre as pistas dos anéis interno e externo do rolamento. As partes de contato estão sujeitas a cargas alternadas periódicas, que podem atingir centenas de milhares de vezes por minuto. Sob a ação repetida de estresse alternado periódico, ocorre descamação por fadiga da superfície de contato. Uma vez que o rolamento começa a se soltar, isso fará com que o rolamento vibre, aumente o ruído e a temperatura operacional suba acentuadamente, causando danos ao rolamento. Esta forma de dano é chamada de dano por fadiga de contato. Portanto, o aço para rolamentos deve ter alta resistência à fadiga de contato.
Alta resistência ao desgaste
Quando os rolamentos funcionam normalmente, além do atrito de rolamento, também ocorre o atrito de deslizamento. As principais partes onde ocorre o atrito de deslizamento são: a superfície de contato entre o elemento rolante e a pista, a superfície de contato entre o elemento rolante e o alojamento da gaiola, a gaiola e a nervura guia da ponteira, e a superfície da extremidade do rolo e a guia da ponteira. Espere entre os lados. A existência de atrito de deslizamento em rolamentos causa inevitavelmente desgaste das peças dos rolamentos. Se a resistência ao desgaste do aço do rolamento for baixa, o rolamento perderá a precisão prematuramente devido ao desgaste ou a precisão da rotação diminuirá, resultando em aumento da vibração e redução da vida útil do rolamento. Portanto, o aço para rolamentos deve ter alta resistência ao desgaste.
Alto limite elástico
Quando o rolamento está funcionando, como a área de contato entre o elemento rolante e a pista do anel é muito pequena, quando o rolamento está carregando carga, principalmente quando suporta uma carga grande, a pressão de contato na superfície de contato é muito grande. Para evitar que ocorra deformação plástica excessiva sob alta tensão de contato, resultando em perda de precisão do rolamento ou ocorrência de trincas superficiais, o aço do rolamento deve ter um alto limite elástico.
Quatro dureza apropriada
Dureza adequada
A dureza é um dos indicadores importantes de rolamentos. Está intimamente relacionado à resistência à fadiga de contato do material, à resistência ao desgaste e ao limite elástico e afeta diretamente a vida útil do rolamento. A dureza do rolamento é geralmente determinada com base na forma e no tamanho da carga que o rolamento suporta, no tamanho geral do rolamento e na espessura da parede. A dureza do aço utilizado nos rolamentos deve ser adequada. Se for muito grande ou muito pequeno, afetará a vida útil do rolamento. Como todos sabemos, as principais formas de falha dos rolamentos são danos por fadiga de contato e perda de precisão do rolamento devido à baixa resistência ao desgaste ou instabilidade dimensional; se as peças do rolamento não possuírem certa tenacidade, elas sofrerão fratura frágil quando submetidas a grandes cargas de impacto. Danos no rolamento. Portanto, a dureza do rolamento deve ser determinada com base nas condições específicas do rolamento e no modo de dano. Para perda de precisão do rolamento devido à fragmentação por fadiga ou baixa resistência ao desgaste, as peças do rolamento devem ser selecionadas com maior dureza; para rolamentos que suportam cargas de impacto maiores (como rolamentos de laminadores, rolamentos ferroviários e alguns rolamentos de automóveis, etc.), a dureza deve ser reduzida adequadamente. A dureza é necessária para melhorar a tenacidade do rolamento.
Boa resistência ao impacto
Muitos rolamentos estarão sujeitos a certas cargas de impacto durante o uso, portanto, o aço do rolamento deve ter um certo grau de tenacidade para garantir que os rolamentos não sejam danificados pelo impacto. Para rolamentos que suportam grandes cargas de impacto, como rolamentos de laminadores e rolamentos ferroviários, os materiais devem ter resistência ao impacto e resistência à fratura relativamente altas. Alguns desses rolamentos usam processo de tratamento térmico de têmpera de bainita e alguns usam materiais de aço de cementação, apenas para Esses rolamentos têm garantia de boa resistência ao impacto.
Boa estabilidade dimensional
Os rolamentos são peças mecânicas de precisão e sua precisão é medida em mícrons. Durante o armazenamento e uso de longo prazo, alterações na estrutura interna ou tensões causarão alterações no tamanho do rolamento, fazendo com que ele perca precisão. Portanto, para garantir a precisão dimensional do rolamento, o aço do rolamento deve ter boa estabilidade dimensional.
Bom desempenho antiferrugem
Os rolamentos possuem muitos processos de produção e um longo ciclo de produção. Alguns produtos semiacabados ou peças acabadas precisam ser armazenados por muito tempo antes da montagem. Portanto, as peças dos rolamentos estão sujeitas a certa corrosão durante o processo de produção ou durante o armazenamento de produtos acabados, especialmente em ar úmido. Portanto, o aço para rolamentos deve ter boas propriedades antiferrugem.
Bom desempenho do processo
Durante o processo de produção dos rolamentos, suas peças passam por diversos processos de processamento a frio e a quente. Isso exige que o aço para rolamentos tenha boas propriedades de processo, como propriedades de conformação a frio e a quente, propriedades de corte e retificação, propriedades de tratamento térmico, etc., para atender às necessidades de grandes volumes, alta eficiência, baixo custo e alta. produção de qualidade de rolamentos.
Além disso, para rolamentos utilizados em condições especiais de trabalho, além dos requisitos básicos acima, devem ser apresentados requisitos especiais de desempenho correspondentes para o aço utilizado, como resistência a altas temperaturas, desempenho em alta velocidade, resistência à corrosão e propriedades antimagnéticas.
Processo de tratamento térmico de aço para rolamentos
O processo de tratamento térmico do aço para rolamentos consiste em dois elos principais: pré-tratamento térmico e tratamento térmico final. O aço GCr15 é o tipo de aço para rolamentos mais amplamente utilizado. É um aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo, baixo teor de liga e bom desempenho. O aço para rolamentos GCr15 possui dureza alta e uniforme, boa resistência ao desgaste e alto desempenho de fadiga de contato após tratamento térmico.
Recozimento
(1) Recozimento completo e recozimento isotérmico: O recozimento completo também é chamado de recozimento de recristalização, geralmente referido como recozimento. Este recozimento é utilizado principalmente para peças fundidas, forjadas e perfis laminados a quente de diversos aços carbono e ligas de aço com composição hipoeutetóide, e às vezes também utilizado em estruturas soldadas. Geralmente é usado como tratamento térmico final de algumas peças sem importância ou como pré-tratamento térmico de algumas peças.
(2) Recozimento esferoidizante: O recozimento esferoidizante é usado principalmente para aço carbono hipereutetóide e ligas de aço para ferramentas (como tipos de aço usados na fabricação de ferramentas de corte, ferramentas de medição e moldes). Seu principal objetivo é reduzir a dureza, melhorar a usinabilidade e preparar a têmpera subsequente.
(3) Recozimento de alívio de tensão: O recozimento de alívio de tensão também é chamado de recozimento de baixa temperatura (ou revenido de alta temperatura). Este tipo de recozimento é usado principalmente para eliminar tensões residuais em peças fundidas, forjadas, peças soldadas, peças laminadas a quente, peças trefiladas a frio, etc. determinado período de tempo ou durante processos de corte subsequentes.
Têmpera
Para melhorar a dureza, os principais métodos são o aquecimento, a preservação do calor e o resfriamento rápido. Os meios de resfriamento mais comumente usados são salmoura, água e óleo. A peça temperada em água salgada é fácil de obter alta dureza e superfície lisa, e não é propensa a pontos moles que não são temperados, mas é fácil de causar sérias deformações na peça e até mesmo rachaduras. O uso de óleo como meio de têmpera é adequado apenas para têmpera de alguns aços-liga ou peças de aço carbono de pequeno porte, onde a estabilidade da austenita super-resfriada é relativamente grande.
Temperamento
(1) Reduza a fragilidade e elimine ou reduza o estresse interno. Após a têmpera, as peças de aço apresentarão grande tensão interna e fragilidade. Se não forem temperadas a tempo, as peças de aço muitas vezes se deformam ou até racham.
(2) Obtenha as propriedades mecânicas exigidas pela peça. Após a têmpera, a peça apresenta alta dureza e alta fragilidade. A fim de atender aos diferentes requisitos de desempenho de várias peças de trabalho, a dureza pode ser ajustada por meio de revenimento apropriado para reduzir a fragilidade e obter a tenacidade e plasticidade necessárias.
(3) Tamanho estável da peça
(4) Para alguns aços-liga que são difíceis de amolecer por recozimento, o revenido em alta temperatura é frequentemente usado após a têmpera (ou normalização) para reunir adequadamente os carbonetos no aço e reduzir a dureza para facilitar o corte.
Requisitos básicos de qualidade para aço para rolamentos
Requisitos rigorosos de composição química.
O aço para rolamentos em geral é principalmente aço para rolamentos com alto teor de carbono e cromo, que é um aço hipereutetóide com um teor de carbono de cerca de 1%, adicionando cerca de 1.5% de cromo e uma pequena quantidade de elementos de manganês e silício. O cromo pode melhorar o desempenho do tratamento térmico, melhorar a temperabilidade, a uniformidade estrutural, a estabilidade do revenido e melhorar o desempenho antiferrugem e o desempenho de retificação do aço.
Mas quando o teor de cromo excede 1.65%, a austenita retida no aço aumentará após a têmpera, reduzindo a dureza e a estabilidade dimensional, aumentando a falta de homogeneidade dos carbonetos e reduzindo a tenacidade ao impacto e a resistência à fadiga do aço. Por esta razão, o teor de cromo em aços para rolamentos com alto teor de carbono e cromo é geralmente controlado abaixo de 1.65%. Somente controlando rigorosamente a composição química do aço para rolamentos é que a estrutura e a dureza que atendem ao desempenho do rolamento podem ser obtidas através do processo de tratamento térmico.
Requisitos de precisão dimensional mais elevados.
Para barras recozidas laminadas a quente forjadas em máquinas de cabeçalho de alta velocidade, devem haver requisitos mais elevados de precisão dimensional. O aço para rolamentos requer alta precisão dimensional porque a maioria das peças do rolamento deve ser formada por pressão. A fim de economizar materiais e melhorar a produtividade do trabalho, a maioria dos anéis de rolamento são forjados e formados, as esferas de aço são formadas por encabeçamento a frio ou laminação a quente, e rolos de pequeno porte também são formados por encabeçamento a frio. Se a precisão dimensional do aço não for alta, o tamanho e o peso do corte não podem ser calculados com precisão, a qualidade do produto das peças do rolamento não pode ser garantida e é fácil causar danos aos equipamentos e moldes.
Requisitos de pureza especialmente rigorosos.
A pureza do aço refere-se ao número de inclusões não metálicas contidas no aço. Quanto maior a pureza, menos inclusões não metálicas no aço. Inclusões prejudiciais, como óxidos e silicatos, no aço dos rolamentos são as principais razões para a fragmentação precoce dos rolamentos por fadiga e para a redução significativa da vida útil dos rolamentos. Em particular, as inclusões frágeis são as mais prejudiciais porque são fáceis de descolar da matriz metálica durante o processamento, afetando seriamente a qualidade da superfície das peças do rolamento após o acabamento. Portanto, para melhorar a vida útil e a confiabilidade dos rolamentos, o conteúdo de inclusões no aço dos rolamentos deve ser reduzido.
Requisitos rigorosos de tecido de baixa ampliação e tecido microscópico (alta ampliação).
A estrutura de baixa ampliação do aço para rolamentos refere-se à porosidade geral, porosidade central e segregação. A estrutura microscópica (alta ampliação) inclui a estrutura recozida de aço, rede de metal duro, faixas e segregação de líquido, etc. O líquido de metal duro é duro e quebradiço e seus perigos são os mesmos das inclusões frágeis. Os carbonetos reticulares reduzem a resistência ao impacto do aço e tornam sua estrutura irregular, facilitando sua deformação e rachadura durante a têmpera. Os carbonetos bandados afetam as estruturas de recozimento, têmpera e revenido, bem como a resistência à fadiga por contato. A qualidade das estruturas de baixa e alta ampliação tem um grande impacto no desempenho e na vida útil dos rolamentos. Portanto, existem requisitos rigorosos para estruturas de baixa e alta ampliação nos padrões de materiais de rolamento.
Defeitos superficiais e defeitos internos são proibidos
Para aço para rolamentos, os defeitos superficiais incluem rachaduras, inclusões de escória, rebarbas, crostas, incrustações de óxido, etc., e os defeitos internos incluem furos de contração, bolhas, manchas brancas, porosidade e segregação severas, etc. , tendo desempenho e vida. Está claramente estipulado nas normas de materiais de rolamentos que esses defeitos não são permitidos.
Proibição de carbonetos irregulares
No aço para rolamentos, se houver distribuição desigual severa de carbonetos, isso causará facilmente estrutura e dureza irregulares durante o tratamento térmico. A estrutura irregular do aço tem maior impacto na resistência à fadiga de contato. Além disso, irregularidades severas do metal duro podem facilmente causar rachaduras nas peças do rolamento durante a têmpera e o resfriamento, e irregularidades do metal duro também podem reduzir a vida útil do rolamento. Portanto, nas normas de materiais de rolamentos, existem regulamentações claras para diferentes especificações de aço. requerimento especial.
Requisitos rigorosos de profundidade da camada de descarbonetação de superfície.
Existem regulamentações rígidas sobre a camada de descarbonetação superficial do aço nos padrões de materiais de rolamentos. Se a camada de descarbonetação superficial exceder o escopo da norma e não for completamente removida durante o processamento antes do tratamento térmico, ela será removida durante o tratamento térmico e o processo de têmpera. É fácil produzir trincas de têmpera, fazendo com que as peças sejam sucateadas.
Outros requerimentos.
Nos padrões de materiais de aço para rolamentos, também existem requisitos rigorosos para o método de fundição, teor de oxigênio, dureza de recozimento, superfície de fratura, elementos residuais, inspeção de faísca, status de entrega, marcação, etc.