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Tudo o que você deve saber sobre materiais para rolamentos
Rolamentos são vitais para a fabricação e são usados em muitos tipos diferentes de equipamentos e máquinas. Desde equipamentos industriais básicos até máquinas complexas, os rolamentos reduzem o atrito e permitem lidar com diferentes tipos de cargas. Portanto, o uso de materiais confiáveis e de qualidade é crucial para o processo de fabricação de rolamentos.
Diferentes materiais são usados para produzir vários tipos de rolamentos de alta qualidade e seus diversos componentes. Esses materiais são submetidos a um processo específico para obter as propriedades desejadas que aumentam a vida útil e o desempenho do rolamento. As equipes da AUB podem discutir os diferentes materiais usados na fabricação de rolamentos e como cada um deles afeta o uso, a integridade e a função do rolamento.
O desempenho de qualquer rolamento depende das propriedades da liga escolhida e do seu tratamento térmico. A seleção de um material com dureza, resistência à corrosão e vida útil corretas garante que o rolamento terá um desempenho confiável dentro dos parâmetros operacionais e ambientais da aplicação. AUB utiliza diferentes materiais para produzir vários componentes de rolamentos. Esses materiais são processados para obter características ideais para maximizar o desempenho e a vida útil do rolamento. Os materiais descritos aqui são os mais comumente usados. O material do rolamento é tratado termicamente internamente para ótima dureza e estabilidade dimensional.
A maioria material comum usado para a produção de componentes de suporte de carga em rolamentos de esferas de precisão, rolamentos de rolos e rolamentos de rolos cônicos é o aço cromo 52100. Esses componentes referem-se a anéis internos e externos, esferas e rolos do rolamento. A composição química deste aço é rica em carbono e contém cerca de 1.5% de cromo. Usando métodos controlados de usinagem e tratamento térmico, os componentes acabados do rolamento têm alta resistência para resistir a rachaduras e superfícies duras para resistir à fadiga de contato de rolamento subterrâneo. As durezas superficiais típicas para componentes de rolamentos feitos deste material variam de 60 a 64 na escala Rockwell C (Rc).
Possui custo aceitável, alto nível de dureza e ruído de funcionamento mais silencioso. Portanto, os benefícios da utilização de rolamentos de aço cromado são alta dureza, alta capacidade de carga, baixo decibéis e ampla acessibilidade. No entanto, precisa permanecer lubrificado e não é resistente à corrosão ou a produtos químicos. Os usuários são aconselhados a proteger os rolamentos de aço cromado com um óleo ou revestimento antiferrugem para evitar corrosão.
Aço cromado 52100 ultra limpo
O aço bruto usado para produzir rolamentos de alta precisão é tratado com uma etapa de fusão adicional, resultando em um aço com uma estrutura muito uniforme de material de granulação fina – aço cromo 52100 ultralimpo. As superfícies de contato do rolamento podem ser superacabadas de forma muito lisa, de modo que os rolamentos funcionem silenciosamente.
O método de tratamento térmico mais comum para aços cromo é a têmpera do aço em um forno com atmosfera controlada. Os rolamentos feitos de aço cromado podem operar em temperaturas contínuas de até 120°C. Onde são encontradas temperaturas mais altas, o conjunto do rolamento pode ser estabilizado termicamente. Variando o processo de tratamento térmico, é possível produzir rolamentos capazes de operar a 220°C ou mais. Para estas aplicações, os componentes do rolamento devem ser temperados em temperaturas mais altas correspondentes às temperaturas operacionais. Este aumento do revenido tem um efeito adverso na dureza do material e a capacidade de carga do rolamento é reduzida.
Como pode ser visto na tabela abaixo, a composição química padrão dos aços ao cromo varia de país para país.
Outro material comum usado para fazer rolamentos é o aço inoxidável. O aço inoxidável é uma escolha popular de material para rolamentos devido ao seu alto teor de cromo e carbono, que é resistente à corrosão superficial do que o aço cromo. Existem mais de 60 tipos de aço inoxidável, cada um variando de acordo com sua composição e propriedades físicas. Em geral, a composição do aço inoxidável inclui quantidades variadas de cromo, carbono, fósforo, níquel, manganês e molibdênio. Além disso, as classes ajudam a descrever as propriedades das ligas de aço inoxidável, incluindo resistência à corrosão e à temperatura, resposta magnética, tenacidade, ductilidade, soldabilidade e endurecimento por trabalho.
Além de conter pelo menos 18% de cromo, o aço inoxidável também contém níquel. O cromo do aço inoxidável reage quimicamente quando exposto ao oxigênio, formando uma camada de óxido de cromo na superfície dos componentes do rolamento. Esta película química passivante proporciona proteção adicional ao rolamento. No entanto, os rolamentos de aço inoxidável são menos duros devido ao seu teor de carbono. Como resultado, eles têm uma capacidade de carga 20% menor do que os rolamentos de aço cromado 52100.
Existem dois tipos comuns de rolamentos de aço inoxidável: martensíticos e austeníticos. Os rolamentos de aço inoxidável martensítico (SV30) frequentemente sofrem deterioração durante o processamento do aço original, resultando na redução do teor de carbono e no aumento do teor de nitrogênio no material. O resultado é um aço com alta resistência, dureza e maior resistência à corrosão. Os rolamentos de aço inoxidável austenítico (AISI316), por outro lado, são não magnéticos e altamente resistentes à corrosão devido ao seu baixo teor de carbono. No entanto, eles só podem ser usados para aplicações de baixa carga e baixa velocidade.
O teor de carbono no aço inoxidável da série 400 é alto o suficiente para que possa ser endurecido até Rc58 usando métodos padrão de tratamento térmico. Os rolamentos feitos deste material têm uma capacidade de carga 20% menor do que os rolamentos de aço cromo 52100 devido à menor dureza. O nível de teor de carbono significa que o componente é magnético. A resistência à corrosão é “Boa” quando o material 440C é exposto a água doce e produtos químicos suaves. Este material é muito popular entre os fabricantes americanos de rolamentos.
Os rolamentos feitos de aço inoxidável 440C convencional serão ligeiramente ruidosos porque os carbonetos, que geralmente se concentram nos limites dos grãos, ficam expostos durante o acabamento das pistas. Rolamentos com furos maiores não são afetados por esta condição. Os rolamentos feitos de aço inoxidável da série 400 podem operar em temperaturas mais altas que o aço cromo, até 250°C continuamente. Os rolamentos feitos deste material são geralmente mais caros do que os rolamentos de aço cromado.
Aço Inoxidável AISI 440 – Excelente tenacidade e dureza com boa resistência à corrosão. Este material é amplamente utilizado em aplicações de rolamentos onde são necessárias tolerâncias precisas e acabamentos superficiais. O tratamento térmico comum pode ser realizado de acordo com MIL-H-6875. Os rolamentos de aço inoxidável estão disponíveis em uma variedade de tipos e composições de materiais de aço inoxidável. Os benefícios dos rolamentos de aço inoxidável incluem: Suporta condições corrosivas severas, resultando em vida útil mais longa, custos de manutenção reduzidos e tempo de inatividade do equipamento. A exposição à água do mar é uma das aplicações mais severas no mundo dos rolamentos. Classes especiais de aço inoxidável estão disponíveis para aplicações em água do mar.
Rolamentos de aço inoxidável martensítico – ACD34 / KS440 / X65Cr13
Muitos fabricantes de rolamentos usam aço inoxidável com teor de carbono e cromo ligeiramente inferior ao AISI 440C, conhecido por vários nomes como ACD34, KS440 e X65Cr13, para seus anéis e esferas. Quando tratado termicamente, este material possui carbonetos menores, de modo que o rolamento terá excelentes características de baixo ruído, proporcionando ao mesmo tempo a mesma resistência à corrosão que o 440C. Alguns fabricantes publicam as mesmas classificações de carga do aço cromo para rolamentos produzidos com este material. Isto se deve ao uso de um tratamento térmico rigorosamente controlado com dureza de até Rc 60. Embora este seja um dos aços inoxidáveis mais utilizados para rolamentos de esferas, este material não possui designação AISI.
Rolamentos de aço inoxidável martensítico – SV30
Os aços inoxidáveis martensíticos podem ser modificados durante o processamento do aço bruto, reduzindo o teor de carbono e introduzindo nitrogênio como elemento de liga. O nitrogênio aumenta a saturação do cromo, que se transforma em nitreto de cromo em vez de carboneto de cromo. O resultado é um aço de alta resistência e dureza com excelente microestrutura que pode aumentar a resistência à fadiga em até 100% (o dobro) em algumas aplicações. Este material também possui maior resistência à corrosão, até 5 vezes melhor que 440C e ACD34. Os rolamentos feitos deste material podem ser de 20 a 40% caros, mas isso geralmente é compensado pelos benefícios de um desempenho superior.
Aço inoxidável austenítico
Os aços inoxidáveis austeníticos da série 300 são usados para peças sem suporte de carga. Os componentes do rolamento feitos de aço inoxidável da série 300 são resistentes à corrosão e não são magnéticos devido ao seu baixo teor de carbono. No entanto, a desvantagem é que este material não pode ser endurecido, de modo que os rolamentos só podem operar com cargas e velocidades baixas. A reação química da superfície do rolamento com o oxigênio é chamada de processo de passivação; a película de passivação formada na superfície protege o rolamento da corrosão. A resistência à corrosão é melhor quando o rolamento não está completamente submerso no líquido, como em aplicações subaquáticas. Os rolamentos feitos desse material geralmente são itens de pedido especial que exigem uma quantidade mínima; além disso, são caros.
Normalmente, os rolamentos de aço inoxidável da série 300 possuem um alojamento de grau 304 e um retentor de rolamento de grau 302. O grau 304 é muito resistente à fratura (alta ductilidade) e possui resistência à corrosão muito alta. O 302 tem um teor de carbono ligeiramente mais elevado – aumentando a dureza – tornando-o adequado para componentes do próprio rolamento. Um rolamento completo feito de aço inoxidável da série 300 tem aproximadamente metade da capacidade de carga de um rolamento feito de aço 52100.
AUB fabrica rolamentos em aço inoxidável 316, que oferece resistência à corrosão superior em comparação ao aço convencional e aos rolamentos de aço inoxidável 440. O aço inoxidável 316 é resistente às condições corrosivas atmosféricas e gerais do que qualquer outro aço inoxidável padrão. O aço inoxidável 316 é amplamente utilizado nas indústrias alimentícia e médica. Os rolamentos feitos deste aço podem funcionar em líquidos ou secar em baixas velocidades. O aço inoxidável 316 é um aço inoxidável que contém molibdênio. O molibdênio oferece melhor resistência geral à corrosão 316 do que o grau 304, especialmente maior resistência à corrosão por pites e frestas em ambientes de cloreto.
Características importantes:
O conteúdo de molibdênio aumenta a resistência aos ambientes marinhos.
Alta resistência à fluência e boa resistência ao calor em altas temperaturas.
Bio-compatível.
As características de fabricação são semelhantes às dos Tipos 302 e 304.
Aplicações: Equipamentos de processamento de alimentos e farmacêuticos, ambientes marinhos, equipamentos médicos cirúrgicos e equipamentos industriais que lidam com produtos químicos agressivos usados na produção de tintas, rayon, produtos químicos fotográficos, papel, têxteis, alvejantes e borracha.
Resistência à corrosão: A resistência à corrosão é melhor que o aço inoxidável 440c, 302, 304. Resistente a soluções de sal de sódio e cálcio, soluções de hipoclorito, ácido fosfórico, soluções de sulfito e ácido sulfuroso comumente utilizados na indústria de celulose.
Composição do material de aço inoxidável 316
Outros rolamentos de aço inoxidável da série 300
As proteções dos rolamentos, arruelas de vedação e gaiolas de esferas às vezes são fabricadas em aço inoxidável AISI303 ou AISI304, pois possuem resistência moderada à corrosão e são adequadas para moldagem em vários formatos.
Rolamentos de aço de liga de carbono
Os materiais de aço carbono são usados para produzir vários componentes de rolamentos e existem dois tipos básicos, aço de liga de médio carbono e aço de liga de baixo carbono.
Rolamentos de liga de aço de médio carbono
Os rolamentos feitos de materiais de liga de aço de médio ou baixo carbono são frequentemente chamados de rolamentos de “semiprecisão” ou de “classe comercial”. Os materiais típicos são AISI8620 ou AISI4320. Os anéis interno e externo são endurecidos em um processo de tratamento térmico denominado endurecimento ou cementação. Os rolamentos feitos com esses materiais não suportam altas cargas ou altas velocidades e não são resistentes à corrosão. Os rolamentos feitos com esses materiais geralmente são de baixo custo.
Rolamentos de aço de liga de baixo carbono
O aço-carbono é usado para produzir gaiolas de rolamentos, proteções metálicas e arruelas metálicas em torno das quais a borracha é moldada para uso como vedações. Os materiais comumente usados são AISI C1008 e C1010. É necessário revestimento de óleo/graxa (gaiola) ou revestimento (blindagem) para proteger o material contra corrosão. Para informações sobre retenções e fechamentos consulte os respectivos boletins técnicos.
Tratamento térmico de aço para rolamentos
Quando o aço para rolamentos está em seu estado macio (não endurecido), os metalúrgicos referem-se à sua estrutura como estado perlítico. Para endurecer o aço, ele deve ser aquecido a temperaturas muito altas e depois resfriado muito rapidamente. Quando aquecido a 1,750°F em um tratamento térmico forno, a estrutura muda de perlita para o que é conhecido como austenita. Após a têmpera (resfriamento rápido), a estrutura muda de austenita para martensita. Uma vez transformado em martensita, o aço torna-se muito duro. No entanto, não é considerado “termicamente estável” neste momento. Isto ocorre porque nem toda a austenita é transformada em martensita durante o processo de têmpera. Este fenômeno é denominado “austenita retida”.
Se o aço não for termicamente estável, a austenita retida se transformará em martensita durante um longo período de tempo (possivelmente anos). Essa transformação é acompanhada por um aumento de volume e é chamada de crescimento metalúrgico (não confundir com crescimento térmico). O crescimento metalúrgico pode causar alterações no tamanho e na forma de qualquer componente de aço, como um rolamento, mesmo à temperatura ambiente.
Embora não seja um problema em rolamentos de baixa precisão, essa falta de estabilidade dimensional pode causar problemas em rolamentos miniatura de alta precisão (ABEC 5P, 7P, 9P). Para eliminar este crescimento metalúrgico indesejado, o aço deve ser estabilizado termicamente. Isto é conseguido por meio de resfriamento e revenimento repetidos a -120 F para transformar a maior parte da austenita retida em martensita.
