Подшипниковые Материалы — Ключ к Повышению Надежности

0
82 views

Использование специальных подшипниковых сталей и обработки поверхностей позволяет значительно повысить надежность подшипников, что, в свою очередь, способствует сокращению совокупной стоимости владения машинами и оборудованием.

Для высокопроизводительных подшипников выбор и оптимизация (стальных) материалов играет главную роль в их развитии. По этой причине технология материалов является одной из четырех основных технологий исследований и разработок в NSK.

Комбинация специального сплава и специальной термообработки были использованы для разработки сверхтвердой стали NSK

Чистота материала

Например, усталостная долговечность легированных сталей, таких как ШХ-15 (100 Cr6 или SUJ2 в японском стандарте), зависит главным образом от содержания включениq. В частности, оксидные или неметаллические включения способствуют негативному воздействию под поверхностью дорожки качения. В качестве примера известно, что включения оксида алюминия, которые образуются в процессе окисления во время расплава, могут привести к значительному снижению срока усталости подшипников. Этот эффект создается из-за того, что включения оксида алюминия относительно тверды и могут разрушаться когда сталь обрабатывается, например, во время ковки. Когда происходит распад, включения уменьшают и ослабляют микроструктуру.

Радиальные шарикоподшипники BNEQARTET используются в приводах электрических машин, таких как бытовая техника

В сотрудничестве с ведущим производителем стали NSK разработала такие материалы, как сталь Z, сталь EP и BNEQUARTET, чтобы предотвратить такой вид негативного эффекта. Некоторые из этих материалов изготавливаются с использованием специальных процессов плавления, которые уменьшают неметаллическое содержание и продлевают срок службы.

Термообработка

Термическая обработка — еще один параметр, который влияет на конкретные характеристики сталей и, следовательно, также влияет на подшипники. Именно поэтому материалы, такие как сталь SHX NSK, подвергаются специальной термообработке, которая особенно устойчива к износу при высоких рабочих температурах. Подшипники этого типа требуются не только там, где тепло присутствует в качестве неотъемлемой части процесса, но и в таких применениях, как станки, где скорость вращения шпинделя создает высокие температуры в компонентах привода.

Во время разработки характеристики стали SHX были подтверждены с помощью комплексных испытаний на износостойкость, включая испытания на четырьмя шарами и роликом, а также испытания на долговечность материалов и поверхности.

Типичный шаблон повреждений: белые участки травления на поверхности материала

Разница в сплаве

Третий параметр в поисках большей надежности подшипников — это сплав. Сплавы могут предотвращать или, по крайней мере, минимизировать образование трещин в несущей микроструктуре. В сотрудничестве со сталелитейными заводами NSK разработал различные специальные сплавы для этого профиля применения.

Отполированные четырехрядные цилиндрические роликовые подшипники, используемые в качестве интегрированных планетарных подшипников в ветровых турбинах

Такие материалы, как нержавеющая сталь NSK, сочетаются с оптимальной термообработкой со специальным сплавом. Например, упрочнение сталей с использованием процесса, такого как карбонитрирование, увеличивает срок службы в два раза по сравнению с расчетным сроком службы в условиях загрязненной смазки. В средах, где смазка имеет нормальные примеси, срок службы подшипников может быть даже увеличен в 10 раз. Причина этого улучшенного функционирования заключается в том, что поверхностный износ, вызванный недостаточной смазкой или загрязнением смазки, значительно снижается. В свою очередь, любой потенциальный ущерб, вызванный «белыми трещинами травления» (WEC), задерживается.

Пример 1

Разработка новых материалов обычно происходит в ответ на промышленные тенденции или изменения требований к приложениям. Так было с технологией BNEQUARTET, которую NSK впервые представил два года назад. Первоначально BNEQUARTET был создан в ответ на постоянное увеличение размеров барабанов стиральной машины. Радиальные шарикоподшипники, широко используемые в стиральных машинах с фронтальной загрузкой по всей Европе, подвержены неравномерной и асимметричной нагрузке. При увеличении размеров барабанов более высокие нагрузки при стирке предъявляют еще более высокие требования к подшипникам.

Преимущества Super-TF при работе с загрязненной смазкой

В ответ специалисты по материалам NSK приступили к улучшению состава сплава специальной стали, которая предотвращает образование трещин и углублений в дорожках качения и, что самое важное, препятствует их распространению. Кроме того, эта спецсталь особенно чиста. Набор мер, примененных в технологии BNEQARTET, привел к удвоению срока службы подшипников при высокой нагрузке и неблагоприятных условиях окружающей среды.

Пример 2

Другим примером разработки прикладных материалов является технология ветряных турбин. Здесь повреждение подшипников в форме WEC (белые трещины травления) может происходить ниже поверхности материала. Эти белые структуры хрупкого феррита, которые образованы изменениями в микроструктуре, можно наблюдать в вытравленных и полированных поперечных сечениях материала. Измененные структуры больше не способны выдерживать высокие нагрузки, которые применяются. WEC формируются и разлагаются, что приводит к поверхностным дефектам, таким как выкрашивание или WSF (отслаивание белой структуры).

Керамические компоненты и покрытия для подшипников являются дополнительной областью исследований в NSK

Ученые так и не смогли полностью объяснить причины WEC. Современное мышление предполагает, что условия вызваны эффектами взаимодействия компонентов внутри силовой передачи. К ним относятся динамика, смешанное трение, электрические разряды / токи, химические факторы, движение / скольжение и диффузия водорода.

Разработка контрмер

Благодаря успеху в воспроизведении WEC в лаборатории NSK впоследствии смогла разработать контрмеры, которые включают в себя полировку мартенситно-упрочненных подшипниковых сталей наряду со специфическими другими материалами. Было выявлено, что этот дополнительный процесс значительно замедляет возникновение ущерба от WEC.

Другим эффективным методом снижения вероятности повреждения WEC является использование подшипниковых колец из жесткой стали NSK. Используя эту комбинацию материала и обработки поверхности, динамическую нагрузку можно повысить на 23%, что в подшипниках качения эквивалентно удвоению усталостной долговечности.

Уменьшение ущерба WEC

Что касается поверхностного изнашивания из-за плохой смазки или загрязненной смазки, это значительно уменьшается при использовании подшипников STF, в то время как потенциальный ущерб WEC задерживается. Ряд испытаний NSK показал, что время до начала повреждения удвоилось.

Другой предпочтительной стратегией является использование подшипниковых колец, изготовленных из прочного материала NSK, «Anti-White Structure-Tough» (AWS-TF), разработанного специально для предотвращения повреждения WEC. В обширной серии испытаний срок службы обычных стальных подшипниковых колец измерялся до момента обнаружения повреждения WEC. Затем тестовую серию повторяли с AWS-TF. После восьмикратного увеличения срока службы (по сравнению с бычными стальными подшипниковыми кольцами) в материале не было обнаружено никаких белых участков травления.

Пластмассы и керамика

Разработка материалов в NSK — это не только сталь. Пластиковые материалы, а также цветные металлы, такие как латунь, также тестируются, чтобы точно ориентировать улучшения характеристик сепараторов. Кроме того, керамика и керамические покрытия играют все большую роль, когда необходимы корректировки электропроводящих свойств подшипников и их сопротивление износу. По этому вопросу NSK недавно представила керамическую разработку под названием HDY2, которая имеет оптимизированные характеристики изоляции и теплопроводности.

Наконец, еще одна важная область для разработки материалов касается смазочных материалов. Трибология – это отдельная ключевая компетенция в научно-исследовательской организации NSK наряду с технологиями материалов.

Контакты
NSK Deutschland GmbH
Harkortstrasse 15 40880 Ratingen Germany
Marie-Dominique PILATH
Телефон: +49 2102 4810
Факс: +49 2102 4812290
E-mail: pilath-m@nsk.com