Melyek a rozsdamentes acél csapágyak fő teljesítménykorlátai nagy terhelésű vagy nagy sebességű alkalmazásokban?

Rozsdamentes acél csapágyak Kiváló korrózióállóságuk miatt széles körben használják speciális alkalmazásokban, például élelmiszer-feldolgozásban, orvosi berendezésekben és hajómérnöki munkákban. Ha azonban extrém terhelések vagy nagy sebességek mellett használják, a rozsdamentes acél csapágyak anyagtulajdonságai, különösen a főbb AISI 440C martenzites rozsdamentes acél, korlátozzák teljesítményüket.

I. A nagy terhelésű alkalmazások korlátai: fáradtság és törékenység

1. Terhelhetőség és érintkezési kifáradás élettartama

Bár az AISI 440C rozsdamentes acél csapágyak hőkezeléssel nagy keménységet (jellemzően 58-60 HRC) érhetnek el, kiváló kopásállóságot kínálva, alapteljesítményükben még mindig elmaradnak a szabványos, magas széntartalmú krómtartalmú csapágyacéloktól (például GCr15/52100).

Dinamikus terhelés: A 440C acél dinamikus terhelhetősége általában alacsonyabb, mint az 52100 acélé. Ez elsősorban a 440C-os acél magas krómtartalmának köszönhető, amely nagyszámú karbidot képez. Ezek a keményfém részecskék, amelyek a mátrixban eloszlanak, repedésforrásokká válhatnak a feszültségkoncentrációs területeken, befolyásolva az acél belső tisztaságát és egyenletességét.

Érintkezési kifáradás szilárdsága: Nagy terhelési körülmények között a csapágypályák rendkívül nagy Hertzi-feszültségnek vannak kitéve. Ismételt nagy érintkezési feszültségnek kitéve a 440C acél gördülési érintkezési kifáradási élettartama alacsonyabb, mint az 52100 acélé. Ez azt jelenti, hogy azonos terhelési feltételek mellett a 440C-os csapágy várható élettartama (L10) jelentősen lerövidül.

2. Szívósság és ütésállóság

A 440C egy tipikus martenzites rozsdamentes acél. Nagy keménysége a szívósság rovására megy.

Ridegségre való hajlam: Magas széntartalmának köszönhetően a 440C keményedés után viszonylag rideg szerkezetű. Lökésterheléssel vagy erős vibrációval járó alkalmazásoknál ez az anyag érzékenyebb a rideg törésre vagy a futópálya kipattogására, különösen a feszültségkoncentrációjú területeken.

Benyomódással szembeni ellenállás: A 440C nagy keménysége ellenére hirtelen statikus vagy ütési terhelésnek kitéve nem biztos, hogy olyan ellenálló a szikrázással szemben, mint a speciálisan kezelt ötvözött acélok, ami befolyásolja a geometriai pontosságát nagy terhelés mellett.

II. Teljesítménykihívások nagy sebességű alkalmazásokban: hőmérséklet-emelkedés és méretstabilitás

1. A hőleadás és az üzemi hőmérséklet határértékei

Nagy sebességű működés közben a csapágyon belüli súrlódás jelentős mennyiségű hőt termel. A rozsdamentes acél a következő termodinamikai kihívásokkal néz szembe:

Hővezetőképesség: A rozsdamentes acél, különösen a 440C, jellemzően alacsonyabb hővezető képességgel rendelkezik, mint a hagyományos csapágyacél. Ez az alacsonyabb hővezető képesség megnehezíti a csapágyban keletkező hő gyors eloszlását, ami a hőmérséklet-emelkedés gyors felhalmozódásához vezet.

Temperáló hatás: Ha a csapágy üzemi hőmérséklete meghaladja a 440 C-os felső temperálási hőmérsékletet (jellemzően 200°C alatt), másodlagos lágyulás következik be, ami az anyag keménységének csökkenését okozza, ami jelentősen csökkenti a kopásállóságát és teherbíró képességét. A nagy sebességek által termelt hő könnyen kiválthatja ezt a fajta hőhibát.

2. Kenéskezelés és súrlódási jellemzők

A nagy sebesség rendkívül magas követelményeket támaszt a kenéssel szemben, a rozsdamentes acél csapágyak jellemzői pedig még bonyolultabbá teszik a kenéskezelést.

Csúszási súrlódás: Nagy sebességnél a golyók és a futópályák, valamint a golyók és a ketrecek/rögzítők közötti csúszósúrlódás fokozódik. A nem megfelelő kenés vagy a kenőanyag nem megfelelő megválasztása erős ragasztókopást okozhat a rozsdamentes acél felületén.

Csapágyhézag: A lineáris hőtágulási együttható (CTE) 440 C-os különbsége a hagyományos csapágyacélokhoz képest, párosulva a hőmérséklet-emelkedés hatására, a nagy fordulatszámon működő csapágyak belső hézaga kiszámíthatatlanul ingadozhat, ami az előterhelés-szabályozás elvesztéséhez vagy a súrlódás növekedéséhez vezethet, tovább korlátozva a határsebességet.

3. Átfogó korlátok összetett környezetekben

A rozsdamentes acél csapágyakat gyakran használják korrozív környezetben. Komplex üzemi körülmények között, nagy terhelések, nagy sebességek és korrózió jelenlétében az anyag teljesítménye tovább romlik.

Korróziós kifáradás szinergia: A korrozív közeg felgyorsítja a lyukképződést a versenypálya felületén. Ezek a korróziós foltok feszültségkoncentrációs forrásokká válnak. Ismételt nagy terhelések hatására könnyen korróziós kifáradást idézhetnek elő, ami idő előtti csapágymeghibásodáshoz vezethet.

A nem 440C minőségi osztályok korlátai: Az ausztenites rozsdamentes acélok (például 304 és 316), amelyek korrózióállóbbak, de kisebb a keménységük és szilárdságuk, teherbíró képességük és üzemi sebességük jóval alacsonyabb, mint a 440 C minőségek nagy terhelés vagy nagy sebesség mellett. Általában csak kis sebességű, kis terhelésű és rendkívül korrozív környezetekben használhatók, nagy terhelésű vagy nagy sebességű alkalmazásokhoz pedig nem.