Mitkä ovat ruostumattomasta teräksestä valmistettujen laakereiden tärkeimmät suorituskyvyn rajoitukset suuren kuormituksen tai suuren nopeuden sovelluksissa

Ruostumattomasta teräksestä valmistetut laakerit Niitä käytetään laajalti erikoissovelluksissa, kuten elintarvikkeiden jalostuksessa, lääketieteellisissä laitteissa ja meritekniikassa niiden erinomaisen korroosionkestävyyden ansiosta. Kuitenkin, kun niitä käytetään äärimmäisissä kuormituksissa tai suurilla nopeuksilla, ruostumattomien teräslaakereiden, erityisesti yleisen martensiittisen ruostumattoman teräslaadun AISI 440C, materiaaliominaisuudet rajoittavat niiden suorituskykyä.

I. Suurin kuormituksen rajoitukset: Väsymys ja hauraus

1. Kantavuus ja koskettimen väsymiskesto

Vaikka AISI 440C ruostumattomasta teräksestä valmistetut laakerit voivat saavuttaa korkean kovuuden (tyypillisesti 58-60 HRC) lämpökäsittelyn avulla ja tarjoavat erinomaisen kulutuskestävyyden, ne ovat silti perussuorituskyvyltään jäljessä tavallisista korkeahiiliset kromilaakeriteräkset (kuten GCr15/52100).

Dynaaminen kuormitusluokitus: 440C teräksen dynaaminen kuormitus on yleensä pienempi kuin teräksen 52100. Tämä johtuu ensisijaisesti korkeasta kromipitoisuudesta 440C-teräksessä, joka muodostaa suuren määrän karbideja. Nämä karbidihiukkaset, jotka jakautuvat matriisiin, voivat muodostua halkeamien lähteiksi jännityskeskittymisalueilla, mikä vaikuttaa teräksen sisäiseen puhtauteen ja tasaisuuteen.

Kosketusväsymislujuus: Suurissa kuormitusolosuhteissa laakereiden kulkuradat altistuvat erittäin suurille hertsijännitteille. Toistuvissa suurissa kosketusjännityksissä 440C teräksen valssauskoskettimen väsymisikä on alhaisempi kuin 52100 teräksen. Tämä tarkoittaa, että samoissa kuormitusolosuhteissa 440C laakerin odotettu käyttöikä (L10) lyhenee merkittävästi.

2. Sitkeys ja iskunkestävyys

440C on tyypillinen martensiittinen ruostumaton teräs. Sen korkea kovuus tulee sitkeyden kustannuksella.

Haurauttaipumus: Korkean hiilipitoisuutensa ansiosta 440C:llä on suhteellisen hauras rakenne kovettumisen jälkeen. Sovelluksissa, joissa on iskukuormitusta tai voimakasta tärinää, tämä materiaali on herkempi hauraalle murtumiselle tai halkeilulle, erityisesti jännityskeskittyneillä alueilla.

Sisennyskestävyys: Korkeasta kovuudestaan ​​huolimatta 440C ei ehkä kestä yhtäkkiä suolaa kuin erikoiskäsitellyt seosteräkset, kun ne altistetaan äkillisille staattisille tai iskukuormituksille, mikä vaikuttaa sen geometriseen tarkkuuteen suurilla kuormituksilla.

II. Suorituskykyhaasteet nopeissa sovelluksissa: lämpötilan nousu ja mittavakaus

1. Lämmön hajoamisen ja käyttölämpötilan rajat

Suurinopeuksisen käytön aikana laakerin sisällä oleva kitka tuottaa huomattavan määrän lämpöä. Ruostumaton teräs asettaa seuraavat termodynaamiset haasteet:

Lämmönjohtavuus: Ruostumattomalla teräksellä, erityisesti 440C, on tyypillisesti pienempi lämmönjohtavuus kuin tavallisella laakeriteräksellä. Tämä alhaisempi lämmönjohtavuus vaikeuttaa laakerin sisällä syntyneen lämmön nopeaa haihtumista, mikä johtaa nopeaan lämpötilan nousuun.

Karkaisuvaikutus: Kun laakerin käyttölämpötila ylittää ylemmän karkaisulämpötilan 440 C (tyypillisesti alle 200 °C), tapahtuu toissijaista pehmenemistä, jolloin materiaalin kovuus laskee, mikä vähentää merkittävästi sen kulutuskestävyyttä ja kantavuutta. Suurten nopeuksien tuottama lämpö voi helposti laukaista tämän tyyppisen lämpöhäiriön.

2. Voitelun hallinta ja kitkaominaisuudet

Suuret nopeudet asettavat voitelulle erittäin korkeat vaatimukset, ja ruostumattomasta teräksestä valmistettujen laakereiden ominaisuudet tekevät voitelun hallinnasta entistä monimutkaisempaa.

Liukukitka: Suurilla nopeuksilla liukukitka pallojen ja juoksuteiden välillä sekä pallojen ja häkkien/pidinten välillä voimistuu. Riittämätön voitelu tai väärä voiteluaineen valinta voi aiheuttaa voimakasta liiman kulumista ruostumattoman teräksen pinnalle.

Laakerin välys: Lineaarisen lämpölaajenemiskertoimen (CTE) eron 440C verrattuna tavallisiin laakeriteräksiin yhdistettynä lämpötilan nousun vaikutukseen, suurilla nopeuksilla toimivien laakerien sisävälys voi vaihdella arvaamattomasti, mikä johtaa esijännityksen hallinnan menettämiseen tai kitkan lisääntymiseen, mikä rajoittaa edelleen rajoittavaa nopeutta.

3. Kattavat rajoitukset monimutkaisissa ympäristöissä

Ruostumattomasta teräksestä valmistettuja laakereita käytetään usein syövyttävissä ympäristöissä. Monimutkaisissa käyttöolosuhteissa, joissa on suuria kuormituksia, suuria nopeuksia ja korroosiota, materiaalin suorituskyky heikkenee entisestään.

Korroosioväsymissynergia: Syövyttävät materiaalit nopeuttavat pisteiden muodostumista ajoradan pinnalla. Näistä korroosiopisteistä tulee jännityksen keskittymislähteitä. Toistuvassa suuressa kuormituksessa ne voivat helposti aiheuttaa korroosioväsymistä, mikä johtaa ennenaikaiseen laakerin rikkoutumiseen.

Muiden kuin 440C-laatujen rajoitukset: Austeniittiset ruostumattomat teräkset (kuten 304 ja 316), jotka ovat korroosionkestävämpiä, mutta joilla on pienempi kovuus ja lujuus, niiden kantavuus ja toimintanopeudet ovat paljon pienemmät kuin 440C korkean kuormituksen tai suuren nopeuden olosuhteissa. Ne soveltuvat yleensä vain hitaisiin, kevyeen kuormitukseen ja erittäin syövyttävään ympäristöön eivätkä sovellu suuriin tai nopeisiin sovelluksiin.