Materialele de rulmenţi cheia fiabilităţii sporite

Transmisii Mecanice

de NSK

Materialele de rulmenţi cheia fiabilităţii sporite

Utilizarea unor oțeluri și tratamente ale suprafeței pentru rulmenți speciali pentru anumite aplicații permite creșterea semnificativă a fiabilității rulmenților, care contribuie, la rândul său, la reducerea TCO (costul total al investiţiei) pentru utilaje și echipamente.

  • Foto 1 O combinație dintre un aliaj special și un tratament termic special a fost utilizată pentru a dezvolta oțelul Super Tough de la NSK

Pentru rulmenți de înaltă performanță, selecția și optimizarea materialelor (a oțelului) joacă un rol central în dezvoltarea acestora. Din acest motiv, ingineria materialelor este una dintre cele patru tehnologii principale de cercetare și dezvoltare la NSK.

Puritatea materialelor

Rezistența la oboseală a oțelurilor aliate pentru rulmenți, cum ar fi 100 Cr6 (sau SUJ2 în standardul japonez), de exemplu, depinde în principal de conținutul de incluziuni. Incluziunile de oxizi sau nemetalice, în special, au efecte negative sub suprafața căii de rulare. De exemplu, se știe că incluziunile de oxizi de aluminiu, care se formează prin procesul de oxidare în timpul topirii, pot avea ca rezultat o reducere majoră a rezistenței la oboseală a rulmenților. Acest efect se creează deoarece incluziunile de oxizi de aluminiu sunt relativ dure și se pot rupe la procesarea oțelului, cum ar fi în timpul forjării. Când se produce ruperea, incluziunile se micșorează și slăbesc microstructura.

În parteneriat cu unul dintre cei mai importanți producători de oțel, NSK a dezvoltat materiale precum oțel Z, oțel EP și BNEQARTET, pentru a preveni acest tip de efect negativ. Unele dintre aceste materiale sunt fabricate prin procese special de topire, care reduc conținutul nemetalic și măresc rezistența la oboseală.

Tratament termic special pentru anumite aplicaţii

Tratamentul termic este un alt parametru care influențează caracteristicile speciale ale oțelurilor și, în consecință, afectează și rulmenții. Din acest motiv, materiale precum oțelul SHX de la NSK sunt supuse unui tratament termic special, deosebit de rezistent la uzură pentru utilizare la temperaturi ridicate.

Rulmenții de acest tip sunt necesari nu numai unde sunt prezente temperaturi ridicate ca parte inerentă a procesului, ci și în aplicații precum mașini-unelte, unde turațiile mari ale broșelor generează temperature înalte în componentele de transmisie.

În timpul dezvoltării, caracteristicile oțelului SHX au fost demonstrate prin teste extinse de rezistență la uzură, inclusiv teste cu patru bile și cu role, precum și prin teste pentru rezistența la oboseală a materialului și a suprafeței.

Diferenţa este în aliaj

Al treilea parametru în obţinerea unei fiabilități mai mari a rulmenților este aliajul. Aliajele pot preveni sau, cel puțin, minimiza formarea fisurilor în microstructura rulmenților. Din nou în colaborare cu producători de oțel, NSK a dezvoltat diverse aliaje speciale pentru acest profil de aplicații. Materiale precum oțelul Super Tough de la NSK sunt un rezultat al combinării tratamentului termic optim cu un aliaj special. De exemplu, călirea oțelurilor printr-un proces cum ar fi carbonitrurarea crește durata de exploatare cu un factor de doi, în comparație cu durata de exploatare estimată în condiții de contaminare a lubrifiantului.

  • Foto 2 Rulmenții radiali cu bile BNEQARTET sunt utilizați în sistemele de transmisie ale aparatelor electrice, cum ar fi electrocasnicele

În medii în care lubrifiantul are impurități normale, durata de exploatare a rulmenților poate fi crescută chiar cu un factor de 10. Motivul pentru aceste performanțe îmbunătățite este faptul că uzura indusă pe suprafață, cauzată de lubrifierea insuficientă sau de contaminarea lubrifiantului, este semnificativ redusă. În plus, orice posibilă deteriorare cauzată de «fisuri de coroziune albă» este întârziată.

Exemplul 1

De obicei, dezvoltarea materialelor noi are loc ca răspuns la tendințele din industrie sau la modificări ale cerințelor aplicațiilor. Așa s-a întâmplat cu tehnologia BNEQARTET, pe care NSK a lansat-o acum doi ani (poza 2). BNEQARTET a fost creată inițial ca răspuns la creșterea constantă a dimensiunii tamburilor din mașinile de spălat. Rulmenții radiali cu bile utilizați pe scară largă în mașini de spălat cu încărcare frontală în toată Europa sunt supuși unor sarcini neuniforme și asimetrice. Cu tamburi de dimensiuni din ce în ce mai mari, sarcinile de spălare mai grele solicită și mai mult rulmenții.

Ca răspuns, experții în materiale de la NSK au demarat un proiect de îmbunătățire a compoziției aliajului unui oțel special, care previne formarea fisurilor și adânciturilor în căile de rulare și, cel mai important, le oprește propagarea. În plus, acest oțel special este deosebit de pur. Setul de măsuri aplicate în tehnologia BNEQARTET a dus la dublarea duratei de exploatare a rulmenților la sarcină ridicată și în condiții de mediu nefavorabile.

Exemplul 2

Un alt exemplu de dezvoltare de materiale vizând anumite aplicații provine din tehnologia turbinelor eoliene. Aici, deteriorarea rulmenților sub forma fisurilor de coroziune albă se poate produce sub suprafața materialului (poza 3). Aceste structuri albe de ferită casantă, care se formează prin modificări din microstructură, pot fi observate în secțiuni transversale corodate și lustruite din material. Structurile modificate nu mai pot rezista la sarcinile ridicate aplicate. Fisurile de coroziune albă se formează și se propagă, ceea ce duce la defecte de suprafață, cum ar fi coroziunea în puncte sau exfolierea albă a suprafeței.

  • Foto 3 Structură tipică de deteriorare: zone de coroziune albă sub suprafața materialului

Cercetătorii nu au putut explica vreodată, în întregime, motivele fisurilor de coroziune albă. Teoriile actuale presupun că aceste condiții sunt cauzate de efectele interacțiunii componentelor din sistemul de transmisie. Acestea includ dinamica, fricțiunea mixtă, sarcinile/curenții electrici, factori chimici, mișcările de alunecare/glisare și difuzia hidrogenului.

Dezvoltarea contramăsurilor

Datorită reușitei de a replica fisurile de coroziune albă în laborator, NSK a putut dezvolta ulterior contramăsuri, care includ brunarea oțelurilor călite cu martensită pentru rulmenți, precum și a altor materiale speciale (foto 4). Acest proces suplimentar a fost demonstrat că întârzie semnificativ producerea deteriorării prin fisuri de coroziune albă.

O altă metodă eficientă de a reduce probabilitatea deteriorării prin fisuri de coroziune albă este utilizarea inelelor de rulmenți fabricate din oțelul Tough Steel de la NSK. Folosind această combinație de material și tratarea suprafeței, specificația de sarcină dinamică poate fi îmbunătățită în general cu 23%, ceea ce pentru rulmenții cu role este echivalent cu dublarea rezistenței la oboseală.

Reducerea deteriorării prin fisuri de coroziune albă

În ceea ce privește uzura indusă pe suprafață din cauza lubrifierii necorespunzătoare sau a lubrifiantului contaminat, aceasta este mult redusă utilizând rulmenți STF (foto 5), iar deteriorarea prin fisuri de coroziune albă este întârziată. O serie de teste NSK a demonstrat dublarea duratei până la apariția deteriorării.

  • Foto 4 Rulmenți cu role cilindrice cu patru rânduri, brunați, utilizați ca rulmenți integrați în mecanismul planetar la turbine eoliene

 

  • Foto 5 Avantajele materialului Super-TF la utilizarea cu lubrifi anți contaminați

O altă strategie avantajoasă este utilizarea inelelor de rulmenți fabricate din «Anti-White Structure-Tough» (AWS-TF), un material omologat NSK, dezvoltat special pentru a preveni deteriorarea prin fisuri de coroziune albă. În cadrul unei serii extinse de teste, a fost măsurată durata de funcționare a inelelor de rulmenți din oțel obișnuite până în momentul când s-a detectat deteriorarea prin fisuri de coroziune albă. Apoi, seria de teste a fost repetată cu AWS-TF. După o durată de exploatare de opt ori mai mare decât inelele de rulmenți din oțel obișnuit, în material nu s-au detectat zone de coroziune albă.

  • Foto 6 Componentele și straturile de protecție din ceramică pentru rulmenți sunt un domeniu de cercetare suplimentar la NSK

Materiale plastice şi ceramice

Dezvoltarea materialelor la NSK nu vizează numai oțelul. Materialele plastice, precum și metalele neferoase, cum ar fi alama, sunt testate, de asemenea, cu obiectiv precis de a aduce îmbunătățiri caracteristicilor coliviilor. În plus, materialele ceramice și straturile de protecție din ceramică (Foto 6) joacă un rol din ce în ce mai mare când sunt necesare ajustări ale proprietăților de conductivitate electrică a rulmenților și ale rezistenței acestora la uzură. În această privință, NSK a lansat recent un nou material ceramic, numit HDY2, care are caracteristici optimizate de izolare electrică și conductivitate termică. În cele din urmă, un alt factor important în dezvoltarea materialelor sunt lubrifianții. Tribologia este o componentă principală, separată, în organizarea cercetării și dezvoltării la NSK, alături de tehnologia materialelor.


Accept cookie

www.ttonline.ro utilizează fişiere de tip cookie pentru a personaliza și îmbunătăți experiența ta pe Website-ul nostru.

Te informăm că ne-am actualizat politicile pentru a integra în acestea și în activitatea curentă a www.ttonline.ro cele mai recente modificări propuse de Regulamentul (UE) 2016/679 privind protecția persoanelor fizice în ceea ce privește prelucrarea datelor cu caracter personal și privind libera
circulație a acestor date. Înainte de a continua navigarea pe Website-ul nostru, te rugăm să aloci timpul necesar pentru a citi și înțelege conținutul Politicii de Cookie.

Prin continuarea navigării pe Website-ul nostru confirmi acceptarea utilizării fişierelor de tip cookie conform Politicii de Cookie. Îți mulțumim pentru acest accept și nu uita totuși că poți modifica în orice moment setările acestor fişiere cookie urmând instrucțiunile din Politica de Cookie.

Da, sunt de acord