Care sunt principalele limitări de performanță ale rulmenților din oțel inoxidabil în aplicații cu sarcină mare sau cu viteză mare

Rulmenți din oțel inoxidabil sunt utilizate pe scară largă în aplicații specializate, cum ar fi prelucrarea alimentelor, echipamentele medicale și inginerie marină datorită rezistenței excelente la coroziune. Cu toate acestea, atunci când sunt utilizați la sarcini extreme sau la viteze mari, proprietățile inerente ale materialului rulmenților din oțel inoxidabil, în special oțelul inoxidabil martensitic AISI 440C, le limitează performanța.

I. Limitări în aplicațiile cu sarcini mari: oboseală și fragilitate

1. Capacitatea de încărcare și durata de viață la oboseală de contact

Deși rulmenții din oțel inoxidabil AISI 440C pot atinge o duritate ridicată (de obicei 58-60 HRC) prin tratament termic, oferind o rezistență excelentă la uzură, ei rămân în continuare în urma oțelurilor standard pentru rulmenți cu conținut ridicat de carbon (cum ar fi GCr15/52100) în ceea ce privește performanța de bază.

Capacitate de sarcină dinamică: Capacitatea de încărcare dinamică a oțelului 440C este în general mai mică decât cea a oțelului 52100. Acest lucru se datorează în primul rând conținutului ridicat de crom din oțelul 440C, care formează un număr mare de carburi. Aceste particule de carbură, distribuite în matrice, pot deveni surse de fisuri în zonele de concentrare a tensiunilor, afectând puritatea internă și uniformitatea oțelului.

Rezistența la oboseală de contact: În condiții de sarcină ridicată, căile de rulare ale rulmentului sunt supuse unor solicitări hertziene extrem de mari. Când este supus la solicitări repetate de contact ridicate, durata de viață la oboseală la contactul de rulare a oțelului 440C este inferioară celei a oțelului 52100. Aceasta înseamnă că, în aceleași condiții de sarcină, durata de viață estimată (L10) a unui rulment 440C este scurtată semnificativ.

2. Duritate și rezistență la impact

440C este un oțel inoxidabil martensitic tipic. Duritatea sa mare vine în detrimentul durității.

Tendința la fragilitate: Datorită conținutului său ridicat de carbon, 440C are o structură relativ fragilă după întărire. În aplicațiile cu sarcini de șoc sau vibrații puternice, acest material este mai susceptibil la rupere fragilă sau ruperea canalului de rulare, în special în zonele de concentrare a tensiunilor.

Rezistența la indentare: În ciuda durității sale mari, 440C poate să nu fie la fel de rezistent la brinare ca oțelurile aliate tratate special atunci când sunt supuse la sarcini statice sau de impact bruște, afectând precizia geometrică la sarcini mari.

II. Provocări de performanță în aplicațiile de mare viteză: creșterea temperaturii și stabilitatea dimensională

1. Limitele de disipare a căldurii și de temperatură de funcționare

În timpul funcționării la viteză mare, frecarea în interiorul rulmentului generează o cantitate semnificativă de căldură. Oțelul inoxidabil prezintă următoarele provocări termodinamice:

Conductivitate termică: Oțelul inoxidabil, în special 440C, are de obicei o conductivitate termică mai mică decât oțelul obișnuit pentru rulmenți. Această conductivitate termică mai scăzută face dificilă disiparea rapidă a căldurii generate în rulment, ceea ce duce la o acumulare rapidă a creșterii temperaturii.

Efect de revenire: Când temperatura de funcționare a rulmentului depășește temperatura superioară de revenire de 440C (de obicei sub 200°C), are loc o înmuiere secundară, ceea ce duce la scăderea durității materialului, reducându-i semnificativ rezistența la uzură și capacitatea portantă. Căldura generată de viteze mari poate declanșa cu ușurință acest tip de defecțiune termică.

2. Managementul lubrifierii și caracteristicile de frecare

Vitezele mari impun cerințe extrem de mari asupra lubrifierii, iar caracteristicile rulmenților din oțel inoxidabil fac gestionarea lubrifierii și mai complexă.

Frecare de alunecare: La viteze mari, frecarea de alunecare între bile și piste de rulare și între bile și cuști/reținetoare se intensifică. Ungerea inadecvată sau selectarea incorectă a lubrifiantului poate cauza uzura severă a adezivului pe suprafața din oțel inoxidabil.

Jocul rulmentului: Datorită diferenței de coeficient de dilatare termică liniară (CTE) de 440C față de oțelurile obișnuite pentru rulmenți, cuplat cu efectul creșterii temperaturii, jocul intern al rulmenților care funcționează la viteze mari poate fluctua în mod imprevizibil, ducând la pierderea controlului preîncărcării sau la frecare crescută, limitând și mai mult viteza de limitare.

3. Limitări cuprinzătoare în medii complexe

Rulmenții din oțel inoxidabil sunt adesea utilizați în medii corozive. În condiții complexe de operare de sarcini mari, viteze mari și prezență a coroziunii, performanța materialului se deteriorează și mai mult.

Sinergia coroziunii la oboseala: Mediile corozive accelerează picking-ul pe suprafața căii de rulare. Aceste puncte de coroziune devin surse de concentrare a tensiunilor. Sub sarcini mari repetate, ele pot induce cu ușurință oboseala prin coroziune, ducând la defectarea prematură a rulmentului.

Limitări ale claselor non-440C: Oțelurile inoxidabile austenitice (cum ar fi 304 și 316), care sunt mai rezistente la coroziune, dar au duritate și rezistență mai scăzute, au capacitate portantă și viteze de funcționare mult mai mici decât clasele 440C în condiții de sarcină mare sau viteză mare. În general, acestea sunt potrivite numai pentru medii cu viteză mică, cu sarcină ușoară și extrem de corozive și nu sunt potrivite pentru aplicații cu sarcină mare sau cu viteză mare.