Materiais para anéis de rolamento e corpos rolantes

Aço padrão para rolamentos

O aço usado para os rolamentos de superprecisão SKF é um aço carbono-cromo temperado (100Cr6) extremamente limpo, contendo aproximadamente 1% de carbono e 1,5% de cromo, de acordo com a norma ISO 683-17:1999. A composição desse aço para rolamentos oferece um equilíbrio ideal entre fabricação e desempenho de aplicação. Esse aço normalmente passa por um tratamento térmico martensítico ou bainítico para obter uma dureza de 58 a 65 HRC.

Os rolamentos de superprecisão SKF são estabilizados termicamente para até 150 °C . Porém, outros fatores, como material da gaiola, material da vedação ou o lubrificante, podem limitar a temperatura de operacional permitida.

Para obter informações sobre as propriedades dos materiais, consulte a tabela 1.

Aço NitroMax (aço inoxidável nitrogenado)
O NitroMax faz parte de uma nova geração de aço inoxidável nitrogenado ultralimpo. Quando comparado com o aço carbono-cromo padrão para rolamentos (100Cr6), o aço NitroMax oferece:
  • maior resistência à fadiga ou ao desgaste em condições de lubrificação deficientes
    (k < 1)
  • maior grau de resistência a fraturas
  • resistência superior à corrosão

Cada uma dessas características é vantajosa quando a velocidade for maior do que A = 1 a 1,15 × 106 mm/min.

A maior resistência à fadiga ou ao desgaste permite que os rolamentos operem por mais tempo em todas as condições de lubrificação e, especialmente, nas de operação com filme ultrafino resultantes do esgotamento cinemático do lubrificante em velocidades muito altas.

A maior resistência a fraturas reduz o risco de fratura do anel interno, devido ao aumento das tensões do aro de tração, causado por forças centrífugas ao operar em velocidades muito altas.

Comparado aos rolamentos feitos de aço carbono-cromo, esse aço ultralimpo de alto conteúdo de nitrogênio pode estender significativamente a vida útil do rolamento, quando estiver operando em condições de lubrificação de filme completo (k ≥ 1). Em condições de lubrificação de filme ultrafino, esse efeito de prolongamento da vida é ainda mais importante diagrama 1.

O aço NitroMax é superior não apenas aos aços carbono-cromo convencionais para rolamentos, mas também a outros aços inoxidáveis nitrogenados. Para ilustrar o motivo disso, é necessário compreender a forma como o nitrogênio influencia a microestrutura do aço e como isso é otimizado durante o tratamento térmico.

Quando o aço carbono-cromo passa por tratamento térmico, o processo produz carbonetos de cromo e de cromo-molibdênio grandes e quebradiços que destroem a matriz de aço circundante do cromo e molibdênio, reduzindo assim sua resistência à microcorrosão localizada. Por outro lado, quando o aço NitroMax é endurecido e temperado, são formados nitretos de cromo pequenos e finos (fig. 1). Isso ocorre porque, quando o nitrogênio substitui parcialmente o carbono na liga de aço, um conteúdo muito maior de cromo é dissolvido na matriz de aço. As zonas resultantes e menores com cromo reduzido ao redor dos nitretos tornam o aço NitroMax muito mais resistente à corrosão (fig. 2).

A maior resistência à fadiga do aço NitroMax está associada a suas microestruturas aderentes e à boa distribuição dos precipitados de nitreto de cromo com alguns (se houver) carbonetos secundários não dissolvidos na microestrutura. A pureza da estrutura do NitroMax é comparável favoravelmente ao aço 100 Cr6 padrão para rolamentos, que ajuda a explicar o desempenho superior da estrutura do aço NitroMax. A alta resistência a impactos, a estabilidade dimensional e a dureza (> 58 HRC) é resultante dos estágios finais de esfriamento rápido e têmpera do tratamento térmico.

Outro benefício de aço NitroMax é que ele possui um coeficiente de expansão térmica menor do que o 100Cr6. Essa vantagem, quando unida ao coeficiente extremamente baixo de expansão térmica dos corpos rolantes de cerâmica, utilizados como padrão nos rolamentos SKF com anéis de aço NitroMax, permite que os rolamentos que combinam os dois materiais sejam menos sensíveis a diferenças de temperatura entre os anéis interno e externo. O nível de pré-carga, portanto, permanece muito mais estável, mesmo nos extremos das condições operacionais, resultando em perdas de atrito reduzidas, temperaturas operacionais mais baixas e maior vida útil da graxa.

Cerâmica

O material cerâmico usado nos corpos rolantes dos rolamentos de superprecisão SKF é um nitreto de silício para rolamentos que está de acordo com a norma ISO 26602:2009. Ele consiste em grãos finos alongados de nitreto de betassilício em uma matriz de fase vítrea. Ele oferece uma combinação de propriedades favoráveis, sobretudo para rolamentos de alta velocidade:

  • alta rigidez
  • alto módulo de elasticidade
  • baixa densidade
  • baixo coeficiente de expansão térmica 
  • alta resistividade elétrica
  • constante dielétrica baixa
  • nenhuma resposta a campos magnéticos

Para obter informações sobre as propriedades dos materiais, consulte a tabela 1.

Os rolamentos com anéis de aço e esferas de cerâmica são chamados de rolamentos híbridos.

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