Matériaux pour bagues de roulement et éléments roulants

Acier pour roulement standard

L'acier utilisé pour les roulements de Super Précision SKF standard est un acier carbone chrome ultra-pur trempé à cœur (100Cr6), contenant environ 1 % de carbone et 1,5 % de chrome, conformément à ISO 683-17:1999. La composition de cet acier pour roulement fournit l'équilibre optimal entre les exigences en matière de fabrication et les exigences en matière de performances. Cet acier est normalement soumis à un traitement thermique martensitique ou bainitique pour obtenir une dureté comprise entre 58 et 65 HRC.

Les roulements de Super Précision SKF sont thermostabilisés jusqu'à 150 °C . Cependant d'autres facteurs, tels que le matériau de la cage, le matériau du joint ou le lubrifiant peuvent limiter la température de fonctionnement permissible.

Pour obtenir des informations sur les propriétés des matériaux, consultez le tableau 1.

Acier NitroMax (acier inoxydable à haute teneur en azote)
Le NitroMax est un acier inoxydable ultra-pur à haute teneur en azote de nouvelle génération. Par rapport à l'acier pour roulement au carbone chrome standard (100Cr6), l'acier NitroMax présente les avantages suivants :
  • meilleure résistance à la fatigue/l'usure en cas de mauvaise conditions de lubrification
    (k < 1)
  • résistance à la rupture plus élevée
  • résistance supérieure à la corrosion

Chacune de ces caractéristiques est avantageuse lorsque la vitesse est supérieure à A = 1 à 1,15 × 106 mm/min.

La résistance accrue à la fatigue/l'usure permet aux roulements de fonctionner plus longtemps dans toutes les conditions de lubrification, en particulier en cas de fonctionnement avec un film fin engendré par une insuffisance cinématique de lubrifiant à très grande vitesse.

La résistance à la rupture plus élevée réduit le risque de fracture de la bague intérieure en raison de l'augmentation des contraintes de tension circulaires provoquées par les forces centrifuges lors d'un fonctionnement à très grande vitesse.

Par rapport aux roulements en acier au carbone chrome, cet acier ultra-pur à haut teneur en azote peut prolonger la durée de service des roulements de manière significative lors du fonctionnement avec une lubrification à film plein (k ≥ 1). En cas de lubrification avec un film fin, cet effet de prolongement de la durée de service est encore plus appréciable diagramme 1.

L'acier NitroMax est supérieur aux aciers pour roulements traditionnels au carbone chrome, mais également à d'autres aciers inoxydables à haute teneur en azote. Pour expliquer cela, il est nécessaire de comprendre la manière dont l'azote influence la microstructure de l'acier et dont ce phénomène est optimisé pendant le traitement thermique.

Lorsque l'acier au carbone chrome est soumis à un traitement thermique, le processus génère de grands carbures fragiles de chrome et chrome-molybdène qui appauvrissent la teneur en chrome et en molybdène de la matrice en acier et réduisent, de ce fait, sa résistance aux piqûres de corrosion. D'autre part, lorsque l'acier NitroMax est durci et trempé, de petits nitrures de chrome fins se forment (fig. 1). Cet effet s'explique par le fait que quand l'azote remplace partiellement le carbone dans l'alliage d'acier, un volume beaucoup plus grand de chrome est dissous dans la matrice en acier. Les zones appauvries en chrome plus petites apparaissant ainsi autour des nitrures rendent l'acier NitroMax beaucoup plus résistant à la corrosion (fig. 2).

La plus grande résistance à la fatigue de l'acier NitroMax s'allie à sa microstructure cohérente et à la répartition fine des précipités de nitrures de chrome avec peu ou pas de carbures secondaires non dissous dans la microstructure. La finesse de la structure du NitroMax constitue un avantage par rapport à l'acier pour roulement standard 100Cr6, ce qui aide à expliquer les performances supérieures de la structure de l'acier NitroMax. Le degré élevé de résistance aux impacts, de stabilité dimensionnelle et de dureté (> 58 HRC) s'obtient à travers les étapes de trempe du traitement thermique.

L'acier NitroMax présente en outre un coefficient de dilatation thermique inférieur à celui du 100Cr6. Cet avantage, associé au coefficient de dilatation thermique extrêmement faible des éléments roulants en céramique, utilisés de série dans les roulements SKF équipés de bagues en acier NitroMax, permet aux roulements alliant les deux matériaux d'être moins sensibles aux différences de température entre les bagues intérieures et extérieures. Le niveau de précharge reste ainsi beaucoup plus stable, même dans des conditions de fonctionnement extrêmes, ce qui réduit les pertes dues au frottement, abaisse les températures de fonctionnement et prolonge la durée de vie de la graisse.

Céramique

La céramique utilisée pour les éléments roulants des roulements de Super Précision SKF est un nitrure de silicium de qualité roulement conforme à la norme ISO 26602:2009. Elle est constituée de grains de nitrure de silicium finement allongés dans une matrice de phase vitreuse. Elle fournit une combinaison de propriétés favorables surtout pour les roulements à haute vitesse :

  • dureté élevée
  • coefficient d'élasticité élevé
  • faible densité
  • faible coefficient de dilatation thermique 
  • résistivité électrique élevée
  • constante diélectrique faible
  • aucune réaction aux champs magnétiques

Pour obtenir des informations sur les propriétés des matériaux, consultez le tableau 1.

Les roulements munis de bagues en acier et de billes en céramique portent le nom de roulements hybrides.

SKF logo