Materiales usados para los aros y elementos rodantes de los rodamientos

Acero para rodamientos estándar

El acero usado para los rodamientos SKF de superprecisión es un acero al cromo-carbono de temple total extremadamente limpio (100Cr6), que contiene aproximadamente un 1% de carbono y un 1,5% de cromo conforme a la normativa ISO 683-17:1999. La composición de este acero para rodamientos ofrece un equilibrio óptimo entre la fabricación y el rendimiento de la aplicación. Normalmente, este acero recibe un tratamiento térmico martensítico o bainítico para alcanzar una dureza de entre 58 y 65 HRC.

Los rodamientos SKF de superprecisión se estabilizan térmicamente a una temperatura de hasta 150 °C (300 °F). Otros factores, como los materiales de la jaula y el sello o el lubricante podrían limitar la temperatura de funcionamiento admisible.

Para obtener información sobre las propiedades de los materiales, consulte la tabla 1.

Acero NitroMax (acero inoxidable rico en nitrógeno)
NitroMax es una nueva generación de acero inoxidable ultralimpio, rico en nitrógeno. En comparación con el acero al cromo-carbono para rodamientos estándares (100Cr6), el acero NitroMax aporta lo siguiente:
  • resistencia mejorada a la fatiga y al desgaste en condiciones de lubricación deficiente
    (k < 1)
  • mayor grado de resistencia a la fractura
  • resistencia superior a la corrosión

Cada una de estas características es beneficiosa cuando la velocidad es mayor que A = 1 a 1,15 × 106 mm/min.

La resistencia mejorada a la fatiga y al desgaste permite que los rodamientos funcionen durante más tiempo en todas las condiciones de lubricación y, especialmente, con una película de lubricante fina, a causa de la falta de lubricante cinemático a velocidades muy altas.

El mayor grado de resistencia a la fractura reduce el riesgo de fractura del aro interior debido al aumento de las tensiones circunferenciales de tracción provocadas por las fuerzas centrífugas producidas al funcionar a velocidades muy altas.

En comparación con los rodamientos fabricados de acero al cromo-carbono, este acero ultralimpio, rico en nitrógeno, prolonga significativamente la vida útil de los rodamientos cuando estos funcionan en condiciones de lubricación de película completa (k ≥ 1). En condiciones de lubricación de película fina, este efecto prolongador de la vida útil es aún más significativo diagrama 1.

El acero NitroMax es superior no solo a los aceros al cromo-carbono para rodamientos convencionales, sino también a otros aceros inoxidables ricos en nitrógeno. Para ilustrar por qué esto es así, es necesario comprender cómo afecta el nitrógeno la microestructura del acero y cómo esto se optimiza durante el tratamiento térmico.

Cuando el acero al cromo-carbono recibe un tratamiento térmico, el proceso produce carburos de cromo y cromo-molibdeno frágiles y de gran tamaño que merman la matriz de acero circundante de cromo y molibdeno, lo que reduce así su resistencia a la corrosión por picaduras. Por otra parte, cuando el acero NitroMax es endurecido y templado, se forman nitruros de cromo pequeños y finos (fig. 1). Esto se produce porque, cuando el nitrógeno sustituye en parte al carbono en la aleación de acero, se disuelve un contenido mucho mayor de cromo en la matriz de acero. Las zonas resultantes, de menor tamaño y con merma del cromo alrededor de los nitruros hacen que el acero NitroMax sea mucho más resistente a la corrosión (fig. 2).

La mayor resistencia a la fatiga del acero NitroMax está asociada con su microestructura coherente y con la fina distribución de precipitados de nitruro de cromo con pocos o ningún carburo secundario no disuelto en la microestructura. La fina estructura de NitroMax resulta mejor que el acero para rodamientos estándar 100Cr6, lo que ayuda a explicar el rendimiento superior de la estructura de acero NitroMax. Las fases finales de enfriamiento y templado del tratamiento térmico producen una mayor resistencia al impacto, estabilidad dimensional y dureza (> 58 HRC).

Otro beneficio del acero NitroMax es que tiene un menor coeficiente de dilatación térmica que el 100Cr6. Este beneficio, unido al bajísimo coeficiente de dilatación térmica de los elementos rodantes cerámicos utilizados de forma estándar en los rodamientos SKF con aros de acero NitroMax, hace que los rodamientos que combinan ambos materiales sean menos sensibles a las diferencias de temperatura entre los aros interiores y exteriores. Por lo tanto, el nivel de precarga se mantiene mucho más estable incluso en condiciones de funcionamiento extremas, lo que da lugar a menos pérdidas por fricción, menores temperaturas de funcionamiento y una mayor vida útil para la grasa.

Cerámicos

El material cerámico utilizado para los elementos rodantes de los rodamientos SKF de superprecisión es un nitruro de silicio para rodamientos de acuerdo con la normativa ISO 26602:2009. Está formado por granos finos y alargados de nitruro de silicio beta en una matriz vítrea. Proporciona una combinación de propiedades favorables especialmente para rodamientos de alta velocidad:

  • alto grado de dureza
  • módulo de elasticidad más alto
  • baja densidad
  • bajo coeficiente de dilatación térmica 
  • alta resistividad eléctrica
  • baja constante dieléctrica
  • ausencia de respuesta a los campos magnéticos

Para obtener más información sobre las propiedades de los materiales, consulte la tabla 1.

Los rodamientos con aros de acero y bolas cerámicas reciben el nombre de rodamientos híbridos.

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