Материалы колец и тел качения подшипников

Стандартная подшипниковая сталь

Стандартные прецизионные подшипники SKF производятся из сверхчистой хромоуглеродистой стали со сквозной закалкой (100Cr6), которая содержит примерно 1 % углерода и 1,5 % хрома в соответствии со стандартом ISO 683-17:1999. Состав данной стали, обеспечивает оптимальный баланс между технологическими и потребительскими характеристиками изделий. Данная сталь, как правило, проходит закалку на мартенсит или бейнит, в результате чего её твёрдость составляет от 58 до 65 HRC.

Прецизионные подшипники SKF стабилизированы для рабочих температур до 150 °C (300 °F). Однако другие факторы, такие как материал сепаратора и уплотнений или смазка, могут ограничить диапазон допустимых рабочих температур.

Информация о свойствах материалов представлена в таблице 1.

Сталь NitroMax (нержавеющая сталь с высоким содержанием азота)
NitroMax — новое поколение сверхчистой нержавеющей стали с высоким содержанием азота. При сравнении со стандартной хромоуглеродистой подшипниковой сталью (100Cr6) сталь NitroMax обладает следующими характеристиками:
  • повышенная усталостная прочность и износостойкость в условиях недостаточного смазывания
    (k < 1)
  • повышенная стойкость к растрескиванию
  • высокая коррозийная стойкость

Каждая из этих характеристик даёт дополнительные преимущества, когда параметр быстроходности превышает A = 1 до 1,15 × 106 мм/мин.

Повышенная усталостная прочность и износостойкость увеличивают срок службы подшипников в любых условиях смазывания, особенно в условиях кинематического смазочного голодания при очень высоких частотах вращения.

Более высокая стойкость к растрескиванию снижает опасность появления трещин на внутреннем кольце из-за повышенных растягивающих напряжений, вызванных центробежными силами при очень высоких частотах вращения.

По сравнению с хромоуглеродистой сталью, данная сверхчистая сталь с высоким содержанием азота значительно увеличивает срок службы подшипников при работе в условиях нормального смазывания (k ≥ 1). В условиях недостаточного смазывания увеличение срока службы ещё существеннее диаграмма 1.

Сталь NitroMax превосходит не только стандартные хромоуглеродистые подшипниковые стали, но и другие нержавеющие стали с высоким содержанием азота. Чтобы понять причину этого, необходимо рассмотреть влияние азота на микроструктуру стали, а также процесс термообработки.

При термообработке хромоуглеродистой стали получаются крупные хрупкие частицы карбида хрома и хромомолибдена, которые обедняют окружающую стальную матрицу хромом и молибденом, снижая сопротивляемость точечной коррозии. С другой стороны, в процессе закалки и отпускания стали NitroMax образуются частицы нитрида хрома меньших размеров (рис. 1). Когда азот частично заменяет углерод в стальном сплаве, намного большее количество хрома растворяется в стальной матрице. В результате получаемые меньшие зоны с обеднением хромом вокруг нитридов значительно повышают коррозионную стойкость стали NitroMax (рис. 2).

Повышенная усталостная прочность стали NitroMax обусловлена её однородной микроструктурой и равномерным распределением отложений нитридов хрома с небольшим количеством нерастворённых вторичных карбидов в микроструктуре. Качество структуры стали NitroMax выгодно отличается от стандартной подшипниковой стали 100Cr6, что объясняет её высокие эксплуатационные характеристики. Высокая ударная прочность, стабильность и твёрдость (> 58 HRC) достигаются в результате окончательной закалки и отпуска при термообработке.

Другим преимуществом стали NitroMax является более низкий коэффициент теплового расширения, чем у 100Cr6. Это преимущество, в сочетании с чрезвычайно низким коэффициентом теплового расширения керамических тел качения, которыми стандартно комплектуются подшипники SKF со стальными кольцами NitroMax, снижает чувствительность данных подшипников к температурной разнице между внутренними и наружными кольцами. Намного более стабильный уровень преднатяга, даже в экстремальных рабочих условиях, позволяет снизить потери на трение и рабочие температуры, а также увеличить срок службы пластичной смазки.

Керамика

Керамическим материалом для тел качения прецизионных подшипников SKF является подшипниковый нитрид кремния, соответствующий ISO 26602:2009. Он состоит из тонких продолговатых частиц бета-нитрида кремния, расположенных в кристаллической фазовой матрице. Материал обладает хорошими характеристиками, особенно для высокоскоростных подшипников:

  • высокая твёрдость
  • высокий модуль упругости
  • низкая плотность
  • низкий коэффициент теплового расширения 
  • высокое электрическое сопротивление
  • низкая диэлектрическая постоянная
  • нечувствительность к магнитным полям

Информация о свойствах материалов представлена в таблице 1.

Подшипники со стальными кольцами и керамическими шариками называются гибридными.

SKF logo