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提高轴承可靠性的材料和表面处理技术

来源:www.sykltzc.com 发布时间:2020年11月25日
沈阳轴承——提高轴承可靠性的材料和表面处理技术

使用专用轴承钢和表面处理可显著提高轴承的可靠性,进而有助于降低机械和设备的总拥有成本。

材料纯度、工艺与专用热处理

100cr6(或日本标准SUJ2)等合金轴承钢的疲劳寿命主要取决于夹杂物含量。尤其是氧化物或非金属夹杂物,会在滚道表面下产生负面影响。因为在氧化过程中,氧化铝夹杂物能导致轴承疲劳寿命大幅度降低。由于氧化铝夹杂物相对较硬,并且钢材加工时,可能会破裂(例如在锻造过程中),夹杂物收缩并削弱组织。

NSK与领先的钢铁制造商合作,开发了Z钢、EP钢和BNEQUARET等材料,以防止此类负面影响。其中一些材料是用特殊的熔炼工艺制造的,这种工艺可以减少非金属含量并延长疲劳寿命。

热处理是另一个影响钢的特性,从而也影响轴承性能的参数。NSK的SHX钢要经过特殊的热处理提高耐磨性。在研制过程中,通过四球试验、轧辊试验、材料和表面疲劳寿命试验等综合耐磨试验,证明了SHX钢的性能。将热处理与特殊合金相结合形成NSK强韧钢等材料。

使用碳氮共渗等工艺对钢进行淬火,使其在受污染润滑条件下的使用寿命提高一倍。在润滑剂含有正常杂质的环境中,轴承的使用寿命甚至可以提高10倍。

开发新材料
新材料的开发通常是根据工业发展趋势或应用要求的变化而进行的。NSK材料专家着手改善一种特殊钢的合金成分,这种材料能防止滚道中形成裂纹和压痕,并阻止裂纹和压痕扩展。此外,这种特殊的钢特别纯净。NSK还引入了BNEQUARTET技术。该技术所采用的一系列措施,使轴承在高负荷和恶劣环境条件下的使用寿命增加了一倍。

在风力涡轮机技术方面,重点研究材料表面以下可能会发生WEC形式的轴承损坏。NSK在材料的蚀刻和抛光横截面上,观察到这些由微观结构变化形成的脆性铁素体白色结构。改变后的结构不再能够承受所施加的高负荷。WECS形成并扩展,导致表面缺陷,如点蚀或WSF(白色结构剥落)。NSK认为,这些情况是由动力系统内部件相互作用的影响引起的。这些因素包括动力学、混合摩擦、电荷/电流、化学因素、滑移/滑动运动和氢扩散。


NSK的材料开发不仅仅是钢铁。对塑料材料以及黄铜等有色金属也进行了测试,以便对保持架的特性进行精细的有针对性的改进。此外,当需要调整轴承的导电性能和耐磨性时,陶瓷和陶瓷涂层发挥越来越大的作用。在这个问题上,NSK近期推出了一种称为HDY2的陶瓷开发,它具有优化的绝缘和导热特性。
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最后,材料开发的另一个重点领域是润滑剂。摩擦学是NSK研究和开发组织的一项独立核心能力,与材料技术并驾齐驱。

减少WEC损伤

由于在实验室成功地复制了WEC,NSK随后开发出对策,包括对马氏体硬化轴承钢以及特定的其他材料进行抛光。这个额外的过程已经证明能够显著延迟WEC损伤的发生。降低WEC损坏概率的另一个有效方法是使用NSK的硬钢制成的轴承套圈。使用这种材料和表面处理的组合,动态额定载荷通常可以提高23%,这在滚动轴承中相当于疲劳寿命的两倍。

对于由于润滑不良或润滑油污染而引起的表面磨损,使用STF轴承可大大降低磨损,同时延迟WEC的潜在损坏。一系列NSK测试表明,损伤开始前的时间是原来的两倍。

另一个有利的措施是使用由“抗白色结构韧性”(AWS-TF)材料制成的轴承套圈,这是一种NSK专有材料,专门为防止WEC损坏而开发。在一系列广泛的试验中,一直测量常规钢轴承套圈的使用寿命,直到检测出WEC损伤的那一刻。然后,使用AWS-TF重复测试序列。在测量到使用寿命是传统钢轴承套圈的8倍后,材料中仍未检测到WEA(白色腐蚀区域)。
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