Az alkalmazásspecifikus csapágazó acélok és a felületkezelések lehetővé teszik a csapágyak megbízhatóságának jelentős növelését, ami hozzájárul a gépek és berendezések TCO (teljes tulajdonköltség) csökkentéséhez.
A nagy teljesítményű csapágyak esetében az (acél) anyagok kiválasztása és optimalizálása központi szerepet játszik fejlesztésükben. Ezért az anyaggyártás az NSK négy alapvető kutatási és fejlesztési technológiájának egyike.
Speciális ötvözet és speciális hőkezelés kombinációját alkalmazták az NSK Super Tough acéljának fejlesztéséhez
Anyagi tisztaság
Az ötvözött csapágyacélok, például a 100 Cr6 (vagy a japán szabvány szerint SUJ2) fáradtsága elsősorban a zárványtartalomtól függ. Különösen az oxidok vagy a nemfémes zárványok elősegítik a versenypálya felszín alatti negatív hatásokat. Például ismert, hogy az alumínium-oxid zárványok, amelyeket az olvadás során az oxidáció folyamata alakít ki, jelentősen csökkenthetik a csapágyfáradási élettartamot. Ez a hatás azért jön létre, mert az alumínium-oxid zárványok viszonylag kemények és felszakadhatnak. a héját feldolgozzák, például kovácsolás közben. Szakadás esetén a zárványok összezsugorodnak és gyengítik a mikrostruktúrát.
A BNEQARTET mélyhornyú golyóscsapágyakat elektromos gépek, például háztartási gépek hajtásában használják
Egy vezető acélgyártóval együttműködve az NSK olyan anyagokat fejlesztett ki, mint a Z acél, az EP acél és aBNEQUARTET, hogy megakadályozza az ilyen típusú negatív hatásokat. Ezen anyagok egy részét speciális olvasztási eljárásokkal gyártják, amelyek csökkentik a nemfémetartalmat és meghosszabbítják a fáradtságot.
Alkalmazás-specifikus hőkezelés
A hőkezelés egy másik paraméter, amely befolyásolja az acélok sajátos jellemzőit, és ezáltal a csapágyakat is. Ez az oka annak, hogy az olyan anyagokat, mint az NSK SHX acélja, speciális hőkezelésnek vetik alá, amely különösen ellenáll a magas üzemi hőmérsékleten történő kopásnak. Az ilyen típusú csapágyakra nem csak ott van szükség, ahol a hő a folyamat velejárója.
A fejlesztés során az SHX acél tulajdonságait átfogó kopásállósági vizsgálatokkal igazolták, ideértve a négy golyós és görgős teszteket, valamint az anyag és a felület fáradtságának élettartamát.
Tipikus sérülési minta: Fehér maratási területek az anyag felülete alatt
A különbség az ötvözetben van
A harmadik paraméter a nagyobb csapágymegbízhatóság érdekében az ötvözet. Az ötvözetek megakadályozhatják, vagy legalábbis minimalizálhatják a repedések kialakulását a csapágy mikroszerkezetében. Ismét az acélgyártókkal együttműködve az NSK különféle speciális ötvözeteket fejlesztett ki ehhez az alkalmazásprofilhoz.
Beégetett négysoros hengeres gördülőcsapágyak, amelyeket szélturbinák integrált bolygócsapágyaként használnak
Az olyan anyagok, mint az NSK Super Tough acélja, az optimális hőkezelés és egy speciális ötvözet kombinálásával jönnek létre (Image1). Például az acélok edzése olyan eljárással, mint a szénsavas víztisztítás, a szennyezett kenési feltételek mellett becsült élettartamhoz képest kétszer növeli a szolgáltatási élettartamot. Azokban a környezetekben, ahol a kenőanyag normál szennyeződéseket tartalmaz, a csapágy élettartama akár 10-szeresére is megnőhet. Ennek a javított teljesítménynek az az oka, hogy a kenőanyag elégtelen kenése vagy szennyeződése által okozott felület okozta kopás jelentősen csökken. Viszont a „fehér marató repedések” (WEC) által okozott esetleges károsodások késnek.
1. példa
Az új anyagok kifejlesztése általában reagál az ipari trendekre vagy az alkalmazási követelmények változásaira. Ez történt a BNEQUARTET technológiával, amelyet az NSK először két évvel ezelőtt vezetett be (Image2). A BNEQUARTET-et eredetileg a mosógépek méretének állandó növekedésére reagálva hozták létre. A mélyhornyú golyóscsapágyak széles körben megtalálhatók az egész Európában az elöltöltős mosógépekben, amelyek egyenetlen és aszimmetrikus terhelésnek vannak kitéve. A dob méretének növekedésével a nagyobb mosási terhelések egyre nagyobb követelményeket támasztanak a csapágyakkal szemben.
A Super-TF előnyei, ha szennyezett kenőanyaggal üzemeltetik
Válaszul az NSK anyagszakértői egy speciális acél ötvözetének összetételének javítására vállalkoztak, amely megakadályozza a repedések és mélyedések kialakulását a versenypályákon, és ami a legfontosabb, megakadályozza a szaporodást. Ezenkívül ez a bizonyos acél különösen tiszta. A BNEQARTET technológiában alkalmazott intézkedéscsomag a csapágy élettartamának megduplázódását eredményezte, nagy terhelés és kedvezőtlen környezeti feltételek mellett.
2. példa
Az alkalmazás-orientált anyagfejlesztés másik példája a szélturbina-technológia. Itt az anyagfelület alatt a csapágyak WEC-ként károsodhatnak (3. kép). A törékeny ferrit ezen fehérszerkezetei, amelyeket a mikrostruktúra változásai hoznak létre, az anyag maratott és csiszolt keresztmetszeteiben figyelhetők meg. A megváltozott struktúrák már nem képesek ellenállni az alkalmazott nagy terheléseknek. A WEC-k kialakulnak és szétterülnek, ami olyan felületi hibákhoz vezet, mint a gödrözés vagy a WSF (fehér szerkezetű hámlás).
Az NSK további kutatási területe a csapágyak kerámia alkatrészei és bevonatai
A tudósok soha nem tudták teljes mértékben megmagyarázni a WEC okait. A jelenlegi gondolkodás azt feltételezi, hogy a feltételeket a hajtásláncon belüli komponens-kölcsönhatás okozza. Ide tartoznak a dinamika, a vegyes súrlódás, az elektromos töltések / áramok, a kémiai tényezők, a csúszás / csúszás mozgásai és a hidrogén diffúziója.
Ellenintézkedések kidolgozása
A WEC laboratóriumban történő reprodukálásának köszönhetően az NSK ezt követően képes volt olyan intézkedések kidolgozására, amelyek magukban foglalják a martenzittel edzett csapágyacélok felégetését, speciális otherm anyagokkal együtt (Image4). Kimutatták, hogy ez a további folyamat jelentősen késlelteti a WECdamage előfordulását.
A WEC károsodásának valószínűségének csökkentésére egy másik hatékony módszer az NSK kemény acélból készült csapágygyűrűinek használata. Az anyag és a felületkezelés ezen kombinációjának alkalmazásával a dinamikus terhelhetőség 23% -kal javulhat, ami a gördülőcsapágyakban megegyezik a fáradtság élettartamának megduplázásával.
A WEC károsodásának csökkentése
A gyenge kenés vagy a szennyezett kenőanyag okozta felület okozta kopás tekintetében ez jelentősen csökken az STF csapágyak (Image5) használatával, miközben a lehetséges WEC károsodások késnek. Az NSK-tesztek sorozata azt mutatta, hogy a károk kialakulása előtti idő megduplázódott.
Egy másik előnyös stratégia az „Anti-White Structure-Tough” (AWS-TF), saját NSK anyagból készült csapágygyűrűk használata, amelyet kifejezetten a WEC károsodásának megakadályozására fejlesztettek ki. Kiterjedt vizsgálatsorozatban a hagyományos acél csapágygyűrűk élettartamát a WECdamage észlelésének pillanatáig mérték. Ezután a tesztsorozatot megismételtük AWS-TF-vel. A hagyományos acél csapágygyűrűk nyolcszoros élettartama után semmilyen WEA-t (fehér maratási terület) nem észleltek az anyagban.
Műanyagok és kerámiák
Az NSK anyagfejlesztése nem csak az acélról szól. A műanyagokat, valamint a színesfémeket, például a sárgarézet is tesztelik annak érdekében, hogy pontosan célzottan javítsák a ketrecek jellemzőit. Ezenkívül a kerámia és a kerámia bevonatok (Image6) egyre nagyobb szerepet játszanak, amikor az elektromos vezetőképességi tulajdonságok módosítására van szükség. csapágyak és kopásállóságuk. Ebben a témában az NSK a közelmúltban mutatta be a HDY2 nevű kerámia fejlesztést, amely optimalizált szigetelési és hővezetési jellemzőkkel rendelkezik.
Végül az anyagfejlesztés másik fókuszterülete a kenőanyagokat érinti. A tribológia az NSK kutatási és fejlesztési szervezetében különálló kompetencia az anyagtechnika mellett.