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轴承的制造材料常见的有哪些种类?

时间:2023-04-13   访问量:380

轴承是当代机械设备的重要组成部分。其主要作用是支撑机械旋转体,降低其运动过程中的摩擦系数,保证其旋转精度。

轴承材料的发展也呈现高级化、复合化、多样化,其中金属轴承材料就包括高碳铬钢、渗碳钢、不锈钢、耐热钢、工具钢等材料,非金属材料有陶瓷、工程塑料、石墨和碳纤维等。轴承材质的种类逐渐丰富,其成品优势各有不同,本文就金属、工程塑料、陶瓷这三种种材质的轴承特性做逐一介绍。

(一)陶瓷轴承

优势:

①陶瓷材料耐腐性强,因此陶瓷轴承几乎不怕腐蚀,可以在布满腐蚀性介质的特殊恶劣环境下作业。

②陶瓷滚动轴承上由于陶瓷滚动小球的密度比钢低,所以重量更轻,转动时对外圈的离心作用可降低40%,从而产品的使用寿命可以大大延长。

③陶瓷材料受热胀冷缩的影响比金属小,合理安排各个陶瓷轴承间的间隙可以将轴承应用在温差变化起伏较大的环境中运作。

④全陶瓷轴承的疲劳寿命比全钢轴承长10~50倍,混合陶瓷轴承寿命则比全钢轴承的寿命高3~5倍左右,在使用寿命上陶瓷轴承远远高于金属轴承。

⑤陶瓷轴承的耐磨性、弹性模量高于金属轴承,摩擦系数低所以添加润滑油运转的陶瓷轴承在油变稀或缺少的情况下,润滑性能仍不会低于传统钢轴承常用的传统润滑剂。

劣势:制备陶瓷轴承成品的加工方法要求高,成本高,这在很大程度阻碍了陶瓷轴承的普及性应用。

(二)金属轴承

优势:金属轴承的最大优势在于加工方便、相对于陶瓷、工程塑料轴承来说加工成本,价格优势明显;其次耐冲性能好,金属材料品种多样,适用于大部分常规轴承设备的应用需求。

劣势:使用寿命短,运行时所需润滑油消耗较大

(三)工程塑料轴承

优势:

①成品密度低,体积轻,高速运转时的起动力矩小,还能减低转动的能耗,适合应用于现代化的轻量型结构产品设计中。

②其制备方式为开模注塑成型法,成品的生产周期短,速度快,制造成本低,且设计产品的灵活性大,可被设计成较为复杂的结构形式,整体上经济性好,便于大批量、规模化生产,能够提升生产效率,节约制造成本。

③工程塑料轴承本身具备出色的自润滑作用,可满足不能够使用润滑油的工程状态(例如:食品、包装、医疗机械等),产品维护成本低。

④具有耐磨、低摩擦、抗咬合性等特点,可以根据所需成本的需要加入耐磨元素,将摩擦系数降到更低,由此摩擦热的降低能够维持更好的使用性能。

⑤基于自身的材质特性工程塑料轴承拥有缓震减振的使用性能,运行中可大幅度减少运转噪音的出现,能被应用至特殊环境中。

⑥具有稳定的高耐热性和稳定的规格尺寸,温差区间一般在-250℃~+320℃,可满足多数工程状态的运行温度。

⑦工程塑料轴承的制备灵活性高,能按照不同性能所需选取不一样的原材料来增强韧性,由此加大韧性来增强产品的抗冲击、抗断裂性,同理也可以加大刚度提升硬度标准。

劣势:工程塑料轴承的劣势在于机械性能差,转速较低、载荷低,并且不耐高温,高温承受上限低。

轴承钢常见的类型:

SAE52100 铬钢(无前缀)

更高的硬度,更长的使用寿命

成本更低

适用于 120°C 恒定温度至 150°C 间歇性温度

耐腐蚀性差

这是大多数滚珠轴承的标准钢。它比不锈钢更硬,这意味着更高的寿命等级。它还具有优于标准440级不锈钢的低噪音质量。铬钢实际上具有低铬含量,并且不耐腐蚀。铬钢可以承受高达120°C的连续温度。 高于此温度,它会发生更大的尺寸变化,并且硬度会受到影响,从而降低负载能力。它可以间歇性地承受高达150°C的温度,但高于此温度,轴承寿命显着降低。

440级马氏体不锈钢(前缀“S”)

对水和许多弱化学品具有良好的耐腐蚀性

适用于 -70°C 至 250°C 恒定温度或 300°C 间歇性温度

比铬钢略软,因此额定载荷更低

会在盐水或盐雾中腐蚀,耐酸/碱性差

比铬钢贵

由于铬含量更高和镍的添加,440级不锈钢更耐腐蚀,是耐腐蚀球轴承最常用的。铬与空气中的氧气反应,在钢表面形成氧化铬层,称为钝化膜。它通过热处理硬化,并提供了强度和耐腐蚀性的良好组合。这种钢具有磁性,与300级奥氏体钢不同。

AISI440等级的负载能力比铬钢低约20%,因此寿命额定值将略有降低。当暴露于淡水和一些较弱的化学物质时,该等级具有良好的耐腐蚀性,但在海水环境中或与许多腐蚀性化学物质接触时会腐蚀。KS440 / ACD34 / X65Cr13级不锈钢具有较低的碳含量,由EZO日本使用,具有更高的耐腐蚀性,更大的负载能力(比铬钢低约10%)和优于标准AISI440C等级的低噪音质量。440级不锈钢还可以承受比铬钢更高的温度,可承受高达250°C的恒定温度和高达300°C的间歇性温度,同时降低负载能力。高于300°C,轴承寿命可以大大缩短。

AISI316 奥氏体不锈钢(前缀“S316”)

对水、盐水和许多化学品具有非常好的耐腐蚀性

适用于温度高达 500°C 的满补型

适用于低至 -250°C 的低温应用

对磁场的响应可以忽略不计

由于产量低,比440级更贵。

仅适用于极低负载和低速

不适用于低噪声应用

316级不锈钢轴承用于对海水,盐雾和某些酸/碱具有更高的耐腐蚀性。它们适用于非常高的温度应用,因为钢在高达500°C的温度下很有用。 它们还可用于低温应用,因为钢在-250°C下保持其韧性。 与440级轴承不同,316不锈钢轴承被归类为非磁性轴承,因为它们对磁场的响应可以忽略不计,尽管316不锈钢在冷加工后可能会变得更有磁性。

轴承热处理中几种常见的金相组织

铁素体——α-Fe,体心立方晶体。

铁素体的塑性很高,屈服强度很低,非常容易塑性变形。


奥氏体——γ-Fe,高温下C溶于铁素体中的固溶体,面心立方晶体。奥氏体具有较高的塑性,屈服强度低,很容易塑性变形。


渗碳体——Fe3C,铁原子和碳原子构成的化合物(碳化物),正火晶系。渗碳体的硬度很高,强度很大,显脆性。

一次渗碳体是残留化合物,是钢加热进行奥氏体化时,未完全融化的碳化物;

二次渗碳体是析出碳化物,是钢在完成奥氏体化后,冷却过程中从奥氏体中析出的碳化物。

珠光体——铁素体与渗碳体组成的层片状组织。珠光体中铁素体与渗碳层片的粗细及形态,对其性能影响很大,因此又将层片粗细不同的珠光体分为普通片状珠光体、索氏体、屈氏体;另外将片状珠光体中的碳化物熔断后形成球状,得到球状珠光体。球状珠光体是铁素体基体上分布着粒状渗碳体。


1)均匀的、细粒状的珠光体,比粗粒状、片状的、粗片状的珠光体热处理加热温度范围窄,温度容易控制;且塑性好、切削阻力小,便于切削加工。

2)均匀分布、尺寸大小适宜的粒状珠光体,为以后的淬火提供了良好的组织状态,使得淬火温度范围宽,淬火后所得到马氏体组织细小、均匀,不易产生过热及软点,对提高轴承的内在质量打下良好的基础。

3)若淬火前的原始组织为粗粒状、片状及粗片状的珠光体,则其过热敏感性大,加热温度不易控制,淬火后组织不均匀,使工件易变形与开裂,机械性能低劣;另外,片状珠光体硬度较球状珠光体高,塑性较差,切削阻力大,切削不易分离,使加工表面粗糙度升高。零件的车加工精度很难保证,这种原始组织必须经正火后再次退火处理。

SKL Techenonlogies Germany GmbH 是德国轴承生产企业,20世纪50年代在德国勒沃库森成立,产品广泛应用于世界上各一线顶尖制造行业。是高精密机床和加工设备、铁路运输、轧机技术、工业和大型齿轮箱、造纸和塑料加工以及海上技术等多个行业领域配套客户的可靠合作伙伴。


世界的经济格局在21世纪初开始发生重大的改变,2016年,SKL整合资源调整方向成立面向全世界的制造与销售公司,寄目标把德国SKL技术向全球化拓展,先后成立中国分部,东南亚分部,南美分部以及非洲分部,并在上海成立大中华区(上海)技术中心与划拨中心, 致力于为亚洲市场提供本地化、定制化、数字化的解决方案。


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