Материалы и классы качества подшипниковых роликов

Подшипниковые ролики являются ключевыми компонентами механических трансмиссий, подшипников качения и другого оборудования. Их материал и класс качества напрямую влияют на срок службы, несущую способность и эксплуатационную стабильность оборудования. Ниже приводится подробное объяснение с точки зрения классификации материалов и классов качества:

I. Распространенные материалы подшипниковых роликов

Материал подшипниковых роликов должен соответствовать требованиям высокой прочности, высокой износостойкости, хорошей вязкости и усталостной прочности. Распространенные материалы включают:

1. Подшипниковая сталь (наиболее часто используемая)

Высокоуглеродистая хромистая подшипниковая сталь (например, GCr15, SUJ2)

• Характеристики: содержание углерода составляет около 1%, содержание хрома — около 1,5%. После закалки и низкотемпературной отпускания твердость может достигать HRC 60-65, с отличной износостойкостью и усталостной прочностью.
• Применение: Подходит для большинства подшипниковых роликов общего назначения, таких как радиальные шарикоподшипники и цилиндрические роликоподшипники, которые могут выдерживать средние нагрузки и скорости.

Цементированная подшипниковая сталь (например, 20CrMnTi, 12Cr2Ni4)

• Характеристики: Низкоуглеродистая легированная конструкционная сталь. После цементирования и закалки твердость поверхности достигает 58-62 HRC (износостойкость), а твердость сердцевины составляет 30-45 HRC (хорошая вязкость).
• Применение: Подходит для роликов, подверженных ударным нагрузкам, таких как подшипники автомобильных коробки передач и крупные механические подшипники.

2. Высокотемпературная подшипниковая сталь (например, Cr4Mo4V (M50), W18Cr4V)

• Характеристики: с добавлением молибдена, ванадия и других элементов, устойчива к высоким температурам (до 300-500 °C) и сохраняет высокую твердость и прочность при высоких температурах.
• Применение: ролики в высокотемпературных средах, таких как авиационные двигатели и паровые турбины.

3. Нержавеющая сталь

 9Cr18, 440C

• Характеристики: Содержание хрома ≥ 12%, с хорошей коррозионной стойкостью и стойкостью к окислению, а также твердостью до HRC 58-60.
• Применение: Ролики во влажных или коррозионных средах, таких как медицинское оборудование, пищевое оборудование и судостроение.

4. Керамические материалы

Нитрид кремния (Si₃N₄), диоксид циркония (ZrO₂)

• Характеристики: низкая плотность (около 1/3 от плотности стали), низкий коэффициент трения, высокая термостойкость, коррозионная стойкость, хорошая изоляция и немагнитность.
• Применение: высокоскоростные прецизионные станки, оборудование для производства полупроводников, высокотемпературные подшипники и другие области, где требуется легкий вес и коррозионная стойкость.

5. Другие специальные материалы

• Инструментальная сталь (например, T10A): подходит для низких нагрузок и низких скоростей при низкой стоимости.
• Композитные материалы: такие как композиты с металлической матрицей (с добавлением керамических частиц), которые могут сбалансировать прочность и износостойкость, подходят для специальных условий эксплуатации. 

II. Классы качества подшипниковых роликов

Класс качества подшипниковых роликов в основном определяется на основе точности размеров, допуска формы, качества поверхности и внутреннего качества. Существуют соответствующие международные и национальные стандарты (такие как ISO, GB/T), и общие классы качества следующие:

1. Класс точности размеров

• Основные показатели: отклонение диаметра ролика, отклонение длины, эллиптичность, конусность и т. д.
• Классификация классов (на примере GB/T):
  • Класс 0: высочайшая точность, отклонение размеров ≤ ±1 мкм, подходит для высокоточного оборудования, такого как прецизионные станки и аэрокосмическая техника.
  • Класс I: высокая точность, отклонение размеров ≤ ±3 мкм, подходит для высокоскоростных двигателей и подшипников прецизионных приборов.
  • Класс II: средняя точность, отклонение размеров ≤ ±5 мкм, подходит для общего машиностроения, автомобильных подшипников и т. д.
  • Класс III: обычная точность, отклонение размеров ≤ ±10 мкм, подходит для общего машиностроения с низкой скоростью и низкой нагрузкой.

2. Качество поверхности

• Основные показатели: шероховатость поверхности (значение Ra), дефекты поверхности (такие как царапины, трещины, питтинг).
• Требования к качеству:
  • Высокоточные ролики: Ra ≤ 0,02 мкм (зеркальная гладкость), отсутствие видимых дефектов, подходят для высокоскоростных и малошумных условий эксплуатации.
  • Обычные ролики: Ra ≤ 0,1-0,2 мкм, допускаются незначительные дефекты, соответствующие общим требованиям к рабочим условиям.

3. Качество внутренней поверхности

• Основные показатели: содержание неметаллических включений, глубина обезуглероженного слоя, однородность микроструктуры (например, степень мартенсита).
• Классификация качества:
  
  • Высококачественные ролики: степень включений ≤ 0,5 (согласно стандарту ISO 4967), отсутствие обезуглероженного слоя, однородная структура и длительный срок службы.
  • Обычные ролики: степень включений ≤ 2, глубина обезуглероженного слоя ≤ 0,02 мм, подходят для обычных нагрузок.

4. Комплексные стандарты качества

• Международные стандарты: такие как ISO 3096 (Подшипники качения. Ролики. Размеры и допуски), ISO 4963 (Подшипники качения. Ролики. Качество поверхности).
• Внутренние стандарты: такие как GB/T 307.3 (Подшипники качения — Допуски для роликов), который делит ролики на четыре класса: 0, I, II и III, соответствующие классам точности размеров. 

При выборе подшипниковых роликов необходимо подобрать материал в соответствии с конкретными условиями эксплуатации (нагрузка, скорость, температура, окружающая среда) и определить класс качества в соответствии с требованиями к точности оборудования. Хотя высококачественные ролики имеют более высокую стоимость, они могут значительно повысить надежность и срок службы оборудования и являются основной гарантией для ключевых механических компонентов.