Việc sử dụng thép chịu lực dành riêng cho ứng dụng và xử lý bề mặt cho phép độ tin cậy của vòng bi tăng lên đáng kể, do đó góp phần giảm TCO của máy móc và thiết bị (tổng chi phí sở hữu).
Đối với vòng bi hiệu suất cao, việc lựa chọn và tối ưu hóa vật liệu (thép) đóng vai trò trung tâm trong quá trình phát triển của chúng. Vì lý do này, kỹ thuật vật liệu là một trong bốn công nghệ nghiên cứu và phát triển cốt lõi tại NSK.
Sự kết hợp giữa hợp kim đặc biệt và xử lý nhiệt cụ thể đã được sử dụng để phát triển thép siêu dẻo dai của NSK
Vật chất tinh khiết
Ví dụ, tuổi thọ mỏi của thép chịu lực hợp kim như 100 Cr6 (hoặc SUJ2 theo tiêu chuẩn Nhật Bản) phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng bao gồm. Đặc biệt, các tạp chất oxit hoặc phi kim loại, thúc đẩy các tác động tiêu cực dưới bề mặt mương. Ví dụ, người ta đã biết rằng các tạp chất ôxít nhôm, được hình thành bởi quá trình ôxy hóa trong quá trình nóng chảy, có thể dẫn đến giảm đáng kể tuổi thọ mỏi của ổ trục. thép đang được xử lý, chẳng hạn như trong quá trình rèn. Khi sự vỡ ra xảy ra, các tạp chất sẽ co lại và suy yếu về cấu trúc vi mô.
Vòng bi rãnh sâu BNEQARTET được sử dụng trong các ổ đĩa của máy điện như thiết bị gia dụng
Hợp tác với một nhà sản xuất thép hàng đầu, NSK đã phát triển các vật liệu như thép Z, thép EP và thépBNEQUARTET để ngăn chặn loại tác động tiêu cực này. Một số vật liệu này được sản xuất bằng quy trình nấu chảy đặc biệt làm giảm hàm lượng phi kim loại và kéo dài tuổi thọ mỏi.
Xử lý nhiệt ứng dụng cụ thể
Xử lý nhiệt là một thông số khác ảnh hưởng đến các đặc tính cụ thể của thép và do đó ảnh hưởng đến vòng bi. Thực tế này là lý do tại sao các vật liệu như thép SHX của NSK được xử lý nhiệt cụ thể đặc biệt chống mài mòn ở nhiệt độ hoạt động cao. Vòng bi loại này được yêu cầu không chỉ khi nhiệt hiện diện như một phần vốn có của quá trình, mà còn trong các ứng dụng như công cụ máy móc, nơi tốc độ trục chính nhanh tạo ra nhiệt độ cao trong các thành phần truyền động.
Trong quá trình phát triển, các đặc tính của thép SHX đã được chứng minh bằng các bài kiểm tra độ bền mài mòn toàn diện, bao gồm các bài kiểm tra bốn bi và con lăn, cũng như các bài kiểm tra tuổi thọ vật liệu và độ bền mỏi bề mặt.
Dạng hư hỏng điển hình: Các vùng khắc màu trắng bên dưới bề mặt vật liệu
Sự khác biệt là ở hợp kim
Tham số thứ ba trong nhiệm vụ về độ tin cậy của ổ trục cao hơn là hợp kim. Hợp kim có thể ngăn chặn, hoặc ít nhất là giảm thiểu sự hình thành các vết nứt trong cấu trúc vi mô ổ trục. Một lần nữa cộng tác với các nhà sản xuất thép, NSK đã phát triển các hợp kim đặc biệt khác nhau cho hồ sơ ứng dụng này.
Vòng bi lăn hình trụ bốn dãy được nung được sử dụng làm ổ trục hành tinh tích hợp trong tuabin gió
Các vật liệu như thép Super Tough của NSK đến từ việc kết hợp xử lý nhiệt tối ưu với một phương pháp đặc biệt (Hình ảnh 1). Ví dụ, việc làm cứng thép bằng cách sử dụng một quy trình chẳng hạn như thấm cacbon làm gia tăng tuổi thọ thiết bị lên hệ số hai so với tuổi thọ ước tính trong điều kiện bôi trơn bị ô nhiễm. Trong môi trường mà chất bôi trơn có tạp chất thông thường, tuổi thọ vòng bi thậm chí có thể tăng lên theo hệ số 10. Lý do cho hiệu suất được cải thiện này là do mài mòn bề mặt gây ra do bôi trơn không đủ hoặc nhiễm bẩn giảm đáng kể. Đổi lại, mọi hư hỏng tiềm ẩn do 'vết nứt khắc trắng' (WECs) sẽ bị trì hoãn.
ví dụ 1
Việc phát triển các vật liệu mới thường là để đáp ứng với xu hướng công nghiệp hoặc những thay đổi trong yêu cầu ứng dụng. Đây là trường hợp của công nghệ BNEQUARTET mà NSK đã giới thiệu lần đầu tiên cách đây hai năm (Image2). BNEQUARTET ban đầu được tạo ra để đáp ứng với sự gia tăng ổn định về kích thước của máy giặt gia công. Các ổ bi rãnh sâu được tìm thấy nhiều trong các máy giặt cửa trước trên khắp Europeare chịu tải không đồng đều và không đối xứng. Với kích thước lồng giặt ngày càng tăng, khối lượng giặt cao hơn đặt ra nhu cầu cao hơn về vòng bi.
Ưu điểm của Super-TF khi hoạt động với chất bôi trơn bị ô nhiễm
Đáp lại, các chuyên gia vật liệu của NSK đặt ra mục tiêu cải thiện thành phần hợp kim của một loại thép đặc biệt giúp ngăn ngừa các vết nứt và vết lõm hình thành trong mương và quan trọng nhất là ngăn chúng lan truyền. Rõ ràng, loại thép đặc biệt này đặc biệt tinh khiết. Tập hợp các biện pháp được áp dụng trong công nghệ BNEQARTET giúp tăng gấp đôi tuổi thọ vòng bi trong khi chịu tải trọng cao và điều kiện môi trường không thuận lợi.
Ví dụ 2
Một ví dụ khác về phát triển vật liệu theo định hướng ứng dụng đến từ công nghệ tuabin gió. Ở đây, hư hỏng vòng bi dưới dạng WEC có thể xảy ra bên dưới bề mặt vật liệu (Hình 3). Các cấu trúc trắng này của ferit giòn, được hình thành do những thay đổi trong cấu trúc vi mô, có thể được quan sát thấy trong các mặt cắt được khắc và đánh bóng của vật liệu. Các cấu trúc bị thay đổi không còn có thể chịu được tải trọng cao được áp dụng. WECs hình thành và lan rộng, dẫn đến các khuyết tật bề mặt như rỗ hoặc WSF (bong tróc cấu trúc màu trắng).
Các thành phần gốm và lớp phủ cho vòng bi là một lĩnh vực nghiên cứu bổ sung tại NSK
Các nhà khoa học chưa bao giờ có thể giải thích đầy đủ lý do của WEC. Tư duy hiện tại cho rằng các điều kiện là do tác động của sự tương tác giữa các thành phần trong hệ thống truyền lực. Chúng bao gồm động lực học, ma sát hỗn hợp, điện tích / dòng điện, yếu tố hóa học, chuyển động trượt / trượt và khuếch tán hydro.
Phát triển các biện pháp đối phó
Nhờ thành công trong việc tái tạo WEC trong phòng thí nghiệm, NSK sau đó đã có thể phát triển các biện pháp khắc phục bao gồm việc đánh bóng thép chịu lực làm cứng bằng mactenxit, cùng với các vật liệu cụ thể khác (Hình 4). Quá trình bổ sung này đã được chứng minh là làm trì hoãn đáng kể sự xuất hiện của WECdamage.
Một phương pháp hiệu quả khác để giảm xác suất hư hỏng của WEC là sử dụng các vòng chịu lực làm bằng Thép cường lực của NSK. Sử dụng sự kết hợp giữa vật liệu và xử lý bề mặt này, xếp hạng tải trọng động thường được cải thiện 23%, ở ổ lăn tương đương với việc tăng gấp đôi tuổi thọ mỏi.
Giảm sát thương WEC
Đối với mài mòn bề mặt do bôi trơn kém hoặc chất bôi trơn bị nhiễm bẩn, điều này sẽ giảm đáng kể khi sử dụng vòng bi STF (Hình 5), trong khi khả năng hư hỏng WEC sẽ bị trì hoãn. Một loạt thử nghiệm của NSK cho thấy thời gian trước khi bắt đầu thiệt hại đã tăng gấp đôi.
Một chiến lược hữu ích khác là sử dụng các vòng chịu lực làm bằng 'Cấu trúc chống trắng-dai' (AWS-TF), vật liệu NSK thích hợp được phát triển đặc biệt để ngăn chặn thiệt hại của WEC. Trong một loạt các thử nghiệm, tuổi thọ hoạt động của các vòng chịu lực bằng thép thông thường đã được đo cho đến thời điểm phát hiện Đục phá. Sau đó, loạt thử nghiệm được lặp lại với AWS-TF. Sau thời gian phục vụ gấp tám lần các vòng chịu lực bằng thép thông thường, không có WEAs (vùng khắc trắng) được phát hiện trong vật liệu.
Nhựa và gốm sứ
Phát triển vật liệu tại NSK không chỉ có thép. Vật liệu nhựa, cũng như kim loại màu suchas đồng thau, cũng được thử nghiệm để tạo ra những cải tiến được nhắm mục tiêu chính xác đối với các đặc tính của lồng. vòng bi và khả năng chống mài mòn của chúng. Về chủ đề này, NSK đã gần đây giới thiệu một sự phát triển gốm gọi là HDY2, có các đặc tính cách nhiệt và dẫn nhiệt được tối ưu hóa.
Cuối cùng, một lĩnh vực tập trung khác để phát triển vật liệu liên quan đến chất bôi trơn. Bộ lạc là một năng lực cốt lõi riêng biệt trong tổ chức nghiên cứu và phát triển của NSK, cùng với công nghệ vật liệu.