Hvad er de vigtigste ydeevnebegrænsninger for lejer af rustfrit stål i høj belastning eller højhastighedsapplikationer

Rustfrit stål lejer er meget udbredt i specialiserede applikationer såsom fødevareforarbejdning, medicinsk udstyr og skibsteknik på grund af deres fremragende korrosionsbestandighed. Men når de bruges under ekstreme belastninger eller høje hastigheder, begrænser de iboende materialeegenskaber af rustfri stållejer, især det almindelige martensitiske rustfrit stål AISI 440C deres ydeevne.

I. Begrænsninger i højbelastningsanvendelser: Træthed og skørhed

1. Belastningskapacitet og kontakttræthedsliv

Selvom AISI 440C rustfrit stållejer kan opnå en høj hårdhed (typisk 58-60 HRC) gennem varmebehandling, der tilbyder fremragende slidstyrke, halter de stadig bagefter standard chromlejestål med højt kulstofindhold (såsom GCr15/52100) med hensyn til grundlæggende ydeevne.

Dynamisk belastningsværdi: Den dynamiske belastningsværdi for 440C stål er generelt lavere end den for 52100 stål. Det skyldes primært det høje kromindhold i 440C stål, som danner et stort antal karbider. Disse carbidpartikler, fordelt i matrixen, kan blive revnekilder i spændingskoncentrationsområder, hvilket påvirker stålets indre renhed og ensartethed.

Kontakttræthedsstyrke: Under høje belastningsforhold udsættes lejebaner for ekstremt høje Hertzian-spændinger. Når de udsættes for gentagne høje kontaktspændinger, er rullekontaktudmattelseslevetiden for 440C stål ringere end for 52100 stål. Det betyder, at under de samme belastningsforhold forkortes den forventede levetid (L10) for et 440C leje markant.

2. Sejhed og slagfasthed

440C er et typisk martensitisk rustfrit stål. Dens høje hårdhed kommer på bekostning af sejhed.

Skørhedstendens: På grund af sit høje kulstofindhold har 440C en relativt skør struktur efter hærdning. I applikationer med stødbelastninger eller kraftige vibrationer er dette materiale mere modtageligt for sprøde brud eller løbebaner, især i områder med belastningskoncentration.

Indrykningsmodstand: På trods af sin høje hårdhed er 440C muligvis ikke så modstandsdygtig over for brinelling som specialbehandlet legeret stål, når det udsættes for pludselige statiske belastninger eller stødbelastninger, hvilket påvirker dets geometriske nøjagtighed under høje belastninger.

II. Ydeevneudfordringer i højhastighedsapplikationer: Temperaturstigning og dimensionsstabilitet

1. Grænser for varmeafledning og driftstemperatur

Under højhastighedsdrift genererer friktion i lejet en betydelig mængde varme. Rustfrit stål giver følgende termodynamiske udfordringer:

Termisk ledningsevne: Rustfrit stål, især 440C, har typisk en lavere varmeledningsevne end almindeligt lejestål. Denne lavere varmeledningsevne gør det vanskeligt for varme, der genereres i lejet, at spredes hurtigt, hvilket fører til en hurtig akkumulering af temperaturstigning.

Hærdningseffekt: Når lejets driftstemperatur overstiger den øvre hærdningstemperatur på 440C (typisk under 200°C), forekommer sekundær blødgøring, hvilket får materialets hårdhed til at falde, hvilket væsentligt reducerer dets slidstyrke og bæreevne. Varmen genereret af høje hastigheder kan nemt udløse denne type termisk fejl.

2. Smørestyring og friktionsegenskaber

Høje hastigheder stiller ekstremt høje krav til smøring, og rustfri stållejers egenskaber gør smørestyringen endnu mere kompleks.

Glidefriktion: Ved høje hastigheder intensiveres glidende friktion mellem kuglerne og løbebanerne og mellem kuglerne og burene/holderne. Utilstrækkelig smøring eller forkert valg af smøremiddel kan forårsage alvorligt klæbende slid på overfladen af ​​rustfrit stål.

Lejefrigang: På grund af forskellen i koefficienten for lineær termisk udvidelse (CTE) på 440C sammenlignet med almindelige lejestål, kombineret med effekten af ​​temperaturstigning, kan den interne frigang af lejer, der arbejder ved høje hastigheder, svinge uforudsigeligt, hvilket fører til tab af forspændingskontrol eller øget friktion, hvilket yderligere begrænser den begrænsende hastighed.

3. Omfattende begrænsninger i komplekse miljøer

Rustfrit stål lejer bruges ofte i korrosive miljøer. Under komplekse driftsforhold med høje belastninger, høje hastigheder og tilstedeværelsen af ​​korrosion forringes materialets ydeevne yderligere.

Korrosionstræthedssynergi: Ætsende medier fremskynder pitting på løbebanens overflade. Disse korrosionspletter bliver kilder til spændingskoncentration. Under gentagne høje belastninger kan de let fremkalde korrosionstræthed, hvilket fører til for tidlig lejefejl.

Begrænsninger for ikke-440C-kvaliteter: Austenitiske rustfrie stål (såsom 304 og 316), som er mere korrosionsbestandige, men har lavere hårdhed og styrke, har bæreevne og driftshastigheder langt lavere end 440C-kvaliteter under høje belastninger eller højhastighedsforhold. De er generelt kun egnede til lav hastighed, let belastning og ekstremt korrosive miljøer og er ikke egnede til høj belastning eller høj hastighed applikationer.