Materiais do Rolamento São Essenciais Para Maior Confiabilidade

O uso de aços e tratamentos de superfície de aplicação específica permite que a confiabilidade dos rolamentos seja aumentada significativamente, o que, por sua vez, contribui para a redução do custo total de propriedade das máquinas e equipamentos.

Para rolamentos de alto desempenho, a seleção e a otimização de materiais (de aço) desempenham um papel central em seu desenvolvimento. Por esse motivo, a engenharia de materiais é uma das quatro principais tecnologias de pesquisa e desenvolvimento da NSK.

Uma combinação de liga especial e tratamento térmico específico foi usada para desenvolver o aço super resistente da NSK.

Pureza material

A vida de fadiga de aços de liga como 100 Cr6 (ou SUJ2 no padrão japonês), por exemplo, depende principalmente do conteúdo de inclusão. O óxido ou inclusões não metálicas em particular, promovem efeitos negativos sob a superfície da pista. Como exemplo, sabe-se que as inclusões de óxido de alumínio, que são formadas pelo processo de oxidação durante a fusão, podem levar a uma grande redução na vida de fadiga do rolamento. Este efeito é criado porque as inclusões de óxido de alumínio são relativamente duras e podem quebrar quando o aço está sendo processado, como durante o forjamento. Quando a ruptura ocorre, as inclusões encolhem e enfraquecem a microestrutura.

BNEQARTET rolamentos rígidos de esferas são utilizados nos acionamentos de máquinas elétricas, como eletrodomésticos

Em parceria com um dos principais fabricantes de aço, a NSK desenvolveu materiais como aço Z, aço EP e BNEQUARTET para evitar esse tipo de efeito negativo. Alguns desses materiais são fabricados usando processos especiais de fusão que reduzem o conteúdo não metálico e prolongam a vida de fadiga.

Tratamento térmico específico para aplicações

O tratamento térmico é outro parâmetro que afeta as características específicas dos aços e, consequentemente, também afeta os rolamentos. Este é o motivo pelo qual materiais como o aço SHX da NSK são submetidos a um tratamento térmico específico que é particularmente resistente ao desgaste em altas temperaturas de operação.

Rolamentos deste tipo são necessários não apenas onde o calor está presente como parte inerente do processo, mas em aplicações como máquinas-ferramentas, onde as velocidades rápidas do fuso geram altas temperaturas nos componentes do acionamento. Durante o desenvolvimento, as características do aço SHX foram comprovadas por meio de testes abrangentes de resistência ao desgaste, incluindo testes de quatro esferas e rolos, bem como testes de vida útil do material e da superfície.

Padrão de dano típico:

Áreas brancas gravadas abaixo da superfície do material

A diferença está na liga O terceiro parâmetro na busca por maior confiabilidade nos rolamentos é a liga. As ligas podem impedir, ou pelo menos minimizar, a formação de fissuras na microestrutura do rolamento. Novamente em colaboração com fabricantes de aço, a NSK desenvolveu várias ligas especiais para este perfil de aplicação.

Rolamentos de rolos cilíndricos de quatro carreiras polidos, usados ​​como rolamentos planetários integrados em turbinas eólicas Materiais como o aço super resistente da NSK vêm da combinação do tratamento térmico ideal com uma liga especial (Imagem 1).

Por exemplo, o endurecimento dos aços usando um processo como a carbonitretação aumenta a vida útil em um fator de dois em comparação com a vida útil estimada sob condições de lubrificação contaminada. Em ambientes onde o lubrificante tem impurezas normais, a vida útil do rolamento pode ser aumentada até um fator de 10. A razão para esse desempenho aprimorado é que o desgaste induzido pela superfície causado por lubrificação insuficiente ou contaminação do lubrificante é significativamente reduzido. Por sua vez, qualquer dano potencial causado por “rachaduras de gravura branca” (WECs) está atrasado.

Exemplo 1

O desenvolvimento de novos materiais é geralmente em resposta a tendências industriais ou mudanças nos requisitos da aplicação. Este foi o caso da tecnologia BNEQUARTET, que a NSK introduziu pela primeira vez há dois anos (Imagem 2).

O BNEQUARTET foi criado inicialmente em resposta ao aumento constante no tamanho dos tambores da máquina de lavar roupa. Os rolamentos rígidos de esferas, encontrados extensivamente em máquinas de lavar com carregamento frontal em toda a Europa, estão sujeitos a cargas desiguais e assimétricas. Com o aumento do tamanho dos tambores, cargas de lavagem mais altas impõem exigências ainda maiores aos rolamentos.

 Vantagens do Super-TF ao operar com lubrificante contaminado

Em resposta, os especialistas em materiais da NSK começaram a melhorar a composição da liga de um aço especial que impede a formação de fissuras e reentrâncias nas pistas e, mais importante, impede que elas se propaguem.Além disso, este aço particular é especialmente puro. O conjunto de medidas aplicadas na tecnologia BNEQARTET resultou em uma duplicação da vida útil do rolamento, sob alta carga e condições ambientais desfavoráveis.

Exemplo 2

Outro exemplo de desenvolvimento de materiais orientados a aplicações vem da tecnologia de turbinas eólicas. Aqui, os danos aos rolamentos na forma de WECs podem

 ocorrer abaixo da superfície do material (Imagem3). Essas estruturas brancas de ferrita quebradiça, que são formadas por mudanças na microestrutura, podem ser observadas em seções transversais gravadas e polidas do material. As estruturas alteradas não são mais capazes de suportar as altas cargas aplica

das. Os WECs se formam e se espalham, o que leva a defeitos superficiais como pitting ou FSM (descamação da estrutura branca).

 

Componentes cerâmicos e revestimentos para rolamentos são uma área adicional de pesquisa na NSK

Os cientistas nunca foram capazes de explicar completamente as razões para o WEC. O pensamento atual assume que as condições são causadas pelos efeitos da interação do componente dentro do trem de força. Estes incluem dinâmica, atrito misto, cargas / correntes elétricas, fatores químicos, movimentos de deslizamento / deslizamento e difusão de hidrogênio. Desenvolvendo contramedidas

Graças ao sucesso na replicação do WEC no laboratório, a NSK foi posteriormente capaz de desenvolver contra-medidas que incluem o polimento de aços endurecidos com martensita, juntamente com outros materiais específicos (Imagem 4).

Este processo adicional demonstrou atrasar significativamente a ocorrência de danos no WEC. Outro método eficaz de reduzir a probabilidade de danos no WEC é o uso de anéis de rolamento feitos de aço resistente da NSK. Usando essa combinação de material e tratamento de superfície, a capacidade de carga dinâmica pode ser melhorada em 23%, o que, em rolamentos, equivale a uma duplicação da vida útil em fadiga.

Reduzindo danos ao WEC

Com relação ao desgaste induzido pela superfície devido à lubrificação deficiente ou ao lubrificante contaminado, isso é bastante reduzido com o uso de rolamentos STF (Imagem5), enquanto o dano potencial ao WEC é retardado. Uma série de testes NSK mostrou que o tempo antes do início do dano foi dobrado.

Outra estratégia vantajosa é usar anéis de rolamento feitos de “Anti-White Structure-Tough” (AWS-TF), um material patenteado da NSK que foi desenvolvido especificamente para evitar danos no WEC. Em uma extensa série de testes, a vida útil dos anéis de rolamento de aço convencionais foi medida até o momento em que o dano WEC foi detectado. Em seguida, a série de testes foi repetida com o AWS-TF.

Após oito vezes mais vida útil do que os anéis de rolamento de aço convencionais, não foram detectados WEAs (áreas brancas de corrosão) no material.

Plásticos e Cerâmica

O desenvolvimento de materiais na NSK não é apenas sobre o aço. Materiais plásticos, assim como metais não-ferrosos como o latão, também são testados para fazer melhorias precisamente direcionadas às características das gaiolas. Além disso, cerâmicas e revestimentos cerâmicos (Imagem 6) desempenham um papel crescente quando são necessários ajustes nas propriedades de condutividade elétrica dos mancais e sua resistência ao desgaste. Sobre esse assunto, a NSK introduziu recentemente um desenvolvimento de cerâmica chamado HDY2, que apresenta características otimizadas de isolamento e condutividade térmica.

Finalmente, outra área de foco para o desenvolvimento de materiais diz respeito aos lubrificantes. A tribologia é uma competência central separada na organização de pesquisa e desenvolvimento da NSK, juntamente com a tecnologia de materiais.

Fonte: https://www.bearing-news.com/bearing-materials-key-increased-reliability/