عناصر سازنده آلیاژ بلبرینگ
بلبرینگ‌ها از آلیاژهای مختلفی تولید می‌شوند که هر کدام خصوصیات منحصر به فردی دارند و برای شرایط کاری گوناگونی طراحی شده‌اند. در اینجا به برخی از متداول‌ترین آلیاژهایی که در ساخت بلبرینگ‌ها به کار می‌روند و خصوصیات آنها اشاره می‌کنیم:
1.کروم استیل (فولاد آلیاژی)
کروم استیل، که اغلب با نام AISI 52100 شناخته می‌شود، یکی از رایج‌ترین آلیاژهایی است که برای تولید بلبرینگ‌ها به کار می‌رود. این آلیاژ از فولاد حاوی درصدهای مشخصی کربن و کروم است. عنصر کروم در این فولاد، مقاومت در برابر سایش، سختی و مقاومت در برابر خوردگی را بهبود بخشیده در حالی که کربن نیز مسئول افزایش سختی و مقاومت است.
اجزای تشکیل‌دهنده اصلی آلیاژ AISI 52100 به شرح زیر است:
- **کربن (C)**: حدود 1.0-1.5%؛ کربن برای افزایش سختی فولاد ضروری است و بنابراین مقاومت در برابر فشار و سلامت بلبرینگ را تحت بارهای سنگین تضمین می‌نماید.
- **کروم (Cr)**: حدود 1.3-1.65%؛ کروم برای مقاومت به خوردگی و بهبود خواص مکانیکی و سایشی فولاد افزوده می‌شود. این عنصر همچنین به تشکیل کاربیدهای سخت در ساختار فولاد کمک می‌کند که به حفظ خواص آن در دماهای بالا کمک می‌کند.
- **منگنز (Mn)**: مقادیر کم، برای بهبود سختی و مقاومت در برابر ضربه.
- **سیلیکون (Si)**: مقادیر کم، به عنوان عنصر تصفیه‌کننده و برای افزایش استحکام.
- **سولفور(S)** و **فسفر (P)**: این عناصر معمولاً به عنوان ناخالصی‌ها به حساب می‌آیند و تلاش می‌شود مقادیر آنها را در حد اندک نگه داشت.
آلیاژ 52100 به دلیل خواص مناسب و تعادل خوب بین مقاومت، سختی و مقاومت در برابر خوردگی معروف است و بنابراین برای کاربردهایی که نیاز به بلبرینگ‌های مقاوم با عمر طولانی دارند، انتخاب مناسبی بوده و در بسیاری از اپلیکیشن‌های صنعتی و اتومبیل رانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
2. فولاد ضد زنگ (استینلس استیل)
آلیاژ فولاد ضد زنگ AISI 440C یکی دیگر از آلیاژهای محبوب برای بلبرینگ‌ها است که برای کاربردهایی که به مقاومت بالا در برابر خوردگی نیاز دارند، انتخاب مناسبی محسوب می‌شود. این نوع فولاد ضد زنگ به دلیل مقدار بالای کروم و کربن خود، سختی و قابلیت ضد خوردگی قابل قبولی دارد.
ترکیبات تیپیکال فولاد ضد زنگ AISI 440C عبارتند از:
- **کربن (C)**: به میزان حدود 0.95-1.20% بوده که در این آلیاژ نقش اصلی را در ایجاد سختی به اندازه کافی برای حفظ شکل بلبرینگ تحت بار و ایجاد مقاومت ضد سایشی ایفا می‌کند.
- **کروم (Cr)**: به میزان حدود 16-18%، که مقاومت زیادی به خوردگی به وِیژه خوردگی نقطه‌ای و بین دانه‌ای می‌بخشد. کروم باعث ایجاد لایه اکسیدی محافظ بر روی سطح می‌شود که در برابر محیط های آسیب‌زا مانند آب شور یا ترکیباتی که حاوی کلرید هستند، محافظت می‌کند.
- **مولیبدن (Mo)**: به میزان حدود 0.75%، این عنصر به بهبود خواص مکانیکی در دماهای بالا و مقاومت در برابر خستگی کمک می‌کند.
- **منگنز (Mn), سیلیکون (Si), و نیکل (Ni)**: اگرچه این عناصر در مقادیر کمتری وجود دارند، ولی هر یک وظایف خود را دارند. منگنز و سیلیکون به سختی فولاد و قابلیت ماشینکاری آن کمک می‌کنند، در حالی که نیکل به بهبود قابلیت ارتجاع و تغییر شکل بدون شکست کمک می‌کند.
فولاد ضد زنگ،به دلیل خواص مناسب‌اش،در بسیاری از برنامه‌هایی که در معرض شرایط سخت فیزیکی و شیمیایی هستند همچون صنایع پزشکی، صنعت غذا و نوشیدنی‌ها، نظامی و دریانوردی استفاده می‌شود. این آلیاژ به خصوص زمانی که مقاومت بالایی در برابر خوردگی مورد نیاز است و همزمان لازم است که تحت بارهای سنگین یا سرعت‌های بالا کار کند، انتخاب بسیار خوبی محسوب می‌شود.
3.سرامیک‌ها
بلبرینگ‌های سرامیکی برای کاربردهای خاصی تولید می‌شوند که در آنها سختی بالا، مقاومت در دمای زیاد، مقاومت در برابر خوردگی و نیاز به عایق بودن مطرح است. آنها از مواد سرامیکی پیشرفته مانند نیترید سیلیکون (Si3N4)، اکسید زیرکونیوم (ZrO2) و کاربید سیلیکون (SiC) ساخته می‌شوند. این مواد دارای ویژگی‌های خاصی هستند:
- **سختی بسیار بالا:** این بلبرینگ‌ها می‌توانند در برابر سایش بسیار خوب مقاومت کنند و عمر طولانی دارند.
- **ضریب اصطکاک پایین:** کاهش فریکشن به معنای راندمان بیشتر و دمای کمتر در حین عملیات است.
- **مقاومت خوب در دماهای بالا:** بلبرینگ‌های سرامیکی می‌توانند در دماهای بسیار بالاتر از فولاد بدون از دست دادن خواص مکانیکی کار کنند.
- **مقاومت شیمیایی:** آنها در برابر خوردگی و تجزیه شیمیایی در محیط‌های اسیدی یا قلیایی مقاوم هستند.
- **غیر مغناطیسی:** این خاصیت آنها را برای استفاده در تجهیزات پزشکی و برنامه‌های نظامی پیشرفته مناسب می‌سازد.
- **عایق برق:** بلبرینگ‌های سرامیکی جریان الکتریکی را هدایت نمی‌کنند، که برای محافظت از تجهیزات در برابر آسیب‌های الکتریکی مهم است.
- **چگالی پایین:** وزن کمتری دارند که می‌تواند به کاهش بار و افزایش راندمان دستگاه‌های دوار کمک کند.
بلبرینگ‌های سرامیکی اغلب در تجهیزاتی استفاده می‌شوند که نیاز به راندمان بالا دارند، مانند دستگاه‌های نقشه‌کشی با دقت بالا، تجهیزات فضایی، تجهیزات پزشکی مانند دستگاه‌های MRI و بسیاری دیگر از برنامه‌هایی که نیازمند خواص مطرح شده هستند. انتخاب این نوع بلبرینگ‌ها معمولا سرمایه گذاری بیشتری ایجاب می‌کند اما مزایای درازمدت آنها می‌تواند بسیار قابل توجه باشد.
4. کاربید تنگستن
کاربید تنگستن، که گاهی اوقات به اختصار WC (از W، نماد شیمیایی تنگستن، و C برای کربن) نامیده می‌شود، یک ماده بسیار سخت و مقاوم است که در تولید بیرینگ‌های صنعتی کاربرد دارد. ویژگی‌های کلیدی کاربید تنگستن عبارتند از:
- **سختی بسیار زیاد:** کاربید تنگستن یکی از سخت‌ترین مواد شناخته شده توسط انسان است. این ویژگی باعث می‌شود که در مواردی که مقاومت بسیار بالا در برابر سایش مورد نیاز است، بسیار مناسب باشد.
- **دوام عالی:** بیرینگ‌های ساخته شده از کاربید تنگستن می‌توانند دوام و عمر طولانی را حتی در شرایط کاری سخت ارائه دهند.
- **مقاومت به خوردگی:** این ماده در برابر خوردگی و تغییر شیمیایی مقاوم است، حتی در محیط‌هایی که حاوی مواد شیمیایی خورنده هستند.
- **تحمل دمای بالا:** کاربید تنگستن می‌تواند دماهای بسیار بالا را تحمل کند بدون آنکه خواص مکانیکی خود را از دست بدهد.
- **مقاومت در برابر ضربه:** هرچند کاربید تنگستن بسیار سخت است، اما نسبت به فلزات و بعضی دیگر از مواد سرامیکی، تحمل ضربه بهتری دارد.
با این وجود، کاربید تنگستن معمولا بیشتر هزینه‌بر است و همچنین می‌تواند شکننده باشد اگر تحت فشارهای ناگهانی یا ضربه‌های شدید قرار گیرد، به خصوص در دماهای پایین‌تر. بیرینگ‌های ساخته شده از کاربید تنگستن اغلب در شرایط خاص نظیر کاربردهایی که نیاز به یک راه حل با عملکرد بالا دارند، انتخاب می‌شوند، به ویژه زمانی که مواردی مثل دقت بالا، دوام و مقاومت به خوردگی مهم باشند.
...
انتخاب آلیاژ درست برای بلبرینگ بستگی به شرایط کاری خاص دارد، مانند بار و سرعت، دما، محیط (مرطوب، اسیدی، قلیایی و غیره) و نیازهای روانکاری. هر آلیاژی خصوصیاتی دارد که باید با شرایط عملیاتی و ویژگی‌های مورد نیاز بلبرینگ مطابقت داشته باشد.
