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Tendenze di sviluppo dei materiali per cuscinetti volventi

 

In cuscinetto volventeLa produzione e le proprietà dei materiali determinano direttamente la durata, l'affidabilità e le condizioni operative applicabili dei cuscinetti. Attualmente, i componenti dei cuscinetti sono ancora realizzati principalmente in acciaio al cromo ad alto tenore di carbonio, come i comuni GCr15 e GCr15SiMn. Negli ultimi anni, con lo sviluppo di apparecchiature che raggiungono velocità più elevate, carichi maggiori, temperature più alte e condizioni operative più complesse, anche i materiali dei cuscinetti sono in continua evoluzione, seguendo principalmente le seguenti direzioni di sviluppo:

 

1. Acciaio per cuscinetti ad alta temprabilità

 

Per soddisfare le esigenze di cuscinetti di grandi dimensioni e a parete spessa, l'industria ha gradualmente sviluppato acciai per cuscinetti ad alta temprabilità, come GCr15SiMo e GCr18Mo. Questi materiali possono ottenere una struttura indurita uniforme anche su sezioni trasversali di grandi dimensioni, migliorando la resistenza complessiva e la durata a fatica dei componenti, e sono adatti per cuscinetti di grandi dimensioni e apparecchiature per impieghi gravosi.

 

2. Acciaio per cuscinetti con superficie temprata

 

L'acciaio GCr4, temprato superficialmente, è comunemente utilizzato in macchinari pesanti come veicoli ferroviari e laminatoi. Mediante riscaldamento a induzione a media frequenza e raffreddamento rapido, è possibile formare uno strato temprato di una certa profondità sulla superficie dei componenti, conferendo al cuscinetto un'elevata durezza superficiale e un'elevata tenacità del nucleo, migliorando così la resistenza alla fatica e agli urti.

 

3. Nuovi tipi di acciaio inossidabile per cuscinetti

Gli acciai inossidabili tradizionali, come il 9Cr18 e il 9Cr18Mo (440C), presentano una buona resistenza alla corrosione, ma tendono a formare carburi grossolani, compromettendo la durata a fatica e la qualità superficiale. L'acciaio inossidabile martensitico 0,7C-13Cr, sviluppato negli ultimi anni, grazie alla riduzione del contenuto di carbonio e cromo e alla diminuzione dei carburi eutettici, migliora ulteriormente le prestazioni a fatica da contatto, la tenacità e la resistenza alla corrosione dei cuscinetti. È comunemente utilizzato in cuscinetti di precisione anticorrosione, come quelli per hard disk e per apparecchiature medicali.

 

4. Acciaio legato ad alta resistenza

 

Gli acciai per cuscinetti della serie GT, grazie a una composizione della lega ottimizzata, migliorano la resistenza e la tenacità della matrice e aumentano la stabilità al rinvenimento. Adatti per cuscinetti pesanti o leggeri, offrono una lunga durata in condizioni di lubrificazione pulita.

 

5. Acciaio per cuscinetti resistente alla contaminazione

 

Nelle applicazioni pratiche, la polvere o le particelle di usura presenti nell'olio lubrificante possono formare delle rientranze sulla superficie del cuscinetto, causando concentrazione di stress e sfaldamento prematuro dovuto alla fatica. Per ovviare a questo problema, il Giappone ha sviluppato la serie TF di acciai per cuscinetti resistenti alla contaminazione (come TF, HTF, STF, NTF, ecc.).

 

Ottimizzando il contenuto di carbonio e i rapporti degli elementi di lega, il materiale forma un maggior numero di carburi fini e aumenta l'austenite residua, riducendo così la concentrazione di stress sui bordi dell'indentazione. L'esperienza pratica dimostra che i cuscinetti realizzati con acciai della serie TF possono avere una durata da 4 a 10 volte superiore in condizioni di lubrificazione contaminate.

 

6. Acciaio per cuscinetti per alte temperature

Quando i cuscinetti GCr15 ordinari vengono utilizzati in ambienti con temperature comprese tra 100°C e 200°C, si forma facilmente una "zona bianco brillante" a bassa durezza nello strato superficiale del materiale, riducendo così la durata del cuscinetto. Per ovviare a questo problema, sono stati sviluppati acciai per cuscinetti quasi ad alta temperatura come NTJ2 e KUJ7. Aumentando opportunamente il contenuto di elementi come Cr, Si e Mo, si sopprime la formazione di zone bianco brillante, consentendo ai cuscinetti di mantenere una buona durata e stabilità dimensionale anche a 150°C.～180℃. Questi materiali sono ampiamente utilizzati nei motori automobilistici, nei generatori e nelle apparecchiature per lavorazioni ad alta temperatura.

 

7. Acciaio per cuscinetti ad alta temperatura

In condizioni operative ad alta temperatura e alta velocità, come nel settore aerospaziale, i materiali tradizionali risultano insufficienti. I primi acciai per cuscinetti ad alta temperatura, come T1, T2, T10 e M50, pur possedendo un'elevata durezza alle alte temperature, presentavano un alto contenuto di elementi di lega e un costo elevato.

 

Negli ultimi anni, Europa e Stati Uniti hanno sviluppato una nuova generazione di acciai cementati ad alta temperatura, come M50NiL, CBS1000 e RBD. Tra questi, l'M50NiL è il più utilizzato. Dopo la cementazione, sulla superficie si formano fini carburi che generano tensioni residue di compressione. La sua tenacità intrinseca può raggiungere 2,5 volte quella dell'M50, con conseguente maggiore durata a fatica. Attualmente, viene utilizzato principalmente in settori di apparecchiature di alta gamma, come i cuscinetti dell'albero principale dei motori aeronautici. Nel complesso, lo sviluppo di materiali per cuscinetti volventi si sta continuamente orientando verso maggiore resistenza, maggiore affidabilità, resistenza all'inquinamento, resistenza alla corrosione e prestazioni ad alta temperatura. Con lo sviluppo del settore aerospaziale, delle apparecchiature per le nuove energie e della produzione di alta gamma, la ricerca e l'applicazione di nuovi materiali per cuscinetti continueranno ad approfondirsi, fornendo un supporto tecnico più solido per il miglioramento delle prestazioni dei cuscinetti.