Technický přehled oceli 52100

Ocel 52100 Technický přehled: 52100 je třída nízkolegované oceli primárně uznávaná jako klasický standard pro aplikace valivých ložisek. Díky vysokému obsahu uhlíku a přídavku chrómu slouží jeho výkonnostní charakteristiky, zejména tvrdost, odolnost proti opotřebení a únavová pevnost, jako měřítko pro hodnocení ostatních ložiskových ocelí. To dokazuje jeho osvědčenou spolehlivost v náročných průmyslových komponentech.

1. Chemické složení oceli 52100

• Uhlík (C):98 – 1.10%
• Chrom (Cr): 30 – 1 601 TP3T
• Mangan (Mn):25 – 0,501 TP3T
• Křemík (Si): 15 – 0,351 TP3T

Stopová množství fosforu (P) a síry (S) jsou udržována na minimálních úrovních podle standardních postupů výroby oceli. Všimněte si, že přesná procenta se mohou mírně lišit v závislosti na konkrétních normách (např. ASTM A295, AMS 6490/6491).

2. 52100 Tepelné zpracování oceli a výsledné vlastnosti

Dosažení optimálních vlastností oceli 52100 do značné míry závisí na správných postupech tepelného zpracování.

2.1 Tepelné zpracování

1. Austenitizace (zpracování roztokem): Zahřejte na přibližně 850 °C (1560 °F).
2. Kalení: Obvykle se provádí v oleji.
3. Popouštění: Provádí se v rozsahu 180-250°C (355-480°F), v závislosti na cílové tvrdosti a rovnováze houževnatosti.

2.2 Mikrostruktura

Správné tepelné zpracování poskytuje mikrostrukturu, která sestává převážně z lehce temperovaného martenzitu. Mezi klíčové vlastnosti patří jemně rozptýlené primární (nerozpuštěné) karbidy, které významně přispívají k odolnosti proti opotřebení a potenciálně malé procento (až ~5%) zadrženého austenitu.

2.3 Důležitost správného zpracování

Přesná kontrola tepelného zpracování, zejména teploty temperování, je kritická. Vyšší popouštěcí teploty obecně snižují tvrdost a pevnost, ale mohou zvýšit houževnatost. Nesprávné postupy, jako jsou nesprávné teploty žíhání (např. 350 °C / 660 °F), mohou vytvářet nežádoucí mikrostruktury obsahující perlit a nadměrné množství volného cementitu, což vede k předčasnému selhání součásti. Vztah mezi teplotou popouštění a lomovou houževnatostí je klíčovým konstrukčním hlediskem.

2.4 Mechanické vlastnosti

• Tvrdost: Vysoká tvrdost je dosažitelná po tepelném zpracování. Například 59-61 HRC je často zaměřeno na optimální životnost matrice.
• Odolnost proti opotřebení: Vynikající díky vysokému obsahu uhlíku a přítomnosti tvrdých karbidů chrómu v mikrostruktuře.
• Únavová pevnost: Vysoká únavová pevnost je charakteristická a zásadní pro odolnost proti únavě valivého kontaktu v ložiskách.
• Youngův modul: Přibližně 210 GPa, což ukazuje na vysokou tuhost materiálu.

2.5 Svařitelnost:

Díky vysokému obsahu uhlíku je ocel 52100 obecně považována za nesvařitelnou při použití konvenčních metod. Pokusy o svařování často vedou k praskání v tepelně ovlivněné zóně (HAZ).

3. 52100 Aplikace oceli

Díky kombinaci vysoké tvrdosti, odolnosti proti opotřebení a únavové pevnosti je ocel 52100 vhodná pro různé náročné aplikace:

• Valivá ložiska: Používají se především pro vnitřní kroužky ložisek, vnější kroužky, kuličky a válečky. Třídy prvotřídní kvality (např. AMS6490D, AMS6491E) často specifikují vakuově tavený (VIM) nebo elektrostruskově přetavený (ESR) materiál pro zvýšenou čistotu a zlepšenou únavovou životnost v kritických aplikacích, jako je letecký průmysl.
• Nástroj a matrice: Vhodné pro určité menší matrice (až do cca 50 mm / 2 palce), zejména tam, kde jsou vyžadovány vysoce leštěné povrchy. Lze jej také použít pro razidla s nízkým reliéfem vyráběná fotochemickým leptáním.
• Další přesné součásti: Aplikace zahrnují měrné bloky, přesné měřicí nástroje, hybridní hřídele a další součásti vyžadující vysokou rozměrovou stabilitu a odolnost proti opotřebení.
• Nože: Používají se v některých typech vysoce výkonných čepelí nožů, které vyžadují dobré udržení ostří.

4. Možnosti vylepšení povrchu

Na ocel 52100 lze aplikovat povrchové úpravy pro další zlepšení povrchových vlastností, jako je odolnost proti opotřebení nebo korozi. Příklady zahrnují chromování nebo duplexní procesy (jako kombinovaná termoreaktivní depozice/difúze (TRD) a plazmová nitridace (PN)). Výzkum ukazuje, že určité duplexní úpravy mohou nabídnout lepší výkon při opotřebení ve srovnání se samotným standardním chromováním.

5. Ekvivalentní standardy a alternativy

5.1 Společná označení:

• AISI/SAE: 52100
• Čína (GB): GCr15
• UNS: G52986
• DIN (W-Nr): 3505 (také známý jako 100Cr6)
• JIS: SUJ2
• AMS: AMS 6490, AMS 6491 (nosná ocel prémiové kvality pro letadla)
• ASTM: A295 (standardní specifikace pro vysoce uhlíkovou valivou ložiskovou ocel)

(Poznámka: Vždy si ověřte konkrétní standardní revizi požadovanou pro vaši aplikaci)

5.2 Alternativy:

Pokračuje výzkum a vývoj v oblasti ložiskových ocelí. Alternativní třídy, jako je ocel 5280, byly zkoumány, aby nabízely srovnatelné vlastnosti a zároveň potenciálně zjednodušovaly výrobní procesy, jako je kontinuální lití, ve srovnání s ocelí 52100.

6. Shrnutí

52100 je vysoce uhlíková, chromová, nízkolegovaná ocel známá pro svou vynikající tvrdost, odolnost proti opotřebení a únavovou pevnost po správném tepelném zpracování. Jeho výkon závisí na dosažení požadované temperované martenzitické mikrostruktury s jemnými karbidy. Zůstává průmyslovým standardem pro mnoho aplikací valivých ložisek a je efektivně využíván ve specifických nástrojích a přesných součástech.

Ve společnosti Aobo Steel máme rozsáhlé zkušenosti v oblasti kování a dodávek oceli 52100. Kontaktujte nás, abychom projednali vaše specifické technické požadavky a jak vám můžeme poskytnout správné materiálové řešení pro vaši aplikaci.

7. Ocel 52100 vs ocel D2

• Obsah uhlíku a chrómu: D2 má výrazně vyšší obsah uhlíku a chrómu než 52100.

• Aplikace: 52100 je primárně ložisková ocel, zatímco D2 je nástrojová ocel, zejména pro aplikace za studena.

• Tvrdost: D2 může dosáhnout podobné nebo mírně nižší maximální tvrdosti než tepelně zpracovaný plášť 52100, ale jeho odolnost proti opotřebení je primární charakteristikou.

• Houževnatost: Obecně je ocel 52100 považována za tvrdší než ocel s vyšším obsahem uhlíku, jako je D2, ačkoli D2 nabízí ve své třídě dobrou rovnováhu.

• Kalitelnost: Oba mohou být prokalené, ale D2 je vzduchem kalené, což vede k menšímu zkreslení ve větších úsecích.

• Odolnost proti opotřebení: D2 je speciálně navržen pro vynikající odolnost proti oděru, což je klíčový rozdíl od 52100.

• Odolnost proti korozi: 52100 má relativně nižší odolnost proti korozi než ostatní ložiskové oceli, zatímco vysoký obsah chrómu D2 přispívá k dobré odolnosti proti opotřebení, nikoli primárně k odolnosti proti korozi.

Nejčastější dotazy

1. K čemu je ocel 52100 dobrá?

• Valivá ložiska. Je považován za klasický a standardní materiál pro uložení s vysokým obsahem uhlíku, konkrétně kuličková a válečková ložiska.

• Sekce matrice. Lze jej použít pro matrice do průměru 50 mm, které vyžadují kriticky leštěné povrchy.

• Plášťový materiál při svařování práškovým přenosovým obloukem (PTA).

• Aplikace vyžadující dobrou odolnost proti opotřebení bez nauhličování.

2. Jaká je pevnost oceli 52100?

Pevnost oceli 52100 je vysoce závislá na použitém specifickém tepelném zpracování.

• Pevnost v tahu:

◦Může se pohybovat od 585-620 MPa (85-90 ksi).

◦Po kalení oleje od 850 °C (1560 °F) se pevnost v tahu mění s teplotou popouštění.

◦Pro aplikace s matricí je pevnost v tahu uvedena jako 80 000 psi (552 MPa) v žíhaném stavu a 120 000 psi (827 MPa), když je kalena v oleji a popuštěna na 400 °F (204 °C).

• Mez kluzu:

◦Může být 450 MPa (65 ksi).

◦Po kalení oleje z 850 °C (1560 °F) se mez kluzu mění s teplotou popouštění.

◦Pro aplikace s matricí je mez kluzu uvedena jako 35 000 psi (241 MPa) v žíhaném stavu a 93 000 psi (641 MPa) při kalení v oleji a temperování na 400 °F (204 °C).

• Síla v tlaku:

◦Může dosáhnout 2760 MPa (400 ksi) nebo 2930 MPa (425 ksi).

3. Jaký je rozdíl mezi ocelí 52100 a 1095?

Shrnutí hlavních rozdílů:

• Obsah Chromium: 52100 obsahuje chrom, zatímco 1095 je obyčejná vysoce uhlíková ocel bez významného obsahu chrómu.

• Primární aplikace: 52100 je hlavně ložisková ocel, zatímco 1095 je víceúčelová vysoce uhlíková ocel často používaná pro pružiny a lopatky.

• Kalitelnost: Oba jsou kalitelné, ale obsah chrómu 52100 ovlivňuje jeho odezvu na tepelné zpracování.

• Odolnost proti korozi: 52100 nabízí o něco lepší odolnost proti korozi než obyčejný uhlík 1095 díky obsahu chrómu, i když žádná z nich není považována za korozi odolnou ocel.