52100 Stal łożyskowa | 1.3505 | 100Cr6

2. Właściwości stali łożyskowej 52100

W tej sekcji opisano szczegółowo najważniejsze właściwości stali AISI/SAE 52100, które sprawiają, że jest to materiał preferowany w wielu gałęziach przemysłu.

Potencjał twardości i reakcja obróbki cieplnej

Jeden z wyróżniających się 52100 właściwości stali łożyskowej jest jego wyjątkowa twardość.

• Osiągalna twardość: Przy odpowiedniej obróbce cieplnej stal 52100 konsekwentnie osiąga twardość od 60 do 64 HRC w całym przekroju. Na przykład, kawałek o grubości 1 cala może osiągnąć około 60 HRC po odpuszczeniu w temperaturze około 204°C (400°F).
• Zastosowania łożysk: W przypadku krytycznych elementów łożysk kulkowych zazwyczaj określa się minimalną twardość 62 HRC, która jest osiągana po hartowaniu i odpuszczaniu.
• Twardość na gorąco: Należy pamiętać, że twardość stali 52100 w wysokiej temperaturze wyraźnie spada wraz ze wzrostem temperatury roboczej.

2.1 Charakterystyka mikrostruktury

Mikrostruktura stali 52100 po prawidłowej obróbce cieplnej ma kluczowe znaczenie dla jej właściwości użytkowych:

• Typowa struktura: Składa się głównie z wysokowęglowego martenzytu z drobno rozproszonymi pierwotnymi (nierozpuszczonymi) kulistymi węglikami. Typowa jest również zawartość austenitu szczątkowego od 5 do 10%.
• Wkład odporności na zużycie: W przypadku zastosowań łożyskowych stal 52100 jest celowo austenityzowana poniżej temperatury Acm. Proces ten sprzyja tworzeniu się układów węglika cementytu w obrębie ostatecznej struktury martenzytycznej, co znacznie zwiększa odporność na zużycie.
• Czystość: Czysta mikrostruktura, wolna od nadmiernych wtrąceń, jest niezwykle istotna, zwłaszcza w zastosowaniach wymagających wysoce polerowanych powierzchni, takich jak matryce.

2.2 Podstawowe wytrzymałości mechaniczne stali 52100

Stal stopowa 52100 została zaprojektowana tak, aby zapewnić dużą nośność i odporność.

2.3 Wydajność zmęczeniowa

Wysoka trwałość zmęczeniowa jest czynnikiem krytycznym właściwość stali łożyskowej 52100, zwłaszcza w przypadku komponentów, takich jak łożyska ślizgowe, poddawanych obciążeniom cyklicznym. Odporność na zmęczenie może być zależna od takich czynników, jak zawartość wtrąceń i precyzja obróbki cieplnej. Kontrola jakości, w tym badania zmęczeniowe, ma pierwszorzędne znaczenie.

2.4 Odporność na zużycie

Stal 52100 wykazuje dobrą odporność na zużycie. Jest ona znacznie zwiększona dzięki obecności bardzo małych, twardych cząstek cementytu, które są równomiernie rozłożone w mikrostrukturze po optymalnej obróbce cieplnej. Specjalistyczne obróbki, takie jak procesy dupleksowe, mogą dodatkowo poprawić charakterystykę zużycia w porównaniu ze standardowym chromowaniem lub innymi stalami stopowymi, takimi jak 8620, w określonych warunkach.

2.5 Hartowność

Dzięki zawartości chromu stal 52100 ma dobrą hartowność. Pozwala to na osiągnięcie stałej twardości w przekroju poprzecznym w częściach o grubości do około 1 cala. Jej hartowność jest porównywalna ze stalą 5280.

2.6 Obróbka skrawaniem

Aby uzyskać najlepsze wyniki obróbki i zapewnić równomierną reakcję podczas kolejnych procesów hartowania, w przypadku stali 52100 zdecydowanie zaleca się stosowanie sferoidalnej mikrostruktury. Ten stan poprawia trwałość narzędzia i wykończenie powierzchni.

2.7 Czystość i jakość materiałów

Wysoka jakość 52100 stal łożyskowa jest produkowany z dbałością o wewnętrzną solidność, czystość i jednolity skład chemiczny.

• Kontrola włączania: W przypadku zastosowań o krytycznym znaczeniu, takich jak łożyska kulkowe, niezbędne są bardzo niskie poziomy wtrąceń niemetalicznych (np. typu A, B, C, D) i minimalna zawartość tlenu.
• Procesy topienia: Zaawansowane techniki topienia, takie jak topienie próżniowe elektrodą topliwą (CEVM) lub przetapianie elektrożużlowe (ESR), mogą zapewnić wyjątkowo czystą mikrostrukturę wymaganą w wymagających zastosowaniach, takich jak polerowane matryce.
• Rozważania dotyczące obsady: W przypadku produkcji stali 52100 metodą ciągłego odlewania, niewystarczające cykle homogenizacji mogą prowadzić do segregacji i niepożądanego rozkładu węglików, co negatywnie wpływa na jej właściwości i reakcję na obróbkę cieplną.
• Normy: Norma ASTM A 535 obejmuje kęsy, pręty, rury okrągłe, pręty i rury ze stali stopowej specjalnej jakości przeznaczone do produkcji łożysk tocznych.

2.8 Stabilność wymiarowa

Osiągnięcie bardzo wysokiej stabilności wymiarowej w elementach ze stali 52100 wymaga precyzyjnej kontroli obróbki cieplnej. Może być wrażliwy na odkształcenia, a odpuszczanie do niższej twardości może być konieczne w porównaniu z niektórymi zaawansowanymi stalami, jeśli głównym celem jest ostateczna stabilność. Nieprawidłowe temperatury austenityzacji lub praktyki odpuszczania mogą prowadzić do pęknięć.

2.9 Spawalność

Należy pamiętać, że stal łożyskowa 52100 jest generalnie uważana za niespawalną ze względu na wysoką zawartość węgla, która sprawia, że jest podatna na pękanie w trakcie i po spawaniu.

2.10 Wytrzymałość

Po prawidłowym schłodzeniu olejem w temperaturze około 850°C (1560°F) w celu uzyskania mikrostruktury rozproszonych węglików sferycznych w odpuszczonym martenzycie, stal 52100 wykazuje dobrą wytrzymałość. Można to ocenić za pomocą standardowych testów, takich jak test Charpy V-karb energii uderzenia i wytrzymałość na pękanie w płaszczyźnie (KIc). Badania wykazały, że bainit 52100 może oferować wyższą wytrzymałość na uderzenia w porównaniu z niektórymi stalami kutymi proszkowo.