52100 Stal Przegląd techniczny

Przegląd techniczny stali 52100: 52100 to gatunek stali niskostopowej, uznawany przede wszystkim za klasyczny standard w zastosowaniach łożysk tocznych. Ze względu na wysoką zawartość węgla i dodatek chromu, jego właściwości użytkowe, w szczególności twardość, odporność na zużycie i wytrzymałość zmęczeniową, stanowią punkt odniesienia przy ocenie innych stali łożyskowych. Świadczy to o jego sprawdzonej niezawodności w wymagających komponentach przemysłowych.

1. 52100 Skład chemiczny stali

• Węgiel (C):98 – 1,10%
• Chrom (Cr):30 – 1,60%
• Mangan (Mn):25 – 0,50%
• Krzem (Si): 15 – 0,35%

Śladowe ilości fosforu (P) i siarki (S) są utrzymywane na minimalnym poziomie zgodnie ze standardowymi praktykami produkcji stali. Należy pamiętać, że dokładne procenty mogą się nieznacznie różnić w zależności od konkretnych norm (np. ASTM A295, AMS 6490/6491).

2. 52100 Obróbka cieplna stali i uzyskane właściwości

Osiągnięcie optymalnych właściwości stali 52100 w dużej mierze zależy od prawidłowej obróbki cieplnej.

2.1 Obróbka cieplna

1. Austenityzowanie (obróbka w roztworze): Podgrzanie do temperatury około 850°C (1560°F).
2. Hartowanie: Zazwyczaj wykonywane w oleju.
3. Hartowanie: przeprowadzane w zakresie temperatur 180–250°C (355–480°F), w zależności od oczekiwanej twardości i równowagi wytrzymałości.

2.2 Mikrostruktura

Właściwa obróbka cieplna daje mikrostrukturę, która składa się głównie z lekko odpuszczonego martenzytu. Kluczowe cechy obejmują drobno rozproszone węgliki pierwotne (nierozpuszczone), przyczyniające się znacząco do odporności na zużycie, i potencjalnie niewielki procent (do ~5%) austenitu szczątkowego.

2.3 Znaczenie prawidłowego przetwarzania

Precyzyjna kontrola obróbki cieplnej, w szczególności temperatury odpuszczania, jest krytyczna. Wyższe temperatury odpuszczania na ogół zmniejszają twardość i wytrzymałość, ale mogą zwiększać wytrzymałość. Nieprawidłowe procedury, takie jak niewłaściwe temperatury wyżarzania (np. 350°C / 660°F), mogą powodować powstawanie niepożądanych mikrostruktur zawierających perlit i nadmiar wolnego cementytu, co prowadzi do przedwczesnej awarii komponentu. Związek między temperaturą odpuszczania a wytrzymałością na pękanie jest kluczowym czynnikiem projektowym.

2.4 Właściwości mechaniczne

• Twardość: Wysoka twardość jest osiągalna po obróbce cieplnej. Na przykład, 59-61 HRC jest często celem optymalnej żywotności matrycy.
• Odporność na zużycie: Doskonała dzięki wysokiej zawartości węgla i obecności twardych węglików chromu w mikrostrukturze.
• Wytrzymałość zmęczeniowa: Wysoka wytrzymałość zmęczeniowa jest cechą charakterystyczną i niezbędną dla odporności łożysk na zmęczenie toczne.
• Moduł Younga: około 210 GPa, co wskazuje na dużą sztywność materiału.

2.5 Spawalność:

Ze względu na wysoką zawartość węgla stal 52100 jest ogólnie uważana za niespawalną przy użyciu konwencjonalnych metod. Próby spawania często skutkują pękaniem w strefie wpływu ciepła (HAZ).

3. 52100 Zastosowania stali

Połączenie wysokiej twardości, odporności na zużycie i wytrzymałości zmęczeniowej sprawia, że stal 52100 nadaje się do różnych wymagających zastosowań:

• Łożyska toczne: Są one używane głównie do pierścieni wewnętrznych, pierścieni zewnętrznych, kulek i rolek łożyskowych. Gatunki najwyższej jakości (np. AMS6490D, AMS6491E) często określają materiał przetapiany próżniowo (VIM) lub przetapiany elektrożużlowo (ESR) w celu zwiększenia czystości i poprawy trwałości zmęczeniowej w krytycznych zastosowaniach, takich jak przemysł lotniczy.
• Narzędzie i matryca: Nadaje się do niektórych mniejszych matryc (do ok. 50 mm / 2 cale), szczególnie tam, gdzie wymagane są powierzchnie o wysokim połysku. Może być również stosowany do matryc o niskim reliefie wytwarzanych przez trawienie fotochemiczne.
• Inne precyzyjne komponenty: Zastosowania obejmują płytki wzorcowe, precyzyjne narzędzia pomiarowe, wały hybrydowe i inne komponenty wymagające dużej stabilności wymiarowej i odporności na zużycie.
• Noże: Stosowane w niektórych typach ostrzy noży o wysokiej wydajności, wymagających dobrego utrzymywania ostrości.

4. Opcje ulepszania powierzchni

Obróbki powierzchniowe można stosować do stali 52100 w celu dalszej poprawy właściwości powierzchni, takich jak odporność na zużycie lub korozję. Przykłady obejmują chromowanie lub procesy dupleksowe (takie jak łączone osadzanie termoreaktywne/dyfuzja (TRD) i azotowanie plazmowe (PN)). Badania wskazują, że niektóre obróbki dupleksowe mogą zapewniać lepszą odporność na zużycie w porównaniu ze standardowym chromowaniem.

5. Normy równoważne i alternatywy

5.1 Oznaczenia wspólne:

• AISI/SAE: 52100
• Chiny (Wielka Brytania): GCR15
• Numer katalogowy: G52986
• DIN (W-Nr): 3505 (znany również jako 100Cr6)
• JIS: SUJ2
• AMS: AMS 6490, AMS 6491 (stal łożyskowa klasy premium do samolotów)
• ASTM: A295 (standardowa specyfikacja dla stali łożyskowej o wysokiej zawartości węgla i przeciwciernej)

(Uwaga: Zawsze sprawdź, jaka konkretna wersja normy jest wymagana dla Twojego wniosku)

5.2 Alternatywy:

Badania i rozwój w dziedzinie stali łożyskowych trwają. Alternatywne gatunki, takie jak stal 5280, zostały zbadane w celu zapewnienia porównywalnych właściwości, przy jednoczesnym potencjalnym uproszczeniu procesów produkcyjnych, takich jak odlewanie ciągłe w porównaniu do stali 52100.

6. Podsumowanie

52100 to wysokowęglowa, chromowa, niskostopowa stal znana z doskonałej twardości, odporności na zużycie i wytrzymałości zmęczeniowej po odpowiedniej obróbce cieplnej. Jej wydajność zależy od uzyskania pożądanej odpuszczonej martenzytycznej mikrostruktury z drobnymi węglikami. Pozostaje standardem branżowym dla wielu zastosowań łożysk tocznych i jest skutecznie wykorzystywana w określonych narzędziach i precyzyjnych komponentach.

W Aobo Steel posiadamy duże doświadczenie w kuciu i dostarczaniu stali 52100. Skontaktuj się z nami, aby omówić swoje konkretne wymagania techniczne i dowiedzieć się, w jaki sposób możemy zapewnić odpowiednie rozwiązanie materiałowe dla Twojego zastosowania.

7. Stal 52100 kontra stal D2

• Zawartość węgla i chromu: D2 ma znacznie wyższą zawartość węgla i chromu niż 52100.

• Aplikacje: 52100 to przede wszystkim stal łożyskowa, natomiast D2 to stal narzędziowa, w szczególności do obróbki na zimno.

• Twardość: D2 może osiągnąć podobną lub nieznacznie niższą maksymalną twardość niż poddana obróbce cieplnej powłoka 52100, ale jej podstawową cechą jest odporność na zużycie.

• Wytrzymałość: Ogólnie rzecz biorąc, stal 52100 jest uważana za bardziej wytrzymałą niż stale matrycowe z wyższą zawartością węgla, takie jak D2, chociaż D2 oferuje dobrą równowagę w swojej klasie.

• Hartowność: Oba rodzaje stali można hartować na wskroś, ale D2 hartuje się w powietrzu, co prowadzi do mniejszych odkształceń w większych przekrojach.

• Odporność na zużycie: D2 został specjalnie opracowany, aby zapewnić doskonałą odporność na ścieranie, co jest kluczowym czynnikiem odróżniającym go od 52100.

• Odporność na korozję: Stal 52100 ma stosunkowo niższą odporność na korozję niż inne stale łożyskowe, natomiast wysoka zawartość chromu w stali D2 przyczynia się do dobrej odporności na zużycie, ale nie tylko na korozję.

Najczęściej zadawane pytania

1. Do czego nadaje się stal 52100?

• Łożyska toczne. Uważane są za klasyczny i standardowy materiał do zastosowań w łożyskach wysokowęglowych, w szczególności łożyskach kulkowych i wałeczkowych.

• Sekcje matryc. Może być stosowany do matryc o średnicy do 50 mm, które wymagają krytycznie polerowanych powierzchni.

• Materiał powłokowy spawany łukiem proszkowym (PTA).

• Zastosowania wymagające dobrej odporności na zużycie bez nawęglania.

2. Jaka jest wytrzymałość stali 52100?

Wytrzymałość stali 52100 w dużym stopniu zależy od zastosowanej obróbki cieplnej.

• Wytrzymałość na rozciąganie:

◦Może się wahać od 585 do 620 MPa (85-90 ksi).

◦Po hartowaniu olejowym z temperatury 850 °C (1560 °F) wytrzymałość na rozciąganie zmienia się w zależności od temperatury odpuszczania.

◦W przypadku zastosowań w matrycach wytrzymałość na rozciąganie wynosi 80 000 psi (552 MPa) w stanie wyżarzonym i 120 000 psi (827 MPa) po hartowaniu olejowym i odpuszczaniu w temperaturze 400°F (204°C).

• Wytrzymałość na rozciąganie:

◦Może wynosić 450 MPa (65 ksi).

◦Po hartowaniu olejowym z temperatury 850 °C (1560 °F) granica plastyczności zmienia się w zależności od temperatury odpuszczania.

◦W przypadku zastosowań w matrycach granica plastyczności wynosi 35 000 psi (241 MPa) w stanie wyżarzonym i 93 000 psi (641 MPa) po hartowaniu olejowym i odpuszczaniu w temperaturze 400°F (204°C).

• Wytrzymałość na ściskanie:

◦Może osiągnąć 2760 MPa (400 ksi) lub 2930 MPa (425 ksi).

3. Jaka jest różnica pomiędzy stalą 52100 a stalą 1095?

Podsumowanie głównych różnic:

• Zawartość chromu:52100 zawiera chrom, podczas gdy 1095 to zwykła stal wysokowęglowa bez znaczącej zawartości chromu.

• Podstawowe zastosowania:52100 to głównie stal łożyskowa, natomiast 1095 to uniwersalna stal wysokowęglowa, często stosowana na sprężyny i ostrza.

• Hartowność:Oba są hartowalne, ale zawartość chromu w stopie 52100 wpływa na jego reakcję na obróbkę cieplną.

• Odporność na korozję: Stal 52100 zapewnia nieco lepszą odporność na korozję niż zwykła stal węglowa 1095 ze względu na zawartość chromu, choć żadnej z nich nie uważa się za stal odporną na korozję.