فولاد بلبرینگ
فولاد بلبرینگ چیست؟
فولاد بلبرینگ، که در انگلیسی به آن Bearing Steel گفته می‌شود، نوعی فولاد آلیاژی با کیفیت بسیار بالا است که به‌طور خاص برای ساخت بلبرینگ‌ها، رولبرینگ‌ها و قطعاتی که تحت فشار و سایش زیاد قرار دارند استفاده می‌شود.
ویژگی‌های اصلی فولاد بلبرینگ:
- سختی بالا
این فولاد قابلیت سخت‌کاری عالی دارد و پس از عملیات حرارتی به سختی بالا (معمولاً بالای 60 راکول C) می‌رسد. - مقاومت سایشی فوق‌العاده
به دلیل ساختار ریزدانه و وجود عناصر آلیاژی مثل کروم، در برابر سایش مقاومت زیادی دارد. - پایداری ابعادی
پس از عملیات حرارتی، تغییر شکل‌های ابعادی آن بسیار کم است. - خلوص بالا
ناخالصی‌های غیر فلزی بسیار کم دارد تا عمر خستگی تماس غلتشی افزایش یابد. - مقاومت خستگی بالا
مناسب برای بارهای دینامیکی مکرر و چرخه‌های فشار زیاد.
ترکیب شیمیایی رایج (مثلاً فولاد 100Cr6 یا DIN 1.3505):
- کربن (C): حدود 0.95–1.1٪
- کروم (Cr): حدود 1.3–1.6٪
- منگنز، سیلیسیم و فسفر/گوگرد: مقادیر کم
کاربردهای فولاد بلبرینگ:
- بلبرینگ‌ها و رولبرینگ‌ها
- شفت‌های دقیق
- ابزارهای اندازه‌گیری
- قطعات دقیق با بار چرخشی بالا
- چرخ‌دنده‌ها و اجزای گیربکس‌هایی که نیاز به سختی سطح دارند
فرآیند تولید فولاد بلبرینگ
فرآیند تولید فولاد بلبرینگ (Bearing Steel) با دقت بالا و کنترل شدید بر کیفیت انجام می‌شود، زیرا عملکرد نهایی بلبرینگ‌ها مستقیماً به خلوص، یکنواختی ساختار و خواص مکانیکی این فولاد بستگی دارد. در ادامه مراحل اصلی تولید این نوع فولاد آورده شده است:
- انتخاب و ترکیب مواد اولیه
- مواد خام شامل: آهن قراضه با خلوص بالا + فروآلیاژها (مثل فروکروم، فرومنگنز)
- دقت زیادی در انتخاب مواد اولیه می‌شود تا عناصر مضر مانند گوگرد، فسفر و اکسیژن به حداقل برسند.
- ذوب در کوره قوس الکتریکی (EAF) یا BOF
- فولاد بلبرینگ معمولاً در کوره قوس الکتریکی ذوب می‌شود چون کنترل بیشتری بر ترکیب شیمیایی و ناخالصی‌ها دارد.
- در این مرحله، ترکیب اولیه فولاد ذوب شده و عناصر آلیاژی به آن اضافه می‌شود.
- پالایش ثانویه (LF/VD/VOD)
- برای کاهش گوگرد، اکسیژن و سایر ناخالصی‌ها از روش‌های پالایش ثانویه مانند:
- LF (Ladle Furnace)
- VD (Vacuum Degassing)
- VOD (Vacuum Oxygen Decarburization)
استفاده می‌شود. - این مرحله برای رسیدن به خلوص بالا و کنترل دقیق ترکیب شیمیایی حیاتی است.
- ریخته‌گری (Continuous Casting یا Ingot Casting)
- فولاد ذوب‌شده به صورت شمش (Ingot) یا بیلت (Billet) ریخته‌گری می‌شود.
- برای فولاد بلبرینگ با کیفیت بالا، ریخته‌گری پیوسته (Continuous Casting) همراه با فیلترهای سرامیکی برای حذف ناخالصی‌های جامد به کار می‌رود.
- نورد گرم (Hot Rolling)
- شمش‌ها یا بیلت‌ها در دمای بالا نورد می‌شوند تا به شکل نهایی مانند میلگرد، تسمه یا لوله تبدیل شوند.
- این فرآیند باعث بهبود ساختار دانه‌بندی و توزیع کاربیدها می‌شود.
- عملیات حرارتی اولیه (Annealing یا Spheroidizing)
- برای آماده‌سازی فولاد جهت ماشین‌کاری، عملیات آنیلینگ کروی (Spheroidizing Annealing) انجام می‌شود تا کاربیدها به شکل کروی درآیند و ماشین‌کاری آسان شود.
- ماشین‌کاری و شکل‌دهی نهایی
- فولاد به صورت قطعات نیمه‌ساخته یا نهایی برای ساخت بلبرینگ تراش داده می‌شود.
- عملیات حرارتی نهایی (سخت‌کاری و تمپرینگ)
- برای افزایش سختی و مقاومت سایشی، فولاد سخت‌کاری (آستنیته و کوئنچ) و سپس تمپر (بازپخت) می‌شود.
- سختی نهایی معمولاً بالای 60 راکول C است.
- آزمایش و کنترل کیفیت
- بررسی‌هایی مثل:
- تست خلوص (Non-metallic Inclusion Content)
- تست سختی
- تست ساختار میکروسکوپی
- تست خستگی چرخشی و تماس غلتشی
- تمام این مراحل برای تضمین عملکرد بلندمدت بلبرینگ ضروری‌اند.
عملیات حرارتی فولاد بلبرینگ
عملیات حرارتی فولاد بلبرینگ یکی از حیاتی‌ترین مراحل در تولید این نوع فولاد است، زیرا خواص مکانیکی نهایی مانند سختی بالا، مقاومت سایشی، پایداری ابعادی و مقاومت به خستگی سطحی به شدت به آن وابسته‌اند.
در ادامه مراحل کلیدی عملیات حرارتی فولاد بلبرینگ را توضیح می‌دهم:
- آنیل کروی (Spheroidizing Annealing) – مرحله اولیه
هدف:
آماده‌سازی فولاد برای ماشین‌کاری بهتر و یکنواخت کردن ساختار کاربیدها.
روش:
- حرارت‌دهی در دمای حدود 750 تا 800 درجه سانتی‌گراد
- نگهداری برای چند ساعت، سپس سرد کردن آهسته
- کاربیدهای Fe₃C (سمنتیت) به صورت کروی در زمینه فریتی توزیع می‌شوند.
نتیجه:
افزایش قابلیت ماشین‌کاری، کاهش تنش‌های داخلی و آماده‌سازی برای مراحل بعدی.
- آستنیته‌کردن (Austenitizing)
هدف:
ایجاد ساختار آستنیتی یکنواخت پیش از سخت‌کاری.
روش:
- حرارت‌دهی در دمای حدود 830 تا 860 درجه سانتی‌گراد
(برای فولادهایی مثل 100Cr6) - زمان نگهداری: متناسب با ضخامت قطعه (مثلاً 15–30 دقیقه)
نتیجه:
کاربیدها حل می‌شوند و ساختار به آستنیت تبدیل می‌شود، آماده برای کوئنچ کردن.
- سرد کردن سریع (Quenching)
هدف:
تبدیل آستنیت به مارتنزیت برای رسیدن به سختی بالا.
روش:
- سرد کردن سریع در روغن، هوا، یا نمک (بسته به اندازه قطعه)
- برای یکنواختی و جلوگیری از ترک، کنترل نرخ سرد شدن بسیار مهم است.
نتیجه:
ساختار مارتنزیتی سخت با مقداری باقیمانده از آستنیت (Retained Austenite)
- تمپر (Tempering) – بازپخت
هدف:
کاهش تنش‌های داخلی، بهبود چقرمگی و پایداری ابعادی
روش:
- حرارت‌دهی در دمای حدود 150 تا 200 درجه سانتی‌گراد
- زمان: حدود 1 تا 2 ساعت
(دمای پایین‌تر نسبت به فولادهای ابزار، چون سختی باید حفظ شود)
نتیجه:
- کاهش شکنندگی مارتنزیت
- رسیدن به سختی نهایی حدود 60–65 راکول C
- افزایش مقاومت خستگی و پایداری در برابر سایش
- (در صورت نیاز) سرمایش زیرصفر (Cryogenic Treatment)
هدف:
تبدیل آستنیت باقیمانده به مارتنزیت برای پایداری ابعادی و افزایش سختی
روش:
- نگهداری قطعه در دمای حدود منفی 80 تا 196 درجه سانتی‌گراد (با نیتروژن مایع)
- گاهی بین کوئنچ و تمپر انجام می‌شود
ساختار نهایی فولاد بلبرینگ:
- مارتنزیت سخت
- ذرات کروی کاربید (سمنتیت)
- مقدار بسیار کم آستنیت باقیمانده
کاربردهای فولاد بلبرینگنکات مهم هنگام خرید فولاد بلبرینگدر این پاسخ، ابتدا کاربردهای فولاد بلبرینگ را بررسی می‌کنیم، سپس نکات کلیدی که هنگام خرید این نوع فولاد باید در نظر بگیرید، ارائه خواهد شد.
کاربردهای فولاد بلبرینگ
فولاد بلبرینگ (مانند گریدهای 100Cr6، SUJ2، 52100) به دلیل خواص خاصی مثل سختی بالا، مقاومت سایشی، و پایداری ابعادی، در کاربردهایی استفاده می‌شود که تماس چرخشی، بار دینامیکی و طول عمر بالا اهمیت دارد.
کاربردهای اصلی:
- بلبرینگ‌ها و رولبرینگ‌ها
- مهم‌ترین کاربرد؛ در انواع بلبرینگ شعاعی، محوری، مخروطی و سوزنی
- شفت‌های دقیق و محورهای چرخشی
- در ماشین‌آلات، ابزار CNC، دینام‌ها و موتورهای الکتریکی
- ابزارهای اندازه‌گیری دقیق
- مثل میکرومتر، ساعت اندازه‌گیری، گیج‌ها
- چرخ‌دنده‌های پرسرعت و دقیق
- در گیربکس‌های صنعتی، تجهیزات خودروسازی و موتورهای سبک
- قطعات سیستم تعلیق خودرو
- مانند مفصل‌ها، بوش‌ها، سگدست و بخش‌هایی که با بار چرخشی درگیرند
- توپی چرخ (Wheel Hubs) و اکسل‌ها
- در خودروها و کامیون‌ها به دلیل تحمل بار دینامیکی بالا
- سیستم‌های انتقال قدرت
- در ماشین‌آلات صنعتی و ابزارهای دقیق
نکات مهم هنگام خرید فولاد بلبرینگ
برای اطمینان از کیفیت و عملکرد بلندمدت فولاد بلبرینگ، توجه به موارد زیر ضروری است:
- استاندارد و گرید فولاد
- حتما گرید دقیق را مشخص کنید:
- 100Cr6 (استاندارد DIN و EN)
- SUJ2 (ژاپن JIS)
- 52100 (استاندارد AISI/SAE)
- این گریدها ترکیب و خواص مکانیکی مشابه دارند، اما کاربرد دقیق می‌تواند تفاوت داشته باشد.
- خلوص فولاد (Cleanliness)
- فولاد بلبرینگ باید کمترین مقدار ناخالصی‌های غیرفلزی (مانند اکسیدها، سولفیدها) را داشته باشد.
- از فروشنده بخواهید گواهی تست Non-metallic Inclusion Content یا تست متالوگرافی را ارائه دهد.
- عملیات حرارتی شده یا خام
- مشخص کنید فولاد به صورت:
- آنیل شده (Spheroidized Annealed) برای ماشین‌کاری
- یا سخت‌کاری شده (Hardened & Tempered) نیاز دارید
- ابعاد و تلرانس
- در برخی کاربردها، دقت ابعادی بالا (مثلاً h6 یا h8) نیاز است.
- بررسی کنید آیا محصول پرداخت‌کاری شده است یا به صورت خام نوردی است.
- گواهی کیفیت (Mill Test Certificate - MTC)
- الزامی است برای خرید مطمئن.
- شامل: ترکیب شیمیایی، سختی، خواص مکانیکی، و نتایج تست‌های دیگر
- منبع و برند تولیدکننده
- فولادهای باکیفیت معمولاً از برندهایی مثل:
- BÖHLER (اتریش)
- OVAKO (سوئد)
- SKF Steel (سابق)
- برندهای ژاپنی (Nippon Steel, JFE)
- در داخل ایران نیز برخی تولیدکننده‌های معتبر با کیفیت قابل قبول فعالیت دارند.
- ظاهر فیزیکی و سطح مقطع
- بررسی وجود ترک، پوسته‌شدن، زنگ‌زدگی یا ناهمواری سطحی
- فولاد بلبرینگ باید سطحی تمیز و بدون ترک‌های سطحی یا زیرسطحی داشته باشد
استانداردهای مهم فولاد بلبرینگ
استانداردهای فولاد بلبرینگ از اهمیت بالایی برخوردارند، زیرا این نوع فولاد باید ویژگی‌های مکانیکی، شیمیایی و متالورژیکی دقیقی داشته باشد تا در کاربردهای حساس مانند بلبرینگ‌ها و قطعات دقیق عملکرد مطمئن و طول عمر بالا داشته باشد.
در ادامه، مهم‌ترین استانداردهای جهانی فولاد بلبرینگ و معادل‌های آن معرفی می‌شوند:
- استاندارد DIN / EN (اروپا - آلمان)
- گرید: 100Cr6
- استاندارد مرجع:
- DIN 17230 / EN ISO 683-17
- مشخصات فولاد سخت‌کاری‌شونده برای بلبرینگ‌ها
ترکیب شیمیایی (حدود):
- C: 0.95–1.05%
- Cr: 1.3–1.6%
- Mn: 0.25–0.45%
- Si: 0.15–0.35%
- استاندارد AISI / SAE (آمریکا)
- گرید: 52100
- استاندارد مرجع: SAE J403
ویژگی‌ها:
- بسیار مشابه با 100Cr6
- پرکاربرد در صنایع خودروسازی و ابزار دقیق در آمریکا
- استاندارد JIS (ژاپن)
- گرید: SUJ2
- استاندارد مرجع: JIS G4805
ویژگی‌ها:
- فولاد بلبرینگ ژاپنی با خواصی کاملاً مشابه 100Cr6
- بسیار رایج در صنعت خودروسازی و ابزارسازی در آسیا
- استاندارد GOST / ГОСТ (روسیه)
- گرید: ШХ15 (ShKh15)
- استاندارد مرجع: ГОСТ 801-78 یا ГОСТ 1050
ویژگی‌ها:
- فولاد بلبرینگ استاندارد روسیه
- خواص مشابه با 100Cr6
- ISO (استاندارد بین‌المللی)
- استاندارد مرجع: ISO 683-17
- تعریف خواص فولادهای مخصوص ساخت بلبرینگ
- استانداردهای چینی (GB)
- گرید: GCr15
- استاندارد مرجع: GB/T 18254-2002
ویژگی‌ها:
- معادل چینی 100Cr6
- کاربرد گسترده در بلبرینگ‌سازی و قطعات دوار
جدول معادل‌های فولاد بلبرینگ:
|
کشور / استاندارد |
نام گرید |
معادل رایج |
|
DIN / EN |
100Cr6 |
1.3505 |
|
AISI / SAE |
52100 |
|
|
JIS (ژاپن) |
SUJ2 |
|
|
GOST (روسیه) |
ШХ15 (ShKh15) |
|
|
چین (GB) |
GCr15 |
نکته:
تمام این گریدها دارای ترکیب شیمیایی و خواص مکانیکی تقریباً مشابه هستند، اما بسته به استاندارد ملی و نیازهای صنعتی، ممکن است تفاوت‌های جزیی در مقدار عناصر آلیاژی یا روش‌های تولید وجود داشته باشد.