فولاد یاتاقان اصطلاحاً به فولادهایی گفته می شود که برای ساخت انواع بلبرینگ و رولبرینگ کروی، صاف و مخروطی مورد استفاده قرار می گیرند و باید در مقابل لرزش، خستگی، ضربه، سایش و بارهای غیر محوری مقاوم باشند. در شرایط سرویس معمولی این فولادها معمولاً در دو نوع پرکربن با عملیات حرارتی کوئنچ-تمپر و یا سخت کاری القایی و کم کربن با عملیات کربورایزینگ می باشند.
معمولاً مقدار کمی از عناصر آلیاژی مثل کروم، نیکل و مولیبدن یا ترکیبی از آن ها جهت ایجاد ذرات سخت کاربیدی و افزایش سختی پذیری به ترکیب اضافه می گردد. ساختار فولادهای سمانته مثل AISI 4118، AISI 5120، AISI 8620 و AISI 4320 مارتنزیت به همراه آستنیت باقیمانده در سطح و بینیت و فریت در مغز است. سختی سطح 58 تا 64 راکول سی و سختی مغز آن 25 تا 48 راکول سی است. ساختار فولادهای پرکربن مثل AISI 52100، مارتنزیتی با مقدار کمی آستنیت باقیمانده و سختی بین 60 تا 64 راکول سی است.
فولادهای سمانته قابلیت ماشین کاری بهتری داشته و معمولا به دلیل ایجاد تنش های پسماند فشاری ناشی از عملیات کربورایزینگ در سطح، استحکام خستگی و مقاومت به ترک بیشتری از خود نشان می دهند و همچنین مغز آن ها از چقرمگی و تافنس بیشتری برخوردار است. وجود آستنیت باقیمانده در سطح نیز باعث افزایش داکتیلیتی و جلوگیری از ایجاد تمرکز تنش توسط ذرات ساینده می گردد. از طرفی فولادهای پرکربن عملیات حرارتی ساده تر، پایداری ابعادی بیشتر در مقابل حرارت و مقاومت به تنش های تماسی بالاتری دارند (مثل بلبرینگ ها). تمیزی و عاری بودن از ناخالصی های غیر فلزی اکسیدی، سیلیکاتی و سولفیدی نقش مهمی در کاربرد این فولادها داشته و می بایستی با روش های استاندارد متالوگرافی بررسی گردد. لذا باید یکی از روش های زیر جهت تولید فولاد با کیفیت استفاده گردد:
فولاد تمیز ذوب شده در هوا/ ذوب مجدد سرباره الکتریکی (ESR)/ ذوب در هوا و ذوب مجدد قوسی در خلا (VAR)/ ذوب القایی درخلا (VIM) و ذوب مجدد قوسی در خلا.
فولادهای یاتاقان براساس شرایط سرویس و کاربری در سه گروه یا کلاس تقسیم بندی می شوند.
گروه 1
شرایط سرویس معمولی که حدود 95 درصد مواقع برقرار می باشد. دمای کمینه 50 درجه و دمای بیشینه 150 درجه ی سانتی گراد است. و تنش تماسی هرتز در حدود 2.1 تا 3.1 گیگاپاسکال است. در این شرایط فولادهای کم آلیاژ سمانته و فولادهای کم آلیاژ پر کربن ذکر شده در بالا قابل استفاده هستند.
گروه 2
شرایط سرویس دمای بالای 150 درجه ی سانتی گراد مثل موتور جت و توربین گازی که در این شرایط فولادهای آلیاژی استاندارد مخصوص دمای بالا با مقدار متوسط عناصر آلیاژی کاربیدساز و مقاوم به حرارت استفاده می شوند.
گروه 3
شرایط سرویس با خورندگی بالا که در این شرایط استیل یا همان فولاد زنگ نزن با مقدار بالای 12 درصد کرم و کربن متوسط و مقداری از سایر عناصر آلیاژی تحت عملیات کوئنچ-تمپر قرار گرفته و استفاده می شود.
استانداردها
استاندارد های ASTM A485، DIN 17230 و EN ISO 683-17 به تعیین انواع آلیاژهای یاتاقان های مقاوم به سایش (بلبرینگ و رولبرینگ) و خواص آن ها می پردازند. برخی از معروف ترین این آلیاژها در استاندارد آلمانی عبارت اند از:
Through hardening: WN 1.3501, WN 1.3505, WN 1.3520, WN 1.3537, WN 1.3536, WN 1.3539
Case hardening: WN 1.3521, WN 1.3523, WN 1.3531, WN 1.3533
Induction hardening: WN 1.1219, WN 1.3561, WN 1.3563, WN 1.3565
Stainless: WN 1.3541, WN 1.3543, WN 1.3549
High temperature: WN 1.3551, WN 1.3553, 1.3558
به علاوه، برای اطلاعات دقیقتر دربارهی کاربردهای فولادهای آلیاژی، خواندن مقاله کاربردهای فولاد آلیاژی را به شما پیشنهاد میکنیم.