응용 분야별 베어링 강과 표면 처리를 사용하면 베어링의 신뢰성이 크게 향상되어 기계 및 장비 TCO (총 소유 비용)를 줄일 수 있습니다.
고성능 베어링의 경우 (강철) 재료의 선택과 최적화가 개발의 중심 역할을합니다. 이러한 이유로 재료 공학은 NSK의 4 대 핵심 연구 개발 기술 중 하나입니다.
NSK의 Super Tough 강철을 개발하기 위해 특수 합금과 비열 처리의 조합이 사용되었습니다.
재료 순도
예를 들어, 100 Cr6 (또는 일본 표준의 SUJ2)와 같은 합금 베어링 강의 피로 수명은 주로 포함 함량에 따라 다릅니다. 특히 산화물 또는 비금속 개재물은 궤도면 아래에 부정적인 영향을줍니다. 예를 들어 용융 중 산화 과정에 의해 형성되는 산화 알루미늄 개재물은 베어링 피로 수명을 크게 감소시킬 수있는 것으로 알려져 있습니다. 단조와 같이 강철이 가공되고 있습니다. 분열이 발생하면 개재물이 수축되고 미세 구조가 약해집니다.
BNEQARTET 깊은 홈 볼 베어링은 가전 제품과 같은 전기 기계의 드라이브에 사용됩니다.
NSK는 선도적 인 철강 제조업체와 협력하여 이러한 유형의 부정적인 영향을 방지하기 위해 Z 강철, EP 강철 및 BNEQUARTET과 같은 재료를 개발했습니다. 이러한 재료 중 일부는 비금속 함량을 줄이고 피로 수명을 연장하는 특수 용융 공정을 사용하여 제조됩니다.
용도별 열처리
열처리는 강철의 특정 특성에 영향을 미치고 결과적으로 베어링에도 영향을 미치는 또 다른 매개 변수입니다. 이것이 NSK의 SHX 강과 같은 재료가 특히 높은 작동 온도에서 내마모성이있는 특수 열처리를받는 이유입니다. 이 유형의 베어링은 공정의 고유 한 부분으로 열이 존재하는 곳뿐만 아니라 빠른 스핀들 속도로 인해 드라이브 구성 요소에 고온이 발생하는 공작 기계와 같은 응용 분야에 필요합니다.
개발 과정에서 SHX 강의 특성은 4 볼 및 롤러 테스트와 재료 및 표면 피로 수명 테스트를 포함한 포괄적 인 내마모성 테스트를 통해 입증되었습니다.
일반적인 손상 패턴 : 재료 표면 아래의 흰색 에칭 영역
차이점은 합금에 있습니다.
베어링 신뢰성 향상을 추구하는 세 번째 매개 변수는 합금입니다. 합금은 베어링 미세 구조에 균열이 생기는 것을 방지하거나 최소한 최소화 할 수 있습니다. 다시 철강 제조업체와 협력하여 NSK는이 응용 프로파일을위한 다양한 특수 합금을 개발했습니다.
풍력 터빈에 통합 된 유성 베어링으로 사용되는 광택 4 열 원통형 롤러 베어링
NSK의 Super Tough 강철과 같은 재료는 최적의 열처리와 특수 합금을 결합한 것입니다 (이미지 1). 예를 들어, 탄질 화와 같은 공정을 사용하는 강철의 경화는 오염 된 윤활 조건 하에서 예상 서비스 수명과 비교하여 서비스 수명을 2 배 증가시킵니다. 윤활유에 정상적인 불순물이있는 환경에서는 베어링 서비스 수명을 10 배까지 늘릴 수 있습니다. 이렇게 개선 된 성능의 이유는 불충분 한 윤활 또는 윤활유 오염으로 인한 표면 유발 마모가 크게 감소하기 때문입니다. 차례로, '화이트 에칭 크랙'(WEC)으로 인한 잠재적 손상이 지연됩니다.
예 1
신소재의 개발은 일반적으로 산업 동향이나 응용 요구 사항의 변화에 따라 이루어집니다. NSK가 2 년 전 처음 소개 한 BNEQUARTET 기술의 경우도 마찬가지입니다 (그림 2). BNEQUARTET은 처음에는 세탁기 드럼의 크기가 꾸준히 증가함에 따라 만들어졌습니다. 유럽 전역의 프론트 로딩 세탁기에서 광범위하게 발견되는 깊은 홈 볼 베어링은 고르지 않고 비대칭 하중의 영향을받습니다. 드럼 크기가 증가함에 따라 더 높은 세척 부하로 인해 베어링에 대한 요구가 더욱 높아집니다.
오염 된 윤활유로 작동 할 때 Super-TF의 장점
이에 NSK 재료 전문가들은 레이스 웨이에서 균열과 움푹 들어간 부분이 형성되는 것을 방지하고 가장 중요한 것은 전파를 막는 특수강의 합금 조성을 개선하기 위해 착수했습니다. 게다가이 특별한 강철은 특히 순수합니다. BNEQARTET 기술에 적용된 일련의 조치는 높은 부하와 불리한 환경 조건에서 베어링 서비스 수명을 두 배로 늘 렸습니다.
예 2
응용 중심 소재 개발의 또 다른 예는 풍력 터빈 기술에서 비롯됩니다. 여기서 WEC 형태의 베어링 손상은 재료 표면 아래에서 발생할 수 있습니다 (그림 3). 미세 구조의 변화에 의해 형성된 이러한 취성 페라이트의 흰색 구조는 재료의 에칭 및 연마 된 단면에서 관찰 할 수 있습니다. 변경된 구조는 더 이상 적용된 고하 중을 견딜 수 없습니다. WEC가 형성되고 퍼져서 구멍이나 WSF (흰색 구조 박리)와 같은 표면 결함이 발생합니다.
베어링 용 세라믹 부품 및 코팅은 NSK의 추가 연구 영역입니다.
과학자들은 WEC의 이유를 완전히 설명 할 수 없었습니다. 현재의 생각은 이러한 조건이 파워 트레인 내 구성 요소 상호 작용의 영향으로 인해 발생한다고 가정합니다. 여기에는 역학, 혼합 마찰, 전하 / 전류, 화학적 요인, 슬립 / 슬라이드 이동 및 수소 확산이 포함됩니다.
대응책 개발
실험실에서 WEC를 성공적으로 복제 한 덕분에 NSK는 이후 특정 기타 재료와 함께 마르텐 사이트 경화 베어링 강의 버니 싱을 포함하는 대책을 개발할 수있었습니다 (이미지 4). 이 추가 프로세스는 WEC 손상 발생을 상당히 지연시키는 것으로 나타났습니다.
WEC 손상 가능성을 줄이는 또 다른 효과적인 방법은 NSK의 Tough Steel로 만든 베어링 링을 사용하는 것입니다. 이러한 재료와 표면 처리의 조합을 사용하면 동적 하중 정격이 일반적으로 23 % 향상되며, 이는 구름 베어링에서 피로 수명이 두 배로 늘어난 것과 같습니다.
WEC 손상 감소
윤활 불량이나 오염 된 윤활유로 인한 표면 마모와 관련하여 STF 베어링 (그림 5)을 사용하면이 값이 크게 감소하고 잠재적 인 WEC 손상이 지연됩니다. 일련의 NSK 테스트에서 손상이 시작되기 전 시간이 두 배로 늘어난 것으로 나타났습니다.
또 다른 유리한 전략은 WEC 손상을 방지하기 위해 특별히 개발 된 독점 NSK 재료 인 'Anti-White Structure-Tough'(AWS-TF)로 만든 베어링 링을 사용하는 것입니다. 광범위한 일련의 테스트에서 기존 강철 베어링 링의 작동 수명은 WEC 손상이 감지되는 순간까지 측정되었습니다. 그런 다음 AWS-TF로 테스트 시리즈를 반복했습니다. 기존 강철 베어링 링보다 8 배 더 긴 서비스 수명 후 재료에서 WEA (흰색 에칭 영역)가 감지되지 않았습니다.
플라스틱 및 세라믹
NSK의 재료 개발은 강철에 관한 것이 아닙니다. 플라스틱 소재뿐만 아니라 황동과 같은 비철금속도 테스트하여 케이지의 특성을 정밀하게 개선하기 위해 테스트를 거쳤으며, 전기 전도도 특성에 대한 조정이 필요할 때 세라믹 및 세라믹 코팅 (그림 6)의 역할이 증가하고 있습니다. 베어링의 내마모성. 이 주제에 대해 NSK는 최근 최적화 된 절연 및 열전도 특성을 특징으로하는 HDY2라는 세라믹 개발을 도입했습니다.
마지막으로 재료 개발의 또 다른 초점 영역은 윤활유입니다. Tribology는 재료 기술과 함께 NSK의 연구 개발 조직에서 별도의 핵심 역량입니다.