Коришћење специфичних за примену лежајних челика и површинске обраде омогућава поузданост лежајева да се знатно повећа, што заузврат доприноси смањењу укупног трошкова власништва над машинама и опремом (укупни трошкови власништва).
За лежајеве високих перформанси, одабир и оптимизација (челичних) материјала игра централну улогу у њиховом развоју. Из тог разлога, инжењерство материјала је једна од четири основне технологије за истраживање и развој у НСК.
Комбинација посебне легуре и специфичне топлотне обраде коришћена је за развој НСК-овог Супер Тоугх челика
Чистоћа материјала
Век замора легираних челичних лежајева као што је 100 Цр6 (или СУЈ2 у јапанском стандарду), на пример, углавном зависи од садржаја инклузије. Нарочито оксидни или неметални инклузије подстичу негативне ефекте испод површине писте. Као пример, познато је да инклузије алуминијумског оксида, које настају процесом оксидације током топљења, могу довести до значајног смањења животног века замора. Овај ефекат настаје јер су инклузије алуминијумског оксида релативно тврде и могу се разбити када челик се обрађује, на пример током ковања. Када дође до распада, инклузије се смањују и слабе микроструктуру.
БНЕКАРТЕТ куглични лежајеви са дубоким жлебом користе се у погонима електричних машина као што су кућански уређаји
У партнерству са водећим произвођачем челика, НСК је развио материјале попут З челика, ЕП челика иБНЕКУАРТЕТ како би спречио ову врсту негативних ефеката. Неки од ових материјала произведени су уз посебне поступке топљења који смањују садржај неметала и продужавају животни век од замора.
Термичка обрада специфична за примену
Термичка обрада је још један параметар који утиче на специфичне карактеристике челика, а тиме и на лежајеве. Због ове чињенице материјали попут НСК-овог СХКС челика подвргавају се посебној термичкој обради која је посебно отпорна на хабање на високим радним температурама. Лежајеви овог типа нису потребни само тамо где је топлота присутна као саставни део процеса, већ и у применама као што су машински алати, где брзе брзине вретена генеришу високе температуре у погонским компонентама.
Током развоја карактеристике челика СХКС доказане су свеобухватним испитивањима отпорности на хабање, укључујући испитивања са четири куглице и ваљцима, као и тестовима животног века на замор.
Уобичајени образац оштећења: Бела подручја нагризања испод површине материјала
Разлика је у легури
Трећи параметар у потрази за већом поузданошћу лежаја је легура. Легуре могу спречити или бар умањити стварање пукотина у носећој микроструктури. Поново у сарадњи са произвођачима челика, НСК је развио разне посебне легуре за овај профил примене.
Ваљкасти четвороредни цилиндрични ваљкасти лежајеви који се користе као интегрисани планетарни лежајеви у ветротурбинама
Материјали попут НСК-овог Супер Тоугх челика долазе комбинацијом оптималне топлотне обраде са специјалном легуром (Слика1). На пример, очвршћавање челика применом поступка као што је карбонирање продужава радни век за два пута у поређењу са процењеним животним веком под загађеним условима подмазивања. У срединама у којима мазиво има нормалне нечистоће, век трајања лежаја може се чак повећати за фактор 10. Разлог за ове побољшане перформансе је тај што је хабање узроковано површином узроковано недовољним подмазивањем или загађивањем мазива значајно смањено. Заузврат, свака потенцијална штета изазвана „белим пукотинама“ се одлаже.
Пример 1
Развој нових материјала обично је одговор на индустријске трендове или промене у захтевима за примену. То је био случај са технологијом БНЕКУАРТЕТ, коју је НСК први пут представио пре две године (Имаге2). БНЕКУАРТЕТ је у почетку створен као одговор на стално повећање величине машина за прање рубља. Куглични лежајеви са дубоким уторима који се налазе у машинама за прање са предњим пуњењем широм Европе подложни су неравномерном и асиметричном пуњењу. Са повећањем величина бубња, већа оптерећења за прање постављају све веће захтеве за лежајевима.
Предности Супер-ТФ при раду са контаминираним мазивом
Као одговор на то, стручњаци за НСК материјале су се позабавили побољшањем састава легура специјалног челика који спречава стварање пукотина и удубљења у пистама и, што је најважније, зауставља њихово ширење. Поред тога, овај челик је посебно чист. Скуп мера примењених у технологији БНЕКАРТЕТ резултирао је удвостручењем века трајања лежајева под великим оптерећењем и неповољним еколошким условима.
Пример 2
Још један пример развоја материјала оријентисаних на примену долази из технологије ветрогенератора. Овде се могу оштетити лежајеви у облику ВЕЦ испод површине материјала (Слика3). Ове беле структуре ломљивог ферита, које настају променама у микроструктури, могу се уочити у етцхеда и полираним пресецима материјала. Измењене структуре више нису у стању да поднесу велика оптерећења која се примењују. ВЕЦ се формирају и шире, што доводи до површинских дефеката као што су јамице или ВСФ (љуштење беле структуре).
Керамичке компоненте и премази за лежајеве додатно су подручје истраживања у НСК
Научници никада нису успели да у потпуности објасне разлоге за ВЕЦ. Тренутно размишљање претпоставља да су услови проузроковани ефектима интеракције компонената унутар погонског склопа. То укључује динамику, мешовито трење, електричне наелектрисања / струје, хемијске факторе, кретање / клизање и дифузију водоника.
Развијање контрамера
Захваљујући успеху у реплицирању ВЕЦ-а у лабораторији, НСК је накнадно успео да развије контрамере које укључују изгарање мартензитно очврснутих лежајних челика, заједно са одређеним другим материјалима (Слика4). Показало се да овај додатни процес значајно одлаже појаву ВЕЦ штете.
Још један ефикасан метод за смањење вероватноће оштећења ВЕЦ је употреба лежајних прстенова од жилавог челика НСК. Коришћењем ове комбинације обраде материјала и површине, динамичко оптерећење може се типично побољшати за 23%, што је код котрљајућих лежајева еквивалент удвостручењу века замора.
Смањивање штете од ВЕЦ-а
Што се тиче површински изазваног хабања услед лошег подмазивања или контаминираног мазива, то се знатно смањује употребом СТФ лежајева (Слика5), док се потенцијална оштећења ВЕЦ одлажу. Серија НСК тестова показала је да је време пре почетка оштећења удвостручено.
Још једна корисна стратегија је употреба лежајних прстенова израђених од „Анти-Вхите Струцтуре-Тоугх“ (АВС-ТФ), сопственог НСК материјала који је посебно развијен за спречавање оштећења ВЕЦ-а. У опсежној серији тестова, радни век конвенционалних челичних лежајних прстенова је измерен до тренутка када је откривена ВЕЦ-штета. Затим су тест серије поновљене са АВС-ТФ. После осам пута дужег радног века од конвенционалних челичних лежајних прстенова, у материјалу нису откривени ВЕА (бела подручја за јеткање).
Пластика и керамика
Развој материјала у НСК не односи се само на челик. Пластични материјали, као и обојени метали попут месинга, такође се испитују како би се направила прецизно циљана побољшања карактеристика кавеза. Поред тога, керамика и керамички премази (Имаге6) играју све већу улогу када су потребна прилагођавања својстава електричне проводљивости лежајева и њихова отпорност на хабање. На ову тему, НСК је недавно представио керамички развој под називом ХДИ2, који има оптимизоване карактеристике изолације и топлотне проводљивости.
Коначно, још једно фокусно подручје за развој материјала односи се на мазива. Трибологија је засебна суштинска надлежност НСК-ове организације за истраживање и развој, заједно са технологијом материјала.