服务案例

一、高温、腐蚀性和真空环境会对轴承的计算寿命产生惊人的 90% 的影响

滚动轴承经常在以严酷和极端操作条件着称的行业中接受测试，例如钢铁制造和食品加工。然而，机器制造商正在提高这些轴承在其他应用中的性能要求，例如半导体制造、航空航天和医疗设备加工设备——通常是真空和超洁净环境。在这些情况下，轴承需要在高温或低温下运行，并在暴露于湿气和化学品的高腐蚀性环境中运行。问题在于，这些环境条件对轴承寿命有重大影响，并且可以将预期寿命的计算值抵消 90%

1、轴承寿命

传统上轴承寿命计算如下。在为给定应用选择合适的轴承类型后，下一步就是确定尺寸。了解轴承在应用中将经历的载荷和速度或占空比，目录中的额定载荷用于计算基本额定寿命。然后将其与所需的设计寿命进行比较，以确定合适的尺寸。 典型轴承中部件的详细剖视图。

然而，在极端或恶劣环境的情况下，基本额定寿命会根据条件下调。在某些情况下，寿命调整系数低至 0.1。这意味着，由于环境条件，只能假定计算额定寿命的 10%。

在这些情况下，工程师可能必须设计定制轴承以帮助抵消环境或操作条件的负面影响。可以更换或定制的轴承部件包括环和滚子材料、涂层、密封件或保持器材料以及润滑剂。

在更换材料或开发特殊材料之前，确定并考虑影响生命的三大环境：高温、腐蚀性和真空。

2、高温环境

定制轴承设计用于高达 350°C 及以上的温度。这些类型的轴承用于高温环境，例如位于熔炉或烤炉内或附近的设备、发动机应用、工业鼓风机以及任何热过程中使用的输送设备。要设计用于高温的定制轴承，请考虑材料和润滑。

二、镀金轴承可以成为真空环境中的解决方案

52100 铬钢最广泛地用于球轴承和滚子轴承。根据实际的热处理工艺，这种钢可能会暴露在大约 125°C 的温度下，而不会因微观结构的变化而导致尺寸发生任何显着变化或硬度损失。但是，对于 125°C 以上的持续温度，建议使用热稳定材料。

微型轴承和一些较大孔径的轴承由 400 系列不锈钢制成，例如 AISI 440C。这种轴承钢可能会暴露在高达约 150°C 的温度下，而尺寸不会发生任何显着变化或硬度会降低。如果持续温度高于 150°C，建议使用热稳定材料。当热稳定时，这些合金可以在超过 400°C 的温度下工作。

热稳定部件（主要是环）在对应于使用温度的较高温度下进行回火处理。然而，这种升高的回火处理会影响材料硬度并降低轴承的承载能力。

当计算高温下的轴承寿命时，实际动载荷能力可以通过将基本额定动载荷乘以列出的温度系数来确定。

1、润滑：

油的粘度随温度升高而显着降低。这直接影响润滑油膜的承载能力。此外，高温会导致油脂加速氧化和碳化，从而硬化。高温会引发“渗出”，导致油脂从关键区域流走。在 175°C 以上的温度下，某些油会蒸发或闪蒸，这会导致球和滚道表面损坏并最终导致轴承故障。

标准轴承润滑脂和轻油的最高工作温度通常在 120 至 175°C 之间。此外，在接近其最大工作温度的恒定温度下，它们的预期寿命会缩短。可提供可在 225 至 285°C 范围内工作的高温润滑脂和油。这些包括含硅或 PFPE 基础油的润滑脂。

作为最后的手段，可以使用固体润滑剂或表面涂层。如果负载较轻（静态容量的 10%）且转速较低（150 rpm 或更低），使用固体润滑剂的轴承通常会产生良好的效果。固体润滑剂仅在粘附在滚动表面上时才有效。

可以将涂层施加到保持架，或者可以将涂层浸渍到保持架材料中。无论哪种方式，带涂层的保持架都有助于滚动元件不断地将润滑剂输送到滚道的关键表面区域。用于高温应用的涂层示例包括：金、银、二硫化钼、石墨、聚四氟乙烯 (PTFE) 和聚酰胺。

三种密封类型的剖视图。

轴承可能会因暴露于水和湿气、海洋气候以及各种化学品（气体和液体）而受到攻击。在食品加工厂，轴承每天都要用水和消毒剂或抗菌剂的混合物进行高压冲洗。同样，灌溉系统中的潜水泵暴露在含有沉积物和肥料的水中。自动油漆线中的输送设备在清洁周期中会受到各种不同化学品的影响，当然还有油漆本身。这些环境会损害轴承和润滑剂。

2、材料：

环和组件通常由不锈钢制成。AISI 440C 或类似合金是最常用的合金，因为它提供适度的防腐蚀保护并具有有益于疲劳寿命的特性。特殊的氮强化马氏体不锈钢也是一种选择。与 440C 相比，这种材料在接受盐雾测试时具有大约五倍的耐腐蚀性。其他优点包括对血液和其他试剂的高抵抗力、提供较低噪音水平的精细微观结构以及延长的疲劳寿命。

其他不锈钢选项是 AISI 304 和 316。与 400 系列相比，这些奥氏体钢具有出色的耐腐蚀性。但是，由于硬度低，与热处理后硬度为 Rc 60 的 440C 相比，它们的负载能力大大降低。

沉淀硬化不锈钢 AISI 630 的硬度为 Rc 40，与 300 系列相比承载能力有所提高。然而，AISI 630 不提供相同水平的耐腐蚀性。与 400 系列马氏体钢相比，AISI 630 更适合高腐蚀性环境，但承载能力较差。

由陶瓷材料制成的滚动元件应考虑用于腐蚀性环境。有各种等级和类型的陶瓷材料，但最常见的是氮化硅。

由陶瓷球和钢圈组成的轴承称为混合轴承。在混合轴承中，陶瓷滚动体提高了耐用性。陶瓷材料几乎可以抵抗所有化学品，因此不会因腐蚀侵蚀而导致滚珠或滚子退化。此外，由于陶瓷是与钢环不同的材料，因此不会使用滚道（或其他地方）产生的磨损碎片进行冷焊。因此，滚道点蚀和退化较少。这反过来又有助于保持润滑剂的状态和使用寿命。

3、密封件：

某些类型的轴承可提供整体式密封件。密封件保护轴承的关键内表面免受污染物侵入。它们还可以防止润滑剂泄漏。当使用没有整体密封的轴承时，请考虑外部密封选项。

密封件通常是丁腈橡胶或丁腈橡胶化合物。特氟龙密封件对大多数化学品具有很强的耐受性，可用于多种类型的轴承。Viton 密封件具有耐化学性，并且比 Teflon 选项更坚固。

密封结构和形状可以提高设计的有效性。迷宫式密封件的密封唇位于内圈中加工的凹槽中，可在不增加扭矩的情况下提高密封能力。此外，与单唇设计相比，双唇密封提供了额外的保护。

4、涂层：

防腐涂层可应用于由铬或不锈钢制成的轴承，使表面的化学反应性低于贱金属。表面工程是高度专业化的，因此专家建议在选择涂层或处理时咨询轴承制造商。防腐涂层包括TDC（薄致密铬）、镀镉、镀镍、镀锌、氮化钛和碳化钛以及（不锈钢的）钝化。

三、真空环境

关键任务设备的污染是航天器和卫星的主要关注点。在太空的真空中，除气材料会凝结在透镜、太阳能电池和导航传感器等光学元件上。在半导体行业，材料脱气造成的污染可能会损坏价值数百万美元的晶圆。

真空环境中需要关注的轴承部件是保持器和润滑剂。在这些环境中使用的轴承需要超洁净。必须用溶剂清洁表面，在某些情况下，还需要烘烤以去除可能会脱气的挥发性残留物。

1、润滑：

适当的润滑对于良好的轴承寿命至关重要。对于滚动轴承，油和脂润滑剂是最有效的，特别是在形成承载流体膜的临界转速或高于临界转速时。除了损坏附近的部件外，除气还会降低油或油脂的有效性。幸运的是，润滑剂技术已经进步，低释气和低蒸气压的油和润滑脂已经开发出来。这些润滑剂通常使用基础油生产，例如合成碳氢化合物或 PFPE。这些流体的蒸气压在 25°C 时约为 4.7 × 10 至 12 托。

由于蒸气压和化学反应速率增加，所以在较高温度下脱气速率增加。因此，在真空环境中的较高温度下可能需要固体润滑剂。用于真空应用的典型固体润滑剂包括金、银、二硫化钼 (MoS2) 和聚四氟乙烯 (PTFE)。

2、保持架材料：

奥氏体不锈钢 AISI 304 保持架可用于真空环境。保持架也可以涂有 PTFE，以便将 PTFE 转移到滚道，并减少滚动元件和保持架之间的扭矩。当需要更轻、更硬的高速保持架时，卡入式或全机加工类型由 PTFE、Vespel 或 PEEK 制成。

当面临极端或恶劣的环境时，通常会使用结合上述选项的特殊轴承来延长轴承寿命。在所有情况下，主要目标之一是提供足够的润滑。建议设计师和轴承用户咨询轴承应用专家，以获得有关指定关键轴承属性、计算负载能力和轴承寿命以及提供成本效益分析的帮助。

四、联系我们

让云科技-作为湖南地区知名品牌的工程轴承技术服务商及产品生产厂商，现已拥有两大自主品牌：让融（RANUR)、让云（RANUY )系列工程轴承，我们所做的一切只为时刻准备迎面解决更加严苛的运行工况及日益增长的市场需求，并及时掌握及应用如何提高产业可靠性及优化资产生命周期。

让融（RANUR)系列工程轴承是中国轴承高品质的保证，让融（RANUR)系列轴承拥有高精密的公差、设计独特的内部几何结构、高品质的工程轴承专用材料。

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