Łożyska stanowią niezwykle istotnym elementem maszyn lub mechanizmów, ponieważ umożliwiają ruch obrotowy (łożyskowanie) – 

 decydują wobec tego o faktycznej sprawności całego układu, w którym zostały zastosowane.

 

    Gatunki stali wykorzystywane w konstrukcji elementów łożysk zaliczane są do grupy stali stopowych, które w procesie technologicznym otrzymują określone właściwości mechaniczne, technologiczne i użytkowe. W trakcie produkcji stali na elementy łożysk dąży się do uzyskania takiego składu chemicznego stali,  aby była ona w stanie sprostać wysokim obciążeniom przy jednoczesnym zminimalizowaniu współczynnika tarcia suchego, odporności na zużycie i korozję, a także wytrzymałości na temperaturę pracy. Stal łożyskowa powinna się także charakteryzować dobrym przewodnictwem cieplnym, obrabialnością i stabilnością geometryczną. Wszystkie wymienione cechy decydują o faktycznej sprawności łożyska i jego trwałości.

W Polsce przez wiele lat właściwości stali łożyskowych charakteryzowała norma PN-74/H-84041, zastąpiona przez EN ISO 683-17:1999 z późniejszą modyfikacją (PN-EN ISO 683-17:2004[1]). W obu normach znaleźć można wiele rodzajów stali łożyskowych[2]. W obecnej chwili najbardziej aktualną normą przedmiotową charakteryzującą właściwości stali łożyskowych jest wprowadzona 15 styczna 2015 roku norma PN-EN ISO 683-17:2015-01.

Kiedy mówi się o stalach wykorzystywanych w procesie produkcyjnym elementów łożysk tocznych przywołuje się z reguły konkretne właściwości:

1.            Stal łożyskowa powinna się charakteryzować dużą twardością

2.            W stali łożyskowej nie dopuszczalne są niejednorodności i rozwarstwienia

3.            Stal łożyskowa musi się charakteryzować wysokim stopniem czystości

4.            Stal łożyskowa powinna się charakteryzować dobrą hartownością, co pozwala uzyskać strukturę martenzytyczną[3] bez szczątkowego austenitu

Stale łożyskowe w po przeprowadzeniu procesu obróbki cieplnej zyskują pożądane właściwości, takie jak odporność na ścieranie z zwiększoną wytrzymałość zmęczeniową. W zależności od procesu technologicznego stosowanego przez producenta w/w właściwości można także uzyskać przez hartowanie lub nawęglanie powierzchniowe. Należy ponadto nadmienić, że ze względu na szczególne warunki pracy niektóre łożyska i ich elementy (kulki łożyskowe) wykonuje się z materiałów specjalnych, takich jak stale nierdzewne lub żaroodporne.

Najczęściej stosowane stale do produkcji kulek wykorzystywanych do konstrukcji łożysk:

Stale Nadeutektoidalne:

100Cr6, 100CrMnSi4–4, 100CrMnSi6–4, 100CrMnSi6–6, 100CrMo7, 100CrMo7–3, 100CrMo7–4, 100CrMnMoSi8–4–6 oraz ŁH15 (polski gatunek stali zastąpiony przez standardy zgodne z PN-EN)

Stale do nawęglania:

20Cr3, 20Cr4, 20MnCr4–2, 17MnCr5, 19MnCr5, 15CrMo4, 20CrMo4, 20MnCrMo4–2, 20NiCrMo2, 20NiCrMo7, 18CrNiMo7–6, 18NiCrMo14–6, 16NiCrMo16–5

Stale do hartowania powierzchniowego:

C56E2, 56Mn4, 70Mn4, 43CrMo4

Stale wysokochromowe, odporne na korozję:

X47Cr14, X65Cr14, X108CrMo17, X89CrMoV18–1

Stale żarowytrzymałe:

13MoCrNi42–16–14, 80MoCrV42–16, X82WMoCrV6–5–2, X75WCrV18–4–1

 

Właściwości poszczególnych materiałów zostaną scharakteryzowane w osobnych artykułach, w których w sposób szczegółowy omówiony zostanie skład, właściwości oraz najpopularniejsze zastosowania poszczególnych grup materiałowych.

 

 

[1] Stale do obróbki cieplnej, stale stopowe i stale automatowe cz.17: Stale na łożyska kulkowe i wałeczkowe. Polski Komitet Normalizacyjny, Warszawa, 2004.

 

[2]. Leszek A. Dobrzański: Metalowe materiały inżynierskie. Warszawa: Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, 2004, s. 287.

 

[3] „Cechy przemiany martenzytycznej” W: J. Pacyna (red.), Metaloznawstwo. Wybrane zagadnienia, Uczelniane Wydawnictwa NaukowoDydaktyczne, AGH, Kraków, 2005.