Güvenilirliği Arttırmada Kilit Nokta, Rulman Malzemeleri

Mesela, 100 Cr6 (veya Japon standardında SUJ2) gibi alaşımlı rulman çeliklerinin yorulma ömrü esasen kalıntı miktarına bağlıdır. Özellikle oksit veya metalik olmayan kalıntılar , yuvarlanma yolu  yüzey altındaki olumsuz etkileri arttırır. Bir örnek olarak, erime sırasında oksidasyon prosesi ile oluşan alüminyum oksit kalıntılarının, rulmanın yorulma ömründe büyük bir düşüşe neden olabileceği bilinmektedir. Bu etki, alüminyum oksit  kalıntılarının nispeten sert olması ve demir dövme  gibi çelik işlemlerinde  dağılıp parçalanabilmelerinden  ötürü oluşur. Parçalanma olduğunda, kalıntılar büzülür ve mikroyapıyı zayıflatır.

Bu tür olumsuz etkileri önlemek için NSK, önde gelen bir çelik üreticisi ortaklığında,  Z çelik, EP çelik ve BNEQUARTET gibi malzemeleri geliştirdi. Bu malzemelerin bazıları, metalik olmayan miktarı azaltan ve yorulma ömrünü uzatan özel eritme işlemleri kullanılarak üretilmektedir.

Isıl işlem, çeliklerin belirli özelliklerini ve dolayısıyla rulmanları da etkileyen bir başka parametredir. Bu nedenle, NSK'nın SHX çelikleri gibi malzemeleri, yüksek çalışma sıcaklıklarında aşınmaya karşı dirençli özel bir ısıl işleme tabi tutulmaktadır. Bu tip rulmanların, sadece prosesin ayrılmaz bir parçası olan ısının olduğu yerde değil, yüksek hızlı fener milerinin tahrik bileşenleri içinde yüksek sıcaklık ürettiği takım tezgahları gibi uygulamalarda da olması gerekir.

Geliştirme sırasında, SHX çeliğinin karakteristikleri kapsamlı aşınma direnci testlerinin yanı sıra, dört bilyalı ve silindir testleri dahil olmak üzere, malzeme ve yüzey yorulma ömrü testleri yardımıyla ispatlandı.

Daha çok rulman güvenilirliği arayışında üçüncü parametre alaşımdır. Alaşımlar, rulman mikroyapısında çatlak oluşumunu önleyebilir veya hiç olmazsa en aza indirebilirler. Yine çelik üreticileri ile işbirliği içinde NSK, bu uygulama profili için de çeşitli özel alaşımlar geliştirdi.

 NSK'nın Süper Tok çeliği gibi malzemeleri, optimum ısıl işlemi ile özel bir alaşımın (Görsel1) birleştirilmesinden oluşur. Örneğin, karbonitrürleme gibi bir işlemle çeliklerin sertleştirilmesi, kirli yağlama koşullarındaki tahmini servis ömrü ile karşılaştırıldığında hizmet ömrünü iki kat arttırır. Hatta yağlamanın normal kirliliklere sahip olduğu ortamlarda, rulman ömrü 10 kat arttırılabilir. Bu gelişmiş performansın nedeni, yağlama maddesinin kirlenmesinden veya yetersiz yağlanmasından kaynaklanan yüzey kaynaklı aşınmanın önemli derecede azalmasıdır. Böylelikle, 'beyaz dağlama çatlakları' (WEC'ler) nedeniyle ortaya çıkabilecek herhangi bir hasar gecikir.

Yeni materyallerin geliştirilmesi genellikle endüstriyel eğilimlere veya uygulama koşullarındaki değişikliklere yanıt niteliğindedir. NSK'nın ilk olarak iki yıl önce piyasaya sunduğu BNEQUARTET teknolojisi böyle bir yanıttı (Görsel2). BNEQUARTET başlangıçta çamaşır makinesi tamburlarının ebadının sürekli artmasına yanıt olarak çıkarılmıştır. Avrupa çapında geniş ölçüde önden yüklemeli çamaşır makinesinde bulunan sabit bilyalı rulmanlar, düzensiz ve asimetrik yüklemeye tabidirler. Tambur ebatlarının artmasıyla, yüksek yıkama yükleri, rulmanlarda daha da fazla zorlanma yaratır.

Buna karşılık, NSK’daki malzeme uzmanları, yuvarlanma yolunda   çatlak  ve girintilerin oluşumunu önleyen ve en önemlisi yayılmasını engelleyen özel bir çeliğin alaşım bileşiminin iyileştirilmesi için kolları sıvadı. Ek olarak, bu özel çelik bilhassa saftır. BNEQARTET teknolojisinde uygulanan önlemler dizisi, yüksek yük ve olumsuz çevre koşullarında rulman ömrünü iki katına çıkardı.

Uygulamaya yönelik malzeme geliştirme için bir başka örnek de rüzgar türbini teknolojisinden gelmektedir. Burada, rulmandaki hasarlar WEC’ler şeklinde malzeme yüzeyinin altında oluşabilir (Görsel3). Kırılgan ferritin mikro yapıdaki değişikliklerinden dolayı oluşan bu beyaz yapıları, malzemenin dağlanmış ve cilalanmış kesitlerinde gözlemlenebilir. Değiştirilmiş yapılar, uygulanan yüksek yüklere artık dayanamıyor. WEC'ler ise oluşup yayılır, bu da çukurcuklanma veya WSF (beyaz yapı soyulması) gibi yüzey kusurlarına neden olur.

Bilim adamları, WEC’lerin neden olduğunu hiçbir zaman tamamıyla açıklayamadılar. Mevcut düşünce, koşulların, güç aktarım mekanizmasındaki etkileşim bileşenlerinin etkilerinden kaynaklandığını varsaymaktadır. Dinamikler, karışık sürtünme, elektrik yükleri / akımları, kimyasal faktörler, kayma /sürünme hareketleri ve hidrojen difüzyonları bunlara dahildir.

NSK'daki malzeme geliştirmeleri sadece çelikle ilgili değildir. Plastik malzemelerin yanı sıra pirinç gibi demirdışı metaller de, kafes karakteristiklerinde kesin, hedef odaklı iyileştirmeler yapmak için test edilir. Ayrıca rulmanların elektrik iletkenliği özelliklerine ve aşınma dirençlerine ayarlamalar yapılması gerektiğinde seramik ve seramik kaplamalar (Görsel6) artan bir rol oynamaktadır. Bu konuda, NSK son zamanlarda en iyi yalıtım ve ısıl iletkenlik özelliklerine sahip olan HDY2 adlı bir seramik gelişmeyi lanse etti.

 

BNEQARTET sabit bilyalı rulmanlar, ev aletleri gibi elektrikli makinelerin tahriklerinde kullanılır.

 

Tipik hasar örneği: Malzeme yüzeyinin altındaki beyaz dağlama bölgeleri

 

NSK'da rulmanlar için seramik bileşenler ve kaplamalar ilave bir araştırma alanıdır.