Oțel pentru rulmenți
Prelucrare CNC

AISI 52100 (cunoscut și sub denumirea de SUJ2 în Japonia și GCr15 în China) este un oțel pentru rulmenți cu conținut ridicat de carbon, aliat cu crom, special conceput pentru rezistența la oboseala de contact în rulare. Compoziția sa — aproximativ 1,0% carbon și 1,5% crom — produce o distribuție fină și uniformă a carburilor de crom după tratamentul termic, oferind o duritate excepțională (HRC 60–64), rezistență la uzură și durată de viață în oboseala de contact. Aceste proprietăți fac din acesta materialul standard pentru rulmenți de precizie, rulmenți cu bile, inele de rulment, șuruburi cu bile de precizie și alte componente supuse stresului repetat de contact în rulare.

52100 (AISI), SUJ2 (JIS G4805) și GCr15 (GB/T 18254) sunt denumiri standard naționale pentru compoziția esențială a aceluiași oțel pentru rulmenți — cu conținut ridicat de carbon (aproximativ 0,95–1,10%), crom (1,30–1,65%) și mici adăugiri de mangan și siliciu. Există diferențe minore în compoziție între standarde, dar toate trei sunt interschimbabile funcțional pentru aplicații de rulmenți de precizie și piese de uzură. 52100 este denumirea americană utilizată internațional; SUJ2 este specificată de producătorii japonezi și în lanțurile de aprovizionare JIS; GCr15 este standardul chinez GB și este cea mai frecvent stocată calitate în China continentală.

Oțelul pentru rulmenți 52100 atinge HRC 60–64 după tratament termic standard de quenching și temperare — semnificativ mai dur decât oțelul inoxidabil 440C (HRC 58–60) și comparabil cu oțelurile de scule de înaltă viteză. Duritatea ridicată combinată cu distribuția fină a carburei de crom conferă 52100 o durată de viață excepțională în contactul de rulare. Tratamentul sub zero (procesare criogenică la −75°C până la −196°C) după quenching transformă austenita reținută în martensită, crescând și mai mult duritatea și îmbunătățind stabilitatea dimensională în serviciu.

52100 este de obicei prelucrat în condiție de anoxidare sau sferoidizată-anoxidare (aproximativ HRC 20–25) folosind strunjire și frezare CNC convenționale. După prelucrare, piesele sunt tratate termic la HRC 60–64, apoi finisate cu precizie pe toate suprafețele critice pentru a recupera toleranța finală (±0.002–0.005 mm) după deformarea cauzată de tratamentul termic. Mașinabilitatea în condiție de anoxidare este similară cu cea a oțelurilor de aliere cu carbon mediu, deși conținutul ridicat de carburi poate cauza o uzură mai rapidă a sculei decât oțelurile simple cu carbon. Tratamentul sub zero se aplică în mod obișnuit după quenching înainte de temperare pentru a maximiza duritatea și stabilitatea dimensională.

Tratamentul sub zero (numit și procesare criogenică) reprezintă răcirea oțelului pentru rulmenți durificat la temperaturi între −75°C și −196°C imediat după quenching, înainte de revenire. Acest tratament la temperaturi scăzute convertește austenita reținută — o fază mai moale, metastabilă, care rămâne după quenching — în martensită, faza dură care conferă oțelului pentru rulmenți proprietățile sale. Fără tratamentul sub zero, austenita reținută se poate transforma în martensită în timpul utilizării sub stres sau schimbări de temperatură, cauzând creșteri dimensionale și defecte ale rulmenților. Pentru aplicații de precizie ale rulmenților, tratamentul sub zero este în mod obișnuit specificat pentru a asigura stabilitatea dimensională și duritatea maximă.

Oțelul pentru rulmenți 52100 și oțelurile pentru scule (D2, H13) ating ambele o duritate ridicată, dar sunt proiectate pentru diferite tipuri de solicitări. Oțelul 52100 este optimizat în mod specific pentru oboseala la contact de rulare — solicitarea de contact Hertzian repetată în rulmenți — prin microstructura sa fină, uniform distribuită de carburi de crom și o curățenie extrem de ridicată (conținut scăzut de incluziuni). Oțelurile pentru scule precum D2 sunt optimizate pentru rezistența la uzură în contact de alunecare și la impact. Oțelul 52100 are o durată de viață la oboseală mai mare în contact de rulare, dar o tenacitate și o rezistență la șoc mai scăzute comparativ cu D2. Pentru componentele de rulmenți și elementele de rulare de precizie, 52100/GCr15 este alegerea corectă; pentru matrițe, poansoane și scule de tăiere, D2 sau H13 este mai adecvat.

După tratamentul termic și șlefuirea cilindrică de precizie, menținem toleranțe de ±0,002–0,005 mm pe diametrele critice ale seat-urilor rulmenților și dimensiunile găurilor. Rotunjimea (neuniformitatea rotunjimii) poate fi controlată până la 0,001–0,002 mm pe inelele de rulmenți șlefuite de precizie. Rugozitatea suprafeței Ra de 0,2–0,4 μm este standard pe suprafețele de rulmenți șlefuite; Ra de 0,05–0,1 μm este realizabilă cu superfinisare. Toate dimensiunile critice sunt verificate cu CMM înainte de eliberare.

Oxidul negru este cel mai comun tratament de suprafață pentru piesele din oțel pentru rulmenți 52100 — oferă o protecție ușoară împotriva coroziunii cu practic zero schimbare dimensională și este compatibil cu suprafața durificată. Acoperirea cu fosfat este, de asemenea, utilizată din motive similare. Cromarea dură și nichelul electroless pot fi aplicate pentru o protecție sporită împotriva coroziunii, dar trebuie aplicate cu grijă pentru a evita fragilitatea prin embrittlement de hidrogen în oțelul cu duritate mare — coacerea după placare la 190°C timp de 4 ore este necesară. Acoperirile PVD (TiN, DLC) sunt utilizate pe componente de precizie ale rulmenților pentru a reduce și mai mult frecarea și a îmbunătăți durata de uzură fără a afecta duritatea oțelului de bază.