Che cosa rende un acciaio un acciaio per cuscinetti
Le piste dei cuscinetti volventi sopportano sollecitazioni di contatto altissime su un’area minuscola, ripetute milioni di volte. L’acciaio strutturale comune non ce la fa: si deforma o si vaiola presto. L’acciaio per cuscinetti è pensato per questo compito: alto tenore di carbonio per la durezza, cromo per la temprabilità e una struttura controllata e pulita, in modo che ci siano pochi punti deboli all’interno del metallo.
Il cavallo di battaglia è l’acciaio al cromo ad alto tenore di carbonio. Nelle norme cinesi si chiama GCr15; gli equivalenti più diffusi sono AISI 52100 negli Stati Uniti e 100Cr6 in Europa. Gli intervalli chimici differiscono leggermente tra le norme, quindi la formulazione corretta è comparabile e non identico, e la norma esatta è indicata nell’ordine. Si usa per la grande maggioranza di anelli, sfere e rulli in macchinari generici, motori e veicoli.
Famiglie di acciaio e dove si usano
| Famiglia | Esempi | Dove si adatta |
|---|---|---|
| Al cromo ad alto tenore di carbonio, temprato a cuore | GCr15, 52100, 100Cr6 | Anelli, sfere e rulli standard di uso generale |
| Acciaio al cromo per sezioni maggiori | Gradi con manganese o silicio aggiunti per la temprabilità | Anelli spessi e cuscinetti di grandi dimensioni |
| Da cementazione (tempra superficiale) | Acciai legati a basso tenore di carbonio cementati dopo la lavorazione | Carichi d’urto, cuscinetti a rulli conici, serie antiusura |
| Inox martensitico | 440C | Esposizione alla corrosione, uso alimentare e marino |
Gli acciai da cementazione partono con basso tenore di carbonio e un cuore tenace. Dopo la lavorazione il carbonio viene diffuso nella superficie e il pezzo viene temprato, ottenendo uno strato duro su un cuore più tenace. Questo aiuta nel servizio con urti e carichi pesanti ed è comune per i cuscinetti a rulli conici. L’acciaio inox per cuscinetti 440C cede un po’ di vita a fatica in cambio di resistenza alla corrosione; si vedano i cuscinetti in acciaio inox e i cuscinetti antiusura.
Pulizia e inclusioni
Ogni acciaio contiene minuscole particelle non metalliche chiamate inclusioni - ossidi, solfuri, silicati - residuo della produzione dell’acciaio. Sotto sollecitazione di contatto ciclica, un’inclusione dura vicino alla pista può innescare una cricca da fatica. L’acciaio per cuscinetti viene quindi raffinato, degasato sotto vuoto e colato con cura per mantenere le inclusioni piccole, poche e ben disperse. È ciò che gli acquirenti intendono per pulizia o qualità dell’acciaio.
La pulizia si verifica con metodi metallografici di valutazione e con misure del contenuto di ossigeno in acciaieria. Il metodo di prova e il livello di accettazione sono concordati tra acquirente e fornitore, e il desk non cita un valore senza il rapporto dell’acciaieria. In pratica due cuscinetti con la stessa designazione e la stessa durezza nominale possono avere durate molto diverse, e la pulizia dell’acciaio è una delle prime cose da guardare quando accade.
Trattamento termico e durezza
La durezza è prodotta dal trattamento termico, non dal solo acciaio. Un pezzo in acciaio al cromo temprato a cuore viene riscaldato, temprato e poi rinvenuto. La durezza per anelli e sfere in acciaio al cromo temprato a cuore è tipicamente di circa 58-65 HRC; il valore e l’intervallo esatti dipendono dal pezzo, dalla misura e dal tipo di cuscinetto e sono fissati dal disegno e dalla norma dello stabilimento. Il rinvenimento stabilizza anche le dimensioni, così il cuscinetto non cambia misura in esercizio a temperature normali.
- Tempra e rinvenimento determinano durezza e tenacità; le deviazioni si manifestano come punti teneri o parti fragili.
- La stabilizzazione dimensionale conta per i cuscinetti che lavorano caldi e per le classi di precisione.
- I controlli della microstruttura su un campione sezionato confermano uniformità della tempra e distribuzione dei carburi.
La durezza si controlla sui pezzi finiti a campione, nell’ambito del piano descritto in prove e controlli.
Certificati del materiale e tracciabilità
Un certificato di acciaieria riporta grado, composizione chimica e numero di colata del lotto di acciaio, spesso con note sulla pulizia. Un numero di colata consente di risalire dal lotto finito di anelli o sfere all’acciaio con cui è stato fatto. I documenti tipici che il desk può richiedere per ordine sono:
- Certificato di acciaieria per l’acciaio, con grado e composizione rispetto alla norma indicata.
- Registro del trattamento termico per il lotto finito.
- Rapporto di controllo di durezza e dimensioni dello stabilimento.
- Dichiarazioni sui materiali come RoHS o REACH dove il progetto lo richiede.
I documenti si concordano prima dell’ordine e si confermano per iscritto; devono corrispondere al lotto consegnato, non essere accettati come dichiarazione generica.
Note di approvvigionamento
L’acciaio si acquista nella forma necessaria per la parte: barre e tubi per gli anelli, vergella per sfere e rulli. Gli stabilimenti dei principali distretti dei cuscinetti acquistano da acciaierie vicine; il desk abbina fonte dell’acciaio e stabilimento alla parte e al livello di qualità richiesto, non soltanto al prezzo. Gli intervalli di riferimento tipici per volumi di componenti e tempi di consegna sono nella pagina MOQ e tempi di consegna. Per vedere come l’acciaio diventa un anello, leggere gli anelli per cuscinetti, oppure tornare all’hub dei componenti.