Apa batasan kinerja utama bantalan baja tahan karat pada aplikasi beban tinggi atau kecepatan tinggi

Bantalan baja tahan karat banyak digunakan dalam aplikasi khusus seperti pemrosesan makanan, peralatan medis, dan teknik kelautan karena ketahanannya terhadap korosi yang sangat baik. Namun, ketika digunakan pada beban ekstrim atau kecepatan tinggi, sifat material yang melekat pada bantalan baja tahan karat, khususnya baja tahan karat martensit mainstream kelas AISI 440C, membatasi kinerjanya.

I. Keterbatasan dalam Aplikasi Beban Tinggi: Kelelahan dan Kerapuhan

1. Kapasitas Beban dan Kehidupan Kelelahan Kontak

Meskipun bantalan baja tahan karat AISI 440C dapat mencapai kekerasan tinggi (biasanya 58-60 HRC) melalui perlakuan panas, sehingga menawarkan ketahanan aus yang sangat baik, bantalan tersebut masih tertinggal dari baja bantalan kromium karbon tinggi standar (seperti GCr15/52100) dalam hal kinerja dasar.

Peringkat Beban Dinamis: Peringkat beban dinamis baja 440C umumnya lebih rendah dibandingkan baja 52100. Hal ini terutama disebabkan oleh kandungan kromium yang tinggi pada baja 440C, yang membentuk karbida dalam jumlah besar. Partikel karbida ini, yang terdistribusi dalam matriks, dapat menjadi sumber retakan di area konsentrasi tegangan, sehingga mempengaruhi kemurnian internal dan keseragaman baja.

Kekuatan Kelelahan Kontak: Di bawah kondisi beban tinggi, jalur bantalan mengalami tekanan Hertzian yang sangat tinggi. Ketika mengalami tegangan kontak tinggi yang berulang-ulang, umur kelelahan kontak gelinding baja 440C lebih rendah dibandingkan baja 52100. Ini berarti bahwa dalam kondisi beban yang sama, umur yang diharapkan (L10) dari bantalan 440C diperpendek secara signifikan.

2. Ketangguhan dan Ketahanan Terhadap Benturan

440C adalah baja tahan karat martensit yang khas. Kekerasannya yang tinggi mengorbankan ketangguhannya.

Kecenderungan Kerapuhan: Karena kandungan karbonnya yang tinggi, 440C memiliki struktur yang relatif rapuh setelah pengerasan. Dalam aplikasi dengan beban kejut atau getaran yang kuat, material ini lebih rentan terhadap patah getas atau raceway spalling, terutama di area konsentrasi tegangan.

Ketahanan terhadap Lekukan: Meskipun memiliki kekerasan yang tinggi, baja 440C mungkin tidak tahan terhadap brinelling seperti baja paduan yang diberi perlakuan khusus ketika terkena beban statis atau benturan mendadak, sehingga mempengaruhi akurasi geometriknya pada beban tinggi.

II. Tantangan Kinerja dalam Aplikasi Kecepatan Tinggi: Kenaikan Suhu dan Stabilitas Dimensi

1. Batas Pembuangan Panas dan Suhu Operasional

Selama pengoperasian kecepatan tinggi, gesekan di dalam bantalan menghasilkan panas dalam jumlah besar. Baja tahan karat menghadirkan tantangan termodinamika berikut:

Konduktivitas Termal: Baja tahan karat, terutama 440C, biasanya memiliki konduktivitas termal yang lebih rendah dibandingkan baja bantalan biasa. Konduktivitas termal yang lebih rendah ini menyulitkan panas yang dihasilkan di dalam bantalan untuk hilang dengan cepat, sehingga menyebabkan akumulasi kenaikan suhu yang cepat.

Efek Tempering: Ketika suhu pengoperasian bantalan melebihi suhu temper atas 440C (biasanya di bawah 200 °C), pelunakan sekunder terjadi, menyebabkan kekerasan material menurun, sehingga secara signifikan mengurangi ketahanan aus dan kapasitas menahan beban. Panas yang dihasilkan oleh kecepatan tinggi dapat dengan mudah memicu kegagalan termal jenis ini.

2. Manajemen Pelumasan dan Karakteristik Gesekan

Kecepatan tinggi menuntut pelumasan yang sangat tinggi, dan karakteristik bantalan baja tahan karat membuat manajemen pelumasan menjadi lebih rumit.

Gesekan Geser: Pada kecepatan tinggi, gesekan geser antara bola dan lintasan balap, dan antara bola dan sangkar/pengikut, semakin intensif. Pelumasan yang tidak memadai atau pemilihan pelumas yang tidak tepat dapat menyebabkan keausan perekat yang parah pada permukaan baja tahan karat.

Jarak Bebas Bantalan: Karena perbedaan koefisien muai panas linier (CTE) sebesar 440C dibandingkan dengan baja bantalan biasa, ditambah dengan efek kenaikan suhu, jarak bebas internal bantalan yang beroperasi pada kecepatan tinggi dapat berfluktuasi secara tidak terduga, menyebabkan hilangnya kontrol pramuat atau peningkatan gesekan, sehingga semakin membatasi kecepatan pembatas.

3. Keterbatasan Komprehensif dalam Lingkungan Kompleks

Bantalan baja tahan karat sering digunakan di lingkungan yang korosif. Dalam kondisi operasi yang kompleks dengan beban tinggi, kecepatan tinggi, dan adanya korosi, kinerja material semakin menurun.

Sinergi kelelahan korosi: Media korosif mempercepat pitting pada permukaan raceway. Bintik-bintik korosi ini menjadi sumber konsentrasi tegangan. Di bawah beban tinggi yang berulang-ulang, bantalan tersebut dapat dengan mudah menyebabkan kelelahan korosi, yang menyebabkan kegagalan bantalan dini.

Keterbatasan nilai non-440C: Baja tahan karat austenitik (seperti 304 dan 316), yang lebih tahan korosi tetapi memiliki kekerasan dan kekuatan yang lebih rendah, memiliki kapasitas menahan beban dan kecepatan pengoperasian jauh lebih rendah daripada nilai 440C dalam kondisi beban tinggi atau kecepatan tinggi. Mereka umumnya hanya cocok untuk lingkungan berkecepatan rendah, beban ringan, dan sangat korosif dan tidak cocok untuk aplikasi beban tinggi atau kecepatan tinggi.