ENGINEERINGNET.BE - Bij hoogwaardige lagers speelt de selectie en optimalisatie van het gebruikte (staal)materiaal een centrale rol in de ontwikkeling. Om deze reden is materiaaltechnologie één van de vier centrale onderzoeks- en ontwikkelingspunten bij NSK.
Materiaalzuiverheid
Het vermoeidheidsgedrag van gelegeerde lagerstaalsoorten zoals 100 Cr6 (of SUJ2 in de Japanse norm) is bijvoorbeeld hoofdzakelijk afhankelijk van de mate van zuiverheid. Met name oxidatie of niet-metalen partikels bevorderen de negatieve effecten die zich onder het oppervlak van het loopvlak kunnen voordoen.
Het is een bekend gegeven dat aluminiumoxide partikels, die gevormd worden door het oxidatieproces tijdens het smelten, kunnen leiden tot een belangrijke vermindering van de levensduur omdat ze lagermoeheid veroorzaken.
Dit effect wordt gecreëerd omdat aluminiumoxide partikels relatief hard zijn en kunnen breken wanneer ze in het staal worden verwerkt, zoals tijdens het smeden. Als de breuk voorvalt, krimpen deze partikels en verzwakken zo de microstructuur.
In samenwerking met een toonaangevende staalfabrikant heeft NSK materialen zoals Z-staal, EP-staal en BNEQUARTET ontwikkeld om dit type negatieve effect te voorkomen. Sommige van deze materialen worden vervaardigd met speciale smeltprocessen die de non-ferro partikels reduceren en zo de vermoeidheidsverschijnselen uitstellen.
Toepassingsspecifieke warmtebehandeling
Warmtebehandeling is een andere parameter die de specifieke eigenschappen van staal beïnvloedt, en bijgevolg ook inwerkt op de lagers. Dit is de reden waarom NSK materialen, zoals SHX-staal, onderwerpt aan een specifieke warmtebehandeling die sterk bestand is tegen slijtage veroorzaakt door hoge bedrijfstemperaturen.
Lagers van dit type zijn niet alleen onmisbaar als warmte inherent nodig is voor het proces, maar ze zijn ook onmisbaar in toepassingen zoals werktuigmachines, waarbij de snelle spilsnelheden hoge temperaturen in de aandrijfcomponenten veroorzaken.
Tijdens de ontwikkeling werden de eigenschappen van SHX-staal aangetoond door middel van uitgebreide slijtvastheidstests, waaronder de four-ball & rolltests en materiaal- en oppervlaktemoeheidstests.
Het verschil zit in de legering
De derde parameter in de zoektocht naar een betere betrouwbaarheid van de lagers is de legering. Legeringen kunnen scheurvorming in de microstructuur van het lager voorkomen of op zijn minst minimaliseren.
Ook hier heeft NSK in samenwerking met staalfabrikanten verschillende speciale legeringen voor dit toepassingsprofiel ontwikkeld. Materialen zoals Super Tough-staal van NSK ontstaan door het combineren van een optimale hittebehandeling met een speciale legering (Afbeelding 1). De verharding van het staalmateriaal met behulp van een proces dat ´carbonitriding´ heet, verhoogt de levensduur met een factor twee in vergelijking met de geschatte levensduur onder verontreinigde smeeromstandigheden.
In omgevingen waar het smeermiddel geconfronteerd worden met een normale graad van onzuiverheden, kan de levensduur van de lagers zelfs met een factor 10 worden verhoogd. De reden voor deze verbeterde prestatie is dat de oppervlakteslijtage veroorzaakt door onvoldoende smering of verontreiniging van het smeermiddel aanzienlijk wordt verminderd. Op zijn beurt wordt elke potentiële schade veroorzaakt door 'white etching cracks' (WEC's) vertraagd.
Voorbeeld 1
De ontwikkeling van nieuwe materialen is meestal een reactie op industriële trends of veranderingen in de eisen van applicaties. Dit was het geval met BNEQUARTET-technologie, die NSK twee jaar geleden lanceerde.
BNEQUARTET werd oorspronkelijk gemaakt als reactie op de gestage toename in grootte van de wastrommels van wasmachines. De diepgroefkogellagers die vaak aangetroffen worden in wasmachines met frontladers in heel Europa, zijn onderhevig aan een ongelijke en asymmetrische belasting.
Door de toenemende trommelformaten stellen de resulterende hogere wasladingen ook hogere eisen aan lagers. Als reactie hierop hebben de materiaalspecialisten van NSK zich ingezet voor het verbeteren van de legeringssamenstelling van een speciaal staal dat scheuren en barstjes in de loopbanen voorkomt. Meer nog, de legering voorkomt dat deze zich uitbreiden als ze toch ontstaan. Bovendien is deze specifieke staalsoort bijzonder zuiver.
De reeks maatregelen toegepast in de BNEQARTET-technologie resulteerde in een verdubbeling van de levensduur van de lagers, bij hoge belasting en ongunstige omgevingsomstandigheden.
Voorbeeld 2
Een ander voorbeeld van deze applicatiespecifieke materialenontwikkeling komt uit de windturbinetechnologie. Hier kan schade aan de lagers in de vorm van WECs optreden onder het materiaaloppervlak.
Deze witte structuren van broos ferriet, die worden gevormd door veranderingen in de microstructuur, zijn waar te nemen in geëtste en gepolijste doorsneden van het materiaal. De veranderde structuren zijn niet langer bestand tegen de hoge belastingen die typisch zijn in deze sector. WEC's vormen en verspreiden zich, wat leidt tot oppervlaktegebreken zoals putvorming of WSF (afbladdering van de witte structuur).
Wetenschappers hebben de oorzaken van WEC nog niet volledig kunnen verklaren. Het huidige denken gaat ervan uit dat de omstandigheden worden gecreëerd door het interageren van diverse component binnen de aandrijflijn met elkaar. Deze omvatten dynamica, wrijving, elektrische ladingen / stromen, chemische factoren, slip / schuifbewegingen en waterstofdiffusie.
Tegenmaatregelen ontwikkelen
Door het succesvol opwekken van WEC in het laboratorium, heeft NSK vervolgens tegenmaatregelen kunnen ontwikkelen. Een voorbeeld hiervan is het polijsten van met martensiet geharde lagerstaal in combinatie met specifieke andere materialen. Dit proces is aantoonbaar performant in het vertragen van het optreden van WEC-schade.
Een andere effectieve methode om de waarschijnlijkheid van WEC-schade te verminderen, is het gebruik van lagerringen gemaakt van NSK's Tough Steel. Met behulp van deze combinatie van materiaal en oppervlaktebehandeling kan de dynamische belastingswaarde typisch met 23% worden verbeterd, wat bij wentellagers gelijk staat aan een verdubbeling van de levensduur van vermoeidheid.
Vermindering van WEC-schade
Oppervlakte gerelateerde slijtage door slechte smering of verontreinigd smeermiddel wordt aanzienlijk verminderd door het gebruik van STF-lagers, terwijl potentiële WEC-schade wordt vertraagd. Een reeks NSK-testen toonde aan dat de schade zich pas na dubbel zoveel tijd begon te manifesteren.
Een andere prima strategie is om lagerringen te gebruiken die vervaardigd zijn uit 'Anti-White Structure-Tough' (AWS-TF), een specifiek NSK-materiaal dat speciaal ontwikkeld werd om WEC-schade te voorkomen.
Na een uitgebreide reeks testen werd de levensduur van conventionele stalen lagerringen gemeten tot het moment waarop WEC-schade werd gedetecteerd. Vervolgens werd de testserie herhaald met AWS-TF. Op het moment dat de levensduur acht keer langer was dan de conventionele stalen lagerringen, werden er nog steeds geen WEA's (White Etching Areas) in het materiaal gedetecteerd.
Kunststoffen en keramiek
Bij de ontwikkeling van materialen bij NSK denkt men niet enkel aan staal. Ook kunststof materialen en non-ferro metalen zoals koper worden getest, om gerichte verbeteringen aan de eigenschappen van lagerkooien aan te kunnen brengen.
Bovendien spelen keramische en keramische coatings een steeds grotere rol als er aanpassingen nodig zijn aan de elektrisch geleidende eigenschappen van lagers en hun slijtvastheid. Rond dit thema lanceerde NSK onlangs een keramische ontwikkeling genaamd HDY2, die geoptimaliseerde eigenschappen voor isolatie en warmtegeleiding biedt.
Ten slotte is er ook aandacht voor de ontwikkeling van materialen met betrekking op smeermiddelen. Tribologie is, naast de materiaaltechnologie, een afzonderlijke kerncompetentie in de onderzoeks- en ontwikkelingsorganisatie van NSK.
Over NSK
NSK (Nippon Seiko Kabushiki Kaisha) is een Japanse beursgenoteerde onderneming, die sinds de oprichting 100 jaar geleden, geëvolueerd is van een regionale kogellagerproducent naar tot een rollagerspecialist, die ook een wereldspeler geworden is in de toelevering van voor de automotivesector. Vandaag telt NSK meer dan 31.500 medewerkers in 30 landen.
Per maart 2017 behaalde NSK een omzet van 950 miljard yen. Dit resultaat werd bereikt dankzij de steeds toenemende investeringen in onderzoek en ontwikkeling, waardoor het bedrijf vooruitstrevend is in het continu verbeteren van de kwaliteit van zijn producten en diensten.
Deze investering ondersteunt de doelstelling van het bedrijf, vervat in de slogan ´NSK's No. 1 in Total Quality´. Naast het complete lagerportfolio, ontwikkelt en produceert NSK niet enkel precisiecomponenten en mechatronische producten, maar het bedrijf levert ook systemen en componenten voor de auto-industrie met inbegrip van wiellagerunits en elektrische stuurbekrachtigingssystemen.
In 1963 werd de eerste Europese dochteronderneming van NSK opgericht in Düsseldorf, Duitsland. In 1976 volgde de eerste Europese productiefaciliteit in Peterlee, Engeland. Vandaag ondersteunt NSK Europe de Europese verkoop met productielocaties in Engeland, Polen en Duitsland, logistieke centra in Nederland, Duitsland en Engeland en technologiecentra in Duitsland, Engeland en Polen.
In 1990 kocht NSK de UPI Group, waaronder de gerenommeerde Europese lagerfabrikant RHP met productiefaciliteit in Newark (UK). Daarnaast heeft NSK een uitgebreid netwerk van geautoriseerde verkoop distributeurs ontwikkeld. NSK Europe is ingedeeld in divisies gebaseerd op de applicatie: industriële wentellagertechnologieën en lineaire en precisietechnologie (EIBU) en lager-modules en stuursystemen voor de automobielindustrie (EABU & ESBU).
In deze organisatie stelt NSK Europa 3.600 medewerkers te werk die samen een omzet van meer dan 1000 miljoen euro vertegenwoordigen per maart 2017. Voor meer informatie, ga naar www.nskeurope.nl
Voor meer informatie
NSK France S.A.S.
Adelaide RAMOS
Quartier de l’Europe - 2, Rue Georges Guynemer – F-78283 Guyancourt Cedex
T. +33 1 30573939 - info-fr@nsk.com
NSK Deutschland GmbH
Marie-Dominique PILATH
Harkortstrasse 15 – D-40880 Ratingen
T. +49 2102 4810 - pilath-m@nsk.com
Bericht van de redactie: dit is een ingezonden mededeling, die mogelijk niet vrij is van commerciële invloeden. De verantwoordelijkheid voor de verstrekte technische en andere gegevens berust volledig bij de vermelde leverancier of fabrikant.
