Kiedy łożyska nierdzewne mają sens
Łożyska nierdzewne wybiera się wtedy, gdy zwykłe łożysko ze stali chromowej (np. 100Cr6) zaczęłoby rdzewieć: przy kontakcie z wodą, parą, myciem pod ciśnieniem, solą albo słabymi chemikaliami. Typowe miejsca to przemysł spożywczy, napoje, maszyny myjące, sprzęt na zewnątrz, łodzie i armatura. Rdza na bieżni szybko zamienia się w hałas i luz, więc w takich miejscach zwykłe łożysko zużywa się wcześniej niż reszta maszyny.
Łożysko nierdzewne nie jest jednak „lepszym” łożyskiem. To kompromis: zyskujesz odporność na korozję, tracisz część nośności i często płacisz kilka razy więcej. Jeśli łożysko pracuje w suchej hali, zostań przy stali łożyskowej. Jeśli dopiero wybierasz typ łożyska, zacznij od poradnika o zasadach oznaczeń: Jak czytać oznaczenia łożysk.
Stal 440C i stal 304: dwie różne klasy
Pod hasłem „łożysko nierdzewne” kryją się dwa różne materiały i różnica jest istotna przy zakupie.
| Cecha | Stal 440C (AISI), X105CrMo17 | Stal 304 (AISI) |
|---|---|---|
| Rodzaj | martenzytyczna, hartowana | austenityczna, nie hartuje się cieplnie |
| Twardość bieżni | wysoka, zbliżona do stali łożyskowej, niższa od niej | niska, bieżnia ulega zgnieceniu przy większym obciążeniu |
| Odporność na korozję | dobra w wilgoci i wodzie, słabsza w solance i kwasach | lepsza niż 440C w wielu środowiskach |
| Zastosowanie | łożyska pracujące pod obciążeniem i w obrotach | małe obciążenia, wolne obroty, sprzęt sanitarny, ruchy pomocnicze |
| Dostępność | łożyska kulkowe zwykłe, miniaturowe, oprawy | tanie wykonania z kulkami i bieżniami z różnych stopów |
Stal 440C zawiera dużo chromu i węgla, więc po hartowaniu osiąga twardość pozwalającą na pracę łożyska, choć niższą niż stal 100Cr6. Stal 304 jest bardziej odporna na korozję, ale nie da się jej zahartować, więc łożysko tak wykonane przenosi tylko niewielkie obciążenia. W sklepach spotkasz oba materiały pod tym samym hasłem, dlatego pytaj o gatunek stali. Norma ISO 683-17 określa stale do łożysk, w tym gatunki nierdzewne.
Oznaczenia: prefiksy S i SS oraz W
Nie ma jednego, wspólnego dla wszystkich producentów zapisu. W ofertach rynkowych łożyska nierdzewne oznacza się zwykle prefiksem lub przedrostkiem: S (np. S6205) albo SS (np. SS6205, 6205 SS). Oznaczenie S bywa używane dla wykonania z pierścieniami nierdzewnymi, a SS dla wykonania w pełni nierdzewnego (pierścienie, kulki, klatka, uszczelnienie), ale znaczenie zmienia się u producentów i sprzedawców. Dlatego czytaj opis towaru, a nie sam prefiks.
Producenci katalogowi mają własne zapisy. SKF oznacza hybrydowe łożyska z kulkami ceramicznymi sufiksem HC5 (np. 6205-2RZTN9/HC5C3WT), a dla wykonań nierdzewnych stosuje własne zapisy, które sprawdź w katalogu producenta. Uszczelnienia i klatki oznacza się osobnymi sufiksami: o ich znaczeniu piszemy w poradniku Uszczelnienia 2RS, 2Z, 2RZ i 2RSL.
Wymiary nie zmieniają się. Łożysko nierdzewne 6205 (zwykłe 6205 to hub łożysk 6205) ma otwór 25 mm, średnicę zewnętrzną 52 mm i szerokość 15 mm, tak jak zwykłe 6205 (dane ISO 15 w katalogach SKF i NTN). Dzięki temu można je wymienić w tej samej oprawie, o ile pamiętasz o różnicach w nośności i luzie.
Nośność łożyska nierdzewnego
Ten punkt najczęściej jest pomijany. Stal nierdzewna jest mniej twarda niż stal łożyskowa 100Cr6, więc nośność dynamiczna C i statyczna C0 łożyska nierdzewnego jest niższa niż odpowiednika stalowego o tych samych wymiarach. Skala spadku zależy od gatunku stali i producenta, dlatego nie przyjmuj ogólnego przelicznika: weź wartości C i C0 z katalogu dla konkretnego oznaczenia. Niższe C oznacza też krótszą trwałość L10 przy tym samym obciążeniu, bo trwałość liczy się ze stosunku C do P.
W praktyce wynikają z tego cztery zasady:
- Przy obciążeniach bliskich granicy nośności stalowego łożyska nie zastępuj go nierdzewnym bez przeliczenia trwałości.
- Dla szybkich obrotów i dużych sił wybieraj 440C, nie 304.
- Dopuszczalne obroty łożyska nierdzewnego bywają niższe niż stalowego, bo wynikają z materiału i smaru. Sprawdź w katalogu.
- Uszczelnienia i smar dobierz do środowiska. Smar spożywczy (np. klasy NSF H1) trzeba zamówić świadomie, nie jest domyślny.
Dla zastosowań wilgotnych warto też rozważyć łożysko stalowe z dobrym uszczelnieniem, gdy kontakt z wodą jest tylko okazjonalny. O zasadach montażu i smarowania piszemy w Montaż i demontaż łożysk.
Łożyska hybrydowe: stalowe pierścienie, ceramiczne kulki
W łożysku hybrydowym pierścienie są stalowe, a elementy toczne to kulki z azotku krzemu (Si3N4). Kulki ceramiczne są lżejsze od stalowych (mniejsza masa daje mniejsze siły odśrodkowe), sztywniejsze i bardzo gładkie, więc łożysko może pracować przy wyższych obrotach i z mniejszym nagrzewaniem.
Druga zaleta to izolacja elektryczna. Kulka z azotku krzemu jest izolatorem elektrycznym, więc łożysko hybrydowe zabezpiecza przed erozją elektryczną bieżni, która jest jedną z przyczyn uszkodzeń opisanych w ISO 15243 (przepływ prądu). Stosuje się je w silnikach zasilanych przemiennikami częstotliwości i w prądnicach.
Ważne rozróżnienie: łożysko hybrydowe z pierścieniami ze stali łożyskowej nie jest łożyskiem odpornym na korozję. Jeśli problemem jest woda, potrzebne są pierścienie nierdzewne (łożysko hybrydowe nierdzewne istnieje, ale jest drogie i wykonywane na zamówienie).
Łożyska pełnoceramiczne
W łożysku pełnoceramicznym wszystko jest z ceramiki, najczęściej azotku krzemu (Si3N4) albo tlenku cyrkonu (ZrO2), a klatka z tworzywa, np. PEEK lub PTFE. Takie łożysko nie koroduje, nie przewodzi prądu, jest niemagnetyczne i znosi wysokie temperatury oraz agresywną chemię, a w niektórych wykonaniach pracuje bez smaru, co wykorzystuje się w próżni i w czystych procesach.
Wady są konkretne: wysoka cena, kruchość (uderzenie lub źle dopasowany wał może rozbić pierścień) i niższa nośność od stali. Pasowania trzeba stosować dokładniej, a montaż robić ostrożniej. Dla zwykłej pompy lub urządzenia w gastronomii pełnoceramiczne łożysko to zwykle przesada, a w stalowej oprawie rozszerzalność metalu może zmienić pasowanie.
Którą wersję wybrać
| Warunki pracy | Najczęściej wybierana wersja |
|---|---|
| sucho, zwykłe obciążenia | stal łożyskowa, tańsza i o największej nośności |
| mycie, woda, para, wilgoć i obciążenie | stal nierdzewna 440C, uszczelnione |
| wilgoć, małe obciążenie, koszt ważny | stal 304, z poszanowaniem ograniczeń |
| silnik z przemiennikiem, prądy upływu | hybrydowe, kulki ceramiczne |
| bardzo wysokie obroty, mały nagrzew | hybrydowe, po sprawdzeniu w katalogu |
| silne chemikalia, próżnia, brak smaru | pełnoceramiczne, po uzgodnieniu z producentem |
Zanim zapłacisz kilka razy więcej, sprawdź w katalogu, czy zwykłe łożysko z dobrym uszczelnieniem i smarem nie rozwiąże problemu. Gdy dobierasz łożysko do konkretnego urządzenia, najpierw zmierz jego wymiary: Jak zmierzyć łożysko.
Najczęstsze pytania
Czy łożysko nierdzewne wytrzyma tyle samo co zwykłe?
Zwykle nie. Nośność C i C0 jest niższa, a trwałość zależy od obciążenia i wartości C z katalogu dla tego oznaczenia. Przy małych obciążeniach różnica nie ma znaczenia.
Czy prefiks SS zawsze oznacza stal nierdzewną 304?
Nie. To zapis rynkowy, a gatunek stali (304, 316 albo 440C) podaje sprzedawca lub producent. Pytaj o materiał pierścieni, kulek i klatki.
Czy mogę wymienić łożysko 6205 na nierdzewne w tej samej oprawie?
Wymiary są takie same (25 x 52 x 15 mm), więc mechanicznie tak. Sprawdź jednak nośność, luz i obroty w katalogu. Luz łożysk opisuje poradnik Luz promieniowy łożyska C2, CN, C3, C4.
Kiedy łożysko hybrydowe się opłaca?
Gdy pracuje z przemiennikiem częstotliwości (prądy upływu), przy bardzo wysokich obrotach albo w trudnym smarowaniu. W zwykłej maszynie koszt zwykle nie zwraca się trwałością.
Podsumowanie
- Łożyska nierdzewne wybieraj tylko tam, gdzie zwykłe stalowe byłyby narażone na wodę, parę lub mycie.
- Stal 440C jest hartowana i nadaje się pod obciążenie, stal 304 tylko przy małych obciążeniach.
- Nośność łożyska nierdzewnego jest niższa niż stalowego, więc sprawdź C i C0 w katalogu dla konkretnego oznaczenia.
- Prefiksy S i SS to zapis rynkowy, a producenci katalogowi używają własnych (SKF: HC5 dla kulek ceramicznych). Zawsze pytaj o gatunek stali.
- Hybrydowe (kulki Si3N4) to rozwiązanie na obroty i prądy upływu, a nie na korozję.
- Pełnoceramiczne są kruche i drogie, stosuj je tylko tam, gdzie wymaga tego proces.
Sprawdź łożysko 6205-2RS w sklepie
Źródła
- SKF Evolution, Hybrid bearings for electrical machinery (kulki z azotku krzemu jako izolator, mniejsze siły odśrodkowe, sufiks HC5, przykład 6205-2RZTN9/HC5C3WT): https://evolution.skf.com/hybrid-bearings-for-electrical-machinery-2/
- Wikimedia Commons, Silicon nitride Si3N4 bearing balls 1 to 20 mm, autor Lucasbosch, CC BY-SA 3.0 (zdjęcie główne): https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicon_nitride_Si3N4_bearing_balls_1%E2%80%9320_mm.jpg
- Dane wymiarowe łożysk 6205 i innych: baza Łożyskowni (
lozysko/data, ISO 15, katalogi SKF i NTN).