NSK предложила метод определения срока службы подшипников на основе цифровой оценки микроструктуры материалов

Компания NSK, один из ведущих мировых производителей подшипников, представила новый подход к прогнозированию срока службы подшипников качения. Метод основан на цифровом анализе внутренней структуры металла, из которого изготавливаются подшипники. Разработка направлена на повышение точности оценки ресурса работы изделий, что особенно важно для автомобильной и промышленной отраслей.

Подшипники качения – ключевые компоненты, обеспечивающие вращение в автомобилях, станках и промышленном оборудовании. Их срок службы напрямую влияет на надёжность техники. В процессе работы подшипники испытывают высокие повторяющиеся контактные нагрузки, что приводит к усталостному разрушению поверхности – отслаиванию. Срок службы подшипника определяется временем до начала этого процесса.

Характер отслаивания зависит от условий смазки и места возникновения дефекта. Один из типичных видов – отслаивание из-за внутренних дефектов стали, например, неметаллических включений. Современные технологии позволяют снизить вероятность таких дефектов, и некоторые подшипники служат в 10 раз дольше стандартных расчётных показателей. Однако в тяжёлых условиях смазки преобладают другие виды повреждений. Например, отслаивание из-за вмятин от посторонних частиц или водородных трещин. Такие дефекты могут сократить срок службы подшипника до 1/10 от расчётного значения.

Специалисты NSK сосредоточились на изучении микроструктуры подшипниковой стали. Традиционно для анализа использовались методы химического травления и микроскопии, однако они не всегда позволяют точно оценить внутреннее строение материала. Новый подход основан на методе дифракции обратно рассеянных электронов (EBSD), который даёт более подробную информацию о кристаллической структуре металла.

В рамках исследования NSK разработала метод автоматической классификации и визуализации структурных элементов – так называемых вариантов мартенсита. Эти элементы имеют разную кристаллическую ориентацию и по-разному реагируют на деформацию, что влияет на прочность материала. Для обработки больших массивов данных (до десятков миллионов точек) специалисты NSK использовали язык программирования Python и специальное математическое представление – пространство вращений Родригеса-Франка (R-F). Это позволило автоматически идентифицировать варианты структуры и оценить их пространственное распределение.

Метод был применён к реальной подшипниковой стали SUJ2. Анализ показал, что мартенсит в подшипниковой стали образует блоки, состоящие из одного типа вариантов. Это отличается от низкоуглеродистых сталей, где блоки состоят из двух типов. Кроме того, удалось визуализировать группы, соответствующие направлениям остаточных напряжений и предпочтительным направлениям деформации. Это помогает понять, как локальные изменения прочности могут приводить к преждевременному разрушению даже в одинаковых материалах.

Новый метод позволяет количественно оценить анизотропию (различие свойств тела или среды в зависимости от выбранного направления) микроструктуры, что ранее было затруднительно. Это открывает путь к более точному прогнозированию срока службы подшипников и лучшему пониманию механизмов их повреждения. Для закупщиков оборудования и специалистов отрасли это означает, что в перспективе можно будет более обоснованно выбирать подшипники для конкретных условий эксплуатации, снижая риск преждевременных отказов и незапланированных простоев. Компания NSK продолжит развивать этот метод, чтобы повышать надёжность и долговечность подшипников, внося вклад в безопасность и достижение углеродной нейтральности.

Узнать больше о специализации компании и ее продукции можно в разделе «Каталоги» на нашем сайте.