Do czego stosowana jest stal łożyskowa – charakterystyka i zastosowanie najważniejszych gatunków

Stale łożyskowe to wysokojakościowe stale stopowe lub niskostopowe, zaprojektowane specjalnie z myślą o pracy w warunkach ciągłego obciążenia dynamicznego, tarcia oraz kontaktu tocznego. Ich zadaniem jest zapewnienie niezawodności działania łożysk, które często muszą znosić miliony cykli obciążeniowych bez deformacji, zużycia czy pęknięć zmęczeniowych.

Podstawowe wymagania wobec stali łożyskowych są niezwykle rygorystyczne:

• Wysoka twardość po hartowaniu (najczęściej powyżej 60 HRC) zapewnia odporność na ścieranie i deformacje powierzchniowe.

• Wysoka czystość metalurgiczna, czyli minimalna zawartość wtrąceń niemetalicznych (np. tlenków, siarczków), które mogłyby osłabić strukturę stali i obniżyć jej odporność zmęczeniową.

• Dobra hartowność, czyli zdolność do uzyskania jednorodnej struktury zahartowanej nie tylko w warstwie zewnętrznej, ale również w rdzeniu.

• Stabilność wymiarowa – kluczowa dla zachowania dokładnych luzów i tolerancji w precyzyjnych układach mechanicznych.

• Odporność na zmęczenie kontaktowe, czyli powstawanie mikropęknięć i złuszczeń w wyniku cyklicznego obciążenia w punkcie styku tocznego (kulka-bieżnia).

Co ważne, stale łożyskowe nie są stosowane wyłącznie w produkcji klasycznych łożysk kulkowych czy wałeczkowych. Ich doskonałe właściwości mechaniczne i tribologiczne czynią je materiałem wybieranym również do:

• Tulei ślizgowych

• Trzpieni i prowadnic liniowych

• Kuleczek zaworowych i elementów zamykających

• Części narzędzi precyzyjnych i pomiarowych

• Elementów maszyn CNC, wrzecion, rolek transportowych

W zależności od wymagań eksploatacyjnych – temperatury, obciążenia, środowiska pracy – stosuje się różne odmiany stali łożyskowej: od klasycznych, jak 100Cr6 / ŁH15, po modyfikowane wersje z molibdenem, manganem czy krzemem (np. 100CrMo7, 1.2067).

W dalszej części artykułu przedstawiono przegląd najczęściej stosowanych gatunków stali łożyskowej, zarówno wg norm europejskich (EN/DIN), jak i polskich (PN) oraz rosyjskich (GOST), wraz z ich właściwościami i typowymi zastosowaniami. https://www.alfa-tech.com.pl/stale-konstrukcyjne-stopowe-stal-lozyskowa/ To nie tylko katalog danych – to zestawienie materiałów, które od dekad stanowią fundament niezawodności w mechanice precyzyjnej i ciężkiej.

ŁH15 (odpowiednik: 100Cr6 / 1.3505)

Typ: klasyczna stal łożyskowa, wysokowęglowa, chromowa
Skład chemiczny:

• C: 0,95–1,05%

• Cr: 1,35–1,65%

• Mn: ~0,30%

• Si: ~0,25%

Właściwości:

• Bardzo wysoka twardość po hartowaniu (do 64 HRC)

• Dobra odporność na zużycie ścierne

• Ograniczona hartowność rdzeniowa – zalecane elementy cienkościenne

• Czułość na przegrzanie i odwęglenie

Zastosowanie:

• Elementy toczne (kulki, wałeczki, bieżnie, pierścienie)

• Narzędzia pomiarowe, prowadnice, pierścienie oporowe

• Niewielkie narzędzia tnące

ŁH15SG (100CrMo7 / 1.3520)

Typ: modyfikowana wersja ŁH15 z dodatkiem molibdenu i niewielkim dodatkiem wanadu
Skład chemiczny:

• C: 0,95–1,05%

• Cr: 1,40–1,65%

• Mo: 0,20–0,35%

• Mn, Si: 0,25–0,40%

• V: ≤ 0,10%

Właściwości:

• Wyższa hartowność rdzeniowa niż ŁH15

• Lepsza odporność cieplna i pełzanie

• Bardziej równomierna struktura po obróbce cieplnej

• Twardość do 64 HRC, lepsza odporność na odpuszczanie

Zastosowanie:

• Łożyska narażone na wysokie obciążenia i temperatury

• Bieżnie wrzecion, rolki prowadzące w liniach produkcyjnych

• Elementy wymagające większej stabilności wymiarowej

100Cr6 / 1.3505

Typ: stal łożyskowa wg EN/DIN
Skład chemiczny:

• C: ~1,0%

• Cr: ~1,5%

• Mn, Si: ≤ 0,35%

Charakterystyka:

• Praktycznie tożsama z ŁH15

• Najpopularniejszy gatunek stali łożyskowej w Europie

• Dobra do produkcji kulek i bieżni o dużej precyzji

Zastosowanie:

• Łożyska kulkowe i wałeczkowe

• Tuleje prowadzące, rolki

• Elementy precyzyjnych układów mechanicznych

100CrMo7 / 1.3520

Typ: stal stopowa łożyskowa, modyfikowana molibdenem
Charakterystyka:

• Lepsza hartowność niż 100Cr6

• Odporność na odpuszczanie wyższa niż w przypadku czystych wersji chromowych

• Dobra stabilność cieplna i strukturalna

Zastosowanie:

• Precyzyjne łożyska pracujące w wysokiej temperaturze

• Rolki prowadzące, wrzeciona obrabiarek

• Układy o zmiennych prędkościach obrotowych

 

100CrMnSi6-4 / 1.2067

Typ: stal łożyskowa z dodatkiem manganu i krzemu
Skład chemiczny:

• C: 0,95–1,05%

• Cr: 1,35–1,65%

• Mn: 0,80–1,10%

• Si: 0,80–1,00%

Właściwości:

• Zwiększona hartowność rdzeniowa

• Lepsza ciągliwość i odporność zmęczeniowa

• Mniejsze ryzyko pęknięć przy hartowaniu

• Dobra stabilność wymiarowa

Zastosowanie:

• Średnioobciążone łożyska

• Części pracujące w warunkach zmiennych obciążeń

• Narzędzia tnące i ścierne

 

102Cr6

Typ: wysokowęglowa stal łożyskowa wg norm ISO / DIN
Charakterystyka:

• Odmiana podobna do 100Cr6, lecz z nieco wyższą zawartością węgla i chromu

• Wyższa twardość i odporność na ścieranie

• Stosowana tam, gdzie wymagana jest trwałość przy minimalnym zużyciu

Zastosowanie:

• Kule i bieżnie do łożysk precyzyjnych

• Wałeczki precyzyjne

• Narzędzia o bardzo cienkich krawędziach

 

Porównanie właściwości wybranych stali łożyskowych

Gatunek	Twardość (po hartowaniu)	Hartowność rdzeniowa	Odporność cieplna	Typowe zastosowanie
ŁH15 / 100Cr6	60–64 HRC	Niska	Średnia	Kule, pierścienie, bieżnie
ŁH15SG	60–64 HRC	Dobra	Wyższa	Łożyska wysokoobciążone
100CrMnSi6-4	60–63 HRC	Bardzo dobra	Średnia	Części o dużej wytrzymałości zmęczeniowej
102Cr6	do 65 HRC	Średnia	Dobra	Precyzyjne bieżnie, wałeczki
100CrMo7	60–64 HRC	Bardzo dobra	Bardzo dobra	Łożyska wysokotemperaturowe

 

Właściwości eksploatacyjne stali łożyskowych

• Odporność na ścieranie – kluczowa cecha ze względu na tarcie toczne

• Wysoka czystość metalurgiczna – brak wtrąceń niemetalicznych

• Odporność na odwęglenie – ważna podczas obróbki cieplnej

• Stabilność wymiarowa – konieczna dla zachowania tolerancji łożysk

• Odporność na zmęczenie kontaktowe – łożyska muszą wytrzymać miliony cykli

Dobór stali łożyskowej – co brać pod uwagę?

1. Rodzaj łożyska – kulkowe, wałeczkowe, stożkowe

2. Warunki pracy – temperatura, obciążenia, środowisko (wilgoć, chemia)

3. Rodzaj obróbki cieplnej – hartowanie, odpuszczanie, wyżarzanie

4. Konstrukcja elementu – grubość ścianki, przekrój, możliwość pękania

5. Cena vs jakość – np. 100Cr6 jest tańszy, ale mniej odporny niż 100CrMo7

Podsumowanie

Stale konstrukcyjne łożyskowe to nie tylko materiały do produkcji tocznych komponentów. Dzięki swoim właściwościom – wysokiej twardości, odporności na ścieranie, stabilności wymiarowej – doskonale sprawdzają się w elementach precyzyjnych, mechanizmach napędowych, narzędziach i sprzęcie przemysłowym.

• ŁH15 / 100Cr6 – klasyka do łożysk standardowych

• ŁH15SG / 100CrMo7 – lepsza odporność na temperaturę i pełzanie

• 100CrMnSi6-4 – wyższa ciągliwość i zmniejszone ryzyko pękania

• 102Cr6 / 1.2067 – do łożysk precyzyjnych i elementów o najwyższej twardości

Właściwy dobór gatunku przekłada się bezpośrednio na niezawodność, trwałość i precyzję całego układu mechanicznego