Wat is de hardheid van een kogellager?
Omdat lagers vaak onder zware druk staan, moeten de materialen waar ze van gemaakt zijn sterk genoeg zijn om tegen die belasting te kunnen. Toch zijn niet alle lagers even hard. Wat de hardheid is van een kogellager is grotendeels afhankelijk van het materiaal waarvan het gemaakt is. Dat kan op zijn beurt weer een doorslaggevende rol spelen bij het bepalen welk lager de beste optie is voor de toepassing waarvoor je er een nodig hebt.
Wat is de hardheid van een stalen kogellager?
De meeste zijn gemaakt van lagerstaal. Lagerstaal bestaat uit een combinatie van ijzer, koolstof en chroom. Voor zware belastingen is dit een betere optie dan een volledig metalen lager. Koolstof zorgt er namelijk voor dat het metaal harder en sterker wordt. Het gebruik van chroom maakt een betere doorharding mogelijk en maakt het metaal bovendien beter slijtvast. Voor de meeste toepassingen is lagerstaal een zeer geschikte optie. Alleen bij extreme temperaturen of corrosiegevoelige omgevingen is lagerstaal niet de beste optie. Lagerstaal is in de meeste gevallen 100Cr6, maar 100CrMo7 en 100CrMo7-3 komen ook voor.
Roestbestendige lagers zijn een must in omgevingen waar hoge eisen op het gebied van hygiëne gelden. In de voedselverwerkende industrie is het daarom gebruikelijk om lagers van RVS te gebruiken. Zeker als de in aanraking kunnen komen met vloeistoffen is dit een must. Doordat dit metaal voor meer dan 10 procent uit chroom bestaat, is een goede roestbestendigheid gegarandeerd. Verder zit er maximaal 1,2 procent koolstof in om de gewenste hardheid te garanderen. Daarnaast bevat het meestal een stof als molybdeen om ervoor te zorgen dat de lagers ook niet gaan roesten door contact met zuren of zout.
Stalen kogellagers hebben over het algemeen een hardheid van tussen de 55 en de 65 HRC. Daarmee is het metaal sterk en zal het niet snel slijten bij gebruik. De levensduur van het metaal is verder te verlengen door goed te smeren. Zo ontstaat er een smeerfilm tussen de kogels en de loopbanen, waardoor ze niet direct over elkaar heen bewegen. Dit verlaagt de hoeveelheid wrijving aanzienlijk. Bovendien kosten stalen kogels over het algemeen minder dan hardere opties.
Wat is de hardheid van een keramisch kogellager?
Als een stalen lager niet geschikt is voor de toepassing die je voor ogen hebt, is een keramisch kogellager de meest voor de hand liggende optie. zijn over het algemeen gemaakt van zirconia of siliciumnitride. Siliciumnitride is een verbinding van silicium en stikstof die zeer hard en sterk is. Zirconia is een combinatie van zirkonium, zuurstof en metalen stabilisatoren. Deze stabilisatoren voorkomen dat het materiaal scheurt bij temperatuurwisselingen, wat bij zirkoniumdioxide een reëel risico is. Allebei deze materialen zijn ontzettend hard. Hun hardheid ligt normaal gesproken tussen de 75 en de 80 HRC.
Ondanks deze hardheid is de dichtheid van keramische materialen een stuk lager dan bij lagerstaal. Als gevolg hiervan zijn keramische lagers stiller dan stalen lagers en ontstaan er bij het gebruik minder trillingen. De belangrijkste reden om voor keramische lagers te kiezen in plaats van stalen exemplaren is omdat ze extreem corrosiebestendig zijn, zelfs nog beter dan lagers van roestvast staal, en een veel groter temperatuurbereik aankunnen. Temperaturen tot 800 °C zijn voor de meeste keramische lagers geen probleem. Verder leveren keramische lagers betere prestaties dan stalen lagers bij hoge rotatiesnelheden. Hun gladdere oppervlak verlaagt de wrijvingscoëfficiënt namelijk met zo’n 40 procent.
Een ander groot voordeel van keramische lagers is dat ze minder vaak gesmeerd hoeven te worden dan stalen lagers. Sommige keramische lagers smeren zichzelf door ze te gebruiken, waar een stalen lager elke drie tot zes maanden nieuw smeermiddel nodig heeft. Desondanks gaan keramische lagers drie tot vijf keer langer mee. Daar staat wel tegenover dat keramische lagers minder zwaar belast kunnen worden. Ook kunnen ze slecht met stootbelastingen omgaan.
Is een harder lager altijd beter?
Een harder lager is onder sommige omstandigheden de betere optie, maar dat is zeker niet altijd het geval. Als een materiaal hoger scoort op de Rockwellschaal is het weliswaar harder en steviger, maar het is vaak ook brosser, waardoor het sneller kan breken. In het geval van kogellagers bestaat dit risico als het lager wordt blootgesteld aan schokken of stoten. Aan de andere kant zijn de materialen waar keramische lagers van gemaakt zijn in de regel zo hard dat ze minder gevoelig voor stof en vuil zijn. Dankzij de hardheid verpulvert het materiaal eventueel vuil, waarna het uit het lager gevoerd wordt.
Verder kan een zacht metaal afhankelijk van de toepassing juist ideaal zijn. Messing is bijvoorbeeld te zacht voor een HRC-waarde, maar wel sterk en buigzaam. We zien dit materiaal vaak terug in lagerkooien. Hierdoor wordt het lager bestand tegen zware mechanische belastingen en hevige trillingen. Bovendien genereert messing minder wrijving dan een hardere stalen kooi en biedt het materiaal een uitstekende warmteafvoer.