Genel rulman malzemelerinin seçimi için rehber

Rulman malzemelerinin seçimi, mekanik sistemlerin güvenilirliğini ve hizmet ömrünü doğrudan etkiler ve operasyonel koşullarla (yük, hız, çevre) uyumlu olmasını gerektirir. Ana akım rulman malzemeleri üç kategoriye ayrılır: metalik, metalik olmayan ve gözenekli metalik malzemeler. Aşağıda, bu malzemelerin özellikleri ve uygulama senaryolarının teknik bir analizi bulunmaktadır.

I. Metalik Malzemeler: Yüksek Mukavemetli Yük Taşıma İçin Temel Seçenek

1. Rulman Alaşımları (Babbit Alaşımları/Beyaz Metaller)

• Bileşim ve Yapı: Kalay veya kurşunun baz alındığı, antimon-kalay (Sb-Sn) ve bakır-kalay (Cu-Sn) sert tanecikler içeren yumuşak matrisli alaşımlar.
• Temel Avantajları:
  • Yumuşak matris, yüksek süneklik ve uyum yeteneği sağlarken, sert tanecikler aşınma direncini artırır;
  • Olağanüstü gömülebilirlik (kirletici parçacıkların gömülmesini sağlar, mil çiziklerini önler) ve yapışkan aşınma karşıtı özellikler;
  • İyi termal iletkenlik (sürtünme ısısı birikimini azaltır) ve yağ emilimi (yağlamayı iyileştirir).
• Sınırlamalar:
  ▪ Düşük mukavemet, bronz, çelik veya dökme demir rulman kabuklarına dökülen ince bir kaplama (0,5–5mm) olarak kullanılmasını gerektirir;
  ▪ Yüksek maliyet, sıkı yağlama gereksinimleri olan ağır yük, orta hız uygulamaları için uygundur (örneğin, buhar türbinleri, içten yanmalı motor ana milleri).

2. Bakır Alaşımları

• Tipik Türler:
  ▶ Kalay Bronzu: Mükemmel sürtünme önleyici özellikler, orta hızlı ağır yük senaryolarında kullanılır (örneğin, deniz pervanesi mili rulmanları), ancak rulman alaşımlarına göre daha düşük uyum yeteneğine sahiptir;
  ▶ Kurşun Bronzu: Yüksek tutukluk önleme yeteneği, yüksek hızlı ağır yükler için uygundur (örneğin, uçak motoru rulmanları);
  ▶ Alüminyum Bronzu: Yüksek mukavemet ve sertlik, zayıf tutukluk önleme, düşük hızlı ağır yüklerde kullanılır (örneğin, madencilik makineleri rulmanları).
• Ortak Avantajlar: Rulman alaşımlarından daha yüksek sertlik ve yük taşıma kapasitesi, daha iyi maliyet etkinliği sunar.

3. Alüminyum Bazlı Alaşımlar

• Teknik Özellikler:
  • Düşük yoğunluk (bakır alaşımlarının yaklaşık 1/3'ü), güçlü korozyon direnci ve yüksek yorulma mukavemeti;
  • Tek metalik bileşenler veya çift metalik yapılar (alüminyum bazlı kaplama + çelik sırt) olarak üretilebilir, bazı rulman alaşımlarının ve bronzların yerini alır.
• Uygulamalar: Otomotiv motor rulmanları, orta yük yüksek hızlı senaryolarda kompresör rulmanları.

4. Dökme Demir (Gri Dökme Demir/Aşınmaya Dayanıklı Dökme Demir)

• Takviye Mekanizması: Grafit pulları (lamelli veya küresel) katı bir yağlama tabakası oluşturur, yağlayıcıları adsorbe ederek sınır yağlamayı iyileştirir.
• Kısıtlamalar:
  ▪ Kırılgan ve zayıf uyum yeteneğine sahip, yalnızca hafif yük düşük hızlı uygulamalar için uygundur (örneğin, tarım makineleri, el aleti rulmanları);
  ▪ Yağlama gerektirir, darbe yükü ortamları için uygun değildir.

II. Metalik Olmayan Malzemeler: Özel Ortamlar İçin Çözümler

1. Polimer Malzemeler (Plastikler)

• Yaygın Türler:
  ▶ Fenolik Reçine: Yüksek sıcaklık dayanımı (150℃), yüksek mukavemet, şanzıman rulmanlarında kullanılır;
  ▶ Naylon (PA): İyi kendi kendine yağlama, darbe emilimi, tozlu ortamlara uygun;
  ▶ Politetrafloroetilen (PTFE): Son derece düşük sürtünme katsayısı (0,04), korozyon direnci, yağlama olmadan çalıştırılabilir.
• Uygulama Sınırlamaları:
  ▪ Zayıf termal iletkenlik (çeliğin 1/200'ü), çalışma hızının (≤0,5m/s) ve basıncın (≤3MPa) kontrolünü gerektirir;
  ▪ Yüksek doğrusal genleşme katsayısı (çeliğin 10 katı), metalik rulmanlardan 2–3 kat daha büyük boşluklar gerektirir;
  ▪ Düşük mukavemet ve sürünmeye eğilimli, hassas boşluk rulmanları için uygun değildir.

2. Karbon-Grafit Malzemeler

• Performans Avantajları:
  • Kendi kendine yağlama, adsorbe edilmiş su buharına ve emprenye edilmiş yağlayıcılara (örneğin, metaller, PTFE, molibden disülfit) bağlıdır;
  • Yüksek sıcaklık dayanımı (600℃'ün üzerinde), korozyon direnci, vakum veya güçlü aşındırıcı ortamlara uygundur (örneğin, kimyasal pompa rulmanları).
• Malzeme Özelliği: Daha yüksek grafit içeriği, daha düşük sertliğe ve daha küçük sürtünme katsayısına (0,08 kadar düşük) yol açar.

3. Kauçuk ve Ahşap

• Kauçuk: Yüksek elastikiyet, safsızlık emilimi, suyla yağlanan veya kirlenmiş ortamlarda kullanılır (örneğin, atık su arıtma ekipmanı rulmanları);
• Ahşap: Yağ emdirme için gözenekli yapı, tozlu ortamlara uygundur (örneğin, tekstil makineleri, tarım makineleri rulmanları), gelişmiş aşınma direnci için yüzey işlemine ihtiyaç duyar.

III. Gözenekli Metalik Malzemeler: Kendi Kendine Yağlama Senaryoları İçin Optimal

1. Malzeme Prensibi

• Üretim Süreci: Metalik tozlar (esas olarak demir/bronz) preslenir ve gözenekli bir yapıya (gözeneklilik %10–35) sinterlenir, yağ emdirilmiş rulmanlar oluşturmak için kullanımdan önce yağ ile doyurulur.
• Yağlama Mekanizması:
  ▶ Çalışma sırasında: Mil dönüşü ve sıcaklık artışı, gözeneklerden sürtünme yüzeyine yağ salar;
  ▶ Kapanma sırasında: Kılcal etki, yağı rulmana geri çeker ve periyodik kendi kendine yağlama sağlar.

2. Tipik Malzemeler ve Uygulamalar

• Gözenekli Demir: Daha yüksek mukavemet, değirmen astarları, içten yanmalı motor eksantrik mili rulmanları gibi orta yük düşük hızlı senaryolarda kullanılır;
• Gözenekli Bronz: İyi aşınma direnci, elektrikli fanlar, tekstil makineleri ve otomotiv jeneratör rulmanları için uygundur (yük ≤10MPa, hız ≤2m/s).
• Kullanım Önerileri: Optimum performans için düzenli yağ takviyesi, darbe yükleri veya yüksek hızlar (>3m/s) için uygun değildir.

Seçim Karar Referansı

Sonuç

1. Ağır yük ve yüksek hız: Zorunlu yağlama sistemleri ile rulman alaşımlarını veya kurşun bronzu önceliklendirin;
2. Aşındırıcı/yağsız ortamlar: Çevresel uyarlanabilirlik için bazı yük kapasitesinden ödün vererek PTFE plastikler veya karbon-grafit malzemeler kullanın;
3. Düşük maliyetli kendi kendine yağlama: Gözenekli metalik malzemeler, düşük hızlı hafif yük senaryoları için idealdir.
   Yük, hız, sıcaklık ve çevresel ortam gibi parametreleri kapsamlı bir şekilde değerlendirerek ve malzeme fiziksel-mekanik özelliklerini maliyetle birleştirerek, rulmanların hizmet ömrü ve ekipmanın operasyonel güvenilirliği önemli ölçüde artırılabilir.