不鏽鋼軸承仍可能干擾磁性測量
一個精密感測器夾具被裝配在磁性編碼器旁。圖紙要求使用不鏽鋼軸承，因此腐蝕不是問題。但在調試期間，一塊磁鐵被軸承內圈吸引，隨軸旋轉，感測器偏移發生變化。軸承是不鏽鋼的，但它不是低磁性的。
簡短的答案是，許多不鏽鋼軸承都帶磁性。常用於滾道和滾珠的淬硬440C及其他馬氏體不鏽鋼是鐵磁性的。退火態的奧氏體等級如304、316，或專門選定的低磁導率等級，磁性響應可能低得多，但成型、機加工、焊接和污染都可能改變最終結果。帶陶瓷滾珠的混合軸承也不會自動就非磁性，因為其內外圈仍是金屬的。
要形成有用的低磁性規格，應定義整個軸承組件的允許磁性響應，而不僅是報價單上註明的合金。
磁性軸承與磁性材料是不同的問題
“磁性軸承”通常指一種通過受控力或永磁力支撐轉子的軸承系統。這與內圈恰好帶磁性的滾動軸承是不同技術。
本指南針對用於磁性感測器、科學儀器、檢測設備或其他對場敏感組件附近的常規球軸承、桿端關節軸承和向心關節軸承。工程問題是軸承材料是否干擾周邊磁場、保留不希望的磁化或干擾設備測量。
哪些不鏽鋼軸承材料帶磁性？
| 軸承材料或結構 | 典型磁性響應 | 可能出現的部位 | 主要選型限制 |
|---|---|---|---|
| 440C及其他馬氏體不鏽鋼 | 帶磁性 | 淬硬內圈、滾珠和耐磨球形面 | 良好的接觸硬度不能滿足低磁導率要求 |
| 304或316奧氏體不鏽鋼 | 完全奧氏體退火態下通常磁性響應低 | 殼體、保持架、防塵蓋、螺紋體和五金 | 冷加工、機加工或焊後組織會增加磁性響應 |
| 304LN或其他經驗證的低磁導率奧氏體等級 | 選為更穩定的低磁導率 | 定製殼體、結構件或特殊零件 | 等級供應和低磁導率不能自動提供軸承滾道硬度 |
| 鐵素體、雙相及許多析出硬化不鏽鋼 | 帶磁性 | 殼體、軸和高強度定製件 | 耐腐蝕或強度優勢須與場感靈敏度權衡 |
| 氮化矽或氧化鋯陶瓷 | 非鐵磁性 | 滾珠、滾子或全陶瓷內圈 | 配合、衝擊、接觸應力、速度和潤滑仍須應用評審 |
| 聚合物、PTFE複合材料或非金屬保持架材料 | 磁性貢獻低 | 保持架、襯層、密封件和擋圈 | 溫度、化學相容性、磨損和承載能力仍是獨立限制 |
世界不鏽鋼的磁性性能概述將低磁導率奧氏體不鏽鋼與鐵磁性的鐵素體、馬氏體和雙相家族區分開。這就是為什麼單憑”不鏽鋼”一詞無法預測軸承在磁場附近的表現。
同樣的零件級區分已在我們關於不鏽鋼軸承實際包含的材料的指南中說明。滾道材料、殼體材料、保持架、滾動體、密封件和周邊五金都可能不同。
為什麼304或316會變得略微帶磁性？
完全奧氏體的304和316常被描述為非磁性，但該描述適用於一種材料狀態，並非用該等級製造的每個成品零件。
冷成型可將部分奧氏體組織轉變為應變誘導馬氏體。車削、磨削、沖壓或螺紋滾壓因此可能產生比原始退火棒料更強的局部響應。焊縫金屬也可能含有鐵素體，與鐵磁性刀具或磨削碎屑接觸也會干擾簡單的吸附測試。
這並不意味著每個機加工316零件都會強烈帶磁。而是等級名稱並非驗收結果。例如，奧托昆普將其完全奧氏體的304LN等級用於相對磁導率需低於1.005的應用。該公佈值屬於特定產品和狀態；不應套用到由無關零件組裝成的完整軸承上。
陶瓷混合軸承能解決問題嗎？
只能解決一部分。
混合滾動軸承將陶瓷滾動體和金屬內圈結合。氮化矽滾珠非磁性且電絕緣，如GMN的軸承滾珠材料指南所述。用陶瓷滾珠替換鋼珠可減少軸承內的磁性材料總量，並可能帶來速度或電氣方面的其他優勢。
但鋼或不鏽鋼滾道仍在。如果這些內圈使用440C、52100或其他鐵磁性等級，整個混合軸承仍會響應磁鐵，仍可能干擾敏感場。因此陶瓷滾珠軸承應指定為”混合”而非”非磁性”，除非成品組件已針對實際要求完成測試。
全陶瓷軸承將內圈和滾動體都用陶瓷替換。它可以移除最大的鐵磁性組件，但不是鋼軸承的通用替代品。陶瓷內圈韌性、安裝過盈、衝擊、邊緣載荷、熱膨脹、潤滑、保持架材料和成本都必須針對應用檢查。軸、鎖緊螺母、墊片和殼體也可能在軸承位置周圍重新引入磁性材料。
磁性、低磁性和非磁性不可互換
| 要求措辭 | 通常告訴供應商的資訊 | 為何仍可能不足 |
|---|---|---|
| 不鏽鋼軸承 | 組件中某處預期有耐腐蝕金屬 | 未指明磁性響應或零件材料 |
| 316不鏽鋼軸承 | 至少一個指定零件應使用316 | 不保證每個零件都是316，也不驗證機加工狀態 |
| 陶瓷軸承 | 軸承中使用陶瓷 | 可能指陶瓷滾珠配磁性鋼內圈 |
| 非磁性軸承 | 應用對磁性材料敏感 | 未定義可測限值、場強或測試方法 |
| 相對磁導率低於某值 | 要求定量材料響應 | 仍須說明被測零件、施加場和成品狀態 |
| 成品組件低於某殘餘磁場限值 | 整個零件不得保留過多磁化 | 需要測量距離、朝向、儀器和退磁條件 |
對大多數工程圖紙而言，“低磁性”加上可測的驗收限值，比絕對聲稱”非磁性”更有用。每種真實材料都會在一定程度上與磁場相互作用；實際問題在於這種相互作用是否影響設備。
相對磁導率與殘餘磁性衡量的是不同事物
相對磁導率描述材料在施加磁場時的響應。接近1的值表示響應接近空氣或真空。ASTM的A342/A342M-26提供了弱磁性材料磁導率的測試方法，並將測試方法和施加場作為結果的一部分。
殘餘磁性是指部件暴露於磁化源後殘留的磁場。軸承可能在磨削、磁性搬運、檢測或裝配期間獲得殘餘磁場。退磁可降低殘餘磁場，但不會把本質鐵磁性的440C滾道變成低磁導率材料。
手持磁鐵適合檢測明顯的鐵磁性零件。它不構成低磁性軸承的定量驗收測試。吸附力取決於磁鐵強度、距離、零件幾何和質量，且不提供可追溯的磁導率或殘餘磁場值。
審查完整的軸承位置
即使精心選定的軸承，若忽略相鄰零件，也可能無法滿足系統級磁性要求。至少應審查：
- 內外圈、滾珠或滾子；
- 保持架、防塵蓋、卡環和金屬密封加強件；
- 油嘴、潤滑塞和保持卡夾；
- 軸、套筒、鎖緊螺母、墊圈和安裝螺栓；
- 桿端體、球形內圈和襯層背襯；
- 殼體、墊片、感測器支架及附近工具或緊固件；
- 冷成型、磨削、焊接、磁性檢查和退磁等加工步驟。
對於鉸接產品，僅指定316桿端殼體是不夠的，如果球形內圈是淬硬440C。對於滾動軸承，陶瓷滾珠並不能抵消內圈的磁性響應。磁性分佈圖應涵蓋完整的已安裝組件。
如何指定低磁性軸承
從設備級風險開始。靠近簡單接近開關的軸承，比在磁力計、電子束儀器或精密場感測器旁的軸承更能容忍磁性響應。
然後在圖紙或詢盤上提出以下要求：
- 明確軸承類型、尺寸、載荷、速度、運動和所需壽命。
- 說明關注點是相對磁導率、殘餘磁場、吸附力，還是特定感測器觀察到的干擾。
- 定義最大值、測試方法、施加場或測量距離、儀器朝向，以及限值適用於裝配前還是裝配後。
- 列出每個必須滿足材料要求的零件，包括保持架、防塵蓋、卡環和安裝五金。
- 分別說明腐蝕介質、溫度、潔淨度、潤滑和電氣絕緣要求。
- 當加工可能改變磁性響應時，要求對成品機加工件或完整組件進行驗證。
不要用磁性要求取代載荷計算。一個無法提供所需滾道硬度的低磁導率316內圈，並非成功的軸承選型。設計中可能需要全陶瓷軸承、重新定位軸承、增大與感測器的距離、磁屏蔽或針對應用優化的材料組合。
選擇實用的結構
在場感中度敏感且滾道可保持磁性時，不鏽鋼混合陶瓷軸承可減少滾動體中的磁質量，同時保留常規淬硬內圈。它仍應被描述為混合軸承，而非完全非磁性。
當整個軸承必須具有極低磁影響時，從完整零件審計開始，評估全陶瓷或特殊工程的低磁導率結構。供應、承載能力和尺寸可能與標準目錄軸承不同。
當僅暴露殼體需要低磁性響應時，經驗證的奧氏體殼體可與更硬的內部接觸件結合，前提是內部磁性材料離敏感區足夠遠，且成品設備通過其場測試。
決定性因素不是目錄描述中是否含有不鏽鋼、陶瓷或非磁性等詞，而是已安裝軸承組件是否在承載所需載荷的同時保持在設備定義的磁性限值以下。請通過聯絡我們發送磁性驗收條件、圖紙和運行數據，以便一併評審零件材料和測試範圍。