فولاد های بلبرینگ معمولاً از آلیاژ های پرکربن با درصد بالای کروم ساخته می شوند. یکی از متداول ترین آن ها فولاد 100Cr6 یا SAE 52100 است که دارای 1.0 درصد کربن و حدود 1.5 درصد کروم است. این ترکیب باعث سختی بالا و مقاومت به سایش فوق العاده در بلبرینگ های صنعتی می شود.
سختی نهایی فولاد بلبرینگ پس از عملیات حرارتی به حدود 60 تا 66 HRC می رسد که آن را برای تماس های مکرر چرخشی و اصطکاک های نقطه ای ایده آل می کند. این میزان سختی موجب می شود آلیاژ های بلبرینگ در مقابل سایش سطحی چند برابر مقاوم تر از فولاد های معمولی باشند.
پیچ های فولادی گرید 10.9 از فولاد های آلیاژی با عملیات حرارتی سختکاری ساخته می شوند. مقاومت کششی این گرید حدود 1040 مگاپاسکال و تنش تسلیم آن حدود 940 مگاپاسکال است. سختی سطحی این نوع پیچ ها معمولاً بین 32 تا 39 HRC قرار دارد.
در گرید 12.9 که معمولاً از فولاد های آلیاژی پرکربن با حرارت دهی شدیدتر تولید می شود، مقاومت کششی به حدود 1220 مگاپاسکال می رسد. سختی نهایی نیز در محدوده 39 تا 44 HRC قرار دارد. با وجود سختی بالاتر نسبت به پیچ های گرید پایین تر، همچنان در برابر سایش نقطه ای مانند بلبرینگ ها عملکرد ضعیف تری دارند.
فولاد های بلبرینگ پس از فرم دهی تحت عملیات حرارتی سختکاری و تمپرینگ قرار می گیرند تا سختی حجمی یکنواخت و حداکثری حاصل شود. در این فرآیند دمای آستنیته به حدود 850 تا 870 درجه سانتی‌گراد می رسد و پس از کوئنچ در روغن یا هوا، ساختار مارتنزیتی با سختی بالا شکل می گیرد.
پیچ های گرید 10.9 و 12.9 نیز عملیات حرارتی شامل کوئنچ و تمپر را طی می کنند، اما با شدت کمتر، زیرا هدف بیشتر افزایش استحکام کششی است تا سختی سطحی. برخی تولیدکنندگان برای بهبود مقاومت سایشی سطحی از روش هایی مانند فسفاته کاری، نیتراسیون یا آبکاری روی بهره می گیرند، اما این پوشش ها نسبت به سختی ذاتی فولاد بلبرینگ محدود هستند.
طبق نتایج تست سایش Pin-on-Disc، فولاد بلبرینگ 100Cr6 با سختی 62 HRC دارای نرخ سایش کمتر از 0.2 میلی متر مکعب بر نیوتن متر است. این مقدار در شرایط مشابه برای پیچ های گرید 12.9 حدود 1.0 میلی متر مکعب بر نیوتن متر گزارش شده است.
تست های میکروسایش نیز نشان داده اند که در چرخه های تماس رفت و برگشتی، فولاد بلبرینگ تا 5 برابر نسبت به پیچ های صنعتی گرید بالا عملکرد ضدسایش بهتری دارد. بنابراین در کاربرد های دارای حرکت مکرر، سایش ضربه ای یا ریزارتعاش های سطحی، بلبرینگ ها از مزیت قابل توجهی برخوردارند.
پیچ های گرید 10.9 و 12.9 بیشتر برای تحمل تنش های محوری و برشی بالا در اتصال قطعات سازه ای، ماشین کاری سنگین و فیکسچرهای پرتنش استفاده می شوند. در این کاربردها، مقاومت سایشی اولویت دوم است و اهمیت اصلی با تنسایل و ییلد استحکام است.
در مقابل، آلیاژ های بلبرینگ برای کاربردهایی طراحی شده اند که تماس فلز با فلز به صورت پیوسته و چرخشی اتفاق می افتد، مانند رولبرینگ ها، یاتاقان ها، محور ها، اسپایندل ها و چرخ دنده های دقیق. بنابراین انتخاب صحیح بین این دو نوع آلیاژ باید بر اساس نوع بار، سرعت تماس و شرایط محیطی انجام شود.
