Валы. Сталь для подшипников марка

ШХ15

Характеристика материала.Сталь ШХ15

Марка	Сталь ШХ-15
Заменитель	сталь ШХ9,сталь ШХ12,сталь ШХ15СГ
Классификация	Сталь конструкционная подшипниковая
Прочие обозначения
Иностранные аналоги
Применение	шарики диаметром до 150 мм, ролики диаметром до 23 мм, кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм, втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, корпуса распылителей, ролики толкателей и другие детали, от которых требуется высокая твердость, износостойкость и контактная прочность.
Вид поставки
Сортовой прокат, в том числе фасонный:	ГОСТ 801-78, ГОСТ 2590-88 ГОСТ 2591-88
Калиброванный пруток	ГОСТ 7417-75, ГОСТ 8559-75, ГОСТ 8560-78
Шлифованный пруток и серебрянка	ГОСТ 14955-77
Полоса	ГОСТ 103-76
Проволока	ГОСТ 4727-83

Химическийсостав

Химический элемент	%
Кремний (Si)	0.17-0.37
Медь (Cu), не более	0.25
Марганец (Mn)	0.20-0.40
Никель (Ni), не более	0.30
Фосфор (P), не более	0.027
Хром (Cr)	1.30-1.65
Сера (S), не более	0.020

Термообработка, состояние поставки	Сечение, мм	σ0,2, МПа	σB, МПа	δ5, %	Ψ, %	KCU, Дж/м2	HB	HRCэ
Отжиг 800 °С, печь до 730 °С, затем до 650 °С со скоростью 10-20 град/ч, воздух.		370-410	590-410	15-25	35-55	44	179-207
Закалка 810 °С, вода до 200 °С, затем масло. Отпуск 150 °С, воздух.	30-60	1670	1670			5		62-65

Механическиесвойствавзависимостиоттемпературыотпуска

t отпуска, °С	σ0,2, МПа	σB, МПа	d5, %	δ4, %	KCU, Дж/м2	HB	HRCэ
Закалка 840 °С, масло.
200	1960-2200	2160-2550					61-63
300	1670-1760	2300-2450					56-58
400	1270-1370	1810-1910					50-52
450	1180-1270	1620-1710					46-48
Закалка 860 °С, масло.
400		1570			15	480
500	1030	1270	8	34	20	400
550	900	1080	8	36	24	360
600	780	930	10	40	34	325
650	690	780	16	48	54	280

Механическиесвойствавзависимостиоттемпературыиспытания

t испытания, °C	s0,2, МПа	sB, МПа	d5, %	y, %	KCU, Дж/м2
Нагрев при 1150 °С и охлаждение до температур испытаний
800		130	35	43
900		88	43	50
1000		59	42	50
1100		39	40	50
Образец диаметром 6 мм и длиной 30 мм, деформированный и отожженный. Скорость деформирования 16 мм/мин. Скорость деформации 0,009 1/с
1000	32	42	61	100
1050	28	48	62	100
1100	20	29	72	100
1150	17	25	61	100
1200	18	22	76	100
Закалка 830 °С, масло. Отпуск 150 °С, 1,5 ч
25		2550			88
-25		2650			69
-40		2600			64

Технологическиесвойства

Температура ковки	Начала 1150, конца 800. Сечения до 250 мм охлаждаются на воздухе, 251-350 мм - в яме.
Свариваемость	способ сварки - КТС.
Обрабатываемость резанием	В горячекатаном состоянии при НВ 202 и sB = 740 МПа K тв.спл. = 0.90, K б.ст. = 0.36.
Склонность к отпускной способности	склонна
Флокеночувствительность	чувствительна
Шлифуемость	хорошая.

Температуракритическихточек

Критическая точка	Mn	Ar1	Ar3	Ac1	Ac3
°С	210	700	713	724	900

Пределвыносливости

s-1, МПа	n	sB, МПа	s0,2, МПа	Термообработка, состояние стали
333	1Е+6			НВ 192. Отжиг.
804	1Е+6			НВ 616. Закалка 830 С. Отпуск 150 С, масло.
652	1Е+6	2160	1670	НВ 582-67

Прокаливаемость

Расстояние от торца, мм / HRC э
1.5	3	4.5	6	9	12	15	18	24	33
65,5-68,5	63-68	58,5-67,5	51,5-67	40-64	38-54	38-48,5	38-47	33-41,5

Кол-во мартенсита, %	Крит.диам. в воде, мм	Крит.диам. в масле, мм	Крит. твердость, HRCэ
50	28-60	9-37	57
90	20-54	6-30	62

Физическиесвойства

Температура испытания, °С	20	100	200	300	400	500	600	700	800	900
Модуль нормальной упругости, Е, ГПа	211
Модуль упругости при сдвиге кручением G, ГПа	80
Плотность, pn, кг/см3	7812	7790	7750	7720	7680	7640
Коэффициент теплопроводности Вт/(м ·°С)			40		37	32
Уд. электросопротивление (p, НОм · м)		390	470	520
Температура испытания, °С	20- 100	20- 200	20- 300	20- 400	20- 500	20- 600	20- 700	20- 800	20- 900	20- 1000
Коэффициент линейного расширения (a, 10-6 1/°С)	11.9	15.1	15.5	15.6	15.7

Теплостойкость, красностойкость

Теплостойкость

Температура, °С	Время, ч	Твердость, HRCэ
150-160	1	63

Обозначения:

Механические свойства
sв	- Предел кратковременной прочности , [МПа]
sT	- Предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), [МПа]
d5	- Относительное удлинение при разрыве , [ % ]
y	- Относительное сужение , [ % ]
KCU	- Ударная вязкость , [ кДж / м2]
HB	- Твердость по Бринеллю , [МПа]
Физические свойства :
T	- Температура, при которой получены данные свойства , [Град]
E	- Модуль упругости первого рода , [МПа]
a	- Коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20o - T ) , [1/Град]
l	- Коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала) , [Вт/(м·град)]
r	- Плотность материала , [кг/м3]
C	- Удельная теплоемкость материала (диапазон 20o - T ), [Дж/(кг·град)]
R	- Удельное электросопротивление, [Ом·м]
Свариваемость
без ограничений	- сварка производится без подогрева и без последующей термообработки
ограниченно свариваемая	- сварка возможна при подогреве до 100-120 град. и последующей термообработке
трудносвариваемая	- для получения качественных сварных соединений требуются дополнительные операции: подогрев до 200-300 град. при сварке, термообработка после сварки - отжиг

s-stal.ru

Шарикоподшипниковые стали

(ШХ6, ШХ9, ШХ15) применяют для изготовления шариков и роликов подшипников. По химическому составу (ГОСТ 801—60) и структуре эти стали относятся к классу инструментальных сталей. Они содержат около 1% Сu 0,6—1,5% Сr Для деталей размером до 10 мм применяют сталь ШХ6 (1,05—1,15% С и 0,4—0,7% Сr), а для деталей размером более 18 мм — сталь ШХ15 (0,95—1,05% С и 1,3—1,65% Сr). Термическая обработка шарикоподшипниковых сталей с небольшим содержанием хрома заключается и закалке и низком отпуске (до 200°С), в результате чего обеспечивается твердость HВ 600—660.

Графитизированную сталь (высокоуглеродистую, содержащую 1,5—2% С и до 2% Сr) используют для изготовления поршневых колец, поршней, коленчатых валов и других фасонных отливок, работающих в условиях трения. Графитизированная сталь содержит в структуре ферритоцементитную смесь и графит. Количество графита может значительно меняться в зависимости от режима термической обработки и содержания углерода. Графитизированная сталь после закалки сочетает свойства закаленной стали и серого чугуна. Графит в такой стали играет роль смазки.

Высокомарганцовистую сталь Г13Л, содержащую 1,2% С и 13% Мn, применяют для изготовления железнодорожных крестовин, звеньев гусениц и т. п. Эта сталь обладает максимальной износостойкостью, когда имеет однофазную структуру аустенита, что обеспечивается закалкой (1000-1100°С) при охлаждении на воздухе. Охлажденная сталь имеет низкую твердость (НВ 200), после закаленного наклепа ее твердость повышается до НВ 600.

Антифрикционные сплавы

Антифрикционные сплавы предназначены для повышения долговечности трущихся поверхностей машин и механизмов. Трение происходит в подшипниках скольжения между валом и вкладышем подшипника. Поэтому для вкладыша подшипника подбирают такой материал, который предохраняет вал от износа, сам минимально изнашивается, создает условия для оптимальной смазки и уменьшает коэффициент трения. Исходя из этих требований, антифрикционный материал представляет собой сочетания достаточно прочной и пластичной основы, в которой имеются опорные (твердые) включения. При трении пластичная основа частично изнашивается, а вал опирается на твердые включения. В этом случае трение происходит не по всей поверхности подшипника, а смазка удерживается в изнашивающихся местах пластичной основы.

Антифрикционными сплавами служат сплавы на основе олова, свинца, меди или алюминия, обладающие специальными антифрикционными свойствами. Антифрикционные свойства сплавов проявляются при трении в подшипниках скольжения. Это, в первую очередь, низкий коэффициент трения, хорошая прирабатываемость к сопрягаемой детали, высокая теплопроводность, способность удерживать смазку и др. Из антифрикционных сплавов наиболее широко применяют баббит, бронзу, алюминиевые сплавы, чугун и металлокерамические материалы.

Антифрикционные сплавы хорошо прирабатываются в парах трения благодаря мягкой основе — олову, свинцу или алюминию. Более твердые металлы (цинк, медь, сурьма), вкрапленные в мягкую основу, способны выдерживать большие нагрузки. После приработки и частичной деформации мягкой основы в ней образуются углубления, способные удерживать смазку, необходимую для нормальной работы пары.

Баббиты — антифрикционные материалы на основе олова или свинца. Их применяют для заливки вкладышей подшипников скольжения, работающих при больших окружных скоростях и при переменных и ударных нагрузках. По химическому составу баббиты классифицируют на три группы: оловянные (Б83, Б88). оловянно-свинцовые (БС6. Б16) и свинцовые (БК2, БКА). Последние не имеют в своем составе олова.

Лучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные баббиты. Микроструктура оловянносурьмяномедного баббита Б83 состоит из мягкой основы, представляющей собой твердый раствор на базе олова.

Баббиты на основе свинца имеют несколько худшие антифрикционные свойства, чем оловянные, но они дешевле и менее дефицитны. Свинцовые баббиты применяют в подшипниках, работающих в легких условиях. В марках баббитов цифра показывает содержание олова.

Расшифровка: БС6 содержит по 6% олова и сурьмы, остальное — свинец.

Для оловянных и оловянно-фосфористых бронз характерны высокие антифрикционные свойства: низкий коэффициент трения, небольшой износ, высокая теплопроводность, что позволяет подшипникам, изготовленным из этих материалов, работать при высоких окружных скоростях и нагрузках.

Алюминиевые бронзы, используемые в качестве подшипниковых сплавов, отличаются большой износостойкостью, но могут вызвать повышенный износ вала. Их применяют вместо оловянных и свинцовых баббитов и свинцовых бронз.

Свинцовые бронзы в качестве подшипниковых сплавов могут работать в условиях ударной нагрузки.

Латуни по антифрикционным свойствам уступают бронзам. Их используют для подшипников, работающих при малых скоростях и умеренных нагрузках.

Из-за дефицитности олова и свинца применяют сплавы на менее дефицитной основе. Алюминиевые сплавы обладают хорошими антифрикционными свойствами, высокой теплопроводностью, хорошей коррозионной стойкостью в масляных средах и достаточно хорошими механическими и технологическими свойствами. Их применяют в виде тонкого слоя, нанесенного на стальное основание, т. е. в виде биметаллического материала. В зависимости от химического состава различают две группы сплавов.

Сплавы алюминия с сурьмой, медью и другими элементами, которые образуют твердые фазы в мягкой алюминиевой основе. Наибольшее распространение получил сплав АСМ, содержащий сурьму (до 6,5%) и магний (0,3— 0,7%). Этот сплав хорошо работает при высоких нагрузках и больших скоростях в условиях жидкостного трения, его широко применяют для изготовления вкладышей подшипников коленчатого вала двигателей тракторов и авто мобилей.
Сплавы алюминия с оловом и медью, например АО20-1 (20% олова и до 1,2% меди) А09-2 (9% олова и 2% меди). Они хорошо работают в условиях сухого и полужидкого трения и по антифрикционным свойствам близки к баббитам. Их используют для производства подшипников в автомобилестроении, транспортном общем машиностроении.

Для работы в подшипниковых узлах трения применяют специальные антифрикционные чугуны. Изготовляют три типа антифрикционного чугуна: серый с пластинчатым графитом, высокопрочный с шаровидным графитом и ковкий с хлопьевидным графитом. Антифрционный чугун идет на изготовление червячных зубчатых колес, направляющих для ползунов т. п. деталей машин, работающих в условиях трения.

studfiles.net

Валы

Основными условиями, которым должна отвечать конструкция вала, являются достаточная прочность; жесткость, обеспечивающая нормальную работу зацеплений и подшипников; технологичность конструкции и экономия материала.

В качестве материала для валов используют углеродистые и легированные стали. Основные марки сталей для валов приведены в табл.

Марка стали	Диаметр заготовки, мм	Твердость, HB не менее		σB МПа	σT МПа	ΤT МПа	σ-1 МПа	Τ-1 МПа	Ψσ	ΨΤ	ГОСТ	Качество поверхности в зависимости от назначения
Ст. 5 пс3 Ст. 5 сп3 ВСт. 5 пс2 ВСт. 5 сп2	До 20 > 20 до 40 > 40 до 100 > 100	—		500...640	290 280 270 260	170 170 160 160	(0,4...0,5) σB	(0,2...0,3) σB	0000	0000	380—71	Три группы качества
Сталь 45(45-2)(45—3)	Свыше 5	229*	197	610	360	210	270	150	0,1	0,05	1050—74	То же
40Х 40ХН	Свыше 5	217229		1000	800	480	450	250	0,15	0,1	4543—71	Две группы качества
12ХН3А	Любого диаметра	217		950	700	420	420	240	0,15	0,1
18ХГТ	То же	217		1000	900	1300	540	450	250	0,15
30ХГТ	»	229		1500	1300	780	670	380	0,15	0,1
Примечание. * Без термообработки; ГОСТ 380—71 — сталь углеродистая обыкновенного качества; ГОСТ 1050—74—сталь углеродиста конструкционная; ГОСТ 4543—71 - сталь легированная конструкционная

Неответственные валы или валы, габариты которых не играют существенной роли, изготовляют из стали Ст. 5. Для более ответственных валов, в том числе и большинства валов редукторов общего назначения, применяют стали 45, 50, 40X подвергнутые термическому улучшению (закалка с высоким отпуском). Для ответственных тяжело нагруженных валов, которые должны иметь небольшие габариты, применяют легированные стали 40ХН, 30ХГС и др. Термообработка — улучшение, закалка ТВЧ. Наконец, для весьма ответственных валов, работающих в подшипниках скольжения, используют также цементируемые стали — 20Х, 20ХН, 12ХН3А, 18ХГТ и т. д.

metiz-bearing.ru