Конструкционные подшипниковые стали. Сталь подшипниковая

Стали для подшипников

К подшипниковым сталям предъявляются высокие требования в основном по твердости, износостойкости и пределу усталости. Эти требования обеспечиваются сочетанием оптимального химического состава и термической обработки на необходимую твердость. Для шарикоподшипниковых сталей общего назначения (типа ШХ15) твердость после термообработки обычно составляет 60-64 HRC (закалка + низкий отпуск 150 - 190°C, 1,5-2 часа).

Кроме этого, часто к подшипниковым сталям предъявляются требования по минимальному содержанию неметаллических включений и карбидной ликвации, которые могут вызывать преждевременную поломку изделия.

Кроме закалки и отпуска, для сталей, от которых требуется размерная стабильность, применяют обработку холодом при -80°C.

Большинство шарикоподшипниковых сталей содержат в структуре хром, который способствует образованию карбидов. Благодаря этому повышается твердость и износостойкость шариков и роликов. Хромистая сталь, например ШХ15, после закалки и низкого отпуска будет иметь в структуре низкоотпущенный мартенсит и небольшое количество карбидов.

Марки подшипниковых сталей

Стали для подшипников подразделяются на стали общего назначения (ШХ15, ШХ20СГ), стали работающие в условиях агрессивных сред (95Х18) и стали для подшипников, работающих при динамических нагрузках (20Х18Н4А, 20Х18Н4ВА, 18ХГТ). Последняя группа сталей упрочняется цементацией на слой 0,8 - 3,5 мм. и иногда дополнительно подвергается наклепу поверхности, который позволяет повысить усталостные характеристики стали.

Маркировка сталей для подшипников

Стали 20Х18Н4А, 20Х18Н4ВА, 18ХГТ, 95Х18 маркируются, как все конструкционные стали.

В сталях группы ШХ, буква Ш показывает, что это шарикоподшипниковая сталь, а буква Х с последующими цифрами обозначают содержание хрома. Так, например, в стали ШХ15 содержится около 1,5%Cr (1.3 - 1.65%Cr по ГОСТ 801-78). Все стали этой группы содержат примерно 1% углерода. По тому же ГОСТ 801-78, химический состав этих сталей выглядит следующим образом

Кроме хрома в маркировке могут указываться кремний и марганец - ШХ15СГ, ШХ20СГ (см. химсостав по ГОСТу).

Подшипниковые стали, полученные специальными методами выплавки, дополнительно обозначают через дефис в конце наименования марки следующими буквами:

Ш - электрошлаковый переплав (ШХ15СГ-Ш). Встречается обозначение ДШ - двойной переплав

В - внепечная обработка с вакуумированием

ПВ - прямое восстановление

heattreatment.ru

Подшипниковая сталь

Это высококачественная износостойкая сталь, способная сопротивляться большим контактным нагрузкам. Повышенная концентрация углерода обеспечивает подшипниковым сталям высокую твердость и износостойкость, а наличие хрома увеличивает глубину прокаливания. В системе маркировки конструкционных легированных сталей подшипниковые стали составляют исключение: маркировка начинается с буквы «Ш», а цифра, стоящая после «Х», указывает на концентрацию хрома в десятых долях процента. Например, ШХ6, ШХ15СГ. Чем выше концентрация хрома, тем крупнее можно изготавливать подшипники. К недостаткам подшипниковых сталей следует отнести пониженную обрабатываемость резанием.

Это стали, идущие для изготовления любых подшипников качения: шариковых, роликовых и игольчатых. Они, прежде всего, должны обладать высокой сопротивляемостью контактной усталости, высокой износостойкостью и твёрдостью. Кроме этого, подшипниковые стали должны легко закаливаться (обладать низкой критической скоростью закалки). Исходя из этих требований, к сталям этой группы следует отнести заэвтектоидные стали, легированные хромом.

К этим сталям предъявляют и ряд требований, связанных с их металлургическим производством, касающихся в первую очередь количества неметаллических включений.

Для получения высоких прочностных и эксплуатационных характеристик подшипниковые стали подвергают закалке в масле и отпуску при температуре 150-200 °С. Назначая режимы закалки, следует помнить, что эвтектоидная точка у сталей типа «ШХ» смещена несколько влево. Например, для стали марки ШХ15 она соответствует концентрации углерода, равной 0,7 %. Типовые режимы термообработки сталей типа «ШХ» представлены в таблице

Стали марок ШХ6 и ШХ9 идут для изготовления шариков и роликов подшипников. Для изготовления колец шарико- и роликоподшипников со стенками толщиной до 15-20 мм рекомендуется сталь ШХ15, т.к. она обладает большей твердостью, большей износостойкостью. При изготовлении колец с толщиной стенки более 20-30 мм рекомендуется использовать сталь марки ШХ15СГ. Из всех подшипниковых сталей она обладает наибольшей прокаливаемостью. В случае изготовления очень крупных подшипников (диаметром от 0,5 до 2 м) следует использовать низкоуглеродистые цементуемые стали, например, 20Х2Н4А. Это объясняется тем, что высокоуглеродистые стали типа «ШХ» обладают пониженной обрабатываемостью резанием и требуют высоких угловых скоростей при резании. В этом случае появляется опасность того, что опоры шпинделя металлорежущего станка могут не выдержать действующих нагрузок. Низкоуглеродистые стали обладают лучшей обрабатываемостью резанием и позволяют проводить обработку при меньших угловых скоростях. Однако низкоуглеродистые стали являются сравнительно мягкими сталями, а закалка их оказывается невозможной из-за очень высокой критической скорости закалки. Поэтому после изготовления колец из таких сталей они подвергаются цементации на глубину до 8 мм с последующей закалкой и последующим низким отпуском. После такой термообработки кольца структура его поверхности состоит из отпущенного мартенсита и карбидов, а структура сердцевины - из малоуглеродистого мартенсита. Для подшипников, работающих в агрессивных средах (например, в пресной или морской воде, в растворах азотной кислоты и органических кислотах), рекомендуют использовать коррозионно-стойкую хромистую сталь марки 95Х18.

В случае, когда подшипники в процессе своей работы нагреваются до 400-500 °С, для их изготовления рекомендуют использовать быстрорежущие стали, например, Р9, но с пониженным содержанием углерода и ванадия. Это вызвано необходимостью уменьшения склонности к карбидной ликвации. Термообработку таких сталей проводят по обычным режимам, предусмотренным для быстрорежущих сталей.

sl3d.ru

характеристики, применение, свойства, расшифровка маркировки

Характеристики применения стали ШХ15, а также процесс ее производства привели к тому, что ее стали относить к группе конструкционных сталей.

Структура стали

Важнейшее требование, которое предъявляется к данному типу стали, - это высокая твердость. Для того чтобы достичь такого показателя, используют большое количество углерода в качестве легирующего элемента, а также добавляют некоторое количество хрома.

В момент поставки данной стали ее структура - это феррито-карбидная смесь. Чаще всего при поставке данного вида пишут, что она - отожженная на зернистый перлит. Также важно отметить, что к характеристикам применения стали ШХ15 относится и высокая пластичность, которая обязательно должна быть соблюдена, так как сырье этой марки часто используется для производства различных пластичных конструкций.

Температура закалки стали, при которой она проходит термическую обработку, - 830-840 градусов по Цельсию. Отпуск же сырья осуществляется в температуре от 150 до 160 градусов, а время, требуемое на завершение операции, составляет 1-2 часа.

Карбидная фаза

Дальнейшие характеристики применения стали ШХ15 во многом зависят от карбидной фазы и от ее успешного завершения. Если рассматривать ее протекание под микроскопом, то можно наблюдать, что при успешном ее завершении, усилие, которое требуется для разрушения матрицы - 140 кН.

Для того чтобы достичь такого показателя, шарик, являющийся основным элементом структуры, должен иметь однородную матрицу, а также достаточно однородные карбиды. Одинаковыми они должны быть как по размеру, так и по своему распределению в матрице. Если же во время обработки что-то пошло не так, то усилие, требуемое для разрушения структуры, может упасть до 68 кН. Если это происходит, значит, структура шарика получилась неоднородной. Карбиды в данном случае могут быть расположены неравномерно и/или иметь неодинаковый размер. Этот показатель очень существенный для стали.

Дефекты карбидной фазы

Так как характеристики применения стали ШХ15 во многом зависят от протекания карбидной фазы, то важно знать, какие могут быть дефекты этого процесса:

• Один из первых дефектов - это карбидная полосчатость. Он возникает из-за того, что присутствует неоднородность структуры стали после ее закалки. В тех участках, где присутствует большое количество карбидов, появляется мартенситно-трооститная структура, а в тех местах, где количество этого вещества мало, появляется игольчатый мартенсит.
• Еще один дефект, который может возникнуть, - это карбидная ликвация. В подшипниковом типе стали часто встречается крупное включение карбидов, которые располагаются вдоль направления прокатки - это и называется карбидной ликвацией. Дефект этого явления заключается в том, что эти элементы характеризуются высокой прочностью, но и высокой хрупкостью. Чаще всего такие элементы разрушаются при выходе стали на рабочую поверхность, из-за чего образуется очаг разрушения. Ярко выраженный дефект этого типа сильно увеличивает изнашиваемость шарикоподшипниковой стали.

Подшипники из стали

Из-за характеристик применения стали ШХ15 ее стали часто использовать для производства шариков, роликов и колец подшипников.

Стоит отметить, что при работе данных деталей они постоянно подвергаются высоким знакопеременным напряжениям. Также важно понимать, что ролик или шарик, а также дорожка из колец испытывают высокую нагрузку в единый момент времени, которая распределяется по очень малому участку плоскости. Из-за этого в таких участках попеременно возникают такие знакопеременные напряжения порядка 3-5 МН/м2 (300-500 кгс/см2).

Именно из-за таких нагрузок температура закалки стали очень высока, чтобы придать высокую прочность материалу. Также важно отметить, что такие высокие нагрузки не проходят бесследно, они оставляют небольшую деформацию элементов подшипника. Из-за этого на подшипнике образуются усталостные трещины. Появление этих дефектов приводит к тому, что при прохождении этого участка происходит удар, из-за которого деформация лишь усиливается, а в конечном счете подшипник полностью выходит из строя.

Подшипниковая сталь: характеристики

Данная марка стали применяется для производства шариков диаметром до 150 мм, роликов диаметром до 23 мм, а также для производства колец подшипников, толщина стенки которых 14 мм. Также эта сталь может использоваться для изготовления втулок плунжеров, нагнетательных клапанов, а также других деталей, для которых главное требование - это высокая твердость, высокая стойкость к износу, а также контактная прочность.

Подшипниковая сталь данной марки также обладает рядом определенных характеристик, таких как: склонность к отпускной хрупкости или флокеночувствительность. Пределы кратковременной прочности данного материала находятся в районе от 590 до 750 МПа. Предел пропорциональности для данного материала - 370-410 МПа. Относительное удлинение материала при разрыве составляет 20%. Сталь марки ШХ15 обладает относительным сужением - 45%. Кроме этого, есть и характеристика ударной вязкости, показатель которой 440 кДж/м2.

Свойства стали ШХ15

Если говорить о свойствах данной марки, то нужно обратить внимание на ее химический состав, который во многом влияет на образование этих свойств. Сталь ШХ15 содержит в своем составе такие химические элементы:

• С - 0,95 -1.0;
• Si - 0,17-0,37;
• Mn - 0,2-0,4;
• Cr - 1,35-1,65.

Также данная марка характеризуется еще одним параметром - критическая точка температуры. Для стали ШХ15 этот показатель находится в районе от 735 до 765 градусов по Цельсию.

Для того чтобы достичь нужной прочности, этот тип сплава подвергают сильному нагреву, температура которого превышает эвтектоидное превращение. Он обеспечивает нужную концентрацию такого элемента как С и Cr в составе стали в твердом виде, а также делает структуру мелкого однородного зерна.

Расшифровка стали ШХ15, которая получается в итоге проведения всех этих операций следующая: буква Ш обозначает, что материал принадлежит к группе подшипниковых сталей, а буква Х указывает на то, что в составе сырья имеется такой материал, как хром, являющийся одним из легированных элементов.

Углеродистая сталь

Сталь ШХ15 - углеродистая и малолегированная сталь, которая в изготовлении ножей приобрела название "углеродистой". Данный материал используется уже примерно в течение 100 лет. Основная область применения данного материала - это подшипниковые, износостойкие и режущие детали или элементы.

Также стоит отметить, что данная группа стали является классической для изготовления ножей и за рубежом. Нож из ШХ15 будет обладать огромной прочностью, а также значительной остротой. Такие изделия используют чаще всего для каких-либо режущих инструментов, однако из нее же можно изготавливать и обычные кухонные ножи.

Особенности использования

Расшифровка стали ШХ15 говорит сама за себя, однако стоит добавить, что 15 - это показатель количества хрома в материале, которого там содержится в количестве 1,5%.

При эксплуатации изделий из данной стали в метастабильной среде с высокими нагрузками вполне возможны геометрические изменения размеров детали. После проведения наблюдений за закаленными образцами и их изменений в размерах, а также после проведения рентгенографических исследований люди установили, что для стабилизации такого вещества, как мартенсит, необходима закалка сырья в течение 2-4 часов при температуре в 150 градусов по Цельсию. Если же необходимо стабилизировать мартенсит для дальнейшей эксплуатации вещества в повышенных температурных условиях, то процесс отпуска должен проходить при температурном пороге, который будет превышать рабочую температуру на 50-100 градусов по Цельсию.

Можно отметить, что основная причина, почему после закалки и отпуска сталь изменяет свои геометрические параметры - это влияние остаточного аустенита. Для того чтобы привести наглядный пример, можно представить такое утверждение: 1% аутенсита при превращении в мартенсит будет изменять размер детали на 1•10-4. Для более понятного определения это означает, что изменение размера произойдет на 10 мкм на каждые 100 мм размера.

fb.ru

Классификация подшипниковых сталей

Подшипниковые стали обычно классифицируются по условиям работы: различают стали общего назначения, используемые для изготовления деталей подшипников (колец, шариков, роликов), работающих при температурах –60÷300 °С в неагрессивных средах, и стали специального назначения, предназначенные для изготовления теплостойких и коррозионностойких подшипников. Составы сталей для подшипников общего назначения регламентируются ГОСТ 801-78, а подшипников специального назначения – соответствующими ТУ.

Легирование подшипниковых сталей

Подшипниковые стали в основном заэвтектоидные (около 1,0 % С) в отожженном состоянии. В нормализованном состоянии они относятся к перлитному классу. Основной легирующий элемент – хром, который определяет состав карбидной фазы и обеспечивает требуемую прокаливаемость. При необходимости увеличить прокаливаемость (для крупногабаритных подшипников, у которых толщина стенок колец более 10 мм, а ролики диаметром более 20 мм) стали дополнительно легируют кремнием (0,40–0,85 %) и марганцем (0,90–1,70 %). Кроме того, кремний при отпуске замедляет распад мартенсита в интервале температур 150–350 ºС и вследствие этого дает более высокие значения твердости.

Наиболее часто для изготовления деталей подшипников применяют стали: ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, ШХ4.

Для деталей крупногабаритных подшипников, работающих при повышенных контактных напряжениях и ударных нагрузках (например, подшипники прокатных станов, буровых установок и т.п.), применяют цементуемые низкоуглеродистые легированные стали: 18ХГТ, 20ХН3А, 20ХНМ, 20Х2Н4А и др. Детали из таких сталей подвергаются цементации с последующей термообработкой (закалка и отпуск). Эти стали обеспечивают высокую прокаливаемость, вязкость сердцевины, контактную прочность. Однако твердость сердцевины должна быть не менее HRC35–45 во избежании продавливания цементованного слоя при эксплуатации.

Теплостойкие подшипники качения должны обладать высокой твердостью, в том числе при рабочих температурах (горячая твердость), которая определяет несущую способность подшипника, достаточной контактной выносливостью в рабочем интервале температур, высоким сопротивлением ползучести и релаксации напряжений при воздействии динамических нагрузок и температуры, определенными заданными значениями некоторых физических свойств, например, термического коэффициента расширения (во избежании потери натяга в паре с сопряженным металлом), высоким сопротивлением контактной ползучести (длительная горячая твердость). Для работы при повышенных температурах (более 300 ºС) применяют теплостойкие стали типа 8Х4М4В2Ф1Ш и 8Х4В9Ф2Ш. Высокая теплостойкость этих сталей достигается при совместном легировании вольфрамом и молибденом. Их суммарное содержание должно удовлетворять соотношению W + 2Мо = (7–10) %. Меньшее содержание не позволяет получить достаточную теплостойкость и структурную стабильность.

Содержание хрома в теплостойких подшипниковых сталях обычно составляет 4,0–5,0 %. Содержание ванадия ограничивается 1,0–1,7 %, поскольку ванадий ухудшает шлифуемость стали. Из-за необходимости уменьшения карбидной неоднородности содержание углерода ограничивается 0,8 %. Эти стали относятся к дисперсионнотвердеющим. Они подвергаются закалке с температуры 1220–1240 ºС для стали 8Х4В9Ф2Ш и 1130–1160 ºС для стали 8Х4М4В2Ф1Ш в горячем масле (80–130 ºС) и последующему трехкратному отпуску при 565–580 ºС в течение 2 ч при каждом отпуске с охлаждением на воздухе. Твердость после термической обработки составляет HRC 60–64. Микроструктура – скрыто- и мелкоигольчатый мартенсит и избыточные карбиды.

Для деталей подшипников, работающих в агрессивных средах, применяются коррозионностойкие стали, содержание около 18 % хрома, поскольку необходимо обеспечить одновременно достаточную теплостойкость и коррозионную стойкость. В основном применяют сталь 95Х18Ш (0,9–1,1 % С). Термическая обработка включает закалку, обработку холодом и низкотемпературный отпуск при 150–160 ºС в течение 3 ч. Твердость после термообработки составляет HRC 58–62; микроструктура – скрыто- и мелкокристаллический мартенсит и избыточные карбиды.

Подшипники из коррозионностойких сталей, предназначенные для работы при повышенных температурах, отпускают при 400–420 ºС в течение 5 ч, при этом твердость понижается до HRC 55.

Для деталей подшипников, работающих при повышенных температурах, наряду с высокохромистыми сталями применяют стали типа быстрорежущих, в которых обеспечивается горячая твердость HRC 56–58. Необходимо только еще раз отметить, что применение любых сталей, в том числе быстрорежущих, требует применения шлакового или другого рафинирующего переплава.

Производство деталей подшипников является весьма дорогостоящим, поскольку велики расходы металла при обработке резанием. В настоящее время внедряется производство деталей подшипников методами порошковой металлургии. Это позволяет резко снизить металлоемкость производства в некоторых случаях без заметного снижения качества подшипников.

studfiles.net

Конструкционные подшипниковые стали | Свойства подшипниковой стали

Свойства подшипниковой стали

Подшипниковую сталь применяют главным образом для изготовления шариков, роликов и колец подшипников.

В процессе работы эти элементы находятся под воздействием высоких знакопеременных напряжений. Каждый участок рабочей поверхности ролика или шарика и дорожки колец испытывает многократное нагружение, которое распределяется в пределах очень небольшой опорной поверхности. В результате в каждом участке поверхности возникают местные контактные знакопеременные напряжения порядка 3—5 Мн/м2 (300—500 кгс/см2) — сжимающие на поверхности контакта и растягивающие у ее контура. Напряжения вызывают упругую и незначительную остаточную деформации элементов подшипника. Многократное повторение деформации приводит к появлению усталостных трещин, выкрашиванию поверхности подшипника, в результате чего при качении возникают удары, под действием которых разрушения усиливаются и подшипник выходит из строя.

Помимо усталостного разрушения, дорожки колец подшипника и сами тела качения (шарики и ролики) подвергаются истиранию. Причиной механического разрушения — истирания являются тангенциальные напряжения, вызываемые силами трения при скольжении контактирующих поверхностей. В результате истирания от поверхности металла отделяются тонкие чешуйки, что вызывает увеличение зазора между кольцами и телами качения и усиление абразивного износа.

Рисунок 1 - Подшипник

Величина истирания зависит от точности изготовления и сборки подшипника, условий его нагружения, смазки, наличия абразивных частиц, химически активной среды и от ряда других причин. При интенсивном истирании поверхностные слои шарикоподшипниковой стали могут изнашиваться настолько быстро, что в них не успевают появиться усталостные трещины. В этом случае подшипник выходит из строя еще до усталостного разрушения.

В некоторых случаях детали подшипников подвергаются совмещенным раздавливающим и изгибающим нагрузкам, нагрузкам динамического характера (ударным).

В соответствии с этим, cвойства шарикоподшипниковой стали должны характеризироваться высокой упругостью и высоким сопротивлением усталости при малой хрупкости, отличаться высокой износостойкостью и прочностью. Так как детали подшипников работают, соприкасаясь отдельными точками рабочих поверхностей, особое значение для подшипниковой стали приобретает ее физико-химическая однородность и чистота по неметаллическим включениям. Присутствие в стали скоплений твердых карбидов, неметаллических включений, волосовин, трещин и других концентраторов напряжений вызывает быстрый износ отдельных участков поверхности и преждевременный выход из строя подшипника.

В качестве материала для изготовления деталей подшипников наиболее широко используется разработанная еще в 1901 г. высокоуглеродистая (0,95—1,15% С) хромистая (0,40—1,65% Сr) сталь (например, шарикоподшипниковая сталь ШХ15, содержащая 0,95—1,10% С; 1,30—1,65% Сr; 0,20—0,40% Мn; 0,15—0,35% Si; не более 0,027% Р; 0,02% S; 0,25% Сu и 0,30 Ni, или сталь ШХ15СГ, в которой больше Мn — 0,90—1,20% и Si — 0,40—0,65%). По своему составу и свойствам подшипниковая сталь примыкает к группе инструментальных сталей, но по применению она является конструкционной специального назначения.

Высокое содержание в подшипниковых сталях углерода сообщает им после термической обработки высокую прочность и стойкость против истирания. Высокая поверхностная твердость рассматриваемой стали определяется концентрацией углерода в мартенсите, и поэтому она одинакова для всех подшипниковых сталей. Твердость внутренних слоев зависит от глубины прокаливаемости, зависящей в свою очередь от содержания хрома.

Хром замедляет превращение аустенита в перлит и тем самым увеличивает прокаливаемость стали. Поэтому чем крупнее детали подшипников, тем с большим содержанием хрома применяют шарикоподшипниковую сталь для их изготовления.

В системе железо—хром—углерод образуется сложный карбид (Fe, Сr)3С и твердый раствор хрома в железе. Высокая твердость карбидов хрома повышает износостойкость шарикоподшипниковой стали. Кроме того, хром увеличивает стойкость мартенсита против отпуска, уменьшает склонность стали к перегреву, придает ей мелкозернистую структуру. Но при высоком содержании хрома (более 1,65%) трудно получить однородную структуру, поэтому в шарикоподшипниковых сталях обычно содержится не более 1,65% Сr.

Марганец, как и хром, увеличивает твердость и сопротивляемость стали истиранию и одновременно способствует росту зерна при нагреве, в результате чего при термической обработке может образоваться крупнозернистая структура перегретой стали. Отрицательное влияние на вязкость шарикоподшипниковой стали оказывает кремний.

Но марганец и кремний являются раскислителями, и чем выше их содержание, тем полнее бывает раскислена сталь. Поэтому присутствие этих элементов во всех марках шарикоподшипниковой стали желательно, но не более 0,35% Si и 0,40% Mn. Исключение составляет сталь марки ШХ15СГ, применяемая для изготовления крупных деталей. Повышенное содержание марганца и кремния в этой стали объясняется тем, что эти элементы уменьшают критическую скорость закалки, снижая тем самым склонность стали к короблению и трещинообразованию при закалке.

Вредными примесями для шарикоподшипниковой стали являются фосфор, медь и никель.

Фосфор увеличивает склонность стали к образованию крупнозернистой структуры при нагреве, повышает хрупкость стали и уменьшает ее прочность на изгиб. Это в свою очередь увеличивает чувствительность подшипников к динамическим нагрузкам и склонность изделий к образованию закалочных трещин. В связи с этим содержание фосфора в металле строго ограничивают.

Вопрос о влиянии серы на свойства подшипниковой стали нельзя считать решенным. Мнение о том, что сера оказывает отрицательное влияние, снижая устойчивость стали против истирания и способствуя ее усталостному разрушению при выходе на рабочую поверхность сульфидов, вызывает сомнения. Результаты некоторых исследований показывают, что с повышением содержания серы в шарикоподшипниковой стали до 0,05—0,10% и при соответствующем увеличении количества сульфидов продолжительность службы подшипников повышается.

Вместе с тем известно, что сера улучшает обрабатываемость стали. При очень низком содержании серы получить высококачественную поверхность рабочих тел затруднительно. По-этому не исключена целесообразность повышенного содержания серы в стали с тем, чтобы получить более совершенную рабочую поверхность и увеличить тем самым срок службы подшипника. Однако в настоящее время содержание серы в подшипниковой стали строго ограничено ГОСТ.

Медь, хотя и увеличивает твердость, предел прочности и прокаливаемость подшипниковой стали, в целом является нежелательной примесью, так как при горячей механической обработке с повышением ее содержания увеличивается образование поверхностных трещин и надрывов.

Содержание никеля ограничивается в связи с тем, что его присутствие отрицательно влияет на твердость стали.

Сопротивляемость подшипниковой стали выкрашиванию уменьшают примеси таких цветных металлов, как олово, свинец, мышьяк. Отрицательное влияние на свойства подшипниковой стали оказывают также газы: кислород, водород, азот. Влияние кислорода проявляется главным образом через образуемые им окислы — неметаллические включения. Наличие водорода увеличивает поражение подшипниковой стали флокенами, а наличие азота снижает сопротивляемость стали выкрашиванию.

К подшипниковой стали предъявляют очень жесткие требования в отношении макроструктуры, отсутствия шлаковых и газовых включений, а также карбидной ликвации и полосчатости.

Высокое содержание углерода обусловливает значительное развитие в слитках подшипниковой стали дефектов усадочного характера — усадочных раковин, общей и осевой пористости. Установлена следующая зависимость усадки при затвердевании от содержания в стали углерода:

Содержание углерода, % 0,10 0,35 0,45 0,70

Усадка при затвердевании, % 2,0 3,0 4,3 5,3

Жесткие требования, предъявляемые к однородности металла, ограничивают допустимую величину общей и осевой пористости. Для уменьшения этого дефекта подшипниковую сталь целесообразно разливать на сравнительно мелкие (до 3 т) слитки с увеличенной (до 5% и более) конусностью или с утеплением верхней части слитков.

Широкий интервал кристаллизации шарикоподшипниковой стали способствует значительному развитию ликвации примесей, в первую очередь углерода и хрома. В результате ликвации междендритные участки обогащаются углеродом и хромом, образующими карбиды. При прокатке обогащенные углеродом и хромом участки металла вытягиваются вдоль направления прокатки, образуя полосчатую неоднородность. На травленых микрошлифах этот дефект подшипниковой стали выявляется в виде полос повышенной и пониженной травимости.

Полосчатость является причиной структурной неоднородности стали после закалки, обусловливающей неоднородность свойств готовых изделий. Устранение этого дефекта достигается длительной выдержкой металла при высоких температурах (гомогенизацией).

Наряду со скоплениями мелких карбидов (полосчатостью) встречаются выделения карбидов больших размеров, также ориентированных вдоль направления прокатки. Этот дефект носит название карбидной ликвации.

Скопления грубых карбидов возникают в результате сильно выраженной дендритной ликвации в слитке углерода и хрома. На отдельных участках концентрация ликвирующих элементов может достигнуть значений, достаточных для выделения ледебуритной эвтектики. В процессе деформации ледебуритные участки принимают вид грубых строчек карбидов.

Подшипниковая сталь с выраженной карбидной ликвацией является дефектной, так как карбиды обладают высокой твердостью и хрупкостью и при выходе на рабочую поверхность деталей подшипника легко выкрашиваются. Влияние карбидов в этом отношении более вредно, чем влияние окисных и сульфидных неметаллических включений. Устранить карбидную ликвацию можно длительной выдержкой металла при температуре 1150—1160 °С, когда происходит интенсивное рассасывание хромистых эвтектических карбидов. Такую выдержку можно осуществлять, например, при нагреве под прокатку.

Карбидная неоднородность может проявиться также в виде карбидной сетки, выпадающей по границам зерен при охлаждении прокатанного металла. Карбидная сетка получает максимальное развитие в местах скопления мелких карбидов и в прокате, полученном после прокатки от верхней части слитка. Ее образование связано с дендритной ликвацией и величиной скорости охлаждения металла после прокатки.

Подавить процесс выделения заэвтектоидных карбидов, образующих карбидную сетку, можно ускоренным охлаждением металла после прокатки. Однако при этом ухудшаются условия выделения водорода, и подшипниковая сталь может быть сильно поражена флокенами. Поэтому прокат быстро охлаждают в интервале температур выделения карбидов (до 700 °С) и медленно — при более низких температурах.

Долговечность работы подшипника в значительной мере определяется количеством и типом присутствующих в металле окисных включений, так как эти включения уменьшают стойкость металла против усталостного разрушения. В закаленной шарикоподшипниковой стали неметаллические включения являются концентраторами напряжения, поэтому даже при сравнительно небольшой внешней нагрузке величина напряжений в отдельных точках может превысить предел прочности металла и вызвать его разрушение.

Особенно нежелательными среди включений являются частицы глинозема и алюмосиликатов, которые в катаном металле образуют строчки включений неправильной, часто остроугольной формы. Такие включения играют роль концентраторов напряжения и резко снижают стойкость подшипников. Поэтому одна из важных задач металлургии заключается в том, чтобы получать подшипниковую сталь с минимальным содержанием неметаллических включений.

uas.su

Подшипниковые стали.

Количество просмотров публикации Подшипниковые стали. - 1705

Подшипниковые стали характеризуются высокой твердостью. Это высококачественная износостойкая сталь, способная сопротивляться большим контактным нагрузкам. Повышенная концентрация углерода обеспечивает подшипниковым сталям высокую твердость и износостойкость, а наличие хрома увеличивает глубину прокаливания. В системе маркировки конструкционных легированных сталей подшипниковые стали составляют исключение: маркировка начинается с буквы ʼʼШʼʼ, а цифра, стоящая после ʼʼХʼʼ, указывает на концентрацию хрома в десятых долях процента.

Так как подшипники трения-качения должны выдерживать большое количество циклов высоких контактных напряжений, к подшипниковым сталям предъявляют особые требования в отношении металлургического качества: общей и осœевой пористости, газовых пузырей, флокенов, ликвации и неметаллических включений.

При этом неметаллические включения строго лимитируются, поскольку, выходя на рабочие поверхности, они являются концентраторами напряжений и источниками преждевременного разрушения подшипников. Это стали, идущие для изготовления любых подшипников качения: шариковых, роликовых и игольчатых. Οʜᴎ, прежде всœего, должны обладать высокой сопротивляемостью контактной усталости, высокой износостойкостью и твёрдостью. Кроме этого, подшипниковые стали должны легко закаливаться (обладать низкой критической скоростью закалки). Исходя из этих требований, к сталям этой группы следует отнести заэвтектоидные стали, легированные хромом.

К этим сталям предъявляют и ряд требований, связанных с их металлургическим производством, касающихся в первую очередь количества неметаллических включений.

Для получения высоких прочностных и эксплуатационных характеристик подшипниковые стали подвергают закалке в масле и отпуску при температуре 150-200 °С. Назначая режимы закалки, следует помнить, что эвтектоидная точка у сталей типа ʼʼШХʼʼ смещена несколько влево. К примеру, для стали марки ШХ15 она соответствует концентрации углерода, равной 0,7 %.

После закалки и последующего низкого отпуска твердость подшипниковых сталей должна быть не ниже HRC 62. В качестве примера показана микроструктура стали ШХ15 после закалки с температуры 830 °С и отпуска при температуре 160 °С в течение 2 ч. Это отпущенный мелкоигольчатый мартенсит и равномерно распределœенные избыточные карбиды.

Стали марок ШХ6 и ШХ9 идут для изготовления шариков и роликов подшипников. Для изготовления колец шарико- и роликоподшипников со стенками толщиной до 15-20 мм рекомендуется сталь ШХ15, т.к. она обладает большей твердостью, большей износостойкостью. При изготовлении колец с толщиной стенки более 20-30 мм рекомендуется использовать сталь марки ШХ15СГ. Из всœех подшипниковых сталей она обладает наибольшей прокаливаемостью. В случае изготовления очень крупных подшипников (диаметром от 0,5 до 2 м) следует использовать низкоуглеродистые цементуемые стали, к примеру, 20Х2Н4А. Это объясняется тем, что высокоуглеродистые стали типа ʼʼШХʼʼ обладают пониженной обрабатываемостью резанием и требуют высоких угловых скоростей при резании. В этом случае появляется опасность того, что опоры шпинделя металлорежущего станка могут не выдержать действующих нагрузок. Низкоуглеродистые стали обладают лучшей обрабатываемостью резанием и позволяют проводить обработку при меньших угловых скоростях. При этом низкоуглеродистые стали являются сравнительно мягкими сталями, а закалка их оказывается невозможной из-за очень высокой критической скорости закалки. По этой причине после изготовления колец из таких сталей они подвергаются цементации на глубину до 8 мм с последующей закалкой и последующим низким отпуском. После такой термообработки кольца структура его поверхности состоит из отпущенного мартенсита и карбидов, а структура сердцевины - из малоуглеродистого мартенсита. Для подшипников, работающих в агрессивных средах (к примеру, в пресной или морской воде, в растворах азотной кислоты и органических кислотах), рекомендуют использовать коррозионно-стойкую хромистую сталь марки 95Х18.

В случае, когда подшипники в процессе своей работы нагреваются до 400-500 °С, для их изготовления рекомендуют использовать быстрорежущие стали, к примеру, Р9, но с пониженным содержанием углерода и ванадия. Это вызвано крайне важно стью уменьшения склонности к карбидной ликвации. Термообработку таких сталей проводят по обычным режимам, предусмотренным для быстрорежущих сталей.

Читайте также

referatwork.ru

Подшипниковая сталь - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Подшипниковая сталь

Cтраница 1

Подшипниковые стали используют для изготовления разнообразных шариковых, роликовых и игольчатых подшипников как обычного назначения, так и прецизионные.  [1]

Подшипниковые стали характеризуются высокой твердостью.  [2]

Подшипниковые стали по ГОСТ 801 - 78 обозначаются так же, как и легированные с буквой Ш в начале наименования.  [3]

Подшипниковые стали должны обладать высоким сопротивлением пластической деформации, высокой контактной выносливостью и износостойкостью, а следовательно, и высокой твердостью при достаточной пластичности; иметь низкое содержание неметаллических включений. Поэтому для ответственных подшипников применяется металл, полученный путем дугового вакуумного и электрошлакового переплава обычной электростали.  [4]

Подшипниковые стали характеризуются высокой твердостью.  [5]

Подшипниковая сталь марки ШХ15, полученная методом дугового переплава в вакууме, по неметаллическим включениям значительно чище стали, выплавленной обычным способом. При этом существенно уменьшается величина оксидных и силикатных включений.  [7]

Высокоуглеродистые и подшипниковые стали хорошо обрабатываются после отжига на зернистый перлит и равномерно распределенный цементит. Эта структура дает невысокую твердость.  [8]

Подшипниковую сталь изготовляют марок ШХ15, ШХ4, ШХ15СГ и ШХ20СГ диаметром или толщиной до 250 мм.  [9]

Маркируются подшипниковые стали буквами Ш ( шарикоподшипниковая), X ( хромистая) и числами, показывающим содержание хрома в десятых долях процента. Применяются стали ШХ4, ШХ9, ШХ15, а также ШХ15СГ и ШХ20СГ, легированные дополнительно кремнием и марганцем. Чем больше содержание легирующих элементов, тем для более крупных шариков и роликов можно использовать данную сталь.  [10]

Износостойкость высокоуглеродистой подшипниковой стали увеличивается с повышением твердости. Высокой износостойкостью характеризуется сталь с исходной структурой мелкозернистого ( более двух-четырех баллов) перлита. В горячем состоянии такая сталь легко куется. В отожженном состоянии хорошо обрабатывается режущим инструментом. Высокоуглеродистая высокохромистая подшипниковая сталь обладает удовлетворительной износостойкостью в условиях трения скольжения и коррозионной стойкостью. Склонна к образованию трещин при быстром охлаждении. Если скорости скольжения и давления велики, растрескивается поверхностный слой. Оптимальная т-ра закалка 1040 - 1060 С. Сталь легируют молибденом и ванадием. Износостойкость повышают модифицированием редкоземельными элементами. Сталь леде-буритного класса в закаленном состоянии отличается высокой износостойкостью. Из стали ледебуритного класса изготовляют износостойкие штампы холодной формовки, волочильные доски, протяжки калибров, сверла. Сталь перлитного класса подвергают нормализации ( иногда с высокотемпературным отпуском) для получения наиболее износостойкой структуры - пластинчатого перлита.  [11]

Обычно применяют подшипниковые стали, имеющие перед закалкой исходную структуру с глобулярными карбидами.  [13]

Температура закалки подшипниковых сталей колеблется в пределах 790 - 870 С в зависимости от массы деталей: чем крупнее деталь, тем выше температура закалки. Структура игольчатого и крупноигольчатого мартенсита с карбидами ( рис. 162, б) является признаком перегрева. Детали подшипников, закаленные с недогревом, имеют пониженную прочность. Структура мартенсита с участками троостита и карбидами ( на рис. 162, в) характеризует недогрев или замедленное охлаждение при закалке. Такая структура обладает пониженной твердостью и поэтому является недопустимой. Важной характеристикой качества закалки является вид излома. Излом с заметной зернистостью является признаком перегрева стали. Занозистый излом характеризует неполную закалку стали.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

www.ngpedia.ru

• 
  Проволока сталистая
• 
  Пассивация нержавеющей стали
• 
  Сталистая проволока