Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Подшипниковые стали

15.11.2018

К конструкционным сталям особой группы относят подшипниковые стали, применяемые для изготовления подшипников качения (шариковых и роликовых). По химическому составу и свойствам эти стали близки к заэвтектоидным инструментальным сталям.

При работе подшипников под воздействием нагрузки в зоне контакта возникают напряжения сжатия в поверхностных слоях деталей. В случае циклических контактных нагрузок последовательно развиваются стадии повреждаемости материала: пластическая деформация, исчерпание запаса прочности, образование микротрещин в приповерхностном слое, распространение трещин вглубь и скалывание частиц металла (выкрашивание). В результате такого процесса на поверхности детали образуется дефект, называемый питтингом (результат усталостного выкрашивания).

Контактная усталость — процесс постепенного повреждения поверхностных слоев деталей (выкрашивание), работающих в условиях циклических контактных нагрузок высокой частоты.

Сопротивление материала контактной усталости называют контактной выносливостью, количественно она оценивается пределом контактной выносливости оR. Испытания на контактную усталость разнообразны, поэтому весьма часто используют такую характеристику, как контактное напряжение ок, при котором образец выдерживает определенное базовое число циклов: Nц = 10в6 (или 10в7).

Требования повышенной контактной выносливости предъявляют к материалам таких деталей, как подшипники качения и зубчатые колеса — широко распространенным ответственным деталям: от их надежности и долговечности зависит работоспособность узлов и механизмов, например металлорежущих станков, электродвигателей, автомобилей, тракторов, вагонов и других конструкций.

Подшипниковые стали предназначены для изготовления шариковых и роликовых подшипников. Эти сплавы имеют специальную маркировку: первая буква в марке стали данной группы — заглавная Ш, далее следует буква X, соответствующая хрому, и цифра, которая указывает процентное содержание хрома, умноженное на 10. Например, в сталях П1Х15 и ШХ20СГ содержится 1,5 % и 2,0 % Cr соответственно. Буквы С, Г обозначают наличие кремния и марганца.

Требования к свойствам и структуре подшипниковых сталей зависят от конструкции подшипника (шариковый, роликовый), условий эксплуатации и размеров. В табл. 14.12 приведены данные для шариковых подшипников диаметром <60 мм, работающих без динамических нагрузок при температурах -60...+300 °С.

Стали марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ4, ШХ20, ШХ20СГ предназначены для подшипников общего назначения; химический состав сталей регламентируется ГОСТ 801—78. Содержание углерода во всех сталях составляет около 1 %.

Применение легирующих компонентов в подшипниковых сталях объясняется тем, что:

• высокое содержание углерода (0,90...1,10 %) обеспечивает твердость после закалки и низкого отпуска, образование большого количества цементита;

• хром (1,3...1,7 %) повышает твердость и наряду с кремнием и марганцем обеспечивает прокаливаемость.

Термообработка подшипниковых сталей является типичной для заэвтектоидных сталей и осуществляется в несколько этапов:

1) сфероидизирующий отжиг;

2) закалка от температур 820...900 °С;

3) обработка холодом при температурах -70...-80 °С;

4) низкий отпуск при 170...200 °С.

После данной многоступенчатой термообработки стали имеют мелкое зерно, их фазовый состав включает мартенсит отпуска с частицами цементита сферической формы (зернистый). Такое структурно-фазовое состояние подшипниковых сталей обеспечивает твердость 61...65 HRC и высокую контактную выносливость.

Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации легирующих компонентов. Так, сталь ШХ15 предназначена для изготовления шариковых подшипников поперечным сечением 10...20 мм; более легированные стали ШX15СГ, ШХ20СГ — для деталей диаметром свыше 30 мм. Для подшипников другой формы и размеров, работающих при иных нагрузках, применяют специальные стали.

При изготовлении высокоскоростных подшипников обязательно используют электрошлаковый переплав (ЭШП) для повышения чистоты стали благодаря минимизации неметаллических включений. В этом случае в маркировке сталей после дефиса добавляют букву Ш, например ШХ15-Ш.

Железнодорожные роликовые подшипники испытывают динамические нагрузки, поэтому для них нельзя применять сквозную закалку. Для таких деталей разработана сталь с пониженной про-каливаемостью — ШХ4. Детали из этой стали подвергают закалке ТВЧ, после которой получают высокотвердый поверхностный слой глубиной 2...3 мм и вязкую сердцевину.

Для производства крупногабаритных роликовых подшипников диаметром до 2 м применяют цементуемые низкоуглеродистые легированные стали (18ХГТ, 20ХНМА и др.): твердость сердцевины составляет не менее 35...45 HRC, что предотвращает продавливание цементованного слоя при контактных нагрузках во время эксплуатации.

Для подшипников, работающих в агрессивных средах, используют коррозионно-стойкую высокохромистую сталь 95X18.
Имя:*
E-Mail:
Комментарий: