Шарикоподшипниковые стали

Требования к шарикоподшипниковым сталям

Требования к шарикоподшипниковым сталям определяются их назначением. К данным требованиям относятся:

1. Высокая усталостная прочность. Данное свойство зависит от наличия в стали неметаллических включений. Стали, в которых содержится большое количество неметаллических включений, обладают высокой хрупкостью, легко разрушаются им свойственно появление усталостных трещин. По этой причине, чтобы увеличить стойкость стали, применяется дополнительная очистка от примесей.
2. Высокая статическая грузоподъемность. Шарикоподшипниковые стали должны выдерживать высокую нагрузку с минимальной деформацией - менее 0,01 %.
3. Высокая твердость.
4. Сквозная прокаливаемость. Глубина прокаленного слоя шарикоподшипниковой стали должна составлять 95 % мартенсита. Чтобы увеличить прокаливаемость стали в неедобавляются хром, кремний и марганец. Кремний способствует затруднению процесса распада мартенсита во время отпуска стали, что дополнительно также сохраняет твердость материала.
5. Высокая износостойкость. Данная характеристика зависит от содержания в стали карбидов, чье наличие влияет не только на износостойкость, но и на твердость стали.

Особенности, марки и применение шарикоподшипниковых сталей

Надежность и работоспособность подшипников определяет производительность, экономичность, точность и надежность работы механизмов и машин. В шарикоподшипниковых сталях повышенное содержание углерода по сравнению с другими видами конструкционных сталей и составляет 1 %. Стали, которые легируются хромом и твердостью более 60 HRC способны выдерживать большие нагрузки, от 2000 до 4000 мегапаскаль почти без остаточной деформации. Увеличенная прочность шарикоподшипниковых сталей и использование в процессе их производства вакуумно-дугового и электрошлакового переплава способствуют снижению содержания дисперсных оксидов и сульфидов, а также неметаллических примесей и увеличению контактной усталости. Шарикоподшипниковые стали поставляются дозирующего отжига, при этом скорость охлаждения составляет от 10 до 30 градусов в час, что обеспечивает превращение аустенита, при температурах выше 600 градусов по Цельсию и получению зернистого перлита.

Карбидная сетка и неоднородность, а также строчность в структуре шарикоподшипниковых сталей строго регламентированы.

В производстве подшипников применяются шарикоподшипниковые хромистые стали марок ШХ6, ШХ15ГС и ШХ15. Процесс дополнительного легирования шарикоподшипниковых сталей кремнием - до 0,5 % и марганцем - до 1,05 % необходимо в случае увеличения прокаливаемости. Составляющие подшипников подвергаются термообработке:

1. Сначала осуществляется закалка при температуре 820-850 градусов по Цельсию в масле.
2. Затем осуществляется низкий отпуск при температуре от 150 до 170 градусов по Цельсию в течение 1-2 часов.

После процесса закалки в структуре шарикоподшипниковых сталей присутствует от 8 до 15 % остаточного аустенита, влияющего на размерную стабильность. Такой аустенит представляет собой нестабильную часть структуры, которая при высоких нагрузках превращается в мартенсит, процесс сопровождается изменением размеров деталей подшипников. Для того чтобы снизить количество остаточного аустенита и стабилизировать размеры детали подшипников охлаждаются после закалки до 20-25 градусов по Цельсию. После закалки и низкого отпуска у шарикоподшипниковых сталей структура отпущенного мелкоигольчатого мартенсита с равномерно распределенными избыточными карбидами.

Для производства подшипников качения, которые работают в условиях динамического нагружения, применяются низкоуглеродистые стали марок 20Х2Н4А и 18ХГТ, с последующей цементацией и термообработкой. Данные стали отличаются увеличенной вязкостью сердцевины, при этом ее твердость составляет около 40 HRC, а твердость поверхностной зоны около 60 HRC. Нержавеющие подшипниковые стали применяются в производстве подшипников, которые эксплуатируются в условиях высоких температур и агрессивных сред. В таких сталях содержится около 1 % углерода, 18 % хрома. После закалки при температуре 800 - 1080 градусов по Цельсию и последующего низкого отпуска сталь приобретает высокую твердость, которая сочетается с коррозионной стойкостью в окислительной среде - азотной или уксусной кислоте, щелочных растворах или морской воде. Часто шарикоподшипниковые стали подвергаются электрошлаковому переплаву. Примером такой стали является сталь марки 95Х18-Ш, использующаяся для изготовления подшипников крупных и средних размеров.