Шарикоподшипниковые стали

Так как подшипники качения должны выдерживать большое количество циклов высоких контактных напряжений, к шарикоподшипниковым сталям предъявляются строгие требования в отношении металлургического качества: общей и осевой пористости, газовых пузырей, флокенов, ликвации, карбидной неоднородности и неметаллических включений. Последние строго лимитируются, так как, выходя на рабочие поверхности, они служат концентраторами напряжений и источником преждевременного разрушения подшипников. Шарикоподшипниковые стали должны обладать высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости.

Кольца шарико- и роликоподшипников со стенками толщиной до 15–20 мм изготовляют из сталей ШХ6, ШХ9, ШХ15, а более массивные – из сталей ШХ15СГ и ШХ20СГ. Стали изготовляют в виде прутков, труб и проволоки. Они содержат ~1 % С, 0,6–2 % Cr. Количество марганца и кремния составляет, соответственно, до 1,7 и 0,85 %. Содержание хрома в сталях определяется сечением деталей и необходимостью обеспечить требуемую прокаливаемость.

После отжига сталей получают однородную структуру – мелкозернистый перлит с мелкими включениями вторичных карбидов. Такая структура обеспечивает удовлетворительную обрабатываемость резанием, достаточную пластичность при холодной штамповке шариков и роликов (179–207 HB). Кольца, шарики и ролики проходят закалку в масле от 840–860°С и отпуск при температуре 150–170°С, 1–2 часа. Перед отпуском для снижения количества остаточного аустенита детали подшипников охлаждаются до температуры, не выше 20–25°С. Это повышает стабильность их размеров. Структура представляет собой отпущенный мелкоигольчатый мартенсит с равномерным распределением избыточных карбидов и немного остаточного аустенита (8–15 %). Для прецизионных подшипников проводят обработку холодом, чтобы исключить остаточный аустенит, который может превращаться в мартенсит в процессе эксплуатации и изменять размеры.

Для получения оптимального сочетания прочности и контактной выносливости кольца и ролики подшипников должны иметь после закалки и отпуска твердость 61–65 HRC (ШХ15) и 60–64 HRC (ШХ15СГ), а шарики – 62–66 HRC.

Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 12Х2Н4А, 12ХН4А, 20Х2Н4А и 18ХГТ.

Повысить долговечность подшипников позволяет использование современных методов рафинирования сталей: электрошлаковый и вакуумно-дуговой переплав, снижающие количество неметаллических включений.

Контрольные вопросы

1. Какие материалы называют конструкционными?

2. Какие требования предъявляются к конструкционным сталям?

3. Что называется конструкционной прочностью сталей? Критерии ее оценки и методы повышения.

4. Классификация конструкционных сплавов.

5. Каково влияние углерода и постоянных примесей на свойства конструкционных сталей?

6. Какие стали называют строительными? Какие требования предъявляются к ним?

7. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения строительных сталей?

8. Какова технология термической обработки рассматриваемых сталей и каковы получаемые механические свойства?

9. Каковы преимущества низколегированных сталей в сравнении с углеродистыми?

10. Каковы современные направления в создании строительных сталей?

11. Каковы принципы легирования арматурных сталей?

12. Какова классификация арматурных сталей?

13. Каковы принципы термообработки, структура и свойства рассматриваемых сталей?

14. Каковы новые направления в создании арматурных сталей?

15. Какие требования предъявляются к малоуглеродистым низколегированным сталям для глубокой вытяжки?

16. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения рассматриваемых сталей?

17. Какая микроструктура обеспечивает в наилучшей степени свойства сталей для глубокой вытяжки (в том числе двухфазных)? Каковы преимущества двухфазных сталей перед применяющимися для глубокой вытяжки сталями типа 08кп и 08Ю?

18. Каковы режимы обработки, обычно применяемые для сталей для глубокой вытяжки?

19. Каковы современные направления в создании рассматриваемых сталей?

20. Какие требования предъявляются к сталям для цементации и нитроцементации?

21. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения рассматриваемых сталей?

22. Какое влияние оказывают легирующие элементы на скорость процесса цементации, глубину цементованного слоя и концентрацию углерода в поверхностной зоне?

23. Какова термическая обработка сталей после цементации и нитроцементации?

24. Каковы современные направления в создании рассматриваемых сталей?

25. Какие требования предъявляются к улучшаемым сталям?

26. Каковы принципы легирования, повышения сопротивления хрупкому разрушению, роль легирующих элементов и области применения рассматриваемых сталей?

27. Каковы состав, структура и свойства азотируемых улучшаемых сталей? Каковы их преимущества и недостатки по сравнению с цементируемыми сталями?

28. Каковы преимущества и перспективы сталей, легированных азотом?

29. Каковы современные направления в создании рассматриваемых сталей?

30. Какие требования предъявляются к легкообрабатываемым сталям?

31. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения рассматриваемых сталей?

32. С какой целью в автоматные стали вводят селен и теллур?

33. Каковы состав, структура и механические свойства автоматных сталей?

34. Каковы современные направления в создании рассматриваемых сталей?

35. Какие требования предъявляются к пружинным сталям?

36. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения рассматриваемых сталей?

37. Какая микроструктура обеспечивает получение заданного комплекса свойств в пружинных сталях?

38. Каковы факторы, обеспечивающие сопротивление малым пластическим деформациям и релаксационную стойкость? Каковы режимы термообработки пружинных и рессорных сталей?

39. Каковы современные направления в создании рассматриваемых сталей?

40. Какие требования предъявляются к шарикоподшипниковым сталям?

41. Каковы принципы легирования, роль легирующих элементов и области применения рассматриваемых сталей?

42. Какая микроструктура обеспечивает получение заданного комплекса свойств в шарикоподшипниковых сталях?

43. Каковы режимы термической обработки, ХТО шарикоподшипниковых сталей?

44. Каковы современные направления в создании рассматриваемых сталей?