Шарикоподшипниковые стали
Сталь подшипниковая ШХ15, ШХ4, ШХ15СГ, ШХ20СГ ГОСТ 801-78
Шарикоподшипниковые стали – сплавы мартенситной структуры, обладающие особым набором эксплуатационных характеристик. При высокой прочности и твердости они должны быть достаточно пластичными, сохранять способность к механической обработке на больших оборотах. По характеру применения подшипниковые стали классифицируются как конструкционные. По химсоставу и физико-механическим свойствам они скорее относятся к группе инструментальных сплавов. Критерии качества, предъявляемые к шарикоподшипниковым сталям, формируются в зависимости от требований к узлам, длительное время работающим при повышенных температурах, испытывающих циклические ударные нагрузки, вибрационное воздействие. При этом детали должны иметь большую нагрузочную способность.
Виды подшипниковой стали
Все высокоуглеродистые шарикоподшипниковые сплавы по функциональности обычно делят на две группы:
· коррозионностойкие обладают необходимой жаро- и окалиностойкостью, используются для изготовления элементов качения, работающих в условиях агрессивных сред, повышенной загазованности и запыленности;
· хромомарганцевые и хромистые сплавы, легированные молибденом и вольфрамом, стабильно работают в стандартных условиях.
По международной классификации также выделяют металлы:
· сквозной прокаливаемости, при которой осуществляется объемная закалка всего металлоизделия за счет равномерной скорости охлаждения сердцевины и поверхности; цементируемые, упрочняемые термический обработкой за счет насыщения поверхностного слоя углеродом;
· с индукционной закалкой, при которой металл приобретает отличные механические характеристики.
Теплостойкие подшипники делают из дисперсионно-твердеющей стали 8Х4В9Ф2Ш и других, обладающих подобными свойствами.
Химический состав популярных подшипниковых сплавов и стали
Элемент | ШХ4 | ШХ9 |
ШХ15 | ШХ20СГ | 11Х18М-ШД | 8Х4В9Ф2-Ш | |
углерод (С) | 0,89-1,07 | 1,05-–1,1 |
0,95–1,05 | 0,90...1,0 | 1-1,2 | 0,7-0,8 | |
хром (Cr) | 0,35...0,5 | 0,9–1,2 |
1,3–1,65 |
1,4-1,7 | 16,5-18 | 4,0-4,6 | |
марганец (Mn) |
0,15...0,3 | 0,2–0,4 |
0,2–0,4 | 0,5-1 |
<0,25 | ||
кремний (Si) |
0,17–0,37 | 0,55...0,85 | 0,53-0,93 | ||||
молибден (Mo) |
| 0,5-0,8 | |||||
вольфрам (W) |
| 8,5-9,5 | |||||
никель (Ni) |
0,3 | ||||||
медь (Cu) |
0,25 | 0,3 | |||||
сера (S) |
0,02 | ||||||
фосфор (P) |
0,027 | ||||||
· В подшипниковых сплавах углерод обеспечивает сопротивляемость истиранию, стабильные геометрические параметры при повышенной температуре эксплуатации, нагреве подшипников в узлах вращения. Также С сохраняет сопротивление металла контактной усталости после термической обработки.
· Хром и марганец – легирующие присадки, улучшающие антифрикционные и антикоррозионные свойства стали, снижают склонность к отпускной хрупкости при охлаждении металла после упрочняющей закалки. Хромовые карбидные соединения формируют в феррите очаги кристаллизации, марганцовые ограничивают размер зерен. Структура металла упорядочивается, при высокой твердости сплав не теряет пластичности, снижается общая газонасыщенность металла.
· Кремний и марганец – раскисляющие добавки, способны незначительно уменьшать вязкость мартенсита, поэтому содержатся в ограниченном количестве. Они формируют твердую структуру, отвечают за стабильность физико-механических свойств при нагреве и охлаждении подшипников, приостанавливают процесс образования перлита.
· Тугоплавкие металлы вольфрам и молибден вводятся для повышения температуры плавления шарикоподшипниковых сталей, используемых для нагружаемых и ответственных соединений, испытывающих постоянное трение скольжения. Они увеличивают эксплуатационный ресурс элементов вращения, улучшают износостойкость стали.
· Добавки меди и никеля строго дозируются. Хотя элементы усиливают прокаливаемость стали (увеличивается толщина прокаливаемого слоя) и улучшают структурную пластичность, они оказывают негативное воздействие на прочностные характеристики и снижают твердость сплавов.
· К вредным примесям относятся сера и фосфор. Они провоцируют трещинообразование при нагреве, приводят к формированию крупных зерен. Присутствие незначительных концентраций свинца, олова, мышьяка приводит к появлению цветов побежалости на поверхности готовых изделий из подшипниковых сталей.