X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Подшипники являются очень важными деталями, применяемыми во многих механизмах: в станках, подъемном оборудовании, автомобилях. Они во многом определяют их точность и производительность, экономичность и качество, долговечность и работоспособность. В настоящее время отечественная промышленность производит более 5 тысяч типоразмеров подшипников различных диаметров, а по их производству Россия входит в первую тройку в Европе.

Стали, из которых изготавливают подшипники, составляют особую группу конструкционных сталей, похожих по составу и свойствам на инструментальные. За счет того, что при работе того или иного вида подшипника возникают высокие локальные нагрузки, к подшипниковым сталям предъявляются чрезвычайно высокие требования:

Жесткий контроль химического состава, то есть контроль содержание таких примесей, как сера, фосфор и неметаллических включений (оксидов, сульфидов, силикатов);

Высокая статическая грузоподъемность – предельная нагрузка, за счет которой остаточные деформации в зоне контакта между роликом (шариком) и кольцами не превышают 0,01% от диаметра шарика или ролика. Данное требование достигается в результате применения заэвтектоидных легированных хромом сталей, обработанных закалкой и низким отпуском на максимальную твердость, для изготовления подшипников;

Высокое сопротивление контактной усталости, которое зависит от металлургических дефектов различного рода, в частности от сульфидных и оксидных включений;

Высокая износостойкость, которая достигается за счет введения в сталь около 1,0% или 1,5% хрома;

Высокое сопротивление малым пластическим деформациям;

Размерная стабильность, то есть изменения размеров подшипников при их работе не должны превышать мм.

Основная классификация подшипниковых сталей – это классификация по условиям работы:

Стали общего применения, из которых изготавливают кольца, шарики, ролики подшипников (ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ). Интервал рабочих температур составляет -60 - 300. Работают в неагрессивных средах.

Стали специального назначения, предназначенные для изготовления теплостойких (8Х4В9Ф2Ш) и коррозионностойких подшипников (8Х4М4В2Ф1Ш, 11Х18М). Работают в интервале рабочих температур 300- 500 и в агрессивных средах.

Теперь рассмотрим каждую из сталей в отдельности.

Стали общего назначения (ШХ15)

Из данного вида стали изготавливают шарики диаметром до 150 мм, ролики диаметром до 23 мм, кольца подшипников с толщиной стенки до 14 мм, втулки плунжеров, плунжеры, нагнетательные клапаны, корпуса распылителей, ролики толкателей и другие детали подшипников. Основными ее легирующими элементами являются хром (содержание 1,3-1,65%), кремний (содержание 0,17-0,37%) и марганец (содержание 0,2-0,4%). Их вводят для того чтобы обеспечивалась хорошая прокаливаемость деталей подшипников, то есть создавался хороший закаливаемый слой с мартенситной или троостно-мартенситной структурой (структурой с высокой твердостью). Также хром придает стали требуемую мелкозернистую структуру, повышает ее износостойкость, снижает склонность металла к чрезмерному перегреву и делает мартенсит устойчивым против отпуска.

Температурная обработка сталей типа ШХ подразумевает смягчающий сфероидизирующий отжиг, который обеспечивает растворение определенной части карбидной фазы в аустените и образование мелкозернистого перлита. Затем готовые детали подшипников подвергают закалке в одном охладителе(масле) или ступенчатой и изотермической закалке при температуре от 850 до 900 с выдержкой около 2-4 часов в области образования нижнего бейнита (210 - 240). При этом виде термической обработки достигается высокое значение твердости на уровне HRC 60-64. Окончательной операцией термической обработки данного вида стали является низкий отпуск при температуре 170 - 230 с выдержкой в течение 2-5 часов, который уменьшает закалочные напряжения. Перед отпуском для того чтобы уменьшить количество остаточного аустенита подшипники подвергают обработке холодом при температурах от -10 до -20 - это позволяет повысить стабильность их размеров.

Стали специального назначения

А) Теплостойкие стали (8Х4В9Ф2Ш)

Теплостойкие стали применяются для изготовления сварных узлов парогенераторов, трубопроводных систем энергетических и нефтехимических установок и атомных реакторов.

В соответствии с условиями эксплуатации такого рода стали должны обладать высокой теплостойкостью, высокой твердостью при рабочих температурах от 300 - 500, контактной выносливостью и высоким сопротивлением ползучести и релаксации напряжений при воздействии динамических нагрузок и температуры.

Данные требования достигаются при совместном легировании стали хромом, молибденом, вольфрамом и ванадием. Суммарное содержание молибдена и вольфрама не должно быть меньше 7-10%, так как меньшее их содержание не позволит получить нам высокую теплостойкость и структурную стабильность. Содержание хрома варьируется от 4,0-4,6%. Содержание ванадия лежит в пределах от 1,0% до 1,7%, поскольку большее его процентное содержание ухудшает шлифуемость стали.

Термообработка таких сталей включает в себя ступенчатый нагрев под закалку от температуры 800 до 1230, закалка в масло и высокий отпуск при температуре 570 с выдержкой около 2 часов и повтором около 3 раз. Твердость получаем равной НRC 59.

Б) Коррозионностойкие стали (95Х18-Ш, 11Х18М)

Коррозионностойкие стали применяются для изготовления прецизионных (особо точных) приборных подшипников.

В данном виде стали содержание хрома не должно быть менее 18%, поскольку нам необходимо одновременно обеспечить высокую теплостойкость, износостойкость и коррозионную стойкость стали для работы подшипников в агрессивных средах (во влажной среде, морской среде и средах, содержащие органические кислоты).

Термическая обработка сталей, работающих в агрессивных средах подразумевает под собой ступенчатый нагрев под закалку от температуры 850 до 1080 с последующим охлаждением в масле или струе газа. Затем мы обрабатываем сталь холодом и применяем низкий отпуск с выдержкой около 3 часов и тем самым получаем твердость, лежащую в интервале 58-60.

Таким образом, в данной работе был приведен анализ подшипниковых сталей с учетом условий их эксплуатации «в агрессивной, неагрессивной среде и при рабочих температурах от 300-500».

Код для цитирования: Скопировать