Подшипниковые стали для повышенных температур

Подробности Категория: Опоры качения Просмотров: 3354

Высокотемпературные подшипники

Подшипники, изготовленные из обычных шарикоподшипниковых сталей, удовлетворительно работают при температурах менее 200—220°С. При более высоких температурах мартенсит переходит в троостит отпуска, что сопровождается падением твердости и резким снижением работоспособности подшипников.

На рис. 825 показано изменение несущей способности подшипников, изготовленных из типовых подшипниковых сталей, в зависимости от твердости (за 100% принята несущая способность при максимально достижимой для каждой данной стали твердости).

Как видно, уменьшение твердости даже на несколько HRC резко снижает несущую способность. При уменьшении твердости стали 1 на 4 HRC несущая способность составляет только 50% первоначальной. Для сталей 2 и 3 такое же снижение происходит при уменьшении твердости на 6—7 НRС.

Нижним пределом твердости, при котором еще сохраняется достаточная несущая способность, для большинства сталей можно считать HRC 60—62.

Подшипники, работающие при температурах более 250°С, изготовляют из жаропрочных и жаростойких сплавов, сохраняющих твердость в широком температурном интервале (рис. 826).

Сплавы, применяемые для изготовления высокотемпературных подшипников, по жаропрочности располагаются в следующем порядке:

1) легированные хромом, вольфрамом и кремнием стали мартенситного и ледебуритного классов;

2) высоковольфрамовые инструментальные стали (типа быстрорежущих);

3) стеллиты (твердые сплавы);

4) металлокерамические твердые сплавы.

К первой группе относятся высокохромистые стали типа Х12М и Х12Ф1, коррозионностойкие хромистые стали с присадками Мо (зарубежная марка 44ОС), легированные инструментальные стали типа ХВГ и ХВ4 и сильхромы (табл. 54).

Повышенная жаропрочность высокохромистых сталей обусловлена содержанием тугоплавких карбидов Cr. Они сохраняют необходимую для подшипников твердость (> HRC 60) до 300—350°С.

Сильхромы являются сталями мартенситного класса (самозакалка на воздухе).

Широко применяют для изготовления высокотемпературных подшипников вольфрамистые стали типа быстрорежущих (0,6—1,5% С, 9—18% W; ~4% Сr; 12% V).

В зарубежной технике дефицитный W заменяют Мо (присадки 1% Мо эквивалентна присадке 2% W).

Легирующие элементы, будучи энергичными карбидообразователями, связывают почти весь углерод в тугоплавкие карбиды. Особой термостойкостью отличаются карбиды W и Мо, сохраняющие твердость до температур 550—600°С (после чего твердость падает вследствие коагуляции карбидов).

Состав отечественных и зарубежных быстрорежущих сталей приведен в табл. 55.

Для предотвращения коагуляции карбидов и повышения ударной вязкости целесообразно несколько снижать содержание С (до 0,6—0,8%) и V (до 0,5—1%) по сравнению со стандартными марками.

Быстрорежущие стали закаливают в масло с температуры 1270—1290°С и подвергают (для уменьшения количества остаточного аустенита) трехкратному отпуску при 550—570°С с продолжительностью выдержки на каждой ступени 1 ч, а также обработке холодом.

Почти все быстрорежущие стали поддаются упрочнению посредством низкотемпературной термомеханической обработки.

Плотность быстрорежущих сталей в зависимости от содержания W колеблется в пределах (9—12)·103 кг/м3.

Стеллиты (сплавы Cr, W, Мо на основе Со или Ni) обладают высокой твердостью (HRC 60—65), сохраняющейся до температур 550—600°С. Хорошо противостоят горячей коррозии. Термической обработки не требуют.

Состав отечественных и зарубежных стеллитов приведен в табл. 56.

Сплавы на кобальтовой основе применяют в литом виде. Дли изготовления подшипников качения используют преимущественно никелевые стеллиты, поддающиеся ковке, которая значительно повышает механические качества.

Плотность стеллитов (10—12)·103 кг/м3.

Применение стеллитов ограничивается высокой стоимостью.

Металлокерамические твердые сплавы состоят на 85—96% из карбидов W и Ti со связкой из металлического Со в количестве 4—15% (за рубежом в качестве связки часто применяют Ni).

Наиболее распространены вольфрамокарбидные сплавы ВК4, ВК6, ВK8 (цифры после буквы К указывают процентное содержание Со; остальное — карбиды W).

Сплавы с пониженным содержанием Со обладают большей твердостью, но более хрупки, чем сплавы с высоким содержанием Со.

Повышенной твердостью отличаются W —Ti-карбидные сплавы Т30К4, Т15К6, Т14К8, Т5К10 (цифры после букв К и Т указывают процентное содержание соответственно Со и Ti; остальное — карбиды W).

Наиболее высокой термостойкостью при достаточной твердости обладают W—Ti—Та-карбидные сплавы ТТ7К12, ТТ7К15 [цифра после букв ТТ обозначает суммарное содержание карбидов Ti и Та (обычно содержание карбидов Та — 3,5 %)].

Плотность металлокерамических сплавов (11—14)·103 кг/м3.

Несущая способность подшипников из металлокерамических сплавов, несмотря на их высокую твердость (HRC 75—90) и термостойкость, незначительна вследствие хрупкости, низких антифрикционных качеств и малой циклической прочности металлокерамики.

В опытной стадии находится изготовление подшипников из керметов — спеченных сплавов керамических материалов (карбиды, оксиды, бориды и силициды металлов) с порошками Ni, Со, Сr, Мо (в пропорции ~1:1).

Керметы сочетают твердость и жаропрочность керамических материалов с вязкостью и теплопроводностью металлов. По твердости они занимают промежуточное положение между инструментальными сталями и металлокерамическими сплавами.

Существенным преимуществом керметов является малая плотность (6—7)·103 кг/м3.

Сепараторы высокотемпературных подшипников изготовляют из монель-металла, бериллиевой бронзы, сульфидированной стали типа Р9 и термостойких самосмазывающихся материалов (углеграфиты, прессованные композиции MoS2 с бронзовыми и никелевыми порошками и др.).

Подшипники, работающие при температурах менее 350°С, смазывают жидкими термостабильными синтетическими смазками. Электролитическое осаждение галлия на поверхностях трения слоем 25—30 мкм обеспечивает устойчивую работу подшипников при температуре до 400°С. Недостаток этого способа – невозобновляемость смазки.

При более высоких температурах применяют твердые смазки.

Свойствами самосмазываемости обладают соединения Mo, W, V, Ti, Та чешуйчатого микростроения; сульфиды (MoS2, WS2, TiS2, Ti2S3), селениды (WSe2, TaSe2, VSe2) и теллуриды (MoTe2, TiTe2). Термостойкость этих смазок составляем 400—500°С.

Более высокой термостойкостью обладают смазки на основе оксидов Рb и Cd (РbO, CdO) и фторидов Са, Ва, Be (CaF2, BaF2, BeF2).

Смазочные свойства, прочность сцепления с металлическими поверхностями и термостойкость значительно повышаются при введении небольших количеств Fe, Сu и особенно Au, Pt, Pd.

Наиболее высокими качествами обладают смазки на основе MoS2, Fe и Pt (80—90% MoS2; 10—15% Fe; 2—4% Pt).

При смазке переносом (ротопринтная смазка) в гнездах сепаратора проделывают выборки (рис. 827, a), в которые закладывают твердую смазку. Шарики, вращаясь, снимают частицы смазки и наносят ее тонким слоем на поверхности качения.

Для повышения срока службы целесообразно увеличивать емкость выборок (вид б). В конструкции (в) в гнезда запрессованы цилиндры из твердой смазки, которые одновременно смазывают и шарики, и центрирующую поверхность обоймы.

В некоторых случаях сепаратор выполняют целиком из самосмазывающихся материалов на силикатной связке (вид г) или (вид д) с металлической армировкой (конструкция приспособлена к центрированию по внутренней обойме).

При вентиляционной порошковой смазке через подшипники продувают суспензию высокодисперсных частиц графита: MoS2, WS2, РbО или CdO в струе воздуха или азота. Во избежание налипания смазки на металлические поверхности необходимо выдерживать в узких пределах концентрацию суспензии и скорость газа-носителя.

В подшипниках, работающих при наиболее высоких температурах, рабочие поверхности покрывают тонким (15—20 мкм) слоем спекаемой твердой смазки.

Покрытия из микроволокнистого коллоидного гидрата оксида алюминия АlO(ОН) (20%) и MoS2 (80%) отличаются низким коэффициентом трения (f = 0,02—0,03 при 200—300°С) и хорошей адгезией к металлу. Водный раствор AIO(ОН) со взвесью MoS2 (размер частиц ~ 0,02 мкм) наносят на металлическую поверхность, сушат и нагревают до 230—280°С, в результате чего на поверхности образуется прочная пленка, сохраняющая смазочные свойства до 400°С.

Спекаемые покрытия на основе оксида свинца РbО могут работать при 600—650°С. Для снижения температуры плавления оксид свинца смешивают в эвтектической пропорции с легкоплавким силикатом Рb (четырехкремнистый свинец). Водную суспензию смеси наносят на металлическую поверхность, сушат и подвергают обжигу при 750—800°С в результате чего на поверхности образуется прочный глазурный слой.

Термостойкость глазурей на основе CaF2 и BaF2 достигает 750—800°С.

Срок службы глазурных покрытий ограничен вследствие невозобновляемости смазки. Долговечность глазурованных подшипников, работающих при 600—650°С (область красного свечения), не превышает нескольких десятков часов.

Новое направление в технике высокотемпературных подшипников — смазка микросферическими порошками, состоящими из правильных микросфер (диаметр 1—3 мкм; отклонения размеров сфер в порошке менее 10%), изготовленных из материалов высокой твердости (HV 800—1000) и жаропрочности (вольфрамовые сплавы, науглероженное карбонильное железо). Несущие поверхности подшипников выполняют из материалов такой же твердости (азотированные стали; стали, наплавленные металлокерамикой и стеллитами). Диаметральный зазор в подшипниках ψ = 0,0002—0,0005.

В таких подшипниках происходит отчасти перекат несущих поверхностей по микросферам, а главным образом — скольжение по очень подвижному и текучему порошковому слою (псевдожидкостное трение). Коэффициент трения f = 0,01—0,05 (выше, чем у подшипников чистого качения, но значительно ниже, чем у подшипников с сухопленочными смазками). Коэффициент трения покоя равен коэффициенту трения движения, вследствие чего пусковой момент незначителен.

Термостойкость подшипников с микросферической порошковой смазкой зависит от материала сфер и несущих поверхностей. При изготовлении из вольфрамовых сплавов термостойкость 450—500°С.

Источник

При эксплуатации подшипников в нормальном температурном диапазоне обычно используют стандартные модели. Для использования во время резких температурных перепадов и в условиях критических температур такие изделия не подходят. Для подобных случаев предназначаются специальные термостойкие модели.

Когда используются термостойкие подшипники?

Каждая разновидность выпускаемых сегодня подшипников предназначена для работы при определенной температуре. Это заложено в технических характеристиках изделия. Стандартные модели предназначаются для работы в условиях привычного температурного диапазона. При сильном нагреве тела качения или резких температурных перепадах их заклинивает вследствие расширения.

Термостойкие подшипники бывают:

высокотемпературными;
низкотемпературными;
универсальными.

Металл, используемый для изготовления колец стандартных моделей, не отличается жаропрочностью, поэтому подвержен деформациям при повышенных нагрузках и резком нагревании. На определенную температуру рассчитана и используемая смазка. При температурных перепадах ее свойства ухудшаются. Поэтому в тех случаях, когда невозможно отвести вырабатываемое механизмом тепло, необходимо использовать специальные термостойкие подшипники.

Как правильно выбирать?

Выбирая подходящую термостойкую модель, необходимо учитывать особенности охлаждения либо нагрева подшипникового узла.

Нагрев может иметь следующий характер:

кратковременный;
периодический;
постоянный.

Чаще всего термостойкие подшипники эксплуатируют при повышенной температуре окружающей среды. От того, каким именно образом изменяется температура, и каков ее уровень, зависит выбор высокотемпературной модели.

Термостойкие изделия используют в разных отраслях современной промышленности. Их применение обеспечивает надежную, бесперебойную работу различных механизмов и приспособлений в заводских и фабричных цехах, на частных и государственных производствах и т.д.

Чаще всего термостойкие модели используют в следующих промышленных отраслях:

пищевая;
лакокрасочная;
металлургическая и пр.

Низкотемпературные модели используют намного реже, поэтому их выпускают в меньших объемах. У них имеются собственные особенности. Основные их составляющие характеризуются минимальным уровнем сжатия. Такие модели не склонны к обледенению и снабжены смазкой, сохраняющей свои свойства при низких температурах. Эту подшипниковую продукцию используют в различных областях современной промышленности. Их применяют в холодильных, а также криогенных установках, в различных системах газового производства, а также в устройствах, функционирующих в условиях низких температур.

Особенности изготовления высокотемпературных моделей

Изделия, которые используются при высоких температурах, изготавливаются особым образом. В конструкциях таких моделей учтено расширение тел в процессе нагревания. При их производстве создается определенный технологический зазор, исчезающий в процессе нагревания. В изделиях такого типа используется специальная консистентная смазка, в которую добавляется графит. Она выдерживает значительные нагревания, не изменяя при этом своих свойств.

Для моделей, используемых в пищевой промышленности, разработана специальная смазка, которая полностью совместима с любыми пищевыми продуктами. Для изготовления тел высокотемпературных подшипников используется нержавеющая либо жаропрочная сталь. Это позволяет предупреждать появление коррозии в процессе нагревания.

Уплотнения для закрытых моделей также изготавливаются из жаропрочных полимеров. Для оборудования, работающего на высоких скоростях, используют открытые подшипники, в которых чаще приходится менять смазку. Для изготовления шариков используется синтетический керамический материал (нитрида кремния Si3N4) либо специальная сталь. Нитрид кремния Si3N4 представляет собой особую разновидность синтетической керамики, обладающей способностью самоусиления. Кроме этого, используется металлокерамика, специальная сталь, а также различные полиамиды и полимеры.

Керамические подшипники

Отдельно нужно упомянуть о керамических моделях. Для их изготовления используется специальная керамика, коэффициент расширения которой в несколько раз ниже, нежели у стали.

Керамические модели способны выдерживать температуру до плюс 1000 градусов. Их используют, к примеру, в газовых турбинах. Материал, используемый для их изготовления, не проводит ток, благодаря чему обеспечивается электрическая изоляция между кольцами этих изделий.

В гибридных моделях используются керамические тела качения и стальные кольца. Это обеспечивает наиболее привлекательные характеристики. Гибридные модели характеризуются высокой точностью и хорошей приспособленностью к большим скоростям вращения. Это позволяет использовать их в шпинделях различных станков.

Технологии изготовления и материалы

Модели, работающие при отрицательных температурах, изготавливаются по особым технологиям, с применением специальных материалов. Для изготовления колец используют прочную нержавеющую сталь, характеризующуюся повышенным содержанием азота и подвергающуюся в процессе производства специальной термообработке. Это повышает прочность и твердость изделия и позволяет ему оставаться стабильным при температуре до минут 253 градусов.

Для изготовления тел качения используется кремний, характеризующийся устойчивостью к температурным перепадам. Такие изделия выдерживают повышенную скорость вращения, не утрачивая при этом своих характеристик. Для изготовления смазки для таких моделей используется смесь из синтетических, силиконовых и минеральных масел, берущихся в определенных пропорциях. Загуститель обладает термостабилизирующими и антиоксидантными свойствами. Чаще всего его функцию выполняет кальциевое либо литиевое масло. Хороший результат демонстрирует смазка сжиженным газом.

Для специальной техники небольшими партиями изготавливаются подшипники, обладающие заданными свойствами.

Источник

К подшипниковым сталям предъявляются высокие требования в основном по твердости, износостойкости и пределу усталости. Эти требования обеспечиваются сочетанием оптимального химического состава и термической обработки на необходимую твердость. Для шарикоподшипниковых сталей общего назначения (типа ШХ15) твердость после термообработки обычно составляет 60-64 HRC (закалка + низкий отпуск 150 — 190°C, 1,5-2 часа).

Кроме этого, часто к подшипниковым сталям предъявляются требования по минимальному содержанию неметаллических включений и карбидной ликвации, которые могут вызывать преждевременную поломку изделия.

Кроме закалки и отпуска, для сталей, от которых требуется размерная стабильность, применяют обработку холодом при -80°C.

Большинство шарикоподшипниковых сталей содержат в структуре хром, который способствует образованию карбидов. Благодаря этому повышается твердость и износостойкость шариков и роликов. Хромистая сталь, например ШХ15, после закалки и низкого отпуска будет иметь в структуре низкоотпущенный мартенсит и небольшое количество карбидов.

Свойства стальных сплавов

Исходя из названия можно сразу догадаться, что подшипниковые марки стали нужны для производства шариков для подшипников, колец, роликов и других разнообразных деталей, на которые оказывается повышенная нагрузка.

Стали с повышенным количеством углерода:

Сплавы, предназначенные для эксплуатации при высоких температурах и агрессивных средах. К таким сталям выдвигают повышенные требования, поэтому они должны характеризоваться устойчивостью к нагреву и коррозии.
Стальные сплавы для функционирования в стандартных условиях. Металл может использоваться в различных отраслях. Сплавы имеют в составе хромомарганец, хром, молибден, кремний.

К популярным подшипниковым сплавам можно отнести стали следующих марок: 11Х18М-ШД, ШХ15, 95Х18-Ш, ШХ20СГ, 8Х4М4ВФ1-Ш. Буквы ШД в маркировке стального сплава значит, что сталь изготавливалась при помощи вакуумно-дуговой переработки. Буква Ш означает, что при производстве данных сплавов использовалась электрошлаковая технология.

Основные характеристики металлических сплавов очень схожи с химическим составом стали из инструментальной группы.

Сплавы цветных металлов на основе олова и свинца

Специальные антифрикционные сплавы Баббиты, чье замысловатое название взято от фамилии их разработчика, предназначены непосредственно для применения внутри подшипников. Металл заливается или напыляется по корпусу вкладыша изделия.

Вкладыш подшипника с баббитовой наплавкой

Основу этого подшипникового сплава составляют олово и свинец, тогда как, присадками выступают другие цветные металлы: медь, никель, кадмий, натрий, магний и прочие.

Менее ценные, как вторичный металл, баббиты на основе свинца интенсивно используются для заливки подшипников дизельных двигателей, прокатных станков, что связано с их более высокой рабочей температурой по сравнению с антифрикционным сплавом на основе олова. В основном это марка марки Б16, хотя встречаются и другие разновидности, например БН, БКА или БК2Ш.

Подшипники подвижного состава железнодорожного транспорта содержат свинцово-калиевый баббит. Напротив свинцово-цинковый сплав СОС6 применяется в конструкциях, эксплуатируемых при высоком давлении и температуре, например автомобильные дизельные двигатели. Стандартные условия работы, при давлении на уровне до 15 МПа, приемлемы для подшипников, залитых баббитом с высоким содержанием олова, — сплава, наиболее ценного в пунктах приема вторичного металла.

Характеристики подшипниковых сплавов

Шарико-подшипниковая сталь, которая используется для изготовления подшипников качения, регулярно испытывает знакопеременные нагрузки. Повторяющиеся давление на любую зону колец роликов либо шариков становится причиной создания локального напряжения.

Напряжение периодически может достигать 500 кгс/см2, из-за чего может появляться несущественная деформация изделия качения. С первого взгляда может показаться, что ничего страшного не произошло, но так как напряжение воздействует на подшипник регулярно, то спустя какое-то время на нём появляются трещины.

Также во время эксплуатации подшипники существенно изнашиваются, поэтому на них появляются участки с истиранием. Износ обусловлен наличием напряжений и трения в процессе эксплуатации. В процессе эксплуатации могут откалываться небольшие частички, которые выполняют роль абразива, что приводит к преждевременному износу вследствие абразивного истирания.

На факторы истирания детали влияют следующие факторы:

химические характеристики среды, где эксплуатируется деталь;
качество сборки самого изделия;
количество абразивных частиц в изделии.

Если деталь эксплуатируется в очень активном режиме, то элементы конструкции могут изнашиваться гораздо раньше, чем поломка произойдет по причине усталостных деформаций. Если на подшипники оказываются комбинированные нагрузки, то срок эксплуатации стали существенно уменьшиться.

Так как все элементы постоянно находятся в непосредственном контакте друг с другом, то обязательным условием при производстве подшипниковых сталей является исключение из их состава посторонних примесей. Важно, чтобы сплав был однородным, так как небольшие изменения в материале станут причиной того, что в процессе эксплуатации возникнут трещины и другие повреждения. Все подшипниковые стали должны обладать незначительной хрупкостью и характеризоваться высокими показателями сопротивления усталости в металлических сплавах. Также исходя из сферы применения сплавы должны быть устойчивыми к механическому износу и характеризоваться прочностью.

Изменения в ГОСТах подшипников

В июле 2003 года ГОСТ 520-89 был заменен на ГОСТ 520-2002. Основные различия между ними заключаются в установлении новых классов точности. В последствие 520-2002 ГОСТ несколько раз заменялся, сейчас действующий ГОСТ – 520-2011, однако вносимые изменения не касались технической части, а относились к тексту. Такое же положение и с большинством ГОСТов, относящихся к подшипникам.

Система точности в условных обозначениях менялась и до этого в 1971 году. У подшипников, выпущенных до этого, класс точности обозначался буквами, а не цифрами. Это может привести к определенным сложностям, к примеру, при ремонте старого оборудования. Кроме того, буквенное обозначение используется и сейчас при производстве подшипников, изготавливаемых в соответствии с ЕТУ 100. Для удобства приводим таблицу соответствия старых и новых обозначений.

* Маркируется, только если есть дополнительные основания; ** Промежуточный класс.

Требования к химическому составу

Подшипниковые стали имеют в составе определенные легирующие компоненты:

кремний;
серу;
углерод;
марганец;
хром;
медь;
фосфор;
никель.

В зависимости от марки стального сплава все эти компоненты содержаться в определенных пропорциях. Если в сплаве ШХ15СГ содержится кремния 0,4-0,65%, а углерода — 0,95-1,05, то в стали ШХ15 кремния — 0,17-0,37%, а показатели углерода находятся в тех же пределах.

Немалое количество углерода, которое содержится в подшипниковых сталях, обеспечивает сплавам хорошую износостойкость в процессе эксплуатации. Также именно углерод влияет на прочность деталей после нагрева. Термообработка способствует стабильности геометрических параметров изделий при эксплуатационной температуре свыше 100 градусов. Хоть термообработка и обеспечивает стабильность, но снижается твердость стальных сплавов.

Марганец и хром, которые добавляются в подшипниковую сталь, обеспечивают сплавам повышение истироустойчивости и твердости.

Такой компонент, как молибден, добавляется в подшипниковые сплавы для обеспечения готовым изделиям долговечности. Несмотря на то, что большинство добавок обязательны, их количество играет очень большую роль. Чрезмерное количество может оказать негативное влияние, нужно соблюдать пропорции при производстве стали.

Компоненты с негативным влиянием

Медь. Данный элемент хоть и увеличивает прочность готовых слов, но при избытке может стать причиной появления трещин и надрывов.
Фосфор. Компонент способен уменьшать прочность на изгиб и делать материал хрупким. Если добавлять вещество в определенном количестве, то повышается восприимчивость стали к нагрузкам динамического характера.
Азот, олово либо мышьяк. Данные компоненты даже при наличии в тысячных долях процента могут стать причиной раскрашивания металла.
Никель. Если сталь имеет избыточные показатели никеля в своём составе, то твёрдость может существенно быть снижена.
Сера. Хоть нет однозначного мнения по данному компоненту, но отечественные производители стали не используют серу выше 0,15%, так как излишки компонента делают деталь склонной к быстрому усталостному разрушению.

Материалы подшипников качения

Материалы, из которых изготовлен подшипник определяют рабочие характеристики и надежность подшипников качения. Твердость материала колец подшипника необходима для обеспечения грузоподъемности подшипника, усталостной прочности в зоне контакта качения, а также стабильности размеров деталей подшипников. Для материала сепаратора также существуют требования по трению, прочности, силы инерции и т. д. Коррозия, повышенные температуры, ударные нагрузки и сочетания этих и других условий также могут оказывать влияние на общие требования к материалам колец подшипника, тел качения и сепаратора. Например, если существует риск электрического пробоя в месте установки подшипника, то возможен выбор подшипника с керамическими телами качения и стальными кольцами или полностью керамического подшипника. Также возможен (но редко встречается) вариант с покрытием стандартного подшипника специальными полимерными веществами для обеспечения коррозионной стойкости или электрической изоляции.

Самая распространенная сталь объемной закалки — это хромистая сталь, содержащая примерно 1 % углерода и 1,5 % хрома в соответствии со стандартом ISO 683-17:1999. В отечественной промышленности такая сталь обозначается ШХ15. Эта сталь является старейшей и наиболее изученной маркой из существующих из-за постоянно повышающихся требований к ресурсу подшипников. Можно считать ее наиболее сбалансированной по технологическим и потребительским характеристикам. После закалки мартенсит или бейнит, ее твердость составляет от 58 до 65 HRC (или 179 — 207 Мпа твердости по Бринеллю).

Поверхностная индукционная закалка дает возможность выборочной закалки дорожки качения, при этом остальную часть детали процесс закалки не затрагивает.

Существует также понятие цементирования стали. Это хромоникелевые и хромомарганцевые стали по стандарту ISO 683-17:1999 с содержанием углерода примерно 0,15 %

Их используют в случае посадки с большим натягом и при тяжелых ударных нагрузках.

Т.е. На практике это означает увеличение нагрузочной способности подшипника при сохранении стойкости подшипника к ударным нагрузкам. Т.к. «внутри» стали твердость не повышалась и ударная нагрузка не нарушает структуру стали, она мягко распределяется по стали. Многие производители подшипников перестали выделять подшипники из цементируемой стали в отдельный подкласс, считая их взаимозаменяемые со стандартными. Узнать подшипники из цементируемой стали можно, как правило, по префиксу — например, HC3xxxxJR у KOYO или HR3xxxxJ у NSK. Префиксы HR и HC как раз и указывают на это.

Также часто упоминаемым классом стали для подшипников является нержавеющие стали.

Наиболее распространенным типом нержавеющих сталей,используемых для изготовления колец и тел качения подшипников, являются стали с высоким содержание хрома марки X65Cr14 в соответствии со стандартом ISO 683-17:1999 и марки X105CrMo17 по стандарту EN 10088-1:1995. Отечественный аналог такой стали — 9X18

Существуют также экзотические жаропрочные, высоколегированные стали типа 80MoCrV42-16 по стандарту ISO 683-17:1999 для подшипников длительное время работающих при температурах свыше 250 градусов.

Самой же большой экзотикой была и является керамика в подшипниках, будь то тела качения или кольца подшипника. Чаще всего применяется нитрид кремния. Его структура (тонкие продолговатые частицы нитрида бета-кремния, расположенных в кристаллической фазовой матрице) обеспечивает благоприятное сочетание высокой твердости, малой плотности, малого коэффициента теплового расширения, высокого электрического сопротивления, малой диэлектрической проницаемости и нечувствительность к магнитным полям.

Выплавка

Основным способом производства подшипниковых сталей является изготовление их в электродуговых печах. Около 90% сплавов производится именно данным способом. Оставшиеся 10% переплавляются в мартеновских печах. Такие способы производства обусловлены особенностями при переплавке сталей и доступности определенного оборудования.

В мартеновских печах подшипниковые сплавы изготавливаются при помощи активной плавки либо восстановление кремния. Эти два способа позволяют добиться нужных характеристик металла. В случае активной плавки происходит добавление нужных компонентов. К ним относится известняк, руда и остальное. Стоит учитывать, что данная схема делает потенциал кремния в окислительном плане очень высоким. Также ограничивается его восстановление и увеличивается подвижность шлака в жидком состоянии.

Изготовление подшипниковых сплавов по восстановительной технологии предполагает добавление различных компонентов непосредственно в процессе плавки. В таком случае кремнезем насыщает шлаковый расплав во время роста температуры плавления стали. У шлака повышается вязкость, кислород начинает проходить сквозь него в очень медленном режиме. При проведении плавки происходит фиксация процесса, когда начинается восстановление кремния.

Плавка в электродуговых печах происходит по двум основным технологиям:

обработка стали синтетическим шлаком, который готовится в ином устройстве;
обработка сплавов шлаком, получаемым непосредственно в печи.

Обе технологии допускают использование свежей шихты либо переплавленные материалы. При применении шихты для переплавки понадобится около 4,5% стальных отходов, 20% чугуна и 75% различных отходов черного металла. Готовые металлические сплавы раскисляют при помощи первичного алюминия. При использовании технологии переплавки понадобится 70-100% подшипниковых сплавов. Раскисление таких металлов происходит при помощи кусков алюминия.

Дополнительная обработка стальных сплавов происходит при помощи электроннолучевого, электрошлакового, либо дугового переплава. Благодаря дополнительной обработки из подшипниковых сплавов удаляются различные посторонние добавки, которые являются неметаллическими. Также удаляются разнообразные газы.

Подшипниковая сталь для ножей

Подшипниковые сплавы также нередко используются для производства ножей и других бытовых предметов. Чаще всего для производства ножей используется низколегированная хромистая сталь под маркой ШХ15.

Она характеризуется повышенной твердостью, хорошей износостойкостью, устойчивостью к ржавчине. Также стальной сплав характеризуется хорошей устойчивостью к различным температурным обработкам. После термообработки повышается твердость стали, но сохраняется пластичность и вязкость металла. Закалка ножей из подшипниковой стали происходит при температуре 825-855 градусов.

Преимущества и недостатки

Достоинства сплавов:

однородную структуру;
повышенную выносливость;
хорошую податливость;
высокая твердость;
износостойкость;
устойчивость к смятию;
возможность создания тонкой кромки при заточке.

Готовые изделия из подшипниковых сплавов служат не одно десятилетие даже при интенсивном использовании.

К недостаткам относят трудную заточку. Подшипниковая сталь ШХ15 хоть и является достаточно универсальной и недорогой, но при ковке мастером требует повышенной внимательности и аккуратности. Особенности заточки лезвия будут сопровождать клинок в течение всего времени эксплуатации.

Выводы

Подшипниковые марки стали характеризуются хорошими эксплуатационными параметрами и подходят для изготовления не только изделий по назначению, но также и различных других. Универсальность сплавов и их высокая износостойкость обеспечивает им длительный срок пользования даже в весьма агрессивных средах. При выборе подшипниковых сплавов для изготовления изделий различных изделий очень важно учитывать особенности эксплуатации готовых деталей и их спецификацию.

Используемая литература и источники:

Технология металлов и других конструкционных материалов / В.М. Никифоров. — Москва:РГГУ, 2006.
Повышение способности металлов к пассивации применением комплексных добавок / Е.И. Тупикин. — М.: АСВ, 2009.
Обработка конструкционных материалов / Е.Н. Тронин. — М.: Высшая школа, 2004.

Лом подшипников

Спрос на подшипники наблюдается в различных отраслях промышленности, на бытовом уровне. Даже пункты приема вторичных металлов не обходят это изделие своим вниманием. Действительно, подшипники, в зависимости от модели, отличаются содержанием разнообразных металлов, сплавов:

Поэтому сдавать подшипники на лом, можно достаточно выгодно, по ценам, сравнимым со стоимостью отходов цветных металлов.

Источник качественной легированной стали

Ценность подшипников, завалявшихся в гараже еще с союзных времен, обуславливается качеством металла. Под лом цельных конструкций или их частей из легированной стали отводится отдельная категория 3Б3.

Лом подшипников, скопившийся на производстве

Как правило, основные узлы изделия: шарики, кольца и ролики; изготовлены из шарикоподшипниковой стали, номенклатура марок которой достаточно широка — ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, ШХ4, ШХ6, ШХ9 и т.д. Конкретный вид металла выбирается на основе эксплуатационных характеристик. Высокоуглеродистые марки стали характерны следующим подшипникам:

Источник