Меню

Краткая характеристика подшипниковым сталям

Использование подшипниковой стали не по назначению

Подшипниковые стали распространены в различных сферах промышленности. Несмотря на то, что стальные сплавы называют подшипниковыми, их применение неограниченно. Подшипниковая сталь отличается высокой износостойкостью и качественностью и может использоваться в сферах, где на детали будут оказываться серьезные нагрузки.

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:

  1. 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.
  2. 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.

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.

Требования к химическому составу

Подшипниковые стали имеют в составе определенные легирующие компоненты:

  • кремний;
  • серу;
  • углерод;
  • марганец;
  • хром;
  • медь;
  • фосфор;
  • никель.
Читайте также:  Когда выйдет вторая часть живая сталь

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

  1. Медь. Данный элемент хоть и увеличивает прочность готовых слов, но при избытке может стать причиной появления трещин и надрывов.
  2. 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.
  3. Азот, олово либо мышьяк. Данные компоненты даже при наличии в тысячных долях процента могут стать причиной раскрашивания металла.
  4. Никель. Если сталь имеет избыточные показатели никеля в своём составе, то твёрдость может существенно быть снижена.
  5. 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.

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.

Читайте также:  Стальные электросварные прямошовные со снятой фаской из стали марки бст2пс

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.

Источник

Подшипниковая сталь: виды, особенности и характеристики

Подшипники порой несут чрезвычайно высокие нагрузки, поэтому к их надежности, прочности и долговечности предъявляются высокие требования. Стали для изготовления подшипников – это составы высочайшего качества, отличающиеся максимальной износоустойчивостью и прекрасно справляющиеся с большими контактными нагрузками.

Виды стали

Все смеси принято классифицировать по двум параметрам:

— для деталей, используемых при высоких температурных режимах и подверженных воздействию агрессивных химических агентов. В категорию включаются жаропрочные и коррозиестойкие металлы;

— для деталей, функционирующих в стандартных условиях. К ним причисляются составы с содержанием хрома и марганца, хромистые смеси с добавлением молибдена и кремния.

Среди составов первой группы популярностью обладают марки 95Х18-Ш, 11Х18М-ШД и др.Такие марки применяются в изготовлении приборных подшипников качения, работающих в агрессивной среде.

— обозначение «Ш» означает, что детали относятся к особо высокому классу и произведена по методу стандартной электрошлаковой переплавки,

— обозначение «ШД» – с помощью вакуумно-дуговой переплавки.Такая сталь используется в прецизионных подшипниках с классом точности выше P4, то есть P2, P3, P4. Класс точности P2 считается сверхвысоким встречается очень редко.

Читайте также:  Фартук примыкания из кровельной стали

Во второй категории признанными лидерами называют модели ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ.

Качества подшипниковых составов

Специфика их применения такова, что составляющие деталей качения (роликовые, шариковые, кольцевые элементы) постоянно пребывают под влиянием высокого знакопеременного напряжения. Из-за этого их поверхность подвергается растяжению по краям и сжатию в центре. Величина нагрузок способна достигать 500 кГ/см2, что существенно деформирует деталь, приводя со временем к образованию усталостных трещин.

Шариковые подшипниковые изделия подвержены механическому разрушению металла (истиранию). Силы трения приводят к тому, что от конструкций начинают откалываться мелкие элементы, а их абразивный износ значительно ускоряется.

Перечисленные факторы свидетельствуют о том, что композиционные составы для подшипников обязаны отвечать:

— максимально высоким качествам прочности;

— устойчивости к механическому изнашиванию;

— минимальной хрупкости, сочетающейся с высокой сопротивляемостью усталости металла.

Подшипниковые составы не должны иметь неметаллические включения. Требование обусловлено их функциональной спецификой, поскольку компоненты деталей контактируют между собой рабочими поверхностями. Если технология не соблюдается, они быстро приходят в непригодность.

Компоненты смесей

Все элементы указаны в процентном отношении:

— ШХ20СГ. Содержание: кремний – 0,55-0,85; углерод – 0,9-1; марганец, хром – 1,4-1,7, сера – 0,02, никель – 0,03, фосфор – 0,25.

— ШХ15. Кремний – 0,17-0,37; углерод – 0,95-1,05; хром – 1,3-1,65; марганец – 0,2-0,4; прочие элементы – аналогично предыдущим пунктам.

— 11Х18М-ШД. Кремний – 0,53-0,93; углерод – 1,1-1,2; хром – 16,5-18; марганец – 0,5-1; сера – 0,15; медь и никель – 0,3; фосфор – 0,025.

Составы для подшипниковых конструкций имеют углеродные примеси. Благодаря углероду удается обеспечить устойчивость к истиранию, повысить показатели прочности после термической обработки самого изделия.

Марганец и хром, добавляемые в состав композиции(композиционный материал), увеличивают сопротивляемость к истиранию и одновременно с этим придают изделию твердость. Однако оба этих компонента являются раскислителями и способны понизить вязкость металлического состава, поэтому их количество должно оставаться строго в определенных рамках.

Ключевым элементом в составе подшипникового сплава является хром. Карбиды этого вещества усиливают устойчивость металла к изнашиванию и его твердость, обеспечивают нужную мелкозернистую структуру, не позволяет ему чрезмерно накаляться, повышает стойкость мартенсита против отпуска.

Вредные примеси

Прочие примеси негативно сказываются на качествах композиции(композиционный материал), поэтому их содержание строго ограничивается:

— никель. Большое количество вещества значительно снижает твердость сплава;

— медь. Избыток в составе смеси увеличивает риск деформации и опасных повреждений;

— фосфор. Провоцирует хрупкость металла и растрескивание при закалке;

— свинец, олово, мышьяк, азот. Количество этого материала в десятитысячной части процента вызывает окрашивание металла.

За рубежом становится популярной точка зрения, что сера производит положительный эффект на подшипниковую смесь, облегчая обработку и способствуя длительному сроку эксплуатации. Однако отечественные металлурги с этим не согласны, поскольку металлы с примесью серы свыше 0,15% подвержены усталости и быстрому истиранию.

Источник

Adblock
detector