Из какого металла делают подшипники

Обновлено: 04.10.2024

Подшипники качения применяют в разнообразных условиях: при отрицательных и положительных температурах; в нейтральных и агрессивных средах (морская вода, кислоты). В связи с этим детали подшипников изготавливают из различных материалов. Ниже приведены сведения только о наиболее распространенных

Подавляющее большинство колец и тел качения подшипников, предназначенных для работы в неагрессивных средах при температуре менее +120°С (иногда более высоких), изготавливают из высокоуглеродных хромистых сталей, химический состав которых приведен в табл.1. Наиболее распространенной из них является сталь ШХ15. Из этой стали изготавливают шарики всех размеров, кольца толщиной менее 10 мм и ролики диаметром до 22 мм. Ее аналогами являются: 100Cr6 - в Германии, 3 - в Швеции, 52100 - в США, SUJ2 - в Японии. Для колец подшипников толщиной менее 30 мм и роликов диаметром более 22 мм применяют сталь ШХ15СГ. По сравнению со сталью ШХ15 она (для повышения прокаливаемости) содержит несколько больше кремния и марганца. Для колец толщиной более 30 мм применяют сталь ШХ20СГ, которая содержит еще большее количество этих элементов, а для колец железнодорожных подшипников, подвергающихся индукционной закалке, - сталь ШХ4.

В процессе выплавки в сталь со шлаками и из футеровки попадают неметаллические включения. Вблизи крупных включений, особенно глобулярных оксидов, а также нитридов, в процессе работы подшипников зарождаются усталостные микротрещины, которые, сливаясь, проводят к выкрашиванию частиц металла. При различной степени металлургической загрязненности стали в допустимых стандартом пределах средняя долговечность партии подшипников может колебаться ориентировочно до 5 раз.

Для подшипников к которым предъявляются повышенные требования по долговечности и надежности, применяют стали подвергнутые специальным переплавам, уменьшающим содержание неметаллических включений (ШХ15-Ш), а также двойной переплав: электрошлаковый и вакуумно-дуговой (ШХ15-ШД).

Табл.1. Химический состав хромистых подшипниковых сталей типа ШХ (ГОСТ 801), %

Марка	C	Si	Mn	Cr	S	P	Ni	Cu	Ni+Cu
Марка	C	Si	Mn	Cr	Не более
ШХ15	0,95÷1,05	0,17÷0,37	0,20÷0,40	1,30÷1,65	0,02	0,027	0,30	0,25	0,50
ШХ15СГ	0,95÷1,05	0,40÷0,65	0,90÷1,20	1,30÷1,65	0,02	0,027	0,30	0,25	0,50
ШХ20СГ	0,90÷1,00	0,55÷0,85	1,40÷1,70	1,40÷1,70	0,02	0,027	0,30	0,25	0,50
ШХ4	0,95÷1,05	0,15÷0,30	0,15÷0,30	0,35÷0,50	0,02	0,027	0,30	0,25	0,50

Кроме сталей типа ШХ для колец и тел качения используют также цементуемые стали, которые после химико-термической обработки имеют твердый поверхностный слой (59 . 66 HRC_э) и более мягкую сердцевину (около 36 HRC_э). Кольца роликовых подшипников - из стали 20Х2Н4А, а штампованные кольца роликовых игольчатых подшипников из сталей 15Г1, 15Х, 08, 10. Химический состав некоторых из перечисленных цементуемых сталей приведен в табл.2. Твердость поверхности деталей подшипников из наиболее часто применяемых сталей приведена в табл.3.

Табл.2. Химический состав сталей для деталей подшипников, подвергающихся химико-термической обработке, %

Марка	C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo
15Г1	0.12÷0.19	0.17÷0.37	0.70÷1.00	-	-	-
18ХГТ	0.15÷1.21	0.17÷0.37	0.90÷1.20	0.90÷1.20	-	-
20Х2Н4А	0.16÷1.22	0.17÷0.37	0.30÷0.60	1.25÷1.65	3.25÷3.65	-

Табл.3. Твердость колец и роликов HRC_э , из сталей наиболее часто применяемых марок (ГОСТ 520), работающих при температуре до 100°С

ШХ15СГ, ШХ15СГ-В, ШХ15СГ-Ш,

ШХ20СГ

Табл.4. Химический состав коррозийно-стойких подшипниковых сталей, %

Табл.5. Химический состав теплопрочных подшипниковых сталей, %

Страна	Марка	C	Cr	Mo	W	V
Россия	8Х4В9Ф2-Ш	0,70÷0,80	4,00÷4,60	Менее 0,30	8,5÷9,5	1,40÷1,70
Россия	8Х4М4В2Ф1-Ш	0,75÷0,85	3,90÷4,40	3,90÷4,40	1,5÷2,0	0,90÷1,20
США	М50	0,77÷0,85	3,75÷4,25	4,00÷4,50	-	0,90÷1,10
Германия	80MoCrV 42 16	0.77÷0.85	3.75÷4.25	4.00÷4.50	-	0.90÷1.10
	82WMoCrV 6 5 4	0.78÷0.86	3.80÷4.50	4.70÷5.20	6.0÷6.7	1.70÷2.00
	X75 WCrV 18 4 1	0.70÷0.78	3.80÷4.50	Менее 0,60	17,5÷18,5	1,00÷1,20

Все большее распространение получают подшипники с шариками из нитрида кремния Si₃N₄. Этот материал обладает значительно более высокой, чем применяемые стали, теплопрочностью и контактной долговечностью. Плотность нитрида кремния составляет около 3,2/см 3 (закаленной стали ШХ15 7,8 г/см 3 . Благодаря этому при высокой частоте вращения развиваются меньшие центробежные силы. Коэффициенттрения пары нитрид кремния-сталь меньше, чем пары сталь- сталь. Поэтому тепловыделение при работе таких подшипников меньше, чем стальных. Подшипники с шариками из нитрида кремния находят применение в высокоскоростных узлах.

Штампованные сепараторы подшипников общего применения изготовляют главным образом из низкоуглеродистых сталей 08кп, 08пс, 10кп, 10пс, реже из латуней ЛС 63 и ЛС 59-1, а коррозийно-стойких и теплопрочных подшипников - из сталей 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т. Массивные сепараторы получают из труб, прутков и штампованных заготовок. Наиболее употребимыми материалами являются: латуни ЛС 59-1, ЛС 59-1Л, сталь 30, бронзы БрАЖМц 10-3-1-5 и БрАЖН 10-4-4, алюминиевые сплавы Д 1, Д 6, АК 4, текстолит. Значительное количество высокотехнологичных с хорошими звукопоглощающими свойствами сепараторов получают литьем из термопластов. Заклепки и распорки сепараторов. изготавливают главным образом из сталей 15 и 20.

К подшипниковым материалам для колец и тел качения предъявляют жесткие требования по металлургической загрязненности, наличию дефектов, структурной неоднородности и др. Детали машин, несущие одновременно функции наружного или внутреннего колец подшипников, рекомендуется изготавливать из подшипниковых сталей.

Что такое твердость по Роквеллу (HRC)?

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.

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.

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

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:

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.

Подшипниковая сталь

О чем речь? Подшипниковая сталь используется для изготовления основных частей указанного узла и должна отвечать повышенным требованиям к износостойкости и прочности. Углерод – это необходимый элемент в составе сплава, количество которого во многом определяет свойства изделия.

Какой бывает? Однако в сталь добавляют и иные элементы, если условия эксплуатации подшипника особые. Например, марганец и хром для сопротивления истиранию и повышения твердости. Впрочем, некоторые включения, наоборот, портят качества стали и должны быть удалены в процессе выплавки.

Требования к подшипниковой стали

Подшипники качения при эксплуатации подвергаются интенсивным знакопеременным нагрузкам, которые создают зоны локального напряжения, нередко достигающего 500 кгс/см2. Такие воздействия приводят к деформации колец и роликов/шариков. На первый взгляд изменения формы настолько малы, что не могут навредить деталям подшипника, однако их регулярное повторение приводит со временем к растрескиванию материала.

Кроме того, металл, из которого изготавливают шариковые или роликовые подшипники качения, подвергается интенсивному истиранию, приводящему к постепенному ухудшению эксплуатационных характеристик. Откалывающиеся при работе микрочастицы играют роль абразива, многократно увеличивая темпы износа колец и тел качения.

Скорость и интенсивность истирания зависит от:

химических характеристик среды эксплуатации деталей;
качества сборки подшипника;
наличия и количества частиц абразива на кольцах, сепараторе и телах качения.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Активная эксплуатация подшипника может привести к выходу изделия из строя из-за износа раньше, чем к поломке приведут усталостные деформации металла. При интенсивных комбинированных воздействиях срок службы подшипников значительно уменьшается.

Поскольку работа подшипников связана с постоянным взаимным соприкосновением их деталей, критически важно в ходе изготовления максимально исключить из состава стали все посторонние включения и примеси.

Структура металла должна быть предельно однородной, ведь наличие уплотнений или зон пониженной плотности, как и любая другая неоднородность, приведет к возникновению трещин, которые в свою очередь становятся причиной не только резкого ухудшения эксплуатационных характеристик изделия, но и его преждевременного выхода из строя.

Учитывая особенности эксплуатации подшипников, сплавы, из которых изготавливаются их детали, отличаются высоким сопротивлением усталости металла и низкой хрупкостью. Кроме того, специфика работы этих изделий требует использования особо прочных сталей, максимально устойчивых к механическим нагрузкам и истиранию.

В качестве легирующих добавок для выплавки подшипниковых сталей используют:

Процентное содержание перечисленных элементов в составе сплавов определяется маркой стали. К примеру, сплав, ШХ15 содержит около 1,5 % хрома (согласно ГОСТ 801-78). Во всех видах стали этой подгруппы содержание углерода составляет около 1 %.

Относительно высокая углеродистость подшипниковых типов стали позволяет достичь необходимых эксплуатационных характеристик и высокой устойчивости к износу. Кроме того, именно благодаря содержанию углерода сплав приобретает после термообработки необходимые прочностные характеристики.

Закалка и низкий отпуск обеспечивают изделиям сохранение геометрии и размеров даже при рабочих температурах свыше +100 °С. Однако, повышая стабильность металла, термическая обработка снижает его твердость.

Для того чтобы обеспечить максимальную твердость подшипниковых сталей и их устойчивость к истиранию, в состав сплава вводят добавки марганца и хрома.

Добавление молибдена в качестве легирующего компонента обеспечивает деталям подшипника необходимую долговечность. В большинстве своем перечисленные выше добавки обязательны, однако критически важную роль играет строгое соблюдение их концентрации. Чрезмерно высокое и очень низкое содержание присадок может отрицательно сказаться на качестве стального сплава.

Медь в умеренных концентрациях способствует улучшению прочностных характеристик, но избыток этой примеси ведет к растрескиванию.
Фосфор принадлежит к числу вредных примесей, повышая хрупкость сплава и уменьшая сопротивляемость динамическим нагрузкам.
Азот, олово и мышьяк даже в сверхмалых концентрациях существенно ухудшают характеристики стали, приводя к ее крошению.
Никель в избыточном процентном содержании начинает заметно снижать твердость металла.
Сера. Мнения специалистов относительно этой примеси разнятся, однако российские сорта подшипниковых сталей содержат не более 0,15 % серы из-за ее способности снижать предел усталости.

Виды стали для изготовления подшипников

Эксплуатационные качества подшипников зависят от свойств металла, из которого изготовлены их кольца и тела вращения (шарики или ролики). Стабильность размеров деталей, предел усталости в контактных зонах и максимальная рабочая нагрузка на подшипник определяются твердостью стали. Также определенные параметры должны выдерживаться при изготовлении сепараторов, которые подвергаются серьезным нагрузкам, истиранию и нагреву.

Температурные перепады, удары, влага и прочие воздействия, включая возможный контакт с агрессивными факторами, формируют особые требования к материалу, из которого изготовлены сепаратор, кольца и тела качения. Относительно редко стандартные детали подшипника защищают специальным полимерным покрытием, которое не только предохраняет их от механических воздействий и коррозии, но и обеспечивает электроизоляцию.

Также в случае, если возможно воздействие разрядов электричества, используют керамические тела вращения в металлических кольцах или полностью керамические подшипники.

Наиболее часто встречающаяся марка подшипниковой стали ШХ15, как видно из ее маркировки, содержит 1,5 % хрома и около 1 % углерода, что соответствует стандарту ISO 683-17:1999. Этот сплав – старейший и наиболее хорошо изученный. Постоянно растущие требования к эксплуатационным качествам и надежности подшипников по-прежнему позволяют этой марке занимать позицию лидера благодаря сбалансированности технологических и рабочих характеристик.

После термической обработки в структуре стали остается низкоотпущенный мартенсит и минимальное количество карбидов. Твердость металла этой марки колеблется в диапазоне от 58 до 65 единиц по шкале Роквелла.

С помощью поверхностной индукционной закалки удается дополнительно упрочнить дорожку качения, не меняя при этом свойств материала колец.

Также часто прибегают к цементации сталей, которая заключается в насыщении поверхностных слоев атомарным углеродом.

Такая обработка позволяет прибегать к посадке с серьезным натягом и эксплуатировать подшипники под тяжелыми ударными нагрузками. Практически указанные методы дополнительной обработки металла позволяют увеличить способность изделий выдерживать нагрузки, сохраняя при этом устойчивость к ударам. Поверхностный характер упрочнения позволяет сохранить необходимый максимальный уровень твердости внутренних слоев стали и распределить ударные нагрузки.

Часто подшипники из цементированного металла не выделяются в отдельный класс, так как они взаимозаменяемы обычными вариантами. У отдельных производителей на цементированную сталь указывает префикс HC или HR в маркировке.

Еще один популярный материал для изготовления подшипников – нержавеющая сталь.

Кроме того, существует ряд высоколегированных жаропрочных типов стали вроде 80 MoCrV42-16 по ISO 683-17:1999, из которых изготавливают подшипники для продолжительной эксплуатации при высокой температуре (+250 °С и выше).

Способы получения подшипниковой стали

Десятилетиями для выплавки подшипниковых сортов стали использовались дуговые сталеплавильные печи. Такая технология не давала возможности получить достаточно долговечный материал. Освоенная позже вакуумная обработка металла вне печи, заключающаяся в углеродном раскислении, дала возможность добиться серьезного увеличения срока службы деталей.

Подобная технология позволяет добиваться качественной очистки расплава от оксидных включений. Сегодня благодаря внепечной вакуумной обработке и непрерывной разливке стали, при которой струю жидкого металла защищают от вторичного окисления, удалось добиться десятикратного увеличения срока службы готовых изделий.

С внедрением внепечных методов температурного углеродного раскисления, помимо производства металла в дуговых печах, стала возможна выплавка подшипниковых типов стали с помощью кислородных конвертеров. Качество сплава при этом практически одинаково.

Легирование стали добавками хрома в ковшах связано с рядом технологических проблем, что стало причиной, по которой подшипниковая сталь чаще всего выплавляется с помощью дуговых сталеплавильных печей.

Традиционная технология плавки в дуговых печах подразумевает короткий окислительный период. Параллельное введение извести и рудной массы в начале плавки, удаление шлака и его наводка в конце процесса выплавки и при первичном окислении позволяют максимально очистить расплав от фосфорных примесей, сохраняя его высокую углеродистость.

Для хромирования сплава в ковш перед окончанием плавки добавляют феррохром, для снижения угара которого прибегают к предварительному раскислению, присаживая ферросилиций.

Количество добавки рассчитывают так, чтобы готовый сплав содержал одну десятую долю процента кремния и ниже. Невысокая концентрация кремния в сочетании с хромированием вполне сочетаются с последующим вакуумным раскислением, которое обязательно для технологического процесса выплавки подшипниковых типов стали.

Для того чтобы избавиться от избытка серы при плавке металла в дуговых печах, помимо вакуумной обработки, металл также подвергают десульфурации с помощью высокоосновного восстановительного шлака.

Не во всех случаях подшипниковая сталь должна отвечать высоким требованиям относительно концентрации серы в готовом металле. Некоторые специалисты указывают на то, что им удалось отметить некоторое увеличение срока службы деталей подшипников с наличием этой примеси, правда, в процентном содержании не более 0,025 %. Этот эффект объясняется тем, что сульфидная оболочка на поверхности оксидной пленки препятствует появлению трещин.

Как уже было отмечено, часто детали подшипников изготавливают из стойких к коррозии марок стали.

Коррозионно- и жаростойкие кольца и тела качения для изделий, эксплуатируемых при температурах в диапазоне от +350 до + 400 °С проходят специальную термическую обработку, которая повышает их коррозионную стойкость, оптимизирует физические характеристики и обеспечивает стабильность геометрии и размеров.

Термообработка состоит из преднагрева до +850 °С с последующим повышением температуры до значений около +1090 °С охлаждения маслом и медленного охлаждения до температуры в пределах -70…-80 °С. Заканчивают обработку двукратным отпуском при +400 °С, выдерживая металл в течение трех и двух часов.

Изготавливая детали ролико- и шарикоподшипников, в отдельных случаях прибегают к дополнительному упрочнению металла. Для такой обработки используют холодное пластическое деформирование или наклеп и дисперсионное твердение.

Маркировка подшипниковой стали

Сплавы, использующиеся для изготовления колец и тел качения, принято разделять на типы стали общего назначения (например, ШХ15), сорта для эксплуатации в агрессивных средах (к примеру, 95Х18) и для подшипников, эксплуатируемых под воздействием динамических нагрузок (18ХГТ).

Для последней группы характерно упрочнение поверхностных слоев с помощью цементирования на глубину от 0,8 до 3,5 мм. Также в отдельных случаях прибегают к холодному пластическому деформированию, позволяющему повысить предел усталости металла.

Для этих материалов применяется та же маркировка, что и для остальных конструкционных марок стали.

Наличие в маркировке стали, входящей в первую группу, буквы Ш указывает на шарикоподшипниковый сплав, буквой Х обозначают добавление хрома, а цифры отражают его процентное содержание.

Помимо хрома, подшипниковая марка стали может содержать добавки кремния и марганца (например, ШХ15СГ).

Если при выплавке подшипниковой стали применялись особые методы плавки, информация об этом указывается на конце маркировки через дефис, например:

Ш – электрошлаковый переплав (ШХ15СГ-Ш);
В – раскисление в вакууме вне печи;
ПВ – прямое восстановление.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: