2. Легирование и термическая обработка

В составе подшипниковых сталей общего назначения обя­зательно присутствует хром. Хром определяет состав кар­бидной фазы и, кроме того, обеспечивает необходимую про­каливаемость. Дополнительное введение кремния и марган­ца проводят с целью повышения прокаливаемости и приме­няют для сталей, используемых для производства крупно­габаритных подшипников с толщиной стенки более 10 мм. При отпуске кремний дает более высокие значения твердо­сти вследствие замедления распада мартенсита в интерва­ле температур 150—3500C.

Температурная обработка сталей типа IIlX включает смягчающий сфероиднзирующий отжиг, при котором обеспечивается растворение оп­ределенной части карбидной фазы в аустените и образование зернис­того перлита.

Элементов,%

Cr

Mo

ДРУГие

Область применения

1,3—1,65

1.3— 1,65

1.4- 1,7 17—19

16,5—18 3,9—4,4

4,0—4,6

0,5—0,8 3,9—4,4

0,30

1,5—2,0W, 0,9—1,2V 8,5—9,5W, 1,4—1,7V

Интервал рабочих температур —60-J-300° С

Для работы в агрессивных средах, для подшипников при­боров

Интервал рабочих температур 300* 500 0C

S <0,020 %.

Готовые детали подшипников подвергают ступенчатой или изотер­мической закалке от 850—900 °С. Выбор такой температуры иагрева обусловлен, с одной стороны, необходимостью растворить карбиды хро­ма в аустените, а с другой — ие допустить чрезмерного роста зериа аус­тенита. Кроме того, повышение температуры закалки приводит к суще­ственному снижению мартенситной точки Afa и, как следствие этого, к образованию остаточного аустенита, что для подшипниковых сталей не­желательно.

В настоящее время применяется как закалка в однОм охладителе, так и ступенчатая или изотермическая закалка с выдержкой в области образования нижнего бейиита при 210—240 "С. Для маргаиецсодержа – щих сталей изотермическую закалку ие применяют из-за чрезмерно вы­сокой устойчивости переохлажденного аустенита в бейиитной области. Весьма перспективно применение для закалки деталей подшипников ин­дукционного нагрева. Это увеличивает производительность и экономич­ность термических агрегатов, а также позволяет получить полиостью закаленный поверхностный слой с сохранением высокой вязкости серд­цевины. Твердость поверхности при любом способе закалки должна быть на уровне HRC 60-^64.

Окончательной операцией термической обработки подшипниковых сталей является низкий (170—230 °С) отпуск, цель которого — уменьше­ние закалочных напряжений.

В последнее время в качестве материалов для подшип­ников ответственного назначения, работающих при повы­шенных ударных нагрузках, применяют цементуемые низ­коуглеродистые легированные стали (18ХГТ, 20ХНМ, 20ХН2Н2А и др.). Детали из сталей такого типа имеют повышенную вязкость сердцевины, однако твердость серд­цевины не должна составлять менее HRC 35—45 во избе­жание продавливания цементованного слоя при эксплуа­тации.

. Теплостойкие подшипники качения должны обладать высокой твердостью, в том числе при рабочих температу­рах (горячая твердость), которая определяет несущую спо­собность подшипника, достаточной контактной выносливо­стью в рабочем интервале температур, высоким сопротив­лением ползучести и релаксации напряжений при воздей­ствии динамических нагрузок и температуры, определенны­ми, заданными значениями некоторых физических свойств, например термического коэффициента расширения (во из­бежание потери натяга в паре с сопряженным металлом), высоким сопротивлением контактной ползучести (длитель­ная горячая твердость).

HRC

О 100 200 300 400 500 TmC

Рис. 107. Зависимость твердости стали 8Х4В9Ф2Ш от температуры отпуска (Л. Я. Коитер, А. И. Ка­лугина, Р. А. Бирюкова). Температура аустеннтизацин: 1 — 1050; 2 — 1100; 3 — 1200 °С

7 ZOO JOO 400 500 SOO

T°c

Рис. 106. Влияние иагрева на горя­чую твердость (диаметр отпечат­ка) подшипниковых сталей (Л. Я. Коитер):

1 — ШХ15; 95Х18Ш

2 — 8Х4В9Ф2Ш;

На рис. 106 приведены кривые горячей твердости основ­ных подшипниковых сталей. Видно, что сталь ШХ15 уже при 150—200 0C уступает по этой характеристике сталям 8Х4В9Ф2Ш и 95X18Ш.

Высокая теплостойкость сталей 8Х4М4В2Ф1Ш и 8Х4В9Ф2Ш достигается при совместном легировании воль­фрамом и молибденом. Их суммарное содержание должно удовлетворять соотношению W+2Mo= (7—10) %• Меньшее содержание не позволяет получить достаточную теплостой­кость и структурную стабильность.

Содержание хрома в теплостойких подшипниковых ста­лях обычно составляет 4,0—5,0%. Содержание ванадия ограничивается 1,0—1,7 %, поскольку ванадий ухудшает шлифуемость стали. Из-за необходимости уменьшения кар­бидной неоднородности содержание углерода ограничива­ется 0,8%.

В нержавеющих подшипниковых сталях содержится око­ло 18 % Cr, поскольку необходимо обеспечить одновремен – 188

Таблица 19. Режимы термической обработки некоторых сталей для теплостойких и коррозиоимостойких подшипииков

Марка стали

Температура нагре­ва, 0C

Охлаждающая среда

Отпуск

HRC

Подгото­вительный

Оконча­тельный

T, °С

Время, ч

95X18

850

1080

Масло или струя

160

3

5&

Газа 1

11Х18М

850

1100

То же

410

5

55

160

3

60

410

5

57

8Х4В9Ф2Ш

800

. 1230

Масло

570

По 2 ч

59

(ЭИ347)

3 раза

1 После закалки требуется обработка холодом.

Но достаточную теплостойкость и износостойкость и корро­зионную стойкость стали. В табл. 19 приведены режимы термической обработки некоторых нержавеющих и тепло­стойких подшипниковых сталей.

Склонность стали 8Х4В9Ф2Ш к разнозернистости аус­тенита требует кратковременного нагрева под закалку в соляных ваннах, а также индивидуального для каждой плавки подбора режимов закалки.

Сталь 8Х4В9Ф2Ш относится к дисперсионнотвердею – щим. На рис. 107 представлено изменение твердости при отпуске этой стали. Нагрев до 300—350 0C приводит к сни­жению твердости из-за распада мартенсита и выделения карбидов МегС, которые при повышении температуры пре­вращаются в карбиды типа Me2зС6. При температурах от­пуска выше 4000C начинается вторичное твердение; макси­мум твердости достигается при 500—550 °С. Последующее интенсивное разупрочнение связано с коагуляцией карбид­ной фазы (550—650 0C) и карбидным превращением Me2C-*- -+Me6С (выше 650 0C).

Для деталей подшипииков, работающих при повышенных темпера­турах, наряду с высокохромистыми сталями применяют стали типа бы­строрежущих, в которых обеспечивается горячая твердость HRC 56—58. Необходимо только еще рйз отметить, что применение любых сталей,, в том числе быстрорежущих, требует применения шлакового или друго­го рафинирующего переплава.

. Производство деталей подшипииков является весьма дорогостоя­щим, поскольку велики расходы металла при обработке резанием. В на­стоящее время внедряется производство деталей подшипииков метода­ми порошковой металлургии. Это позволяет резко снизить металлоем­кость производства в некоторых случаях без заметного снижения каче­ства подшипников.