Стали для подшипников по назначению составляют особую группу конструкционных сталей, но по составу и свойствам они близки к инструментальным сталям.
JU IUU I3U IUU ^ Q 2 If
Число Оксидод более 0.03мм ц ппгп
«hPPffl
Рис. 104. Зависимость долговечности подшипников от степени загрязненности стали оксидами размером более 30 мкм (Л. О. Урус)
Рнс. 105. Зависимость контактной выносливости от содержания водорода в подшипниковых сталях:
1 — 11Х18М; 2 — ШХ-15 (Одзава)
К особенностям характера работы подшипников относятся высокие локальные нагрузки, и, как следствие этого, чрезвычайно высокие требования к чистоте стали по неметаллическим включениям, карбидной неоднородности и др. Основные требования, которые должны обеспечить подшипниковые стали:
1. Высокая статическая грузоподъемность — предельная нагрузка, при которой остаточные деформации в зоне контакта не превышают 0,01 % от диаметра шарика или ролика. Необходимая статическая грузоподъемность — а она должна быть весьма значительна, поскольку давления в области контакта при работе подшипника доходят до 2000—4000 МПа, достигается применением в качестве материала для подшипников заэвтектоидных легированных хромом сталей, обработанных на высокую твердость.
2. Высокое сопротивление контактной усталости. Эта характеристика чрезвычайно сильно зависит от наличия металлургических дефектов различного рода, особенно сульфидных и оксидных включений, а также водорода, поскольку подшипниковые стали флокеночувствительны. На рис. 104 приведена зависимость долговечности подшипников от количества оксидов в одном и том же сечении, а на рис. 105 — зависимость контактной выносливости от содержания водорода в подшипниковых сталях.
При производстве подшипниковых сталей применению рафинирующих переплавов уделяется особое внимание. Рафинирующие переплавы позволяют значительно снизить загрязненность стали неметаллическими включениями, что, естественно, удорожает сталь. Если принять за 100 % содержание включений в стали ШХ15 открытой выплавки, то для стали, обработанной синтетическим шлаком (ШХ15Ш), оно составляет 45%, для той же стали вакуумно-дуговой выплавки (ШХ15ВД) 35 %, а для стали, обработаииой шлаком и дополнительно переплавленной ва – куумио-дуговым способом (ШХ15ШД), 25%. При этом оставшиеся включения более равномерно распределяются в объеме слитка, уменьшается и средний размер включений.
Не менее вредным фактором, с точки зрения контактной усталости, является карбидная неоднородность (карбидная сетка, строчечные включения карбидов и т. п.). Способ устранения этого дефекта заключается в проведении оптимальной пластической и термической обработки.
3. Износостойкость, в том числе абразивная, достигается введением сталь —^ 1,0 % С и 1,5% Cr. Влияние хрома на износостойкость определяется тем, что он увеличивает количество карбидной фазы и меняет качественно ее состав, позволяя получать твердые специальные карбиды.
4. Высокое сопротивление малым пластическим деформациям. Это требование наиболее актуально для подшипников точных приборов.
5. Размерная стабильность. В зависимости от размеров и класса точности подшипников изменения размеров при эксплуатации не должны превышать IO-4—IO-5 мм/мм. Размерная стабильность зависит от содержания остаточного аустенита в стали. При увеличении количества остаточного аустенита размерная стабильность ухудшается, так как остаточный аустенит является нестабильной структурной составляющей и при высоких нагрузках может превра-
Таблица 18. Состав и области применения подшипниковых сталей
Содержание основных |
||||
Марка стали |
С |
Si |
Mtl |
|
ШХ15 ШХ15СГ ШХ20СГ 95X18-Ш 11Х18М 8Х4М4В2Ф1Ш |
0,95—1,05 0,95—1,05 0,95—1,05 0,9—1,1 1,1—1,2 0,75—0,85 |
0,17—0,37 0,40—0,65 0,55—0,85 0,8 0,53—0,93 0,40 |
0,20—0,40 0,90—1,20 1,40—1,70 0,7 0,5—1,0 0,40 |
|
8Х4В9Ф2Ш |
0,70—0,80 |
0,25 |
0,25 |
Примечание. Как правило, во всех сталях содержание Ps^O,030 %,
Щаться в мартенсит, что сопровождается объемными изменениями.
Подшипниковые стали обычно классифицируются по условиям работы: различают стали общего применения, используемые для изготовления деталей подшипников (колец, шариков, роликов), работающих при температурах —604- —-300 0C в неагрессивных средах, и стали специального назначения, предназначенные для изготовления теплостойких и коррозионностойких подшипников. Составы сталей для подшипников общего назначения регламентируются ГОСТ 801—78, а подшипников специального назначения — соответствующими ТУ. В табл. 18 приведены составы некоторых подшипниковых сталей.