Шарикоподшипниковая сталь
Подшипники качения являются ответственными деталями многих машин (станков, автомобилей, тракторов, вагонов, электродвигателей и др.), определяющих их точность и производительность.
Подшипники качения работают в условиях качения шариков (или роликов) по наружному и внутреннему кольцам. Наиболее часто причиной отказа подшипников являются излом, разрушение тел качения и рабочих поверхностей колец, а также усталостное выкрашивание рабочих поверхностей элементов подшипника.
Изготовление тел качения
Для изготовления тел качения и подшипниковых колец небольших сечений обычно используют высокоуглеродистую хромистую сталь ШХ15 (0,95-1,05 % С и 1,3-1,65 % Сr), а больших сечений - хромомарганцевокремнистую сталь ШХ15СГ (0,95 - 1,05 % С, 0,9-1,2 % Сr, 0,4-0,65 % Si и 1,3-1,65 % Мn), прокаливающуюся на большую глубину. Стали обладают высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. К сталям предъявляют высокие требования по содержанию неметаллических включений, так как они вызывают преждевременное усталостное разрушение. Недопустима также карбидная неоднородность.
Электрошлаковый и вакуумно-дуговой переплав, уменьшая количество неметаллических включений (сульфидов, оксидов и др.), повышает долговечность подшипников. Стали изготовляют в виде прутков, труб и проволоки. Для горячей штамповки стали поставляются без отжига, для холодной механической обработки - в отожженном состоянии. После отжига стали получают однородную структуру мелкозернистого перлита с мелкими включениями вторичных карбидов. Такая структура обеспечивает удовлетворительную обрабатываемость резанием (К - 0,55 для стали Р18) и достаточную пластичность при холодной штамповке шариков и роликов; твердость после отжига 179-207 НВ. Кольца, шарики и ролики проходят закалку в масле (30-60 °С) от 840 - 860 °С и отпуск при 150-170 °С. Перед отпуском для уменьшения количества остаточного аустенита детали подшипника охлаждаются до температуры не выше 20-25 °С. Это повышает стабильность их размеров. Для подшипников,, которые должны иметь особо высокую стабильность размеров, иногда применяют обработку холодом при - 70…80 °С.
Сочетание прочности и выносливости
Для получения оптимального сочетания прочности и контактной выносливости кольца и ролики подшипников должны иметь после закалки и отпуска твердость 61-65 HRC для стали ШХ15 и 60-64 HRC для стали ШХ15СГ, а шарики - 62-66 HRC.
Для изготовления деталей подшипников качения, работающих при высоких динамических нагрузках, применяют цементуемые стали 20Х2Н4А и 18ХГТ. После газовой цементации на толщину 1,2-3,5 мм, высокого отпуска, закалки и отпуска при 160 - 170 °С детали подшипника из стали 20Х2Н4А имеют на поверхности 58-62 HRC и в сердцевине 35-45 HRC.
Детали подшипника качения из стали 18ХГТ подвергают цементации на толщину 0,9-1,8 мм. После закалки и низкого отпуска они имеют твердость 61-65 HRC.
