Подшипниковая сталь

Подшипниковая сталь – это высококачественная конструкционная износостойкая сталь, способная сопротивляться значительным контактным нагрузкам. К подшипниковым сталям предъявляются высокие требования в основном по твердости, износостойкости и пределу усталости. Эти требования обеспечиваются сочетанием оптимального химического состава и термической обработки.

Химический состав сталей для подшипников общего назначения приведен в ГОСТ 801-78, а для подшипников специального назначения в соответствующих ТУ. Повышенная концентрация углерода (от 0,95% до 1,15%) обеспечивает подшипниковым сталям высокую твердость и износостойкость, а наличие хрома (от 0,6% до 1,5%) увеличивает глубину прокаливания. К подшипниковым сталям предъявляют особые требования в отношении металлургического качества: общей и осевой пористости, отсутствию газовых пузырей, флокенов, ликвации и неметаллических включений. Кроме этого, подшипниковые стали должны легко закаливаться (обладать низкой критической скоростью закалки).

Основным способом производства подшипниковых сталей является изготовление их в электродуговых печах. Около 90% сплавов производится именно данным способом. Оставшиеся 10% переплавляются в мартеновских печах. 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.

Дополнительная обработка сплавов происходит при помощи электроннолучевого, электрошлакового, либо дугового переплава. При помощи дополнительной обработки из подшипниковых сплавов удаляются различные посторонние добавки, которые являются неметаллическими. Также удаляются разнообразные газы. Прокаливаемость сталей увеличивается по мере повышения концентрации легирующих элементов. Выбор стали для конкретного подшипника диктуется его размерами и условиями эксплуатации.

Подшипниковые стали обычно классифицируются по условиям работы:

• стали общего назначения, используемые для изготовления деталей подшипников (колец, шариков, роликов), работающих при температурах от 60°С до 300°С в неагрессивных средах;
• стали специального назначения, предназначенные для изготовления теплостойких и коррозионностойких подшипников. Содержание хрома в теплостойких подшипниковых сталях обычно составляет 4,0% - 5,0%. Для деталей подшипников, работающих в агрессивных средах, применяются коррозионностойкие стали, содержащие около 18% хрома, поскольку необходимо обеспечить одновременно достаточную теплостойкость и коррозионную стойкость;
• стали для подшипников, работающих при повышенных контактных напряжениях и ударных нагрузках (подшипники прокатных станов, буровых установок и т.д.). Детали из таких сталей подвергаются цементации с последующей термообработкой (закалка и отпуск). В некоторых случаях дополнительно наклепывают поверхность. Это позволяет повысить стойкость к усталостным воздействиям. Эти стали обеспечивают высокую прокаливаемость, вязкость сердцевины, контактную прочность.

Подшипниковые стали обладают повышенной прочностью, стойкостью к механическому износу, большой упругостью, однородной структурой, высоким показателем сопротивления усталости металла и незначительной хрупкостью.

Изменение содержания легирующих элементов оказывает различное влияние на свойства подшипниковой стали:

• хром - отвечает за коррозионную стойкость, увеличивает твердость и сопротивляемость стали истиранию, увеличивает глубину прокаливания;
• углерод - отвечает за твердость, прочность и износостойкость;
• марганец - увеличивает твердость и износостойкость;
• молибден - увеличивает теплостойкость, долговечность;
• вольфрам – увеличивает теплостойкость;
• кремний - увеличивает прочность и твердость.

В зависимости от марки стального сплава эти элементы содержаться в определенных пропорциях. Наиболее часто для изготовления деталей подшипников применяют стали: ШХ15, ШХ4, ШХ15СГ и ШХ20СГ. В обозначении марок стали буквы и цифры означают:

• Ш - подшипниковая (в начале марки);
• Х - легированная хромом;
• 4, 15, 20 - массовая доля хрома (0,4%; 1,5%; 2,0%);
• СГ - легированная кремнием и марганцем;
• Ш - полученная методом электрошлакового переплава (в конце марки);
• В - изготовленная с вакуумированием (в конце марки);
• ШД – полученная при помощи вакуумно-дуговой переработки.

Подшипниковая сталь характеризуются хорошими эксплуатационными параметрами, отличается высокой износостойкостью и качественностью и может использоваться в сферах, где на детали будут оказываться серьезные нагрузки. Эта сталь используется для изготовления любых подшипников качения: шариковых, роликовых и игольчатых.

При выборе марки стали, необходимой для использования, учитываются ее микроструктура, наличие и характер неметаллических включений, глубина твердости и обезуглероживания.

Из подшипниковых сталей производятся не только детали подшипников, ее применяют для производства изделий, от которых требуется высокая износостойкость и контактная прочность: копиры, кулачки, запорные клапаны, обоймы, толкающие ролики, цельнокатаные кольца, плунжерные втулки, детали насосов высокого давления и т.д.