Подшипниковая сталь: виды, особенности и характеристики

Подшипники порой несут чрезвычайно высокие нагрузки, поэтому к их надежности, прочности и долговечности предъявляются высокие требования. Стали для изготовления подшипников – это составы высочайшего качества, отличающиеся максимальной износоустойчивостью и прекрасно справляющиеся с большими контактными нагрузками.

Виды стали

Все смеси принято классифицировать по двум параметрам:

- для деталей, используемых при высоких температурных режимах и подверженных воздействию агрессивных химических агентов. В категорию включаются жаропрочные и коррозиестойкие металлы;

- для деталей, функционирующих в стандартных условиях. К ним причисляются составы с содержанием хрома и марганца, хромистые смеси с добавлением молибдена и кремния.

Среди составов первой группы популярностью обладают марки 95Х18-Ш, 11Х18М-ШД и др.Такие марки применяются в изготовлении приборных подшипников качения, работающих в агрессивной среде.

- обозначение «Ш» означает, что детали относятся к особо высокому классу и произведена по методу стандартной электрошлаковой переплавки,

- обозначение «ШД» – с помощью вакуумно-дуговой переплавки.Такая сталь используется в прецизионных подшипниках с классом точности выше P4, то есть P2, P3, P4. Класс точности P2 считается сверхвысоким встречается очень редко.

Во второй категории признанными лидерами называют модели ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ.

Качества подшипниковых составов

Специфика их применения такова, что составляющие деталей качения (роликовые, шариковые, кольцевые элементы) постоянно пребывают под влиянием высокого знакопеременного напряжения. Из-за этого их поверхность подвергается растяжению по краям и сжатию в центре. Величина нагрузок способна достигать 500 кГ/см2, что существенно деформирует деталь, приводя со временем к образованию усталостных трещин.

Шариковые подшипниковые изделия подвержены механическому разрушению металла (истиранию). Силы трения приводят к тому, что от конструкций начинают откалываться мелкие элементы, а их абразивный износ значительно ускоряется.

Перечисленные факторы свидетельствуют о том, что композиционные составы для подшипников обязаны отвечать:

- максимально высоким качествам прочности;

- устойчивости к механическому изнашиванию;

- значительной упругости;

- минимальной хрупкости, сочетающейся с высокой сопротивляемостью усталости металла.

Подшипниковые составы не должны иметь неметаллические включения. Требование обусловлено их функциональной спецификой, поскольку компоненты деталей контактируют между собой рабочими поверхностями. Если технология не соблюдается, они быстро приходят в непригодность.

Компоненты смесей

Все элементы указаны в процентном отношении:

- ШХ20СГ. Содержание: кремний – 0,55-0,85; углерод – 0,9-1; марганец, хром – 1,4-1,7, сера – 0,02, никель – 0,03, фосфор – 0,25.

- ШХ15. Кремний – 0,17-0,37; углерод – 0,95-1,05; хром – 1,3-1,65; марганец – 0,2-0,4; прочие элементы – аналогично предыдущим пунктам.

- 11Х18М-ШД. Кремний – 0,53-0,93; углерод – 1,1-1,2; хром – 16,5-18; марганец – 0,5-1; сера – 0,15; медь и никель – 0,3; фосфор – 0,025.

Составы для подшипниковых конструкций имеют углеродные примеси. Благодаря углероду удается обеспечить устойчивость к истиранию, повысить показатели прочности после термической обработки самого изделия.

Марганец и хром, добавляемые в состав композиции(композиционный материал), увеличивают сопротивляемость к истиранию и одновременно с этим придают изделию твердость. Однако оба этих компонента являются раскислителями и способны понизить вязкость металлического состава, поэтому их количество должно оставаться строго в определенных рамках.

Ключевым элементом в составе подшипникового сплава является хром. Карбиды этого вещества усиливают устойчивость металла к изнашиванию и его твердость, обеспечивают нужную мелкозернистую структуру, не позволяет ему чрезмерно накаляться, повышает стойкость мартенсита против отпуска.

Вредные примеси

Прочие примеси негативно сказываются на качествах композиции(композиционный материал), поэтому их содержание строго ограничивается:

- никель. Большое количество вещества значительно снижает твердость сплава;

- медь. Избыток в составе смеси увеличивает риск деформации и опасных повреждений;

- фосфор. Провоцирует хрупкость металла и растрескивание при закалке;

- свинец, олово, мышьяк, азот. Количество этого материала в десятитысячной части процента вызывает окрашивание металла.

За рубежом становится популярной точка зрения, что сера производит положительный эффект на подшипниковую смесь, облегчая обработку и способствуя длительному сроку эксплуатации. Однако отечественные металлурги с этим не согласны, поскольку металлы с примесью серы свыше 0,15% подвержены усталости и быстрому истиранию.