Шарикоподшипниковые стали. 
Материаловедение и технология материалов

Работоспособность, надежность подшипников определяют производительность, точность, экономичность и надежность работы машин и механизмов.

Высокие локальные нагрузки, контактная усталость металла приводят к выкрашиванию частиц и отслаиванию тонких пластин с рабочих поверхностей колец и тел качения (шариков, роликов) подшипников, что является наиболее распространенной причиной выхода их из строя.

Шарикоподшипниковые стали содержат повышенное содержание углерода (1%). Стали, легированные хромом, с твердостью более 60 I IRC способны выдерживать высокие (до 2000—4000 МПа) нагрузки практически без остаточной деформации. Повышенная прочность шарикоподшипниковых сталей и применение при их производстве электрошлакового и вакуумно-дугового переплавов снижают содержание неметаллических включений, дисперсных частиц оксидов, сульфидов, пористость, тем самым увеличивают их контактную усталость. Стали поставляют в состоянии после сфсроидизирующего отжига, при этом скорость охлаждения 10—30 °С/ч обеспечивает превращение аустенита при температурах выше 600 °C и получение структуры зернистого перлита с мелкими включениями вторичных карбидов и твердостью 179—217 МВ.

Карбидная неоднородность, карбидная сетка, строчсчность в структуре шарикоподшипниковых сталей строго регламентированы.

При производстве подшипников (колец, шариков, роликов) используют шарикоподшипниковые хромистые стали ШХ6, ШХ15, ШХ15ГС и др. (табл. 8.6). Стали содержат ориентировочно по 1% углерода.

Дополнительное легирование кремнием (0,5%) и марганцем (1,05%) (сталь ШХ15ГС) необходимо для повышения прокаливаемое™. Детали подшипников подвергают термической обработке: неполной закалке с температур 820—850°С в масле и низкому отпуску при 150—170°С в течение 1—2 ч. После закалки в структуре подшипниковых сталей присутствует 8—15% остаточного аустенита, оказывающего влияние на размерную стабильность. Остагоч;

Таблица 8.6

Химический состав некоторых шарикоподшипниковых сталей.

ный аустенит является нестабильной структурной составляющей, способной при высоких нагрузках превращаться в мартенсит, что сопровождается изменениями размеров деталей подшипников. Для уменьшения количества остаточного аустенита и стабилизации размеров детали подшипника охлаждают после закалки до 20—25°С. Детали прецизионных подшипников обрабатывают холодом при −80…−70°С.

В состоянии после закалки и низкого отпуска шарикоподшипниковые стали имеют структуру отпущенного мелкоигольчатого мартенсита с равномерно распределенными избыточными карбидами и высокую твердость 60—64 HRC (табл. 8.7).

Подшипники качения, работающие в условиях динамического нагружения, изготавливают из низкоуглеродистых сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей цементацией и термической обработкой.

Детали подшипников из этих сталей отличаются повышенной вязкостью сердцевины (при ее твердости 35—45 HRC и твердости поверхностных зон 60—65 IIRC).

Нержавеющие подшипниковые стали идут на изготовление подшипников, работающих в агрессивных средах и высоких температурах. Режимы термической обработки стали и их свойства приведены в табл. 8.7. Эти стали содержат ориентировочно 1% углерода и 18% хрома (95X18). В состоянии после закалки с температур 800— 1080 °C и низкого отпуска сталь 95X18 имеет высокую твердость (59—60 HRC) в сочетании с коррозионной стойкостью в окисли;

Таблица 8.7

Режимы термической обработки и твердость для подшипниковых сталей.

* После закалки требуется обработка холодом.

** При твердости более HRC 60 требуется повторный отпуск при температуре 170—180°С, 2 ч.

тельных средах (морской воде, растворах щелочей, азотной и уксусной кислотах).

Стали обычно подвергают электрошлаковому переплаву. Сталь 95Х18-Ш используют для подшипников средних и крупных размеров.

Коррозионностойкая сталь 11Х18М-Ш содержит 0,5—0,8% молибдена и предназначена для изготовления малогабаритных подшипников, работающих при температурах до 350 °C.

Подшипниковые теплостойкие стали 8Х4В9Ф2 и экономнолегированная 8Х4М4В2Ф1 содержат в своем составе вольфрам и молибден, обеспечивают работу подшипников при температурах до 500—600°С.

Нагрев деталей подшипников из этих сталей под закалку проводят в две стадии: предварительную — до 800 °C, окончательную — до 1220—1240°С (до 1130−116(ГС для стали 8Х4М4В2Ф1-Ш) с последующим охлаждением в масле.

Сталь 8Х4В9Ф2−1П относится к дисперсионно-твердеющим, поэтому отпуск колец и тел качения из этой стали проводят при температурах 560—580°С три раза по 2 ч с охлаждением на воздухе. Твердость после трехкратного отпуска в результате выделения дисперсных частиц специального карбида Ме₂С достигает 59—64 HRC.