43.Легированные стали : подшипниковые стали : принцип легирования , маркировка , термообработка . Подшипниковые стали

Подшипники качения работают , как правило , при низких температурах динамических нагрузках , что позволяет изготовлять их из сравнительно хрупких высоко углеродистых сталей после сквозной закалки и низкого отпуска. Для изготовления шариков , роликов и колец подшипников применяют недорогие технологичные хромистые стали ШХ4 , ШХ15 , ШХ15ГС и ШХ20ГС , содержащие примерно 1%С. В обозначении марок буква Ш означает шарикоподшипниковую сталь ; Х – наличие хрома ; цифра – его массовую долю в процентах(0.4 ; 1.5 ; 2.0) ; С, Г –легирование кремнием(до 0.85%) и марганцем ( до 1.7%) .Сталь поставляют после сфероидизирующего отжига со структурой зернистого перлита (HB 1790-2170) и повышенными требованиями к качеству металла . В стали строго регламентированы карбидная неоднородность и загрязненность неметаллическими включениями .Для изготовления высокоскоростных подшипников применяют стали после электрошлакового переплава ( к марке таких сталей добавляют букву Ш , например , ШХ15-Ш) , отличающиеся наиболее высокой однородностью структуры. Такие стали необходимы также для изготовления высокоточных приборных подшипников. Детали подшипников подвергают типичной для заэвтектоидных сталей термической обработке : неполной закалке от 820-850 градусов цельсия в масло и низкому отпуску при 150-170 градусах цельсия. После закалки в структуре сталей сохраняется остаточный аустенит (8-15% , превращение которого может вызвать изменение размеров деталей подшипников . Для их стабилизации прецизионные подшипники обрабатывают холодом при -70-80 градусах цельсия. Окончательно обработанная подшипниковая сталь имеет структуру мартенсита с включениями мелких карбидов и высокую твердость (HRC 60-64).Детали крупногабаритных роликовых подшипников диаметром 0.5-2 м ( для прокатных станов , электрических генераторов) изготовляют из сталей 12ХН3А , 12ХН4А , подвергая их цементации на большую глубину (3-6 мм). Для подшипников , работающих в агрессивных средах , применяют коррозионно-стойкую хромистую сталь 95Х18 (0.95%С , 18%Cr).

Подшипниковые стали характеризуются высокой твердостью. Так как подшипники трения-качения должны выдерживать большое количество циклов высоких контактных напряжений, к подшипниковым сталям предъявляют особые требования в отношении металлургического качества: общей и осевой пористости, газовых пузырей, флокенов, ликвации и неметаллических включений.При этом неметаллические включения строго лимитируются, поскольку, выходя на рабочие поверхности, они являются концентраторами напряжений и источниками преждевременного разрушения подшипников.Кольца подшипников трения-качения с толщиной стенок до 15-20 мм изготавливаются из стали ШХ15, а с большей толщиной-из стали ШХ15СГ.

Химический состав подшипниковых сталей
Марка стали	С,%	Cr,%	Mn,%	Si,%
ШХ6	1,05-1,15	0,4-0,7	0,2-0,4	0,17-0,37
ШХ9	1,05-1,10	0,9-1,2	0,2-0,4	0,17-0,37
ШХ15	0,95-1,05	1,3-1,65	0,2-0,4	0,17-0,37
ШХ15СГ	0,95-1,05	1,3-1,65	0,9-1,2	0,4-0,65

Критические точки температур А_c1 у подшипниковых сталей находится в следующих интервалах: ШХ6 : 730-745^oC; ШХ9 : 730-755^oC; ШХ15 : 735-765^oC; ШХ15СГ : 725-760^oC. Для получения высокой прочности подшипниковые стали при закалке нагревают выше температур эвтектоидного превращения, что обеспечивает необходимую концентрацию C и Cr в твердом растворе и очень мелкое однородное зерно. У подшипниковых сталей большое значение имеет карбидная составляющая, которая определяет степень насыщения твердого раствора и величину действительного зерна при нагреве под закалку. Обычно применяют подшипниковые стали, имеющие перед закалкой исходную структуру с глобулярными карбидами. Оптимальной исходной структурой, обеспечивающей при закалке сочетание наибольшего насыщения твердого раствора и минимальной величины зерна, является структура однородного мелкозернистого перлита (балл 2-4), обладающего твердостью 187-207 HB. Температура нагрева такой структуры под закалку стали ШХ15 : 830-850^oC, ШХ15СГ : 820-840^oC (при закалке в масле). Критическая скорость охлаждения подшипниковых сталей (нагрев 820-840^oC) составляет для ШХ6 : 450-500^oC в 1 сек; ШХ9 : 175-200^oC в 1 сек; ШХ15 : 35-40^oC в 1 сек. Соответственно этому изменяется прокаливаемость подшипниковых сталей. Наибольшей прокаливаемостью обладает сталь ШХ15СГ, поэтому ее применяют для массивных изделий. Максимальные прокаливаемые сечения изделий из разных сталей, закаливаемых в масле (твердость сердцевины не ниже 60 HRC, исходная структура - зернистый перлит), следующие: ШХ6 : 9-10 мм; ШХ9 : 14-15 мм; ШХ15 : 23-25 мм; ШХ15СГ : 50-65 мм.

Стали подшипниковые, согласно ГОСТ 801-78, обозначаются также как и легированные, но с буквой Ш в конце наименования.

Маркировка легированных сталей. Марка легированной качественной ста­ли состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. Легирующие элементы имеют следующие обозначения: хром (X), никель (Н), марганец (Г), кремний (С), молибден (М), вольфрам (В), титан (Т), алю­миний (Ю), ванадий (Ф), медь(Д), бор(Р), кобальт(К), ниобий (Б), цирко­ний (Ц). Цифра, стоящая после буквы, указывает на содержание легирую­щего элемента в процентах. Если цифра не указана, то легирующего элемента содержится до 1,5%. В конструкционных качественных легированных сталях две первые цифры марки показывают содержимое углерода в сотых долях процента. Кроме того, высококачественные легированные стал и име­ют в конце букву А, а особо высококачественные — Ш. Например, сталь марки ЗОХГСН2А: высококачественная легированная стальсодержит0,30% углерода, до 1% хрома, марганца, кремния и никеля до 2%; сталь марки 95Х18Ш: особо высококачественная, выплавленная методом электрошла­кового переплава с вакуумированием, содержит0,9— 1,0% углерода; 17—19% хрома, 0,030% фосфора и 0,015% серы.Легированные конструкционные стали делят на цементуемые, улуч­шаемые и высокопрочные.