1.1.2 Смазочные материалы

Чтобы увеличить долговечность работы детали и для лучшего ее скольжения используют смазочные материалы. Они бывают пластичными, жидкими (масла) и твердыми.

Для смазывания подшипников качения, работающих в обычных условиях, преимущественно применяют пластичные смазочные материалы, которые по сравнению с маслами обладают следующими достоинствами: не требуют сложных уплотнительных устройств, имеют более высокие свойства защиты от коррозии, более экономичны.

Однако применение жидких смазочных материалов позволяет снизить момент трения, увеличить предельную частоту вращения в 1,2 – 1,5 раза. С их помощью происходит отвод теплоты и удаление продуктов износа.

Для подшипников, работающих в условиях, при которых жидкие и пластичные смазочные материалы неприменимы (например, вакуум, высокие и низкие температуры, агрессивные среды, радиоактивное излучение, оборудование пищевой и текстильной промышленности, оптические системы), используют твердые смазочные материалы [4].

1.2 Материалы и твердость тел качения

Обычно тела качения подшипников изготовляются из шарикоподшипниковой стали. Для обеспечения работоспособности изделий шарикоподшипниковая сталь должна обладать твердостью не менее HRC 63, высокой прочностью и контактной выносливостью [5].

Это достигается повышением качества металла: его очисткой от неметаллических включений и уменьшением пористости посредством использования электрошлакового или вакуумно-дугового переплава.

При изготовлении деталей подшипника широко используют шарикоподшипниковые (Ш) хромистые (Х) стали ШХ15 (последующая цифра 15 указывает содержание хрома в десятых долях процента – 1,5 %). Сталь ШХ15СГ (дополнительно легирована кремнием и марганцем для повышения прокаливаемости).

Тела качения подшипников, работающих при повышенных температурах (до 500 °С) или в агрессивных средах, изготовляют соответственно из жаропрочных или коррозионно – стойких сталей например, сталь 95Х18, содержащая 0,95 % С и 18 % Cr [6].

Также, в зависимости от предъявляемых к подшипникам требо­ваний, тела качения выпускаются и из других материалов. Для подшипников качения, испытывающих большие динамические нагрузки, детали изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей их цементацией.

Крупногабаритные подшипники для лучшего восприятия ударных нагрузок изготовляются из цементуемой хромоникелевой стали. Ряд подшипников выпу­скается из немагнитных и других материалов [7].

Наиболее подходящие материалы, применяемые для изготовления шариков подшипников качения представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Сравнение сталей ШХ15, ШХ15СГ, 20Х2Н4А

Сталь ШХ15		Сталь ШХ15СГ		Сталь20Х2Н4А
Назначение
Шарики диаметром до 150 мм, детали, от которых требуется высокая твердость, износостойкость и контактная прочность.		Крупногабаритные кольца шарикоподшипников со стенками толщиной более 20 – 30 мм; шарики диаметром более 50 мм		Шестерни и другие цементуемые высоконогруженные детали
Химический элемент	%	Химический элемент	%	Химический элемент	%
Кремний (Si)	0,17 – 0,37	Кремний (Si)	0,40 – 0,65	Кремний (Si)	0,17-0,37
Медь (Cu), не более	0,25	Медь (Cu), не более	0,25	Углерод (С)	0,16-0,22
Марганец (Mn)	0,20 – 0,40	Марганец (Mn)	0,90 – 1,20	Марганец (Mn)	0,3-0,6
Никель (Ni), не более	0,30	Никель (Ni), не более	0,30	Никель (Ni), не более	3,25-3,65
Фосфор (P), не более	0,027	Фосфор (P), не более	0,027	Фосфор (P), не более	0,025
Хром (Cr)	1,30 – 1,65	Хром (Cr)	1,30 – 1,65	Хром (Cr)	1,25-1,65
Сера (S), не более	0,020	Сера (S), не более	0,020	Сера (S), не более	0,025
σ 0,2, МПа	370-410	σ 0,2, МПа	370-410	σ 0,2, МПа	1080
σ B, МПа	590-410	σ B, МПа	590-730	σ B, МПа	1270
%	15-25	%	15-25	%	9
ψ %	35-55	ψ %	35-55	ψ %	45
HB	179-207	HB	179-217	HB	360
HRC	62-65	HRC	61-65	HRC	57-65
Е, ГПа	211	Е, ГПа	211	Е, ГПа	203
Плотность, pn, кг/см3 при 20˚	7812	Плотность, pn, кг/см3 при 20˚	7650	Плотность, pn, кг/см3 при 20˚	7850

Стали ШХ15 и ШХ15СГ очень похожи по свойствам и могут взаимно заменять друг друга. Основное отличие в том, что сталь ШХ15ГС дополнительно легирована кремнием и марганцем. Благодаря этому этого ее используют для изготовления деталей крупногабаритных шарикоподшипников со стенками толщиной более 20 – 30 мм, сами шарики выпускаются диаметром более 50 мм, предел прочности стали ШХ15СГ превышает сталь ШХ15 в среднем на 300 МПа, относительное удлинение при разрыве больше на 20 % и выше температура закалки. Плотность выше у стали ШХ15, она лучше поддается шлифуемости. В остальном свойства этих сталей не уступают друг другу по характеристикам.

Сталь 20Х2Н4А значительно отличается от остальных сравниваемых сталей. Она используется для изготовления высокопрочных деталей, предназначенных для высоких динамических нагрузок, в ней присутствует углерод, по твердости она превышает остальные стали практически в два раза. Выносливость стали достигает 1080 МПа, что определяет ее прочностные свойства.