книги из ГПНТБ / Олендер, Л. А. Технология и оборудование шарикового производства [учеб. пособие]

b o b , у которых загрязненность отдельными видами неметалли­ ческих включений оценивается по стандартной шкале баллом

1 или 0.

Для оценки качества исходного металла все большее приме­ нение находят более прогрессивные неразрушающие методы контроля, которые основаны на фиксации изменения физиче­ ских характеристик материалов в местах расположения дефек­ тов вследствие различия структур испытуемых объектов или изза различия физических полей, например внутренних напряже­ ний и т. д.

Так, для выявления нарушений сплошности в виде рыхлот в центральных областях прутков, из которых штампуют шарики, разработан ультразвуковой дефектоскоп, работающий на час­ тотах до 15 мгц.

Предназначенная для штамповки шариков сталь ШХ-15 по­ ставляется на подшипниковые заводы в виде круглой холод­ нотянутой проволоки, которая, согласно ГОСТу 4727—67, изго­ товляется в пределах диаметров от 1,4 до 16 мм включительно, и в виде круглых калиброванных или шлифованных прутков длиной от 2,5 до 6,0 м по ГОСТу 7417—57.

Проволока диаметром до 12 мм включительно поставляется только в мотках (бунтах), диаметром свыше 12 мм—в мотках и в прутках. Прутки в этом случае могут иметь длину в преде­ лах от 2,5 до 4,0 м (ГОСТ 4727—67). Вес мотка должен быть не менее 30 кг (для проволоки всех диаметров).

Допускаемые отклонения от номинального диаметра по всей длине проволоки, а также допускаемая глубина дефектов не должны превышать величин, указанных в табл. 34.

При испытании проволоки на растяжение временное сопро­ тивление по ГОСТу 4727—67 должно быть от 60 до 73 кгс/мм2.

224 ГЛ. 6. МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМООБРАБОТКА ШАРИКОВ

Глубина обезуглероженного слоя холоднотянутой стали не должна превышать 1% от диаметра прутка.

Допускаемые отклонения от номинальных диаметров прут­ ков берутся в зависимости от классов точности (2а, 3, За, 4 и 5) для определенного диапазона диаметров по ГОСТу 7417—57.

Исходная отожженная сталь марки ШХ-15 в состоянии по­ ставки должна иметь твердость по Бринеллю НВ 179-207 (диа­ метр отпечатка 4,5—4,2 мм).

Приемка стали производится отделом технического контро­ ля (ОТК) завода-изготовителя. Шарикоподшипниковая сталь подвергается проверкам на химический анализ, обезуглероженность, соответствие размеров, горячую и холодную осадку, качество поверхности, твердость, макро- и микроструктуру, из­ лом в сыром и закаленном состоянии, прокаливаемость, отсут­ ствие усадочной раковины, неметаллические включения и мик­ ропористость.

Прибывшая на завод-потребитель шарикоподшипниковая сталь подвергается работниками ОТК внешней приемки отдела главного металлурга выборочной проверке. Эта проверка за­ ключается в следующем: в каждой пачке (плавке) металла отрезают от 10 прутков концы, которые подвергают исследова­ нию согласно ГОСТу 801—60. В случае обнаружения какихлибо отклонений концы отрезаются повторно. Если дефект под­ тверждается, то данная пачка металла бракуется и рекла­ мируется поставщику, если ее невозможно использовать для других производственных нужд.

Следует отметить, что, как показывает многолетний опыт работы, наиболее часто встречающиеся дефекты исходного ме­ талла, предназначенного для изготовления шариков,— это рис­ ки, волосовины, трещины, поверхностная обезуглероженность и некоторые другие виды.

С. Г. Воинов и А. Г. Шалимов [32] приводят некоторые ори­ ентировочные данные механических свойств шарикоподшипни­ ковой стали марки ШХ-15 в различных состояниях. Эти дан­ ные приведены в табл. 35.

Обычно в зависимости от принятой технологии и назначе­ ния изделий сталь ШХ-15 деформируют в холодном, полугорячем и горячем состоянии. Следует отметить, что эта сталь обладает некоторыми специфическими особенностями, обуслов­ ленными влиянием температурно-скоростного фактора (ско­ рость и степень деформации, скорость деформирования и ско­ рость нагрева), с учетом которого должны назначаться те или другие режимы деформации [36]. Кроме того, необходимо иметь в виду также и температуру ее деформационного разогрева, ко­ торая при штамповке шариков диаметром 3/8" (10, 18+0’2 мм)

226 ГЛ. 0. МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМООБРАБОТКА ШАРИКОВ

Кроме того, шарики изготовляются из поделочного тексто­ лита, т. е. из пластика, получаемого методом прессования тка­ ней, пропитанных фенолформальдегидной смолой, стекловолокнита марки АГ-4 (В) и из марок подобного типа, но с други­ ми наполнителями, термопласта типа полиформальдегида и т. п.

Шарики из пластмасс, помимо использования их в качестве свободных деталей, также находят применение в подшипниках.

Недостатки подшипников с телами качения из пластмасс следующие: значительное снижение грузоподъемности под­ шипников, потребность в большем, чем у цельнометаллических подшипников, крутящем моменте (повышение момента тре­ ния), что говорит о невыгодности применения данных подшип­ ников при высоких числах оборотов, и значительная неодно­ родность тел качения, которую весьма трудно устранить. Пластмассовые шарики имеют точность порядка 12,5—25 мкм.

В то же время пластмассовые шарики, работающие по стальным кольцам, в отличие от стальных шариков меньше из­ нашиваются в условиях наличия абразивных частиц. Роль сепараторов в таких подшипниках могут выполнять промежу­ точные шарики, имеющие несколько меньший диаметр, чем не­ сущие. В этом случае шарики обоих видов окрашивают в раз­ ные цвета, чтобы их не перепутали при сборке подшипников.

Эти подшипники находят применение в бытовых машинах и устройствах, в автомобилях, в счетно-решающих механиз­ мах. Возможными областями применения пластмассовых под­ шипников являются некоторые узлы сельскохозяйственного и текстильного оборудования. Дальнейшее развитие химической промышленности позволит создать такие пластмассы, кото­ рые значительно расширят область применения подшипни­ ков с телами качения из пластмасс.

Твердые сплавы используются для шариков, которые долж­ ны обладать повышенной твердостью, износоустойчивостью, прочностью и т. п. В табл. 36 указаны наиболее распространен­ ные марки твердых сплавов, которые используются для изго­ товления шариков, и приведены их некоторые физико-химиче­ ские свойства.

Обработка шариков из твердых сплавов более трудоемкая, чем, например, из стали ШХ-15. Следует отметить, что наилуч­ шие результаты получаются при обработке шариков из спла­ ва ВК6М [38]. При увеличении или уменьшении содержания кобальта по сравнению со сплавом ВК6М качество и произво­ дительность обработки снижаются.

Для вольфрамотитанокобальтовых сплавов лучшие резуль­ таты получены при обработке шариков из сплава ТЗОКЮМ.

228 ГЛ. 6. МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМООБРАБОТКА ШАРИКОВ

при постепенном и медленном нагреве образуется твердо­ сплавное изделие. Точность изготовления деталей из твердых сплавов лежит в пределах 3—5% от номинального размера. В большинстве случаев предприятия твердых сплавов выпу­ скают необработанные заготовки шариков, не производя отде­ лочных работ. Отделочные работы, т. е. шлифование и до­ водка, выполняются в шариковых цехах подшипниковых заводов.

Ситаллы—новые стеклокристаллические материалы—ста­ ли применяться для изготовления шариков в последние го­ ды. Благодаря высоким физико-механическим, термическим, химическим и электрическим свойствам ситалл можно приме­ нять даже там, где нельзя использовать ни металлы, ни пла­ стические массы.

Ситалл тверже закаленной стали, легче алюминия и в не­ сколько раз прочнее обычного стекла. Он обладает способно­ стью выдерживать быстрые и резкие смены температур в ши­ роком диапазоне почти без нарушения электрических свойств, что является предпосылкой для использования его в будущем в электронной, авиационной, химической и других отраслях промышленности, для изготовления разнообразных деталей.

Сущность изготовления ситалла заключается в том, что стекло, подвергаясь определенному режиму термической обра­ ботки, превращается в почти сплошь закристаллизованный материал. Процесс ситаллизации в отличие от процесса кри­ сталлизации стекла управляем.

В настоящее время разработано довольно много всевоз­ можных марок ситаллов, у которых превалируют те или иные требуемые свойства. Один из наиболее известных зарубеж­ ных стеклокристаллических материалов (ситаллов) — «пирокерам».

Значительная исследовательская работа по выбору стекло­ кристаллических материалов для колец и тел качения подшип­ ников, работающих в агрессивных средах и при повышенных температурах, выполнена во ВНИИПЩ39]. Там были проведе­ ны испытания на шариках диаметром 3/8", (9,525 мм) ситал­ лов марок ІѴ-23, Сі2—12» Сі2—и и ЖзИспытания проводились на специальной четырехшариковой, машине и показали, что ситаллы имеют более высокую контактную долговечность при качении в паре с металлами, чем в паре с ситаллами (ситалловый шарик и металлическое кольцо).

Поскольку подшипники с шариками из ситалла обладают низким моментом трения, а ситаллы, кроме того, являются не­ магнитными материалами и отличными диэлектриками, их применение для изготовления определенных видов подшипни­

ков качения желательно и принципиально возможно при до­ статочно высоком качестве материалов. Поэтому первоочеред­ ной задачей специалистов новой отрасли промышленности — стеклокристаллических материалов—является разработка тех­ нологии получения заготовок шариков из высококачествен­ ного, практически беспористого, однородного ситалла.

§ 2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

Термическая обработка представляет собой процесс тепло­ вой обработки металлических изделий, заключающийся в на­ греве до заданной температуры, выдержке и охлаждении с раз­ личными скоростями. Термическая обработка предназначена для целенаправленного изменения структуры металлов и спла­ вов, а следовательно, и их механических свойств, к которым относятся: прочность, ударная вязкость, износоустойчивость, сопротивляемость длительным переменным нагрузкам, сопро­ тивление сжадию, контактная выносливость и твердость.

Указанные свойства зависят в основном от химического со­ става, структурного состояния, внешнего силового воздейст­ вия, способов . технологической обработки металлов и ряда других факторов. Определение механических свойств произво­ дится на специально подготовленных образцах стандартных размеров и формы по единой методике, установленной для каждого вида испытаний Государственными общесоюзными стандартами.

Прочность — это способность металла сопротивляться раз­ рушению под действием приложенной к металлу внешней на­ грузки. Она определяется качеством термической обработки и характеризуется пределом прочности. Предел прочности — на­ пряжение, равное отношению наибольшей нагрузки, предшест­ вовавшей разрушению образца, к первоначальной площади се­ чения образца.

Ударная вязкость — способность металла оказывать сопро­ тивление действию ударных нагрузок. При этом способе испы­ таний на специальном маятниковом копре производится разру­ шение образцов стандартных размеров и формы с помощью падающего маятника. Ударная вязкость измеряется количест­ вом работы, расходуемой на ударный излом образца и отне­ сенной к рабочей площади его поперечного сечения в месте

надреза.

Износоустойчивость — свойство материала оказывать со­ противление поверхностному износу. Показателем ее служит интенсивность износа, представляющая отношение линейного износа к пути трения, на котором произошел износ.

230 ГЛ. G. МАТЕРИАЛЫ И ТЕРМООБРАБОТКА ШАРИКОВ

Сопротивляемость длительным переменным нагрузкам —

это сопротивляемость усталости, т. е. разрушение металла, на­ ступающему после большого числа повторно-переменных (ци­ клических) нагрузок. Она характеризуется пределом устало­ сти, определяемым наибольшим напряжением, при котором образец выдерживает без разрушения заданное число циклов, принимаемое за базу испытания.

Сопротивление сжатию — способность металла оказывать сопротивление разрушению под действием приложенной на­ грузки. При этом методе испытаний (метод И. М. Сахонько ' [40]) в приспособлении производится сжатие специальных об­ разцов со сферической (круговой) выточкой. Его показатели— условное сопротивление сжатию (отношение разрушающей на­ грузки к начальной площади поперечного сечения образца в наименьшем сечении круговой выточки), действительное на­ пряжение при разрушении (отношение разрушающей нагруз­ ки к площади поперечного сечения образца в наименьшем се­ чении круговой выточки в момент разрушения) и пластичность (отношение разности площадей поперечного сечения образца в момент разрушения и начальной к начальной площади по­ перечного сечения образца).

Контактная выносливость — это способность металла ока­ зывать сопротивление усталостному выкрашиванию на поверх­ ности испытываемых образцов, которые обкатываются при оп­ ределенной нагрузке и скорости вращения в паре со специаль­ но подготовленным кольцом или диском. Она измеряется про­ должительностью времени (в часах), количеством циклов на­ пряжений или суммарным количеством оборотов, которые со­ вершены испытываемым образцом до появления на нем пер­ вых выкрашиваний (питтингов). Испытания производятся на специально предназначенных для этой цели машинах моделей МИД, МКВ, МИ системы «МЭЗИМ и В» и др.

Твердость — свойство металла сопротивляться проникно­ вению в него более твердого тела, не получающего остаточных деформаций при испытании. Это самый распространенный спо­ соб оценки механических свойств металла, он может быть бы­ стро проведен непосредственно на деталях без их разрушения и без изготовления специальных образцов. Из существующих способов определения твердости на специальных приборах в производственной практике чаще всего используются сле­ дующие.

1. Твердость по Бринеллю (НВ) определяется вдавливани ем в поверхность испытуемого металла очень твердого сталь­ ного закаленного шарика диаметром 2,5; 5 или 10 мм под дей­ ствием нагрузки до 3 тв течение определенного времени. В ре­

зультате на поверхности изделия остается сферический отпеча­ ток некоторого диаметра, который замеряется при помощи специальной лупы. Затем в зависимости от диаметра отпечат­ ка, диаметра шарика и нагрузки по специальной таблице оп­ ределяется число твердости.

2. Твердость по Роквеллу (HRA, HRB, HRC) определяется вдавливанием в поверхность испытуемого металла стального шарика диаметром 1,588± 0,001 мм (красная шкала В в ци­ ферблате индикатора) или алмазного конуса с углом при вер­ шине 120° ±0,5° (черные шкалы А и С на циферблате индика­ тора). Вдавливание стального шарика (HRB) применяется для испытания мягких металлов, вдавливание алмазного ко­ нуса — для твердых (HRC) и самых твердых (HRA) металлов. Практически на приборе Роквелла число твердости после изме­ рения автоматически показывается на циферблате индика­ тора.

3.Твердость по Викерсу (НѴ) определяется вдавливанием

вповерхность испытуемого металла четырехгранной алмазной

пирамиды с углом между противоположными гранями а = = 136°±0,5°. Замер диагонали получаемого отпечатка осущест­ вляется с помощью окуляра-микрометра микроскопа, вмонти­ рованного в прибор. Этот способ применяется для определе­ ния твердости небольших по габаритам деталей и инструмен­ тов, металлов высокой твердости, весьма малых сечений и тонких наружных слоев термически обработанных изделий.

После проведения процесса термической обработки метал­ ла его вышеуказанные механические свойства в зависимости от потребности и соответственно примененного вида термооб­ работки могут изменяться в ту или другую сторону, т. е. улуч­ шаться или ухудшаться.

Основными видами термической обработки являются от­ жиг, нормализация, закалка и отпуск.

Отжиг подразделяется на полный и неполный. Полный от­ жиг производится при нагреве стали до температуры в преде­ лах 800—900° С, выдержке при этой температуре и последу­ ющем медленном охлаждении (обычно вместе с печью). Охлажденная после такого нагрева сталь имеет мелкозернистое строение. Этот вид термообработки применяется для пониже­ ния твердости стали, улучшения обрабатываемости, для из­ мельчения зерен и улучшения механических свойств.

Неполный отжиг стали производится при нагреве до тем­ ператур около 750° С. При этом виде термообработки происхо­ дит частичная перекристаллизация, что способствует смягче­ нию стали. Неполный отжиг снимает остаточные напряжения и уменьшает твердость [41].

температурах и последующем охлаждении на спокойном воз­ духе. При этом виде термообработки скорость охлаждения вы­ ше, чем при отжиге, что приводит к большей степени мелко­ зернистости и большей равномерности структуры. Сталь после нормализации получает большую твердость и прочность, чем при отжиге.

Закалка представляет собой процесс нагрева стали также до высоких температур (свыше 723° С), выдержки при этих температурах с последующим охлаждением с очень высокой скоростью в специальных закалочных средах, в качестве кото­ рых в зависимости от химического состава стали применяют­ ся: вода, водные растворы солей, кислот и щелочей, минераль­ ные и растительные масла, эмульсии и т. п. Закалка стали очень сильно изменяет ее механические свойства и в первую очередь такие показатели, как прочность, твердость, износо­ устойчивость, контактная выносливость и др. Изменение свойств стали после закалки объясняется изменением ее структуры.

Различают следующие виды закалки: полная и неполная, изотермическая и ступенчатая, с самоотпуском, светлая и по­ верхностная.

Полная закалка, например, изделий из стали ШХ-15, осу­ ществляется при нагреве их до температуры 795—815° С, вы­ держке при этой температуре и последующем резком охлаж­ дении. Она применяется для улучшения механических и физи­ ческих свойств стали. Неполная закалка стали ШХ-15 произ­ водится при температуре нагрева 735—765° С.

Изотермическая закалка применяется в тех случаях, когда необходимо получить минимальную деформацию стальных из­ делий.

Для стали ШХ-15 она осуществляется при нагреве до тем­ пературы 795—815° С, выдержке при этой температуре и по­ следующем Охлаждении до полного распада аустенита.

Ступенчатая закалка отличается от изотермической тем, что кратковременная выдержка в промежуточной охлажда­ ющей среде дается лишь для выравнивания температуры по сечению изделия. Распад аустенита происходит при дальней­ шем охлаждении на воздухе.

Закалка с самоотпуском аналогична полной закалке, но от­ личается от нее тем, что детали' не полностью охлаждаются. Вследствие этого тепло, сохранившееся в сердцевине детали, обеспечивает отпуск закаленного наружного слоя.

Светлая закалка отличается от обычной закалки примене­