Шарико-подшипниковые стали

В процессе работы детали подшипников (шарики, ролики, обоймы) испытывают высокие удельные знакопеременные нагрузки.

Стали для подшипников должны обладать высокой твёрдостью и износостойкостью в сочетании с высоким пределом контактной усталости. К сталям предъявляют требования по минимальному содержанию неметаллических включений, развитию карбидной неоднородности и пористости. Эти дефекты, находясь в поверхностном слое, становятся концентраторами напряжений и вызывают преждевременное усталостное разрушение. Долговечность сферических подшипников в значительной мере определяется отклонением от сферической формы, приводящим к биению. Эти отклонения тщательно контролируются.

Подшипниковые стали маркируют буквами Ш и Х, что означает шарикоподшипниковая и хромистая. Цифра после буквы показывает содержание хрома в десятых долях процента. Подшипники общего назначения изготавливают из сталей ШХ15, ШХ15СГ. Они проходят термообработку – закалку при 820 – 850⁰С, охлаждение в масле. Перед отпуском детали охлаждают до 20 – 25⁰С для обеспечения стабильности их работы (за счёт уменьшения количества остаточного аустенита). Отпуск проводят при 150 – 170⁰С в течение 1–2 часов. После такой обработки структура стали состоит из мартенсита и мелких включений карбидов хрома и имеет твёрдость HRC 60 -64.

Подшипники, работающие в условиях агрессивных сред, изготавливаются из коррозионностойкой высокохромистой стали 95Х18-Ш, в которой содержится 0,95% углерода и 18% хрома.

Для, изготовления высокоскоростных подшипников применяют стали после электрошлакового переплава (марки таких сталей добавляют букву Ш, например ШХ 15 – Ш), отличающиеся наибольшей однородностью строения. Эти стали необходимы для изготовления высокоточных приборных подшипников, детали которых тщательно полируют с тем, чтобы обеспечить минимальный коэффициент трения.

Детали подшипников качения, испытывающие большие динамические нагрузки, изготавливают из сталей 20Х2Н4А и 18ХГТ с последующей их цементацией и термической обработкой.

Автоматные стали

Обработка резанием – основной способ изготовления большинства деталей машин и приборов. Обрабатываемость стали зависит от ее механических свойств, теплопроводности, микроструктуры и химического состава.

Повышение обрабатываемости резанием достигается технологическими и металлургическими приемами. Более эффективны металлургические приемы. Они предусматривают введение в конструкционную сталь серы, селена, теллура, кальция, изменяющих состав и количество неметаллических включений; свинца, создающего собственные металлические включения; фосфора, изменяющего свойства металлической основы.

Эти включения создают в очаге резания внутреннюю смазку – тончайший слой, препятствующий схватыванию материала инструмента с материалом обрабатываемой детали, вследствие чего легче отделяется стружка. Легирование стали 0,15 – 0,3 % Рb повышает скорость резания на 20 – 35 %.

Сера в количестве 0,08 – 0,3 % находится в воде сульфидов марганца, вытянутых в направлении прокатки. Сульфиды оказывают смазывающее действие, нарушая при этом сплошность металла.

Фосфор в количестве 0,06 % повышает хрупкость феррита, облегчая отделение стружки металла во время процесса резания.

Оба эти элемента способствуют уменьшения налипания на режущий инструмент и получению гладкой блестящей обрабатываемой поверхности. Однако повышенное содержание этих элементов ухудшают механические свойства, поэтому такие стали используют для изготовления изделий неответственного назначения.

Стали с повышенным содержанием серы и фосфора относятся к группе автоматных сталей и маркируются буквой А и цифрами, показывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Если автоматная сталь легирована свинцом, то обозначение марки начинается с сочетания букв «АС». Буква Е в марке стали говорит о том, что в состав входит селен.

Химический состав и механические свойства некоторых автоматных сталей приведен в таблице 1.

Таблица 1

Химический состав и механические свойства автоматных сталей

Марка стали	Содержание основных элементов, %
	С	S		P			Pb		Se	другие
А12	0,12	0,08 – 0,20		0,08 - 0,15			-		-	0,7-1,0 Mn
А40Г	0,40	0,18 – 0,30		≤0,05			-			1,2-1,55 Mn
АС40	0,40	≤0,04		≤0,04			0,15 – 0,30			-
А35Е	0,35	0,06 – 0,12		≤0,046			-		0,04 – 0,10	-
А40ХЕ	0,40	0,06 – 0,12		≤0,035			-			0,8 – 1,1 Cr
АС12ХН	0,12	≤0,035		≤0,035			0,15 – 0,30		-	0,4-0,7 Сr; 0,5-0,8 Ni
АС30ХМ	0,30								-	0,8-1,1 Сr; 0,15-0,25 Mo
Марка стали	σ0,2		σВ		δ			ψ			КCU МДж/м2
	МПа					%
А12	-		420		22			34			-
А40Г	-		600		14			20			-
АС40	340		580		19			-			-
А35Е	320		540		20			-			-
А40ХЕ	800		1000		10			45			0,6
АС12ХН	450		650		10			-			0,9
АС30ХМ	750		900		12			-			0,10

Применение автоматных сталей обеспечивает снижение сил резания на 20 – 25%, уменьшение износа инструмента в 2 – 10 раз, повышение скорости резания на 20 – 40% при сохранении стойкости инструмента.