Вопросы для самоконтроля

1. Каково назначение пружинных сталей?

2. Какие требования предъявляются к пружинным сталям?

3. Как классифицируются пружинные стали?

4. Какие элементы применяются для легирования пружинных сталей и какова их роль?

5. Что понимают под релаксационной стойкостью и существующие способы ее повышения?

6. Назовите способы упрочнения пружинных сталей и дайте их характеристику.

7. Рассмотрите режимы термообработки пружинных и рессорных сталей.

8. Что такое патентирование, его цель и способ проведения?

9. Какая микроструктура обеспечивает получение заданного комплекса свойств в пружинных сталях?

10. Какие существуют способы повышения свойств пружин и рессор?

11. Каковы области применения пружинных сталей общего назначения?

12. Какие стали применяются в качестве коррозионностойких и теплостойких пружинных?

Литература

1. Гольдштейн М.И. Специальные стали /М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер. – М.: МИСИС. – 1999. – 408 с.

2. Ляхович Л.С. Специальные стали /Л.С. Ляхович. – Минск.: Высш. шк., 1985. – 208 с.

3. Рахштадт Ю.А. Пружинные стали и сплавы /А.Г. Рахштадт. – М.: Металлургия. – 1982. – 400 с.

4. Башнин Ю.А. Технология термической обработки стали /Ю.А. Башнин, Б.К. Ушаков, А.Г. Сеней. – М.: Металлургия, 1986. – 424 с.

5. Журавлев В.Н. Машиностроительные стали: Справочник /В.Н. Журавлев, О.Н. Николаева. – М.: Машиностроение, 1981. – 391 с.

Подшипниковые стали

Подшипники – один из основных и ответственных элементов большинства машин и механизмов. К особенностям характера работы подшипников относятся высокие локальные нагрузки. Основные напряжения в деталях подшипников при эксплуатации возникают вследствие многократно повторяющегося контактного нагружения колец и тел качения. Кроме того, детали подшипников могут подвергаться изнашиванию (из-за проскальзывания катящихся тел), динамическим нагрузкам, воздействию коррозионных сред и повышенных температур. По составу и свойствам подшипниковые стали близки к инструментальным.

Основные требования к подшипниковым сталям

1. Высокая статическая грузоподъемность – предельная нагрузка, при которой остаточные деформации в зоне контакта не превышают 0,01 % от диаметра шарика или ролика. Давление в зоне контакта при работе подшипника достигает 2000 – 4000 МПа, поэтому требуется высокое сопротивление пластической деформации. Это осуществляется применением в качестве материала для подшипников заэвтектоидных легированных хромом сталей, обработанных на высокую твердость (> HRC60).

2. Износостойкость, в том числе абразивная. Определяется не только твердостью матрицы, но и дисперсными включениями твердых специальных карбидов. Для их образования вводится хром до 2,0 % при ~ 1,0 % углерода.

3. Высокое сопротивление контактной усталости. Эта характеристика чрезвычайно сильно зависит от чистоты металла по неметаллическим включениям (особенно сульфидным и оксидным), от карбидной неоднородности (сетка карбидов, строчечные включения), а также от содержания водорода, поскольку подшипниковые стали флокеночувствительные. Поскольку сопротивление контактной усталости сильно зависит от наличия металлургических дефекторв различного рода, то при производстве подшипниковых сталей особое внимание уделяется рафинирующим переплавам. Применяют электрошлаковый (ЭШП), вакуумнодуговой (ВД), плазменный, электронно-лучевой переплавы. Рафинирующие переплавы позволяют значительно снизить загрязненность стали неметаллическими включениями, что, естественно, удорожает сталь. Если принять за 100 % содержание включений в стали ШХ15 открытой выплавки, то для стали, обработанной синтетическим шлаком (ШХ15Ш), оно составляет 45 %, для той же стали вакуумно-дуговой выплавки (ШХ15ВД) 35 %, а для стали, обработанной шлаком и дополнительно переплавленной вакуумно-дуговым способом (ШХ15ШД), 25 %. При этом оставшиеся включения более равномерно распределяются в объеме слитка, уменьшается и средний размер включений. Снижается также закрязненность газами и вредными примесями.

Не менее вредным фактором, с точки зрения контактной усталости, является карбидная неоднородность (карбидная сетка, строчечные включения карбидов и т.п.). Способ устранения этого дефекта заключается в проведении оптимальной пластической и термической обработки.

4. Высокое сопротивление малым пластическим деформациям. Это требование наиболее актуально для подшипников точных приборов.

5. Размерная стабильность. В зависимости от размеров и класса точности подшипников изменения размеров при эксплуатации не должны превышать 10^–4 – 10^–5 мм. Размерная стабильность зависит от содержания остаточного аустенита в стали. При увеличении количества остаточного аустенита размерная стабильность ухудшается, так как остаточный аустенит является нестабильной структурной составляющей и при высоких нагрузках может превращаться в мартенсит, что сопровождается объемными изменениями.

6. Хорошая прокаливаемость в больших сечениях.

7. Достаточная вязкость.

8. Экономичность легирования.