Качественные подшипники являются залогом превосходных эксплуатационных свойств множества машин и механизмов. Поэтому шарики, ролики, нагнетательные клапаны, кольца, толкатели, другие элементы для подшипников изготавливают из особенной стали.
Общая характеристика стали для подшипников
Какую сталь используют на подшипниках? К ней предъявляется целый ряд требований, выполнение которых обеспечивает надежность изготавливаемых деталей. Химический состав и ключевые свойства металла должны соответствовать эксплуатационным условиям, в которых работают подшипниковые изделия. Шарикоподшипниковой является сталь со специальным конструкционным составом.
Работа подшипника предполагает воздействие постоянного знакопеременного повышенного напряжения. Опорная поверхность имеет небольшую площадь, а давление – чрезвычайно мощное. Поэтому естественно возникновение локальных напряжений с переменным знаком – у контура поверхность растягивается, в центре – сжимается. Разовое возникновение напряжения не имеет значения, но в подшипниках оно создается постоянно, непрерывно, бесконечно. И это может стать поводом для появления усталостных трещин в металле, в итоге – приводящих к полному разрушению изделия.
Детали шарикоподшипников подвергаются влиянию и другой нагрузки – истиранию. Контактирование поверхностей служит причиной возникновения напряжений из-за силы трения. Начинают отпадать микроскопические частички металла, зазор между шариками и кольцами увеличивается, что, в свою очередь, ведет к ускорению абразивного износа.
Истирание поверхности металла зависит от следующих факторов:
- активности среды, в которой эксплуатируется подшипник;
- качества и характеристик смазочных материалов, используемых при работе;
- уровня качества производства изделия;
- количества наличествующих абразивных частиц.
Учитывая все особенности, подшипниковая сталь должна соответствовать критериям:
- обладать повышенной износостойкостью и надежностью, невысокой хрупкостью;
- иметь хороший уровень упругости;
- показатель сопротивления усталостности металла должен быть на высоте;
- содержание неметаллических примесей, наличие дефектов (трещин, волосовин, прочего) должно быть сведено к нулю.
Производство и состав подшипниковых сталей
Сталь для подшипников качения выплавляется в основном в электродуговых печах, реже в мартеновских кислых.
Использование электродуговых агрегатов предполагает технологии:
- обработку сплава синтетическим шлаком – в ковше;
- обработку шлаком в печи.
Используется свежая шихта или способ переплава. Партию затем подвергают дополнительной обработке, удаляя неметаллические включения, газы, примеси.
Популярные марки стали для подшипников: ШХ20СГ, ШХ15СГ, ШХ15, 11Х18М-ШД, 95Х18-Ш. В них в разных количествах содержатся следующие элементы:
- достаточно много углерода, обеспечивающего нужную стойкость к истиранию, и прочность для эксплуатации в условиях повышенной температуры – выше 100ºС;
- марганец, хром – повышают сопротивление к истираемости;
- марганец, кремний – действуя как раскислители, могут уменьшать уровень вязкости;
- хром дает сплаву твердости, улучшает сопротивляемость к износу;
- молибден увеличивает долговечность.
Другие добавки могут негативно влиять на качество сплава, поэтому их количество строго регламентируется:
- медь – повышает прочность, но провоцирует появление трещин на поверхностях изделий;
- никель – в больших количествах ухудшает показатели твердости;
- фосфор – делает сплав губчатым, хрупким.
Также нежелательно присутствие свинца, азота, олова, мышьяка.
