Легирование и термическая обработка

Основным легирующим элементом подшипников широкого назначения является хром. Он имеет основные преимущества перед другими ЛЭ.

Cr в заэвтектоидных сталях образует мелкодисперсную карбидную фазу, которую легко получить в виде глобулей.

Он увеличивает износостойкость стали ввиду высокой твердости карбидов.

Хром повышает прокаливаемость стали и позволяет охлаждать детали при закалке в масле.

Хром при небольших содержаниях слабо понижает точки М_н и М_к и позволяет при охлаждении до комнатных температур получать низкое содержание остаточного аустенита.

В зависимость от размеров деталей хром вводят в сталь в количестве 0,6…0,9 или 1,5 %.

Во всех сталях содержание углерода допускается 0,95…1,05 %.

Наибольшее распространение получила сталь ШХ15.

Если ШХ15 не удовлетворяет по прокаливаемости, то используют стали с добавками кремния и марганца (ШХ15СГ или ШХ20СГ).

Для работы подшипников в агрессивных средах применяют стали марок 11Х18М и 95Х18 - Ш, а при повышенных температурах – 8Х4М4В2Ф - Ш и 8Х4В9Ф2 - Ш.

Для подшипников крупных размеров или изготавливаемых посредством пластической деформации применяют низкоуглеродистые цементуемые стали: 15Г1, 18ХГТ, 20ХНМ или 20Х2Н4А.

Перед закалкой стали типа ШХ должны обязательно иметь структуру зернистого перлита. Поэтому заготовки подшипников, полученные методами горячей деформации, обязательно подвергают отжигу на зернистый перлит.

Отжиг поковок из сталей ШХ15, ШХ15СГ и ШХ20СГ. Для обеспечения хоро­шей обрабатываемости резанием и подготовки структуры к закалке после горячей деформации производится отжиг поковок на зернистый цементит (перлит) различной степени дисперсности, оцениваемой но шкалам ГОСТ. Наилучшая микроструктура для последующей термической обработки и об­рабатываемости резанием – однородный мелкозернистый цементит (перлит) [1].

Структура стали после отжига оказывает большое влияние на выбор режи­мов при закалке, поэтому разница в структуре между поковками должна быть минимальной, что может быть обеспечено соблюдением тепловых режимов, как при ковке, так и при отжиге поковок.

Режим отжига состоит в нагреве до 800 ^о С, выдержки, охлаждении до 730 ° С, выдержки, охлаждении с печью до 600 ^о С и далее на воздухе. При отжиге по­ковки можно нагревать с любой скоростью. Для равномерного нагрева всей садки рекомендуется при температуре 700 –730 ^оС делать выдержку. Выдержка при температуре отжига должна быть достаточной для превращения перлита в аустенит и для выравнивания температуры по всему объему садки – обычно 3 – 4 ч.

Учитывая, что структура исходных поковок неодинакова (разная температура окончания ковки, скорость охлаждения и пр.), скорость охлаждения поковок ориентировочно должна быть в пределах 15 – 20 ^о С / ч для садок массой более 3 т, 20 – 25 ^о С/ч для садок массой 0,5 – 3 т, 25 – 30 ^о С / ч для садок массой менее 0,5 т.

Эти скорости необходимы лишь в интервале температур распада аустенита – до 650 – 550 ^о С. Далее охлаждение производится на воздухе.

Для отжига могут использоваться шахтные электропечи или, что пред­почтительнее, конвейерные, или толкательные проходные печи, в которых распре­деление мощности по длине печи позволяет обеспечить сохранение оптимального режима и достаточно высокую производительность

Твердость стали ШХ15 после отжига находится в пределах НВ 207…179, а стали ШХ15СГ и ШХ20СГ – НВ 217…179.

Нормализация и высокий отпуск поковок из стали 80Х2Н4А. Нормализация поковок проводится при температуре 900 – 920 ^о С, а высокий последующий отпуск при 650 ^о С и достаточно большой выдержке, необходимой для выравни­вания температуры по всему объему садки.

При наличии мелкого природного зерна (не крупнее балла 5 шкалы ГОСТ) после ковки можно ограничиться высоким отпуском при 650 ^оС, но с более длительной выдержкой. Твердость поковок после высокого отпуска должна быть не выше НВ 241. Микроструктура – сорбитообразный перлит.

Отжиг поковок из стали 65Х18. Поковки после охлаждения в термостате загружают на отжиг в печь, нагретую до температуры 600 ^о С. После прогрева всей садки при 600 ^о С поковки нагревают до 850 – 870 ^о С со скоростью 200 ^о С / ч и выдерживают при этой температуре 5 – 6 ч.

Затем проводят охлаждение с печью вначале до 740 –760 ° С со скоростью 30 – 40 ^о С / ч (выдержка 4 – 6 ч) и потом до 450 ^о С; дальнейшее охлаждение на воздухе.

Твердость поковок после отжига должна быть не выше НВ 269 при диаметре отпечатка не менее 3,7 мм. Микроструктура поковок – мелкозернистый или зер­нистый перлит и избыточные карбиды.

Отжиг поковок из сталей 8Х4В9Ф2 - Ш и 8Х4М4В2Ф - Ш. Заготовки после ковки охлаждают в печи, нагретой до температуры 500 ^о С, поэтому отжиг их можно начать непосредственно после выравнивания температуры по всей садке или холодные заготовки после ковки загружать в печь, нагретую до температуры 500 – 600 ° С. После прогрева поковки нагревают до 830 – 850 ^о С со скоростью 200 ^о С/ч, выдерживают при этой температуре в течение 3 – 5 ч. Затем проводят охлаждение с печью вначале до температуры 720 –750 ^о С со скоростью 30 – 40 ^о С/ч, выдержка 4 – 6 ч и потом до 550 ^о С; дальнейшее охлаждение на воздухе.

Твердость поковок после отжига должна быть не выше НВ 269 при диаметре отпечатка не менее 3,7 мм; микроструктура поковок – сорбитообразный или зер­нистый перлит с избыточными карбидами.

Упрочнение деталей подшипников заключается в закалке и последующим отпуске [1, 15].

При закалке колец принимаются все меры предупреждения возникновению деформации. Кольца, как правило, укладывают в один слой, устанавливают минимальную температуру нагрева, обеспечивающую сквозную прокаливаемость и охлаждение ведут в подогретом масле низкой или умеренной вязкости. Для предупреждения окисления и обезуглероживания применяют защитные атмосферы. Отпуск колец, изготовленных из сталей ШХ, проводят при температурах 160…180 ^о С в течение не менее 3-х часов. Длительный отпуск необходим для более полной релаксации внутренних напряжений, которые способствуют образованию шлифовальных трещин при окончательной механической обработке и снижают ресурс работы подшипников.

Охлаждение при закалке элементов качения производят в масле, если их диаметр не превышает 12 мм. Более крупные детали охлаждают в воде или водных растворах солей. При охлаждении в воде и водных растворах ведут интенсивное перемешивание жидкости с целью предотвращения пятнистой закалки. Длительность отпуска так же увеличивают с целью более полного снятия внутренних напряжений.

Л 14. Стали с особыми свойствами – 4 ч.

Коррозионно-стойкие (нержавеющие) стали