Использование подшипниковой стали не по назначению. Из какой стали делают подшипники?

Пояснение: Насколько я знаю, объяснение простое. Если я бью молотком по металлу, когда он уже остыл, образуются микротрещины, которые плохо «заживают» даже при хорошем нагреве, а затем все рушится на них. Вот и все.

Использование подшипниковой стали не по назначению

К стали для подшипников качения предъявляются высокие требования, особенно в отношении твердости, износостойкости и предела усталости. Эти требования выполняются благодаря сочетанию оптимального химического состава и термической обработки до необходимой твердости. Для подшипниковых сталей общего назначения (тип SHC15) твердость после термообработки обычно составляет 60-64 HRC (закалка + низкотемпературная закалка 150-190°C, 1,5-2 часа).

Кроме того, подшипниковые стали часто должны иметь минимальное содержание неметаллических включений и водостойких карбидов, которые могут привести к преждевременному выходу изделия из строя.

В дополнение к закалке и отпуску, стали, для которых важна стабильность размеров, могут быть подвергнуты холодной штамповке пр и-80°C.

Большинство подшипниковых сталей содержат в своей микроструктуре хром, который способствует образованию карбидов. Это повышает твердость и износостойкость шариков и роликов. Хромсодержащая сталь, такая как ShCr15, имеет низкую мартенситную структуру и малое количество карбидов после закалки и низкого отпуска.

Читайте также: Функции трехходового крана под прибор для измерения давления (манометра)

Свойства стальных сплавов

Уже само обозначение указывает на то, что подшипниковые стали необходимы для изготовления шариков, колец, роликов и различных других деталей, которые могут подвергаться высоким нагрузкам.

Стали с более высоким содержанием углерода:

1. Сплавы, предназначенные для эксплуатации при высоких температурах и агрессивных средах. К таким сталям выдвигают повышенные требования, поэтому они должны характеризоваться устойчивостью к нагреву и коррозии.
2. Стальные сплавы для функционирования в стандартных условиях. Металл может использоваться в различных отраслях. Сплавы имеют в составе хромомарганец, хром, молибден, кремний.

В качестве подшипниковых сплавов популярны следующие стали: 11Х18М-ШД, ШХ15, 95Х18Ш, ШХ20СГ, 8Х4М4ВФ1Ш. Буквы ШД в названии стального сплава означают, что сталь была произведена методом вакуумно-дугового рафинирования. Буква SH означает, что для производства этих сплавов была использована технология электроскребления.

Основные характеристики металлических сплавов очень похожи на химический состав стали инструментальной группы.

Обозначение сталей с легирующими элементами

Как уже упоминалось, классификация легированных сталей включает в себя несколько категорий. Обозначение легированных сталей соответствует определенным правилам, которые позволяют относительно легко определить категорию конкретного сплава и его основную область применения. Первая часть обозначения этих категорий содержит число (два или один), указывающее на содержание углерода. Два числа указывают среднее содержание углерода в сплаве в процентах, а одно — в десятых долях процента. Существуют также стали, которые не имеют цифр в начале обозначения марки. Это означает, что содержание углерода в этих сплавах составляет порядка 1%.

Пример обозначения стального сплава

Буквы, которые появляются после первых цифр обозначения марки, указывают на то, из чего сделан данный сплав. За буквами может скрываться номер, содержащий информацию о компоненте. Если есть цифра, она указывает (в целых числах) среднее содержание элемента в составе сплава; если цифры нет, это означает, что элемент присутствует в диапазоне от 1 до 1,5%.

Для некоторых видов стали в конце маркировки может стоять буква «А». Это указывает на то, что мы имеем дело с высококачественной сталью. К таким маркам можно отнести как углеродистые, так и легированные стали. Согласно классификации, к этой категории относятся стали, в которых доля серы и фосфора не превышает 0,03%.

Свойства стальных сплавов

Уже само обозначение указывает на то, что подшипниковые стали необходимы для изготовления шариков, колец, роликов и различных других деталей, которые могут подвергаться высоким нагрузкам.

1. Сплавы, предназначенные для эксплуатации при высоких температурах и агрессивных средах. К таким сталям выдвигают повышенные требования, поэтому они должны характеризоваться устойчивостью к нагреву и коррозии.
2. Стальные сплавы для функционирования в стандартных условиях. Металл может использоваться в различных отраслях. Сплавы имеют в составе хромомарганец, хром, молибден, кремний.

В качестве подшипниковых сплавов популярны следующие стали: 11Х18М-ШД, ШХ15, 95Х18Ш, ШХ20СГ, 8Х4М4ВФ1Ш. Буквы ШД в названии стального сплава означают, что сталь была произведена методом вакуумно-дугового рафинирования. Буква SH означает, что для производства этих сплавов была использована технология электроскребления.

Основные характеристики металлических сплавов очень похожи на химический состав стали инструментальной группы.

Характеристики подшипниковых сплавов

Подшипниковая сталь, используемая для изготовления подшипников качения, подвергается регулярно меняющимся нагрузкам. Повторяющееся давление на любую область ролика или шариковых колец вызывает локальные напряжения.

Временами возникают напряжения до 500 кгс/см2, что может вызвать незначительную деформацию прокатного элемента. На первый взгляд, это не вызывает беспокойства, но поскольку подшипник регулярно нагружается, через некоторое время появляются трещины.

В процессе эксплуатации подшипники также значительно изнашиваются, в результате чего на них образуются поверхности трения. Износ вызван натяжением и трением во время работы. Мелкие частицы, действующие как абразивы, могут отделяться во время работы, вызывая преждевременный износ из-за трения.

• химические характеристики среды, где эксплуатируется деталь;
• качество сборки самого изделия;
• количество абразивных частиц в изделии.

Если в процессе эксплуатации детали подвергаются сильному износу, то они могут износиться гораздо быстрее, чем выйти из строя из-за усталостной деформации. Когда подшипники подвергаются комбинированным нагрузкам, срок службы стали значительно сокращается.

Поскольку все компоненты постоянно находятся в непосредственном контакте друг с другом, важно, чтобы подшипниковые стали были изготовлены без посторонних примесей. Важно, чтобы сплав был однородным, так как небольшие различия в материале во время эксплуатации могут привести к появлению трещин и других дефектов. Все подшипниковые стали должны обладать низкой хрупкостью и характеризоваться высокой усталостной прочностью в металлических сплавах. Кроме того, в зависимости от области применения, сплавы должны быть устойчивы к механическому износу и характеризоваться твердостью.

Требования к химическому составу

• кремний;
• серу;
• углерод;
• марганец;
• хром;
• медь;
• фосфор;
• никель.

В зависимости от типа стального сплава все эти компоненты содержатся в определенных пропорциях. Если сплав ШХ15СГ содержит 0,4-0,65% кремния и 0,95-1,05 углерода, то сталь ШХ15 содержит 0,17-0,37% кремния, а значения углерода находятся в том же диапазоне.

Высокое содержание углерода в подшипниковых сталях качения придает сплавам хорошую износостойкость в процессе эксплуатации. Именно углерод влияет на прочность деталей после нагрева. Термообработка придает геометрии стабильность при рабочих температурах выше 100 градусов Цельсия. Хотя термическая обработка обеспечивает стабильность, она также снижает твердость стальных сплавов.

Марганец и хром, которые добавляются в подшипниковую сталь, придают сплавам большую износостойкость и твердость.

Такой ингредиент, как молибден, добавляется в сплавы для подшипников, чтобы обеспечить долговечность готовых изделий. Хотя большинство добавок являются обязательными, их количество играет очень важную роль. Чрезмерное количество может оказать негативное влияние, поэтому при производстве стали необходимо соблюдать пропорции.

Компоненты с негативным влиянием

1. Медь. Данный элемент хоть и увеличивает прочность готовых слов, но при избытке может стать причиной появления трещин и надрывов.
2. Фосфор. Компонент способен уменьшать прочность на изгиб и делать материал хрупким. Если добавлять вещество в определенном количестве, то повышается восприимчивость стали к нагрузкам динамического характера.
3. Азот, олово либо мышьяк. Данные компоненты даже при наличии в тысячных долях процента могут стать причиной раскрашивания металла.
4. Никель. Если сталь имеет избыточные показатели никеля в своём составе, то твёрдость может существенно быть снижена.
5. Сера. Хоть нет однозначного мнения по данному компоненту, но отечественные производители стали не используют серу выше 0,15%, так как излишки компонента делают деталь склонной к быстрому усталостному разрушению.

Какие общие требования предъявляют к материалам

У сепараторов, втулок и тел качения разные задачи и, соответственно, разные требования. Например, сепараторы должны быть прочными, износостойкими, устойчивыми к вибрациям и ударным нагрузкам, иметь низкий коэффициент трения и высокую стабильность размеров. Как правило, они изготавливаются из низкоуглеродистой или нержавеющей стали, латуни или полимерных материалов.

Втулки и тела качения должны быть прочными, долговечными, износостойкими и стабильными в эксплуатации, иметь высокую точность размеров и выдерживать ударные нагрузки. Материал, из которого они изготовлены, должен быть выбран в соответствии с условиями эксплуатации.

Как изготавливают подшипники

Строительство клеток занимает самое короткое время: до 5 дней. Для этого используются различные производственные процессы:

• Стальные чаще всего получают штамповкой (исключение составляют сепараторы для крупногабаритных подшипников, которые изготавливают механической обработкой). Для этого из листа вырезают заготовки, пробивают в них отверстия для тел качения, затем с помощью штампа придают нужную форму и шлифуют.
• Полимерные сепараторы получают литьем под давлением. Их главный плюс – сочетание упругости и прочности.
• Латунные сепараторы получают в результате механической обработки заготовки. Их достоинства – способность работать в тяжелых условиях или при высоких температурах.

В зависимости от точности, прокатные элементы могут быть изготовлены за срок до 25 дней. Однако производство сфер сложнее, чем производство цилиндров. Стальной пруток сначала разрезается на куски, затем куски прессуются в сферическую форму, шлифуются и подвергаются термической обработке.

Изготовление колец может занять до 1 месяца. Для этого стальную трубу сначала разрезают на заготовки, затем придают ей форму, подвергают термической обработке, шлифуют и полируют.

Что ухудшает характеристики подшипников

Сера, фосфор и кислород, в частности, ухудшают эксплуатационные характеристики подшипников. Они могут попадать в сталь из руды или огнеупорных материалов в плавильных печах, а затем оставаться в материале, вступая в реакцию с металлическими компонентами. Для удаления вредных включений подшипниковые стали подвергаются дополнительной обработке. В этом отношении эффективными оказались вакуумная переполировка или электропокрытие.

Из каких материалов изготавливают подшипники

Выбор материала зависит от области применения и условий эксплуатации подшипников. Основное внимание уделяется втулкам и телам качения:

• Для эксплуатации при температуре до +120 °С в неагрессивных средах оптимальный вариант – высокоуглеродистые хромистые стали. Для повышения твердости их подвергают поверхностной или объемной закалке. Так, шарики всех размеров, кольца толщиной до 10 мм и ролики диаметром до 22 мм изготавливают из стали ШХ15.

Сталь SchC15CG или SchC20CG используется для более толстых колец или роликов с большим диаметром. Рельсовые подшипники — это особый случай: Они закалены индукционным методом и изготовлены из стали ShC4.

Если рабочая температура немного выше +120 °C, стальная деталь должна пройти специальную термическую обработку: стабилизацию. Это предотвращает потерю твердости и изменение размеров.

• Для подшипников, подвергающихся ударным нагрузкам, удобны низкоуглеродистые стали с поверхностной цементацией, имеющие вязкую сердцевину. К ним относятся, например, хромистая сталь 20Х, хромомолибденовая 20ХМ и никельхромомолибденовые 20ХН2М, 20Х2Н4А или 18Х2Н4МА.
• Для подшипников, эксплуатирующихся при температуре +150…500°С, важна способность сохранять свои свойства и размеры. Такими характеристиками обладают стали с высоким содержанием кремния, вольфрама и молибдена. Например, 8Х4М4В2Ф1-Ш или 8Х4В9Ф2-Ш. Вполне подойдет стальной нержавеющий жаропрочный круг.
• Для подшипников, эксплуатирующихся в агрессивных средах, необходимо использовать коррозионностойкие стали с высоким содержанием хрома. Например, 95Х18.
• Для изготовления подшипников с повышенными требованиями к надежности и долговечности используют стали, содержащие минимальное количество неметаллических включений. Например, ШХ15-Ш или ШХ15-ШД.

Выбор качества стали для деталей подшипников зависит от условий эксплуатации

Существуют также различные варианты изготовления металлических сепараторов:

• Для штампованных стальных сепараторов хороший выбор – малоуглеродистые холодно- или горячекатаные стали. Например, 08кп, 10кп или 10пс.
• Для стальных сепараторов, способных противостоять агрессивным средам, используют нержавеющие стали. Например, 08Х18Н10. Подойдет стальной нержавеющий круг.
• Для стальных сепараторов, получаемых способом механической обработки, применяют конструкционные стали. Например, сталь 30.
• Для латунных сепараторов, получаемых способом механической обработки, используют латунные сплавы. Например, ЛС59-1 или ЛС59-1Л.

Существует несколько вариантов при выборе материалов для компонентов подшипника. Окончательный выбор зависит от области применения и условий эксплуатации.

• Трубы профильные прямоугольные от поставщика адронного коллайдера?
• Электросварная стальная труба
• Горячекатаный лист
• Холоднокатаный лист
• Шестигранник стальной
• Арматура а500с оптом
• Стальная труба оптом
• Металлопрокат оптом
• Где купить оцинкованные листы?
• Купить электроды
• Двутавровая балка
• Стальной уголок
• Листовая низколегированная сталь
• Бесшовные стальные трубы
• Арматура А1 оптом
• Арматура А3 оптом
• Стальная проволока
• Стальная квадратная труба
• Купить профнастил
• Арматура в Москве
• Оцинкованный лист 0.5 мм
• Оцинкованный лист 0.7 мм
• Оцинкованный лист 1 мм
• Виды и особенности ножничных подъемников
• Сфера применения подъемных столов
• Конструкция ножничного подъемного стола
• Чем ножничные подъемные столы отличаются от других видов подъемников
• Как изготавливаются подъемные столы
• Ремонт и техническое обслуживание подъемных столов
• Типы опор наружного освещения: фланцевые и прямостоечные
• Как изготавливают опоры освещения
• Защитные покрытия опор освещения
• Опоры освещения: стальные или железобетонные?
• Антивандальные опоры освещения
• Опоры освещения для парков
• Опоры для освещения дорог
• Опоры освещения на несколько рожков
• Изготовление лестниц из нержавеющей стали
• Закладные детали фундамента
• Сталь разных производителей: что мы из нее изготавливаем
• Марки стали, которые мы используем в металлопрокате
• Доклевеллеры и направляющие для колес — два атрибута крупных перегрузочных пунктов
• Перегрузочные мосты: виды и характеристики
• Подъемные столы по индивидуальному заказу
• ГОСТ 16523: чем отличаются редакции документа 1970, 1989 и 1997 года
• Элементы благоустройства городской среды
• Ограждения из нержавеющей стали
• Облицовка строительных конструкций нержавеющей сталью
• Металлоконструкции для сбора мусора: урны и мусорные баки
• Металлические остановки общественного транспорта

Выплавка

В России и других странах постсоветского пространства подшипниковые стали для качения выплавляются в электродуговых печах. На долю кислотных печей приходится лишь 10 % производимого сплава. Последний может быть либо активным процессом плавления, либо процессом восстановления кремния. Оба металлургических метода зарекомендовали себя с хорошей стороны. При активном методе известняк, руда и другие необходимые материалы вводятся непосредственно в процесс.

В описанной практике потенциал окисления кремния очень высок. Его способность к сокращению снижена. Подвижность жидкого шлака снижается. Процесс восстановления позволяет избежать добавления посторонних веществ в процессе плавления.

Кремнезем играет важную роль — он обеспечивает очень эффективное насыщение шлакового расплава при повышении температуры.

Электродуговые печи могут перерабатывать руды с синтетическим шлаком, который содержит большое количество оксида алюминия. Сам шлак, прежде чем попасть в ковш, проходит специальную обработку в другом аппарате. Металл также может быть переработан из шлака самой печи. Оба варианта допускают переплавку, а также введение нового заряда.

Раскисление достигается путем добавления алюминиевых гранул. Подшипниковые стали могут подвергаться последующей обработке после плавки:

• электрошлаковой концепции;
• вакуумной методики;
• плазменного рафинирующего переплава.

Из-за строгих ограничений на концентрацию вредных примесей наиболее практичным является производство свежей шихты. Отходы используются при выплавке сталей с большим количеством легирующих элементов. Если объем отходов большой, выбирается процесс переплавки. Вместимость используемых печей обычно составляет от 10 до 200 тонн. Сами печи должны быть хорошо выложены. После выплавки стали с вредными для подшипников компонентами требуется несколько промывочных плавок.

Груз хорошего качества должен быть изготовлен из отработанной углеродистой стали. Она не должна содержать чугун. Углерод может быть добавлен в виде кокса или электродного лома. Его концентрация в шихте может достигать 1,2-1,3%. Окислительный шлак обеспечивает быстрое окисление фосфора уже во время выплавки.

Примеси окисляются под воздействием железной руды и кислорода (в газообразной форме). Поскольку подшипниковые стали чувствительны к образованию хлопьев, присутствие водорода должно быть сведено к минимуму. После удаления окислительного шлака и науглероживания металла ванна раскисляется. Для этой цели используются раскислители металлов.

Маркировка и марки

Стальные сплавы для подшипников обычно делятся на:

• соединения общего назначения:
• ШХ15 и ЩХ20СГ;
• металл для химически агрессивной среды (например, 9Х18);
• материал для подшипников, действующих при динамически меняющейся нагрузке (20Х18Н4А, 18ХГТ, 20Х18Н4ВА).

В последнем случае может быть проведено дополнительное науглероживание. Глубина составляет 0,08-0,35 см. В некоторых случаях поверхность дополнительно затирается. Это может увеличить усталостную прочность. Стали 20Х18Н4А и 18ХГТ, а также 95Х18 маркируются так же, как и все остальные конструкционные сплавы.

Стали марки SHC маркируются по-разному. Буква «SH» указывает на категорию подшипника. Символ «X» указывает на присутствие хрома. Следующие цифры указывают на концентрацию хрома (в десятых долях процента). В каждом случае концентрация углерода составляет около 1 процента.

В некоторых случаях на этикетке содержится информация о концентрации кремния и марганца. Данный текст соответствует национальным стандартам.

Если используются специальные варианты плавки, в маркировке после дефиса указываются дополнительные символы. Буква «W» означает производство методом электролитической плавки (буква «D» означает двойную плавку). Символ «B» обозначает металл, вакуумированный вне печи, а «PV» указывает на использование процессов прямого восстановления.

Применение

Подшипниковые стали в основном используются для производства подшипников качения и других подшипниковых изделий, таких как шарики, радиально-упорные шарикоподшипники, самоустанавливающиеся подшипники и другие типы. Помимо того, что они являются основными компонентами подшипников, они также используются для изготовления внутреннего кольца. Эти подшипниковые втулки относительно долговечны, выдерживают большой износ и имеют достаточно высокое качество. Однако на этом возможные применения подшипниковых сталей качения не заканчиваются.

Они также используются в производстве многих других продуктов. В основном они используются для изготовления ножей и других предметов домашнего обихода. Для изготовления ножей чаще всего используется хромистая сталь ШХ15 с низким содержанием легирующих элементов. Этот сплав устойчив к коррозии, мало подвержен износу и относительно тверд.

Соответствующая термическая обработка может повысить твердость материала без потери пластичности и вязкости.

Можно сделать больше:

• шарики и ролики;
• плунжерные втулки;
• клапаны для нагнетания;
• толкающие ролики;
• цельнокатаные кольца.

Подшипниковая сталь для ножей

Подшипниковые сплавы также широко используются для изготовления ножей и других предметов домашнего обихода. Наиболее часто для изготовления ножей используется низколегированная хромистая сталь с торговым названием ШХ15.

Она характеризуется повышенной твердостью, хорошей износостойкостью и устойчивостью к ржавчине. Легированная сталь также характеризуется хорошей устойчивостью к различным температурным обработкам. После термической обработки твердость стали увеличивается, но пластичность и вязкость металла сохраняются. Лезвия из подшипниковой стали закалены при температуре 825-855 градусов.

Преимущества и недостатки

• однородную структуру;
• повышенную выносливость;
• хорошую податливость;
• высокая твердость;
• износостойкость;
• устойчивость к смятию;
• возможность создания тонкой кромки при заточке.

Готовые изделия из подшипниковых сплавов служат десятилетиями даже при интенсивном использовании.

Недостатком является то, что закалка затруднена. Хотя подшипниковая сталь ШХ15 достаточно универсальна и недорога, она требует повышенной осторожности и точности при ковке мастером. Специфика заточки ножей сопровождает нож на протяжении всей его жизни.

Выводы

Марки стальных подшипников отличаются хорошими эксплуатационными характеристиками и подходят не только для использования по назначению, но и для различных других применений. Гибкость сплавов и их высокая износостойкость обеспечивают длительный срок службы даже в очень агрессивных средах. При выборе подшипниковых сплавов для изготовления различных изделий очень важно учитывать свойства конечных компонентов и их технические характеристики.

Библиография и использованные источники:

• Технология металлов и других конструкционных материалов / В.М. Никифоров. — Москва:РГГУ, 2006.
• Повышение способности металлов к пассивации применением комплексных добавок / Е.И. Тупикин. — М.: АСВ, 2009.
• Обработка конструкционных материалов / Е.Н. Тронин. — М.: Высшая школа, 2004.

Лом подшипников

Внутри страны спрос на подшипники существует в различных отраслях промышленности. Центры по переработке вторичных металлов также не оставляют без внимания этот продукт. Действительно, подшипники отличаются по содержанию металла и сплава в зависимости от модели:

Поэтому сдача подшипников в качестве лома может быть довольно выгодной, по ценам, сопоставимым со стоимостью отходов цветных металлов.

Источник качественной легированной стали

Ценность подшипников, оставшихся с советских времен, зависит от качества металла. Отдельная категория 3B3 предназначена для металлолома из массивных конструкций или деталей из легированной стали.

Читайте также: Как согнуть оргстекло в домашних условиях

Как разделить лом подшипников Как разделить лом подшипников на производстве.

Обычно основные компоненты изделия, т.е. шарики, втулки и ролики, изготавливаются из стальных подшипников, которые называются