Материалы подшипников
Материалы
Подшипники качения применяют в разнообразных условиях: при отрицательных и положительных температурах; в нейтральных и агрессивных средах (морская вода, кислоты). В связи с этим детали подшипников изготавливают из различных материалов. Ниже приведены сведения только о наиболее распространенных
Подавляющее большинство колец и тел качения подшипников, предназначенных для работы в неагрессивных средах при температуре менее +120°С (иногда более высоких), изготавливают из высокоуглеродных хромистых сталей, химический состав которых приведен в табл.1. Наиболее распространенной из них является сталь ШХ15. Из этой стали изготавливают шарики всех размеров, кольца толщиной менее 10 мм и ролики диаметром до 22 мм. Ее аналогами являются: 100Cr6 — в Германии, 3 — в Швеции, 52100 — в США, SUJ2 — в Японии. Для колец подшипников толщиной менее 30 мм и роликов диаметром более 22 мм применяют сталь ШХ15СГ.
В процессе выплавки в сталь со шлаками и из футеровки попадают неметаллические включения. Вблизи крупных включений, особенно глобулярных оксидов, а также нитридов, в процессе работы подшипников зарождаются усталостные микротрещины, которые, сливаясь, проводят к выкрашиванию частиц металла. При различной степени металлургической загрязненности стали в допустимых стандартом пределах средняя долговечность партии подшипников может колебаться ориентировочно до 5 раз.
Для подшипников к которым предъявляются повышенные требования по долговечности и надежности, применяют стали подвергнутые специальным переплавам, уменьшающим содержание неметаллических включений (ШХ15-Ш), а также двойной переплав: электрошлаковый и вакуумно-дуговой (ШХ15-ШД).
Табл.1. Химический состав хромистых подшипниковых сталей типа ШХ (ГОСТ 801), %
| Марка | C | Si | Mn | Cr | S | P | Ni | Cu | Ni+Cu |
| Не более | |||||||||
| ШХ15 | 0,95÷1,05 | 0,17÷0,37 | 0,20÷0,40 | 1,30÷1,65 | 0,02 | 0,027 | 0,30 | 0,25 | 0,50 |
| ШХ15СГ | 0,95÷1,05 | 0,40÷0,65 | 0,90÷1,20 | 1,30÷1,65 | 0,02 | 0,027 | 0,30 | 0,25 | 0,50 |
| ШХ20СГ | 0,90÷1,00 | 0,55÷0,85 | 1,40÷1,70 | 1,40÷1,70 | 0,02 | 0,027 | 0,30 | 0,25 | 0,50 |
| ШХ4 | 0,95÷1,05 | 0,15÷0,30 | 0,15÷0,30 | 0,35÷0,50 | 0,02 | 0,027 | 0,30 | 0,25 | 0,50 |
Кроме сталей типа ШХ для колец и тел качения используют также цементуемые стали, которые после химико-термической обработки имеют твердый поверхностный слой (59 .
.. 66 HRCэ) и более мягкую сердцевину (около 36 HRC э). Кольца роликовых подшипников — из стали 20Х2Н4А, а штампованные кольца роликовых игольчатых подшипников из сталей 15Г1, 15Х, 08, 10. Химический состав некоторых из перечисленных цементуемых сталей приведен в табл.2. Твердость поверхности деталей подшипников из наиболее часто применяемых сталей приведена в табл.3.
Табл.2. Химический состав сталей для деталей подшипников, подвергающихся химико-термической обработке, %
| Марка | C | Si | Mn | Cr | Ni | Mo |
| 15Г1 | 0.12÷0.19 | 0.17÷0.37 | 0.70÷1.00 | — | — | — |
| 18ХГТ |  15÷1.21 | 0.17÷0.37 | 0.90÷1.20 | 0.90÷1.20 | — | — |
| 20Х2Н4А | 0.16÷1.22 | 0.17÷0.37 | 0.30÷0.60 | 1.25÷1.65 | 3.25÷3.65 | — |
Табл.3. Твердость колец и роликов HRCэ , из сталей наиболее часто применяемых марок (ГОСТ 520), работающих при температуре до 100°С
| Марка | Кольца с толщиной стенки до 35 мм и ролики диаметром до 55 мм. | Кольца с толщиной свыше 35 мм и ролики диаметром свыше 55 мм. |
| ШХ4 | 61 ÷ 64 | |
| ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15-В | 62 ÷ 66 | 59 ÷ 63 |
ШХ15СГ, ШХ15СГ-В, ШХ15СГ-Ш, ШХ20СГ | 61 ÷ 65 | |
| 15Г1 | 58 ÷ 62 | |
| 18ХГТ | 62 ÷ 66 | 59 ÷ 63 |
| 20Х2Н4А | 59 ÷ 66 | |
Кольца подшипников, предназначенных для поворотных опор кранов, экскаваторов и некоторых других механизмов, получают обычно из низколегированных сталей с содержанием углерода 0,45 — 0,55%, например из стали 55ХФА.
Рабочую поверхность закаливают после нагрева ТВЧ (иногда пламенной горелкой). Детали подшипников, предназначенных для работы в агрессивных средах, изготавливают из коррозийно-стойких сталей (табл.4.) В России кольца и тела качения средних и крупных размеров производят из стали 95Х18-Ш, приборные подшипники — из стали 11ОХ18М-ШД. Твердость колец и тел качения из коррозийнно-стойких сталей обычно близка к 55 ÷ 61 HRC
Табл.4. Химический состав коррозийно-стойких подшипниковых сталей, %
| Страна | Марка | C | Cr | Mo | V | Si | Mn | Ni |
| Россия | 95Х18-Ш | 0,90÷1,00 | 17,0÷19,0 | — | — | Менее 0,80 | Менее 0,70 | — |
| 110Х18М-ШД | 1,10÷1,20 | 16,5÷18,0 | 0,50÷0,80 | — | 0,53÷0,93 | 0,50÷1,00 | — | |
| США | 440С | 0,95÷1,20 | 16,0÷18,0 | Менее 0,75 | — | Менее 1,00 | Менее 1,00 | — |
| 440СМ | 13,0÷14,5 | 3,80÷4,50 | — | — | — | — | ||
| Германия | Х45Cr 13 | 0,42÷0,50 | 12,5÷14,5 | — | — | — | Не более 1,0 | — |
| X102CrMo 17 | 0,95÷1,10 | 16,0÷18,0 | 0,35÷0,75 | — | Не более 1,00 | Не более 1,00 | Не более 0,50 | |
| X90CrMoV 18 | 0,85÷0,95 | 17,0÷19,0 | 0,90÷1,30 | 0,07 . .0,12 | — | — | — |
Табл.5. Химический состав теплопрочных подшипниковых сталей, %
| Страна | Марка | C | Cr | Mo | W | V |
| Россия | 8Х4В9Ф2-Ш | 0,70÷0,80 | 4,00÷4,60 | Менее 0,30 | 8,5÷9,5 | 1,40÷1,70 |
| 8Х4М4В2Ф1-Ш | 0,75÷0,85 | 3,90÷4,40 | 3,90÷4,40 | 1,5÷2,0 | 0,90÷1,20 | |
| США | М50 | 0,77÷0,85 | 3,75÷4,25 | 4,00÷4,50 | — | 0,90÷1,10 |
| Германия | 80MoCrV 42 16 | 0. 77÷0.85 | 3.75÷4.25 | 4.00÷4.50 | — | 0.90÷1.10 |
| 82WMoCrV 6 5 4 | 0.78÷0.86 | 3.80÷4.50 | 4.70÷5.20 | 6.0÷6.7 | 1.70÷2.00 | |
| X75 WCrV 18 4 1 | 0.70÷0.78 | 3.80÷4.50 | Менее 0,60 | 17,5÷18,5 | 1,00÷1,20 |
Все большее распространение получают подшипники с шариками из нитрида кремния Si3N4. Этот материал обладает значительно более высокой, чем применяемые стали, теплопрочностью и контактной долговечностью. Плотность нитрида кремния составляет около 3,2/см3 (закаленной стали ШХ15 7,8 г/см3. Благодаря этому при высокой частоте вращения развиваются меньшие центробежные силы. Коэффициенттрения пары нитрид кремния-сталь меньше, чем пары сталь- сталь. Поэтому тепловыделение при работе таких подшипников меньше, чем стальных. Подшипники с шариками из нитрида кремния находят применение в высокоскоростных узлах.
Штампованные сепараторы подшипников общего применения изготовляют главным образом из низкоуглеродистых сталей 08кп, 08пс, 10кп, 10пс, реже из латуней ЛС 63 и ЛС 59-1, а коррозийно-стойких и теплопрочных подшипников — из сталей 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т. Массивные сепараторы получают из труб, прутков и штампованных заготовок. Наиболее употребимыми материалами являются: латуни ЛС 59-1, ЛС 59-1Л, сталь 30, бронзы БрАЖМц 10-3-1-5 и БрАЖН 10-4-4, алюминиевые сплавы Д 1, Д 6, АК 4, текстолит. Значительное количество высокотехнологичных с хорошими звукопоглощающими свойствами сепараторов получают литьем из термопластов. Заклепки и распорки сепараторов. изготавливают главным образом из сталей 15 и 20.
К подшипниковым материалам для колец и тел качения предъявляют жесткие требования по металлургической загрязненности, наличию дефектов, структурной неоднородности и др. Детали машин, несущие одновременно функции наружного или внутреннего колец подшипников, рекомендуется изготавливать из подшипниковых сталей.
Подшипниковые стали
Сталь подшипниковая нужна для изготовления колец, шариков и роликов подшипников качения. Для подшипников качения требуется сталь, имеющая высокую твердость, износостойкость и сопротивляемость контактной усталости. К таким требованиям подходит высокоуглеродистая хромистая сталь высокого качества, чистая по неметаллическим включениям и карбидной неоднородности.
Сталь подшипниковую изготовляют из марок ШХ4, ШХ15, ШХ15СГ и ШХ20СГ.
Хром увеличивает твердость и износостойкость стали и обеспечивает необходимую прокаливаемость. Легирование кремнием и марганцем проводят для повышения прокаливаемости и применяют для сталей, которые используются для изготовления крупногабаритных подшипников (с толщиной стенки более 10 мм).
Сопротивление контактной усталости напрямую зависит от наличия различных металлургических дефектов (сульфидных и оксидных включений, пористости и др.), которые, попадая на рабочую поверхность, служат концентраторами напряжений, вызывая преждевременное разрушение стали от усталости.
Не менее вредными факторами, способствующими преждевременному разрушению стали, являются карбидная ликвация и структурная полосчатость.
Сталь отожженная горячекатаная, калиброванная и сталь со специальной отделкой поверхности в состоянии поставки должны иметь твердость: 179-207 НВ – для марки ШХ15; 179-217 НВ – для марок ШХ15СГ и ШХ20СГ.
Сталь подшипниковую изготовляют в виде прутков, груб, проволоки. После смягчающего сфероидизирующего отжига она получает структуру мелкозернистого перлита, что обеспечивает удовлетворительную обрабатываемость резанием и хорошую пластичность при холодной штамповке шариков или роликов.
Термообработка деталей подшипника состоит из закалки и низкого отпуска. Механические свойства сталей марок ШХ15 и ШХ15СГ для шарико- и роликоподшипников после закалки и низкого отпуска приведены в таблице.
Таблица
|
НДС |
Для стали марки ШХ15 |
Для стали марки ШХ15СГ |
||||
|
Предел прочности при изгибе, МПа |
Предел выносливости при изгибе, МПа |
Ударная вязкость, Дж/см2 |
Предел прочности при изгибе, МПа |
Предел выносливости при изгибе, МПа |
Ударная вязкость, Дж/см2 |
|
|
50-60 |
3139-3237 |
628 |
35-40 |
3139-3237 |
638 |
40-45 |
|
61-62 |
2649-2747 |
716 |
25-40 |
2845-2943 |
657 |
30-35 |
|
63-64 |
2452-2551 |
647 |
20-25 |
2649-2747 |
696 |
25-30 |
Перспективным является применение индукционного нагрева для закалки деталей подшипников качения, что дает возможность получить твердый поверхностный слой с сохранением вязкой сердцевины.
Так разработан и внедрен в массовое производство процесс объемно-поверхностной закалки колец тяжело нагруженных подшипников для букс железнодорожных вагонов из стали марки ШХ4 с ограниченной прокаливаемостью. И хотя в этом случае закаливаемые кольца подшипника нагреваются индукционным способом насквозь (толщина колец 12–20 мм), из-за ограниченной прокаливаемости стали марки ШХ4 образуется закаленный слой со структурой мартенсита толщиной всего 2,5–3,5 мм (61-64 НRС). Сердцевина кольца остается более мягкой (36– 42 НRС) и вязкой, имея при этом структуру троостита и сорбита. Кольца подшипников после такой ТО характеризуются высокими показателями конструктивной прочности.
Твердость поверхности деталей подшипника при любом способе закалки должна быть в пределах 61–66 НRС. Последней операцией термической обработки является низкий отпуск при температуре 150–170 °С с выдержкой в течение 2–5 ч. Цель отпуска – уменьшение закалочных напряжений в деталях подшипника. Перед отпуском для снижения количества остаточного аустенита прецизионные (особо точного изготовления) подшипники подвергают обработке холодом с охлаждением до температуры –10.
..-20 °С. Это делается для повышения стабильности их размеров.
Подшипники качения – важные детали многих машин и механизмов, поэтому стали для их производства являются конструкционными, по составу и свойствам они близки к инструментальным из-за работы при высоких локальных нагрузках.
Основные требования к подшипниковым сталям следующие.
1. Высокая статическая грузоподъемность. Предельной является нагрузка, при которой допустимые остаточные деформации в зоне контакта между шариком (роликом) и кольцами менее 0,01% диаметра шарика (ролика). Давления в данном случае достигают 4000 МПа. Поэтому выбраны заэвтектоидные, легированные стали с содержанием 1% С и 1,5% Сr (типа ШХ15), обработанные закалкой и низким отпуском для максимальной твердости. В марке стали ШХ15 (ГОСТ 801-78) буква Ш означает «шарикоподшипниковая», а 15 – содержание Сr в десятых долях процента. Сталь содержит 0,95– 1,05% С и 1,30–1,65% Сr.
2. Высокое сопротивление контактной усталости. Оно зависит от количества сульфидных и оксидных включений, а также от содержания водорода, которые понижают долговечность и способствуют ускорению разрушения из-за контактной усталости.
Отсюда требования по чистоте в отношении неметаллических включений к карбидной неоднородности. Способ борьбы с неметаллическими включениями – рафинирующие переплавы. Если принять за 100% содержание включений в ШХ15 открытой выплавки, то после обработки синтетическим шлаком в ШХ15-Ш содержание включений уменьшается до 45%, после вакуумнодуговой плавки ШХ15-ВД – до 35%. Использование шлака и вакуумно-дугового переплава ШХ15-ШД обеспечивает уже 25% включений.
3. Подшипники качения испытывают износ от пылевидных частиц грунта, поэтому присутствие в стали Сr благотворно тем, что он увеличивает количество карбидной фазы и позволяет получить твердые специальные карбиды.
4. Размерная стабильность – довольно сильно важный параметров подшипника качения, поскольку изменения размеров приводят к заклиниванию подшипника и его разрушению. Допустимые изменения размеров менее 10~5 мм, они зависят от содержания остаточного аустенита. Чем меньше доля остаточного аустенита, тем лучше, так как при высоких нагрузках может произойти переход его в мартенсит с изменением объема.
Для подшипников специального назначения, работающих в агрессивных средах, применяют коррозионностойкие (нержавеющие) подшипниковые стали. Они содержат 18% Сr и характеризуются хорошей износостойкостью и коррозионной стойкостью. Одна из таких сталей – 95X18, ее термообработка – ступенчатый, из-за низкой теплопроводности, нагрев под закалку 850 °С, затем 1080 °С, охлаждение в масле или струе газа, затем обработка холодом, отпуск 160 °С – 3 ч, НRС 58–60.
Для подшипников, работающих при повышенных температурах применяются дисперсионно-твердеющие стали – высокопрочные стали, как и все подшипниковые, но с высокой устойчивостью к повышенным температурам эксплуатации. Наилучшие механические свойства таких сталей достигаются в результате вторичного твердения.
Из дисперсионно-твердеющей стали 8Х4В9Ф2Ш делают теплостойкие подшипники. При повышении температуры отпуска у данной стали наблюдается провал твердости НRС при 250–400 °С, что соответствует распаду мартенсита. При нагреве выше 400 °С твердость вновь повышается, начинается вторичное твердение, максимум твердости достигается при температуре 500-550 °С.
Термообработка теплостойкой стали 8Х4В9Ф2Ш включает в себя ступенчатый нагрев под закалку – вначале 800 °С для снятия напряжений, вызванных запаздыванием нагрева сердцевины детали, затем 1230 °С; закалка в масло; отпуск при температуре 570 °С по 2 ч 3 раза для снижения количества остаточного аустенита. Детали подшипников из такой стали имеют твердость НRС 59.
Рассмотрев подшипниковые стали, можно сделать вывод что существует очень множество нюансов при выборе стали для подшипников, а также многое зависит от назначения подшипников.
Материалы для подшипников — Марка и состав материалов для подшипников
Из каких материалов изготавливаются шарикоподшипники?
В подшипниковой промышленности используются различные материалы для производства различных компонентов подшипников. Материалы подшипников обрабатываются для достижения желаемых свойств, чтобы максимизировать производительность и срок службы подшипника. Материалы, описанные здесь, являются наиболее часто используемыми.
Дополнительную информацию можно найти в Листах технической информации для шаров, крышек и фиксаторов.
Шарикоподшипники по материалам
- Керамические шарикоподшипники
- Подшипники из пластика и неметалла
- Скачать в формате PDF
Запросить предложение
Подшипники из хромистой стали — SAE 52100
Наиболее распространенным материалом, используемым для изготовления несущих компонентов прецизионных шарикоподшипников, роликоподшипников и конических роликоподшипников, является хромистая сталь 52100. Этими компонентами являются внутренние и наружные кольца подшипников, шарики и ролики. Химический состав этой стали имеет высокое содержание углерода и около 1,5% хрома. Используя методы контролируемой обработки и термообработки, готовые компоненты подшипников обладают высокой прочностью, устойчивой к растрескиванию, и твердой поверхностью, устойчивой к контактной усталости качения под поверхностью.
Типичная поверхностная твердость компонентов подшипников, изготовленных из этого материала, составляет от 60 до 64 по шкале твердости Роквелла C (Rc).
Особо чистые подшипники из хромистой стали 52100
Необработанная сталь, используемая для производства высокоточных миниатюрных подшипников, обрабатывается с дополнительными этапами плавки. В результате получается тип стали с очень однородной мелкозернистой структурой материала, контактные поверхности подшипника могут быть очень гладкими, поэтому подшипник работает очень тихо.
Наиболее распространенным методом термической обработки хромистой стали является сквозная закалка стали в печи с контролируемой атмосферой. Подшипники, изготовленные из хромистой стали, могут работать при постоянной температуре до 120°C.
При более высоких температурах можно выполнить термостабилизацию компонентов подшипника. Варьируя процесс термообработки, можно производить подшипники, способные работать при температуре 220°C и выше.
Для этих применений компоненты должны быть подвергнуты закалке при более высокой температуре, соответствующей температуре эксплуатации. Эта обработка с повышенным отпуском отрицательно влияет на твердость материала и снижает несущую способность подшипника.
SAE 52100 — отличная подшипниковая сталь общего назначения. Благодаря своей превосходной твердости и износостойкости он демонстрирует хорошую усталостную долговечность в подшипниках качения. Однако коррозионная стойкость хромистой стали плохая из-за низкого содержания хрома. Поверхности подшипников должны быть защищены покрытием из ингибитора ржавчины или маслом, чтобы остановить окисление.
Как видно из следующей таблицы, стандартный химический состав хромистой стали зависит от страны, в которой она производится.
| Обозначение Страна | C% Углерод | Si% Кремний | Мн% Марганец | П% Фосфор | Cr% Хром | Мо% Молибден | Ni% Никель | S% Сера |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AISI 52100 США | . 95-1.1 | .15-.35 | .5 макс. | 0,012 макс. | 1,3-1,6 | .08 макс. | .25 макс. | 0,25 макс. |
| 100CR6 Германия | .95-1.1 | .15-.35 | .25-.45 | .03 макс. | 1,35-1,65 | .1 макс. | — | 0,2 макс. |
| SUJ2 Япония | .95-1.1 | .15-.35 | .5 макс. | 0,025 макс. | 1,3-1,6 | .08 макс. | .25 макс. | 0,25 макс. |
| GCR15 Китай | .95-1.05 | .15-.35 | .25-.45 | 0,027 макс. | 1,4-1,65 | .1 макс. | .23 макс. | 0,2 макс. |
Подшипники из нержавеющей стали
Материалы из нержавеющей стали используются для изготовления компонентов подшипников, поскольку она более устойчива к поверхностной коррозии из-за более высокого содержания хрома (~18%) с добавлением никеля.
Хром реагирует с кислородом, образуя слой оксида хрома на поверхности, создавая пассивную пленку.
Подшипники из мартенситной нержавеющей стали — AISI 440C
Содержание углерода в нержавеющих сталях серии 400 достаточно велико, поэтому их можно упрочнить стандартными методами термообработки до Rc58. Из-за меньшей твердости несущая способность подшипников из этого материала на 20% ниже, чем у подшипников из хромистой стали 52100. Уровень содержания углерода означает, что компоненты являются магнитными. Коррозионная стойкость является «хорошей», когда материал 440C подвергается воздействию пресной воды и мягких химикатов. Этот материал в основном используется производителями подшипников в США.
Миниатюрные подшипники, изготовленные из обычной нержавеющей стали 440C, будут немного шумными, поскольку крупные карбиды, которые обычно концентрируются на границах зерен, обнажаются в процессе чистовой обработки дорожек качения. Подшипники большего диаметра не подвержены этому заболеванию.
Подшипники из нержавеющей стали серии 400 могут работать при более высоких температурах, чем хромистая сталь, до 250°C непрерывно. Подшипники из этого материала, как правило, дороже, чем подшипники из хромистой стали.
Подшипники из мартенситной нержавеющей стали – ACD34 / KS440 / X65Cr13
Многие производители миниатюрных подшипников изготавливают свои кольца и шарики из нержавеющей стали с немного более низким содержанием углерода и хрома, чем AISI 440C, известной под несколькими названиями, включая ACD34, KS440 и X65Cr13. После термической обработки этот материал имеет более мелкие карбиды, поэтому подшипник будет иметь превосходные характеристики низкого уровня шума, обеспечивая при этом такую же коррозионную стойкость, как и 440C. Для подшипников, изготовленных из этого материала, некоторые производители публикуют те же значения грузоподъемности, что и для подшипников из хромистой стали. Это связано с использованием строго контролируемых методов термообработки, в результате которых достигается твердость до Rc 60.
Хотя это одна из наиболее широко используемых нержавеющих сталей для шарикоподшипников, для этого материала нет обозначения AISI.
Подшипники из мартенситной нержавеющей стали – SV30
Мартенситная нержавеющая сталь может быть модифицирована во время обработки необработанной стали путем снижения содержания углерода и введения азота в качестве легирующего элемента. Азот увеличивает насыщение хромом, который вместо карбидов хрома превращается в нитриды хрома. В результате получается высокопрочная сталь высокой твердости с микроструктурой , превосходящей , которая увеличивает усталостную долговечность на 100% (в два раза) в определенных областях применения. Этот материал также обладает повышенной коррозионной стойкостью, даже лучше, чем 440C и ACD34-9.0184 до 5 раз лучше . Подшипники, изготовленные из этого материала, могут иметь надбавку к цене на 20–40 %, но часто это более чем компенсируется выигрышем в превосходных характеристиках. Более подробная информация доступна в Техническом информационном листе SV30.
Термическая обработка подшипниковых сталей
Когда подшипниковые стали находятся в мягком (незакаленном) состоянии, металлурги называют их структуру перлитной. Чтобы закалить сталь, ее нужно нагреть до очень высокой температуры, а затем очень быстро охладить. При нагревании в печи для термообработки до 1750°F структура превращается из перлита в то, что известно как аустенит. После закалки (очень быстрого охлаждения) структура переходит из аустенитной в мартенситную. После превращения в мартенсит сталь становится очень твердой. Однако на данный момент он не считается «термически стабилизированным». Это связано с тем, что не весь аустенит превращается в мартенсит в процессе закалки. Это явление называется «остаточным аустенитом».
Если сталь не термически стабилизирована, остаточный аустенит в течение длительного периода времени (возможно, лет) превратится в мартенсит. Это превращение сопровождается увеличением объема, которое называется металлургическим ростом (не путать с термическим ростом).
Металлургический рост вызовет изменение размеров и формы любых стальных деталей, таких как подшипники, даже при комнатной температуре.
Хотя это не проблема для низкоточных подшипников товарного типа, для высокоточных (ABEC 5P, 7P, 9P) миниатюрные подшипники это отсутствие размерной стабильности может вызвать проблемы. Чтобы устранить этот нежелательный металлургический рост, сталь должна быть подвергнута термической стабилизации. Это достигается повторными циклами охлаждения при -120 F и отпуска для преобразования большого процента остаточного аустенита в мартенсит.
В таблицах ниже показан химический состав сплавов нержавеющей стали, рассмотренных выше.
| Обозначение Страна | C% Углерод | Si% Кремний | Мн% Марганец | П% Фосфор | Cr% Хром | Мо% Молибден | Ni% Никель | S% Сера |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| AISI 440C США | . 95-1,2 | 1,0 макс. | 1,0 макс. | .04 макс. | 16-18 | 0,75 макс. | .25 макс. | 0,3 макс. |
| SUS440C Япония | .95-1,2 | 1,0 макс. | 1,0 макс. | .04 макс. | 16-18 | 0,75 макс. | .25 макс. | 0,3 макс. |
| 9Cr18 Китай | .90-1.05 | 0,75 макс. | 0,75 макс. | 0,035 макс. | 16-19 | 0,75 макс. | .23 макс. | 0,3 макс. |
| Обозначение Страна | C% Углерод | Si% Кремний | Мн% Марганец | П% Фосфор | Cr% Хром | Мо% Молибден | Ni% Никель | S% Сера |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| KS440 Япония | . 6-.7 | 1,0 макс. | 1,0 макс. | .03 макс. | 12-13,5 | .25 макс. | — | 0,1 макс. |
| GCR15 Китай | .6-.7 | 1,0 макс. | 1,0 макс. | .04 макс. | 12-14 | 0,75 макс. | — | 0,3 макс. |
Подшипники из аустенитной нержавеющей стали AISI316
Компоненты подшипников, изготовленные из материалов из нержавеющей стали серии 300, обладают большей коррозионной стойкостью и немагнитны из-за низкого содержания углерода. Однако компромисс заключается в том, что этот материал не может быть закален, поэтому подшипники могут работать только при низких нагрузках и скоростях. Поверхности подшипника вступают в химическую реакцию с кислородом, называемую процессом пассивации; образующаяся на поверхности пассивная пленка защищает подшипник от коррозии. Коррозионная стойкость наилучшая, когда подшипник не полностью погружен в жидкость (например, при подводном применении).
Подшипники из этого материала обычно изготавливаются по специальному заказу, требующему минимального количества; к тому же они дороже.
Прочие подшипники из нержавеющей стали серии 300
Щиты подшипников, уплотнительные шайбы и фиксаторы шариков иногда изготавливаются из нержавеющей стали AISI303 или AISI304, поскольку они обладают умеренной коррозионной стойкостью и лучше подходят для придания различных форм.
Подшипники из легированной углеродистой стали
Материалы из углеродистой стали используются для производства различных компонентов подшипников и бывают двух основных типов: из легированной стали со средним и низким содержанием углерода.
Подшипники из среднеуглеродистой легированной стали
Подшипники, изготовленные из легированной стали со средним или низким содержанием углерода, обычно называют «полупрецизионными» или «промышленными» подшипниками. Типичными материалами являются AISI8620 или AISI4320. Внутреннее и наружное кольца подвергаются поверхностной закалке в процессе термической обработки, называемой поверхностной закалкой или науглероживанием.
Подшипники из этих материалов не могут выдерживать большие нагрузки, работать на высоких скоростях и не обладают коррозионной стойкостью. Подшипники из этих материалов обычно имеют низкую стоимость.
Подшипники из низкоуглеродистой легированной стали
Низкоуглеродистая сталь используется в производстве сепараторов подшипников, металлических экранов и металлических шайб, вокруг которых отливается резина для уплотнений. Распространенными материалами являются AISI C1008 и C1010. Материал должен быть защищен от коррозии с помощью покрытия маслом/смазкой (клетки) или гальваническим покрытием (экраны). Дополнительную информацию о фиксаторах и крышках можно найти в соответствующих технических бюллетенях.
Подшипники из пластмассы и неметаллических материалов
Сепараторы
Иногда для изготовления сепараторов подшипников используются пластмассы. Наиболее распространенным является формованный нейлоновый пластик, но также используется формованный ацеталь (ПОМ).
Другие полимеры используются в специальных конструкциях подшипников, где предъявляются особые требования к характеристикам, такие как высокая скорость, низкий крутящий момент или низкий уровень шума.
Сепараторы, изготовленные из фенольных (фенолформальдегидных) материалов, наиболее распространены в высокоскоростных шарикоподшипниках, используемых в шпинделях станочного оборудования. Фенольные сепараторы легкие и обладают высокой прочностью. Стоимость обработки этого материала привела к увеличению использования вместо него пластика. Дополнительная информация содержится в техническом бюллетене Cages.
Уплотнения
Наиболее распространенным материалом для уплотнений является нитрилкаучук или бунакаучук. Он обладает хорошими механическими свойствами, может использоваться в широком диапазоне температур, устойчив ко многим химическим веществам и имеет низкую стоимость. Такие материалы, как витон и силикон, являются дорогими эластомерами, и они обычно используются, когда применение требует их уникальных свойств.
Подшипники из керамических материалов
Подшипники из керамических материалов занимают особую нишу в производстве подшипников. Наиболее распространенным устройством является гибридный подшипник, обычно с кольцами из нержавеющей стали и керамическими шариками. Наиболее распространенным керамическим материалом является нитрид кремния. Мячи из этого материала имеют твердость до Rc78 и очень гладкую поверхность. Гибридные подшипники дороже, чем все подшипники из нержавеющей стали.
Каталог подшипников
Ознакомьтесь с нашим онлайн-каталогом продукции с более чем 10 000 продуктов с полными спецификациями и 3D-моделями CAD, доступными для загрузки — и все это бесплатно!
Просмотреть каталог
Просмотреть новое сообщение View Previous Post
Справочник по материалам для шарикоподшипников
Престон Соуза
Специалист по продукции, xiros Bearings
Шариковые подшипники могут использоваться в самых разных областях, от медицинских и упаковочных технологий до электроники и офисной техники.
Поскольку эти компоненты изготавливаются из различных материалов, каждый из которых обладает собственным набором характеристик и преимуществ, взвешивание плюсов и минусов конкретного типа шарикоподшипника может стать важной частью процесса проектирования. Шариковые подшипники чаще всего изготавливаются из стали, керамики или пластика. Хотя каждый шарикоподшипник состоит из четырех основных частей — наружного кольца, внутреннего кольца, сепаратора и шариков, — каждый из них имеет свой набор уникальных характеристик.
Стальные шарикоподшипники
Стальные шарикоподшипники являются надежным решением для многих инженеров-конструкторов отчасти потому, что это более старая технология. Как правило, эти типы подшипников состоят из цельнометаллических деталей, но доступны с различными типами стальных колец и шариков или с фенольным сепаратором.
Стальные шарикоподшипники идеально подходят для тяжелых условий эксплуатации с чрезвычайно высокими нагрузками и быстрыми оборотами в минуту (об/мин), а некоторые из них имеют радиальную грузоподъемность до 30 000 фунтов.
Еще одним преимуществом стальных шарикоподшипников является то, что они имеют тенденцию быть очень точными из-за зазора, который может быть достигнут в процессе производства.
Стальные шарикоподшипники также имеют немало недостатков. Они тяжелые и шумные, и, в зависимости от марки стали, им не хватает химической стойкости. Они требуют постоянной смазки, а это означает затраты времени и денег на техническое обслуживание. Сталь подвержена коррозии во влажной или мокрой среде. Из-за необходимости смазки большинство стальных шарикоподшипников также должны быть герметизированы, чтобы исключить попадание внутрь грязи и мусора и вытекание смазки. Несоблюдение надлежащей герметизации может привести к выходу подшипника из строя. Кроме того, в медицинских приложениях их магнитные свойства могут вызывать проблемы.
Кроме того, чрезвычайно большое количество производителей стальных шарикоподшипников приводит к огромным колебаниям цен, от недорогих до чрезвычайно дорогих. Это может быть воспринято как преимущество или недостаток, но в любом случае варианты могут быть огромными, и покупатели стальных шарикоподшипников задаются вопросом, получают ли они желаемое качество.
Керамические шарикоподшипники
Наиболее распространенный тип керамического шарикоподшипника часто считается «гибридным», что указывает на то, что внешнее кольцо, внутреннее кольцо и сепаратор подшипника состоят из стали, а шарики изготовлены из из керамического. Керамический материал позволяет подшипнику работать быстрее, сохраняя при этом более низкую рабочую температуру и одновременно снижая шум, вибрацию и износ. Поскольку гибридные керамические шарикоподшипники представляют собой гибридную конструкцию и все еще содержат стальные кольца, они так же подвержены коррозии, как и стальные шарикоподшипники.
Полностью керамические шарикоподшипники имеют тенденцию быть более устойчивыми к коррозии, более жесткими и легче по весу, чем большинство стальных шарикоподшипников. Кроме того, полностью керамические шарикоподшипники немагнитны, что полезно для приложений, где это может быть критично (например, оборудование МРТ). Также возможны более низкие коэффициенты трения и более высокие обороты, а поскольку они не проводят ток, керамические шарикоподшипники можно использовать в электрических устройствах.
Кроме того, большинство керамических шарикоподшипников могут работать при температурах до 1800 ̊ F.
Благодаря этим преимуществам керамические шарикоподшипники являются привлекательным решением. Однако эти типы подшипников чрезвычайно дороги, что само по себе является веским аргументом в пользу поиска альтернативного решения, когда не нужны сверхвысокие скорости и высокие температуры.
Пластиковые шарикоподшипники
Хотя пластиковые шарикоподшипники представляют собой более новую технологию, они обладают преимуществами, которых нет у стальных или керамических шарикоподшипников. Пластиковые шарикоподшипники состоят из полностью пластиковых колец и пластикового сепаратора и обычно доступны с тремя различными типами шариков: пластиковыми, стеклянными или из нержавеющей стали. Выбор материала часто зависит от среды, в которой будет использоваться подшипник.
Наиболее распространенным материалом шариков в шарикоподшипниках является нержавеющая сталь.
Шары из нержавеющей стали являются наиболее экономичным выбором, но они тяжелее, чем пластиковые и стеклянные варианты, и они являются магнитными, что может нанести ущерб некоторым приложениям. Стеклянные шарики идеально подходят, когда требуется раствор без содержания металлов. Стеклянные шарики также обладают превосходной химической стойкостью и весят меньше, чем стальные шарики. Пластиковые шарики — еще один идеальный вариант. Они весят меньше, чем стальные и стеклянные шарики, и обладают превосходной износостойкостью, сохраняя при этом устойчивость к широкому спектру химических веществ.
Какую бы конфигурацию вы ни выбрали, пластиковые шарикоподшипники идеально подходят для применения в условиях от нормальных до высоких скоростей и обладают рядом дополнительных привлекательных характеристик. Благодаря пластиковой конструкции пластиковые шарикоподшипники являются самосмазывающимися, устойчивыми к коррозии и обеспечивают бесшумную работу. Еще одним важным преимуществом является то, что они легкие.
На рынке есть несколько производителей пластиковых шарикоподшипников. Есть компании, производящие простые пластиковые шарикоподшипники, обычно изготавливаемые из ацеталя, а есть компании igus, производящие подшипники из однородно смешанных материалов, включая базовый пластик, твердые смазочные материалы, волокна и нити. В вашем конкретном случае будет указано, достаточно ли использовать простой пластик, поскольку он предлагает легкое бесшумное решение и коррозионную стойкость. Если износ является серьезной проблемой, термопласт может быть более предпочтительным.
Тем не менее, есть случаи, когда пластмассовые шарикоподшипники не следует использовать, в том числе при высоких нагрузках или длительных температурах, превышающих 300 ̊ F.
Заключение
Каждый производитель предлагает свои варианты шарикоподшипников с различными характеристиками . Например, производители стальных шарикоподшипников часто предлагают свою продукцию из различных типов стали, включая серию 300 (мягкая нержавеющая сталь), серию 400 или хромированную сталь.
Таким же образом компания igus теперь предлагает свою линейку пластиковых шарикоподшипников xiros с девятью различными термопластичными материалами качения: • A500 для чрезвычайной химической стойкости, температуры до 302 ̊ F и соответствия FDA.
•B180 для высокой износостойкости, температуры до 176 ̊ F и соответствия FDA.
•C160 для применений, подверженных воздействию химикатов и при температуре 176 ̊ F или ниже.
•D180 для более высоких скоростей и меньших нагрузок по сравнению с другими вариантами xiros.
• F180 — это токопроводящий вариант с защитой от электростатического разряда, соответствующий требованиям FDA.
•G220 является стандартом xiros для превосходных износостойких свойств и диапазона высоких температур до 212 ̊ F.
•M180 — это поддающийся обнаружению материал для использования в упаковочном оборудовании.
•S180 — новейший вариант материала от igus, обеспечивающий еще большую износостойкость, чем B180, для применений, требующих более продолжительных рабочих циклов.