Выбор стали для подшипников

Задание

1 Проанализировать условия  работы детали, в соответствии  с данным вариантом

2 Исходя из условия  работы, определить требования к  материалу, из которого она должна быть изготовлены

3 Выбрать марку стали  или сплава на основании сформулированных  данных требований. Привести ее химический состав по ГОСТу

4 Указать какие показатели  качества нормируются ГОСТами  на выбранный материал, как на  металлургическую продукцию

5 Обосновать состав выбранного  сплава и примесей, и описать  влияние легирующих элементов  на структуру и свойства стали,  сплава.

6 Выбрать режим термической  обработки

7 Описать фазовые превращения  при термической обработки, привести  диаграммы распада переохлажденного  аустенита

8 Указать какие показатели  качества необходимо контролировать  после окончания термической  обработки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Проанализировать условия  работы детали, в соответствии  с данным вариантом

 

Применяются данные подшипники только для восприятия радиальных нагрузок. Цилиндрические роликовые подшипники с максимальным количеством цилиндрических роликов имеют максимальное число  роликов и поэтому способны воспринимать очень большие радиальные нагрузки. Однако они не могут работать при  высоких частотах вращения. Осевая нагрузка распределяется между внутренним и наружным кольцами и передается через борта и торцы роликов. Кинематические условия в зоне контакта поверхности бортов с торцовыми  поверхностями роликов всегда вызывают некоторое проскальзывание в  зоне контакта, что приводит к увеличению трения в подшипнике.

 

2 Исходя из условия  работы, определить требования к  материалу, из которого она должна быть изготовлены

 

Для изготовления подшипников  предъявляются следующие требования:

1 Высокая статическая  грузоподъемность;

2 Высокое сопротивление  контактной усталости;

3 Износостойкость;

4 Высокое сопротивление  малым пластическим деформациям;

5 Размерная стабильность.

Подшипниковые стали должны обладать высоким сопротивлением пластической деформации, высокой контактной выносливостью  и износостойкостью, а следовательно, и высокой твердостью при достаточной  пластичности; иметь низкое содержание неметаллических включений. Поэтому  для ответственных подшипников  применяется металл, полученный путем  дугового вакуумного и электрошлакового переплава обычной электростали.

 

3 Выбрать марку стали  или сплава на основании сформулированных  данных требований. Привести ее химический состав по ГОСТу

 

В соответствии с ГОСТом 25255-82 ролики подшипников качения  должны изготавливаться из подшипниковой  стали марки ШХ15. В соответствии с ГОСТом 801-78 химический состав стали представлено в таблице 1.

 

Таблица 1 – Химический состав стали ШХ15 по ГОСТу 801-78

Марка стали	Массовая доля элементов, %
	C	Si	Mn	Cr	S	P	Ni	Cu	Ni+Cu
					не более
ШХ15	0,95-1,05	0,17-0,37	0,2-0,4	1,3-1,65	0,02	0,025	0,3	0,25	0,5

 

4 Указать какие показатели  качества нормируются ГОСТами  на выбранный материал, как на  металлургическую продукцию

 

Сталь проверяется на загрязненность неметаллическими включениями (сульфиды, оксиды) максимальный балл которого равен 1. В микроструктуре готового металла не должно быть следов усадочной раковины, расслоений, скворечников, пузырей, флокенов, инородных включений, видимых без применения увеличительных приборов.

Твердость стали поставляемая на завод должна составлять 179 – 207 НВ. Сталь ШХ15 поставляется с нормированной величиной дефектов, определяются магнитным методом. Излом стали, после ТО, должен быть однородным мелкозернистым. Максимально допустимы балл для структурной полосчатости  составляет 4 и карбидной ликвации  3.

Изготовленные ролики должны быть изготовлены трех степеней точности. В зависимости от степени точности нормируется предельное отклонение размеров, отклонения формы, расположения поверхностей и шероховатость поверхностей.

Ролики визуально осматривают  качество поверхности. Ролики не должны иметь трещин, раковин, коррозии, а  так же пятен закалки и отпуска. Не допускаются забоины и вмятины, видимы не вооруженным глазом. На рабочей  поверхности не допускаются ожоги  следы обезуглероживания и другие дефекты, выявляемы травлением или  дефектоскопом. Ролики должны быть размагничены. Не допускается седлообразность  и вогнутость торцов роликов.

 

5 Обосновать состав выбранного  сплава и примесей, и описать  влияние легирующих элементов  на структуру и свойства стали,  сплава.

 

Хром определяет состав карбидной  фазы и, кроме того, обеспечивает необходимую  прокаливаемость. Влияние хрома на износостойкость определяется тем, что он увеличивает количество карбидной фазы и меняет качественно ее состав, позваляя получать специальные карбиды.Дополнительное введение кремния и марганца проводят с целью повышения прокаливаемости. При  отпуске кремний дает более высокие значения твердости, в следствие замедления распада мартенсита в интервале температур 150 – 350 ⁰С.

 

6 Выбрать режим термической  обработки

 

Технология получения  подшипников, состоит из предварительной  и окончательной термических  обработок.

На рисунке 1 представлена схема режима термической обработки  роликов подшипников.

Предварительная термическая  обработка состоит в сфероидизирующем отжиге. Нагрев производят до температуры 780-820 ⁰С. Сталь со структурой зернистого перлита обеспечивающий хорошую производительность резания и качество обрабатываемой поверхности при обработке на автоматических станках. Однородный мелкозернистый перлит является  оптимальной исходной структурой для последующей закалки. Кроме того глобулярная форма и равномерное распределение карбидов наилучшим образом соответствует оптимальному по прочности и вязкости стали после закалки.

Рисунок 1 – Схема режима термической обработки роликов  подшипников

 

Окончательной термической  и основным видом упрочняющей  термической обработки, формирующие  окончательные свойства детали подшипников, является закалка с низким отпуском.

Температура закалки составляет 840-860 ⁰С и охлаждение в масле. Теплопроводность и пластичность стали ШХ15 позволяет нагревать ее практически сколь угодно быстро без опасности возникновения трещин. Ускорение нагрева увеличивает производительность оборудования, уменьшает окисление и обезуглероживания.

Нагрев должен обеспечивать:

а) завершение перлитно-аустенитного превращения при растворении  углерода с аустените до содержания 0,55-0,65 %;

б) сохранение относительно мелкого аустенитного зерна;

в) достаточную однородность аустенита, позволяющую избежать появление  в структуре закаленной стали  продуктов немартенситного превращения.

Температура отпуска составляет 150-165 ⁰С. Отпуск является окончательной операцией термической обработки, определяющей качество готовых деталей подшипников. Благодаря отпуску достигается повышение вязкости, размерная и структурная стабильность деталей.

 

7 Описать фазовые превращения  при термической обработки, привести  диаграммы распада переохлажденного  аустенита

 

При нагреве под сфероидизирующий отжиг при температуре А₁ происходит превращение из цементита+феррита в аустенит+цементит. Мелкие частицы цементита при температуре отжига в интервале А₁-А_см получается в результате деления цементитных пластин. После такого нагрева в аустените остается большое число нерастворившихся включений цементита, которые служат центрами кристаллизации во время распада аустенита при охлаждении. При охлаждении аустенит распадается на зернистый перлит (сферодита).

Критические точки стали: А_с1 = 724 °С, А_с3 = 900 °С. Сталь подвергают полной закалке, при этом её нагревают до образования однородной мелкозернистой аустенитной структуры.

Последующее охлаждение в масле со скоростью большей, чем Vкр обеспечивает получение мартенсита.

При температуре A_c1 в стали происходит превращение перлита в аустенит.

 При непрерывном охлаждении в стали аустенит превращается в мартенсит. Мартенситное превращение в сталях развивается с большой скоростью в интервале температур Мн...Мк.

При проведении низкого отпуска происходит распад мартенсита и структура  получается мартенсит отпуска.

 

Рисунок 2 – Изотермическая и термокинетическая диаграмма  распада переохлажденного аустенита  стали ШХ15

 

8 Указать какие показатели  качества необходимо контролировать  после окончания термической  обработки.

 

Качество термической  обработки свыше 5 мм следует проверять  по твердости.

Огранку роликов следует  контролировать на приборе, показывающем действительные значения. Торцевое биение ролика следует измерять при вращении ролика в призме. Диаметр ролика и непостоянство диаметра  следует измерять в среднем сечении при вращении ролика между плоскостью и измерительным стержнем прибора, перпендикулярным к плоскости, или между опорной точкой и измерительным стержнем прибора, ось которого проходит через опорную точку. Выпуклость и отсутствие вогнутости торца ролика контролируют на плоском столе при относительном взаимном перемещении ролика и наконечника измерительной головки в радиальном направлении. Перемещение производят от центра торца ролика или от края выемки на торце, при ее наличии, до расстояния 3 r от образующей ролика. Ось наконечника измерительной головки должна быть перпендикулярна к плоскости стола и торцу ролика. Длину ролика следует измерять на плоском столе. Ось наконечника измерительной головки прибора должна быть перпендикулярна к плоскости стола и торцу ролика и установлена на расстоянии от образующей ролика не менее 3 r. При контроле конусообразность измерение диаметров следует производить в сечениях на расстоянии 3 г от торцов. При контроле отсутствия бочкообразности и седлообразности измерение диаметров следует производить в среднем сечении и в сечениях на расстоянии 3 r от торцов. Шероховатость поверхностей роликов следует намерять на приборах.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

1 Зубченко, А. С. Марочник  сталей и сплавов. / А. С. Зубченко. М. : Металлургия, 2003. – 764 с.

2 Новиков,  И. И. Теория  термической обработки: учеб. / И.  И. Новиков. М. : Металлургия, 1986. –  480 с.

3 ГОСТ 25255-82 «Подшипники качения. Ролики цилиндрические длинные»

4 ГОСТ 801-78 «Сталь подшипниковая»

5 Гальдштейн, М. И. Специальные  стали. / М. И. Гальдштейн [и др.]. М. : Металлургия, 1985. – 408 с.

6 Башнин, Ю.А. Технология  термической обработки стали  / Ю.А. Башнин, Б.К. Ушаков, А.Г. Секей.  М. : Металлургия, 1986. – 426 с.

7 http://www.splav.kharkov.com/mat_start.php?name_id=207