- •Конспект лекций
- •1.1.2. Классификация легирующих элементов
- •1.1.3. Маркировка легированных сталей
- •1.1.4. Примеси в сталях
- •Газы в стали
- •1.2. Фазы в легированных сталях
- •1.2.1. Твердые растворы на основе железа
- •Закономерности образования твердых растворов замещения
- •Закономерности образования твердых растворов внедрения
- •1.2.3. Влияние легирующих элементов на свойства феррита
- •1.2.4. Влияние легирующих элементов на свойства аустенита
- •1.2.5. Влияние легирующих элементов на термодинамическую активность углерода
- •1.2.6. Образование карбидов и нитридов
- •Карбиды и нитриды металлов IV - V групп (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta)
- •Карбиды и нитриды металлов IV, V групп – это фазы внедрения
- •Карбиды и нитриды металлов VI группы
- •Карбиды металлов VII группы (марганец)
- •Карбиды металлов VIII группы (железо)
- •Электронные соединения
- •Сигма-фазы
- •Фазы Лавеса
- •Геометрически плотноупакованные фазы
- •1.2.8. Неметаллические включения
- •1.2.9. Влияние легирующих элементов на полиморфное превращение в железе
- •1.2.10. Влияние легирующих элементов на критические точки стали
- •2. Фазовые превращения в легированных сталях
- •2.1. Влияние легирующих элементов на образование аустенита при нагреве
- •2.1.1. Структурная перекристаллизация стали при полиморфном превращении
- •Исходная неупорядоченная структура
- •Исходная упорядоченная структура. Структурная наследственность в стали
- •2.1.2. Растворение карбидов и нитридов в аустените
- •2.1.3. Рост зерна аустенита при нагреве
- •2.2. Превращение переохлажденного аустенита
- •2.2.1. Влияние легирующих элементов на устойчивость переохлажденного аустенита
- •2.2.2. Влияние легирующих элементов на перлитное превращение
- •2.2.3. Влияние легирующих элементов на бейнитное превращение
- •3.1 Классификация специальных сталей
- •Конструкционные стали
- •3.2.1 Требования к конструкционным сталям
- •3.2.2 Механизмы упрочнения конструкционной стали
- •3.2.3 Строительные стали Требования, предъявляемые к строительным сталям
- •Углеродистые стали
- •Низколегированные строительные стали
- •Стали повышенной прочности
- •Высокопрочные стали
- •Стали с карбонитридным упрочнением
- •Малоперлитные стали
- •Бейнитные стали
- •Низкоуглеродистые мартенситные стали
- •Арматурные стали
- •Упрочняющие обработки, применяемые для строительных сталей
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.2.4 Машиностроительные конструкционные стали Общие требования к машиностроительным сталям и их классификация
- •Стали, применяемые для изготовления изделий методом холодной штамповки (глубокой вытяжки)
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Стали для цементации и нитроцементации
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Улучшаемые стали
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Пружинные стали
- •Классификация пружинных сталей
- •Применяемые стали общего назначения
- •Термическая обработка пружинных сталей общего назначения
- •Пружинные стали специального назначения
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •Подшипниковые стали
- •Основные требования к подшипниковым сталям
- •Классификация подшипниковых сталей
- •Легирование подшипниковых сталей
- •Термическая обработка деталей подшипников из сталей
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.3 Высокопрочные конструкционные стали
- •3.3.1 Легированные низкоотпущенные стали
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.3.2 Высокопрочные дисперсионно-твердеющие стали
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.3.3 Мартенситностареющие стали
- •Классификация мартенситностареющих сталей
- •Принцип легирования мартенситностареющих сталей
- •Достоинства и недостатки мартенситностареющих сталей
- •Термообработка мартенситностареющих сталей
- •Экономнолегированные мартенситностареющие стали
- •Области и перспективы применения мартенситностареющих
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •3.3.4 Метастабильные аустенитные стали (мас) Особенности мас
- •Использование мас для повышения стойкости деталей
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература
- •4. Инструментальные стали
- •4.1. Классификация инструментальных сталей
- •4.2. Стали для режущего инструмента
- •Углеродистые инструментальные стали
- •Легированные стали
- •Быстрорежущие стали
- •Твердые сплавы
- •4.2. Штамповые стали
- •Стали для инструмента холодного деформирования
- •Стали повышенной (высокой) износостойкости
- •Стали с высоким сопротивлением смятию
- •Высокопрочные стали с повышенной ударной вязкостью
- •Стали для инструмента горячего деформирования
- •5. Конструкционные стали специального назначения
- •5.1. Криогенные стали (стали для криогенной техники)
- •Аустенитные криогенные стали
- •Ферритные криогенные стали
- •5.2. Износостойкие стали
- •Кавитационностойкие стали с метастабильным аустенитом
- •5.3. Стали с повышенной обрабатываемостью резанием
- •5.4. Рельсовые стали
- •5.5. Коррозионностойкие стали и сплавы Основные понятия и определения.
- •Мартенсито-ферритные и мартенситные стали
- •Ферритные стали
- •Аустенитные стали
- •Аустенито - ферритные стали
- •Сплавы на железоникелевое и никелевой основе
- •5.6 Жаростойкие стали и сплавы
- •Хромистые и хромоалюминиевые стали ферритного класса
- •Стали мартенситного класса
- •Стали и сплавы аустенитного класса
- •5.7 Жаропрочные стали и сплавы
Классификация подшипниковых сталей
Подшипниковые стали обычно классифицируются по условиям работы: различают стали общего назначения, используемые для изготовления деталей подшипников (колец, шариков, роликов), работающих при температурах –60÷300 °С в неагрессивных средах, и стали специального назначения, предназначенные для изготовления теплостойких и коррозионностойких подшипников. Составы сталей для подшипников общего назначения регламентируются ГОСТ 801-78, а подшипников специального назначения – соответствующими ТУ.
Легирование подшипниковых сталей
Подшипниковые стали в основном заэвтектоидные (около 1,0 % С) в отожженном состоянии. В нормализованном состоянии они относятся к перлитному классу. Основной легирующий элемент – хром, который определяет состав карбидной фазы и обеспечивает требуемую прокаливаемость. При необходимости увеличить прокаливаемость (для крупногабаритных подшипников, у которых толщина стенок колец более 10 мм, а ролики диаметром более 20 мм) стали дополнительно легируют кремнием (0,40–0,85 %) и марганцем (0,90–1,70 %). Кроме того, кремний при отпуске замедляет распад мартенсита в интервале температур 150–350 ºС и вследствие этого дает более высокие значения твердости.
Наиболее часто для изготовления деталей подшипников применяют стали: ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, ШХ4.
Для деталей крупногабаритных подшипников, работающих при повышенных контактных напряжениях и ударных нагрузках (например, подшипники прокатных станов, буровых установок и т.п.), применяют цементуемые низкоуглеродистые легированные стали: 18ХГТ, 20ХН3А, 20ХНМ, 20Х2Н4А и др. Детали из таких сталей подвергаются цементации с последующей термообработкой (закалка и отпуск). Эти стали обеспечивают высокую прокаливаемость, вязкость сердцевины, контактную прочность. Однако твердость сердцевины должна быть не менее HRC35–45 во избежании продавливания цементованного слоя при эксплуатации.
Теплостойкие подшипники качения должны обладать высокой твердостью, в том числе при рабочих температурах (горячая твердость), которая определяет несущую способность подшипника, достаточной контактной выносливостью в рабочем интервале температур, высоким сопротивлением ползучести и релаксации напряжений при воздействии динамических нагрузок и температуры, определенными заданными значениями некоторых физических свойств, например, термического коэффициента расширения (во избежании потери натяга в паре с сопряженным металлом), высоким сопротивлением контактной ползучести (длительная горячая твердость). Для работы при повышенных температурах (более 300 ºС) применяют теплостойкие стали типа 8Х4М4В2Ф1Ш и 8Х4В9Ф2Ш. Высокая теплостойкость этих сталей достигается при совместном легировании вольфрамом и молибденом. Их суммарное содержание должно удовлетворять соотношению W + 2Мо = (7–10) %. Меньшее содержание не позволяет получить достаточную теплостойкость и структурную стабильность.
Содержание хрома в теплостойких подшипниковых сталях обычно составляет 4,0–5,0 %. Содержание ванадия ограничивается 1,0–1,7 %, поскольку ванадий ухудшает шлифуемость стали. Из-за необходимости уменьшения карбидной неоднородности содержание углерода ограничивается 0,8 %. Эти стали относятся к дисперсионнотвердеющим. Они подвергаются закалке с температуры 1220–1240 ºС для стали 8Х4В9Ф2Ш и 1130–1160 ºС для стали 8Х4М4В2Ф1Ш в горячем масле (80–130 ºС) и последующему трехкратному отпуску при 565–580 ºС в течение 2 ч при каждом отпуске с охлаждением на воздухе. Твердость после термической обработки составляет HRC 60–64. Микроструктура – скрыто- и мелкоигольчатый мартенсит и избыточные карбиды.
Для деталей подшипников, работающих в агрессивных средах, применяются коррозионностойкие стали, содержание около 18 % хрома, поскольку необходимо обеспечить одновременно достаточную теплостойкость и коррозионную стойкость. В основном применяют сталь 95Х18Ш (0,9–1,1 % С). Термическая обработка включает закалку, обработку холодом и низкотемпературный отпуск при 150–160 ºС в течение 3 ч. Твердость после термообработки составляет HRC 58–62; микроструктура – скрыто- и мелкокристаллический мартенсит и избыточные карбиды.
Подшипники из коррозионностойких сталей, предназначенные для работы при повышенных температурах, отпускают при 400–420 ºС в течение 5 ч, при этом твердость понижается до HRC 55.
Для деталей подшипников, работающих при повышенных температурах, наряду с высокохромистыми сталями применяют стали типа быстрорежущих, в которых обеспечивается горячая твердость HRC 56–58. Необходимо только еще раз отметить, что применение любых сталей, в том числе быстрорежущих, требует применения шлакового или другого рафинирующего переплава.
Производство деталей подшипников является весьма дорогостоящим, поскольку велики расходы металла при обработке резанием. В настоящее время внедряется производство деталей подшипников методами порошковой металлургии. Это позволяет резко снизить металлоемкость производства в некоторых случаях без заметного снижения качества подшипников.