Шарикоподшипниковые стали

Сталь, предназначенная для изготовления подшипников качения (наружные и внутренние кольца, шарики и ролики), должна обладать высокой твердостью, износостойкостью и сопротивлением контактной усталости. Основная сталь, используемая для этой цели, – сталь ШХ15, где число, деленное на 10, означает среднее содержание хрома в % (0,95…1,05% С, 1,30…1,65% Сr). Применяется также сталь ШХ15СГ, ШХ4

Термическая обработка подшипниковой стали заключается в следующем. Сначала сталь подвергают отжигу, который обеспечивает получение однородной структуры мелкозернистого перлита с твердостью НВ 178…207, обладающего удовлетворительной обрабатываемостью резанием и достаточной пластичностью при холодной штамповке шариков и роликов. После этого кольца, шарики и ролики подвергают закалке от 840…860°С в масле для получения структуры мартенсита и низкому отпуску при 150…170°С (HRC 61…65).

Износостойкие стали.

В качестве износостойкой стали широкое применение нашла высокомарганцовистая сталь 110Г13Л, содержащая 0,9…1,3%С и 11,5…14,5%Mn. Из нее изготавливают крестовины железнодорожных и трамвайных путей, ковши экскаваторов, щеки дробилок и другие детали машин и механизмов, работающих в условиях абразивного изнашивания, высоких давлений и ударных нагрузок.

После литья структура стали 110Г13Л состоит из аустенита и избыточных карбидов (Fe,Mn)₃С, выделяющихся по границам зерен и снижающих прочность и вязкость стали. Литые изделия подвергаются закалке с нагревом до 1100⁰С и охлаждением в воде. При такой термообработке карбиды растворяются, и сталь приобретает более устойчивую аустенитную структуру.

Характерной особенностью стали 110Г13Л является ее способность сильно упрочняться под действием холодной деформации. При ударных нагрузках происходит деформационное упрочнение аустенита и образование ε-мартенсита с ГПУ-решеткой, что приводит к высокой износостойкости. В условиях чистого абразивного изнашивания и при небольших ударных нагрузках мартенситное превращение не протекает и износостойкость стали невысокая.

Фосфор, образующий по границам зерен хрупкую фосфидную эвтектику, придает стали хладноломкость. Поэтому при использовании этой стали в районах севера содержание фосфора не должно превышать 0,02…0,03 %.

При циклическом контактно-ударном нагружении и ударно-абразивном изнашивании высокой стойкостью обладает литая сталь 60Х5Г10Л, также претерпевающая при эксплуатации мартенситное превращение. В условиях изнашивания при кавитационной эрозии применяют стали 3ОХ10Г10, ОХ14АГ12 и ОХ14Г12М, испытывающие при эксплуатации частичное мартенситное превращение (судовые гребные винты, лопасти гидротурбин и гидронасосов и др. детали).

Инструментальные стали.

Инструментальные стали – углеродистые и легированные стали, которые используются преимущественно для изготовления штампов, режущих, измерительных инструментов и некоторых деталей машин, работающих при небольших или умеренных динамических нагрузках. По структуре эти стали близки к эвтектоидным или заэвтектоидным сталям. Они обладают высокой твердостью (до 60…65 HRC), износостойкостью, прочностью и другими ценными свойствами.

Инструментальная легированная сталь входит в группу среднелегированных сталей. Введение хрома, вольфрама, ванадия, молибдена, марганца, кремния, никеля придает инструментальным сталям высокую твердость, износоустойчивость, способность выдерживать высокие температуры без снижения твердости, и другие ценные свойства.

По сравнению с ними углеродистые стали хрупки (особенно после закалки), поэтому изготовленные из них режущие инструменты при нагреве
~ до 200 ⁰С теряют свою твердость.

Маркируют инструментальные стали следующим образом. Углеродистые стали обозначают буквой У (углеродистая). Следующее за буквой число, деленное на 10, показывает среднее содержание углерода в процентах. Например, марка стали У7 означает, что среднее содержание углерода составляет 0,7%, а марка стали У13 означает, что среднее содержание углерода – 1,3 %. Буква А на конце маркировки (например, У8А) указывает, что сталь высококачественная, содержит по сравнению с обычной меньше серы и фосфора (до 0,02 и 0,03% соответственно).

Легированные инструментальные стали маркируют числом, буквами и следующими за ними цифрами. Например, 7Х3, 11ХФ. Как и в случае углеродистых сталей, число, деленное на 10, означает среднее содержание углерода в процентах. Если содержание углерода составляет около 1%, то число может не ставиться. Буквы означают легирующие элементы, а следующие за ними цифры (числа) – содержание соответствующего элемента в целых процентах.

Инструментальную легированную сталь делят на две группы:

группа I – стали для режущего и измерительного инструмента марок 7XФ, 8ХФ, 11Х, 13Х, ХВ5, В1, 9ХС, ХВГ, 9ХВГ, ХВГС, 9Х5Ф, 9Х5ВФ, 8Х4ВФ1; из них изготавливают пилы, резцы, фрезы, метчики, развертки, сверла, клейма и др.

группа II – стали для штамповочного инструмента марок 9Х, Х6ВФ, Х12, 5ХНМ, 5ХГМ, 6ХВТ и ряд других применяют для изготовления горячих и холодных штампов, молотовых штампов, пресс-форм и т.д.

К инструментальным легированным сталям относятся также быстрорежущие стали, отличающиеся высокой твердостью и теплостойкостью. Они входят в группу высоколегированных сталей и обозначаются буквой Р (от англ. rapid steel – быстрорежующая сталь), за которой в процентах указывается среднее содержание основного легирующего элемента – вольфрама. Содержание некоторых других легирующих может не обозначаться. Установлены следующие марки быстрорежущей стали: Р18, Р12, Р9, Р6М3, Р9Ф5, Р9К5, Р9К10, Р18Ф2 и др. Эти стали применяют при обработке широкого круга конструкционных материалов, для резьбонарезных инструментов, работающих с ударными нагрузками, для отделки материалов с абразивными свойствами (пластмасс, эбонита) и т.д.

Для обработки конструкционных сталей повышенной и высокой прочности резанием применяют инструмент твердосплавный на основе кобальта и титана – ВК8, Т5К10 и др.