<< На главную страницу    << Сведения о подшипниках

| Конструкционные материалы, используемые при производстве подшипников NTN

 

 

Смотрите также:

 

Подшипники качения применяются в различных условиях: при низких и высоких температурах, в нейтральных и агрессивных средах (морская вода, кислоты и т.п.). И в связи с этим элементы подшипников изготавливаются из различных материалов. Ниже приведены сведения только о наиболее применяемых материалах.

 

Элементы подшипника - Иллюстрация: NTN

 

Элементы подшипника

 

Конструкционные материалы для тел качения и колец подшипников

 

Во время работы подшипника в зоне контакта тел качения и колец возникают большие напряжения, деформации и силы трения. Однако при этом продолжительное время должны обеспечиваться высокая точность вращения, отсутствие вибраций и нормальная температура. Для достижения этого  конструкционные материалы тел качения и колец подшипников должны соответствовать следующим требованиям:

  • иметь высокую твердость и высокую износостойкость,

  • быть ударостойкими,

  • обладать большой усталостной долговечностью,

  • со временем значительно не изменять свои размеры,

  • быть экономичными и простыми в использовании.

Негативное влияние на эксплуатационные свойства сталей, которые являются наиболее применяемыми материалами в подшипниковом производстве, оказывают неметаллические соединения (например: сера, фосфор и кислород), образующиеся при выплавке стали:

  • в результате реакции компонентов металла с растворенным в нем кислородом, серой и азотом,

  • вследствие эрозии огнеупоров металлургических печей,

  • из-за попадания частиц шлака и включений из ферросплавов и руды, которые не успели всплыть или раствориться и т.д.

Поэтому подшипниковая сталь должна проходить дополнительную обработку с целью удаления нежелательных включений. Для этого применяются усовершенствованные способы производства сталей, в частности вакуумирование и рафинирирование – электрошлаковый (ESR) и вакуумные (VIM, VAR, CEVM) переплавы.

 

Подавляющее большинство колец и тел качения подшипников, предназначенных для работы в неагрессивных средах при температурах менее +120ºС (иногда более), изготавливаются из высокоуглеродистых (содержание углерода около 1%) хромистых сталей. Такая сталь для повышения твердости (до HRC 58 … 65) может проходить либо поверхностную закалку, либо объемную (в этом случае происходит и увеличение прочности). Для крупногабаритных подшипников применяются стали с повышенным содержанием марганца (SUJ 3 и SUJ 5), что позволяет эксплуатацию и при низких температурах.

 

Высокоуглеродистые хромистые подшипниковые стали

 

Стандарт

Обозна-чение

Основные легирующие компоненты и примеси, %

С

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

JIS* G 4805

SUJ 2

0.95... 1.10

0.15...0.35

0.50 макс

0.025 макс

0.025 макс

1.30...

1.60

-

SUJ 3

0.95... 1.10

0.40...0.70

0.90...

1.15

0.025 макс

0.025 макс

0.90...

1.20

-

SUJ 4

0.95... 1.10

0.15...0.35

0.50 макс

0.025 макс

0.025 макс

1.30...

1.60

0.10...

0.25

SUJ 5

0.95... 1.10

0.40...0.70

0.90...

1.15

0.025 макс

0.025 макс

0.90...

1.20

0.10...

0.25

 

Примечание:

* JIS - Японские Индустриальные Стандарты.

 

Для работы в условиях ударных нагрузок, а также в случае применения посадок с большим натягом, применяются низкоуглеродистые стали с поверхностной цементацией, имеющие вязкую сердцевину. NTN использует цементируемые стали при производстве почти всех конических роликовых подшипников. В подшипниках малого и среднего размера – хромистые и хромомолибденовые (SC420 и SCM420), а подшипниках большого размера – никельхроммолибденовые (SNCM420 и SNCM815) стали.

 

Конические роликовые подшипники NTN - Фото: NTN

Конические роликовые подшипники NTN

 

Цементируемые стали

 

Стандарт

Обозна-чение

Основные легирующие компоненты и примеси, %

С

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Mo

JIS G 4104

SC420

0.18...

0.23

0.15...

0.35

0.60...

0.85

0.030

макс

0.030

макс

-

0.90...

1.20

-

JIS G 4105

SCM420

0.18...

0.23

0.15...

0.35

0.60...

0.85

0.030

макс

0.030

макс

-

0.90...

1.20

0.15...

0.30

JIS G 4103

SNCM420

0.17...

0.23

0.15...

0.35

0.40...

0.70

0.030

макс

0.030

макс

1.60...

2.00

0.40...

0.65

0.15...

0.30

SNCM815

0.12...

0.23

0.15...

0.35

0.30...

0.60

0.030

макс

0.030

макс

4.00...

4.50

0.70...

1.00

0.15...

0.30

 

Когда подшипники, изготовленные из обычных шарикоподшипниковых сталей, прошедшие стандартную термообработку, продолжительное время работают при температуре более 120 ºС, то происходит изменение размеров, падение твердости и снижение работоспособности подшипника. Если эксплуатация происходит при постоянно высокой температуре - этот процесс ускоряется. Поэтому проводят специальную термообработку (стабилизацию). В зависимости от максимальных рабочих температур различаются несколько уровней термической стабилизации, зависящие от технологии обработки и влияния на срок службы подшипников. Если температура эксплуатации подшипника превышает максимально допустимую температуру, то следуют использовать подшипник с более высоким уровнем термической стабилизации.

 

Стабилизация размеров 

 

Уровень стабилизации

Максимальная температура эксплуатации

Поправочный коэффициент при расчете долговечности a2*

TS2

160ºC

1.00

TS3

200ºC

0.73

TS4

250ºC

0.48

 

* для использования в формуле определения долговечности (млн. оборотов):

 

 Lna = a1a2a3L10

 

где С - динамическая нагрузка, P - эквивалентная динамическая нагрузка, L10 - номинальный ресурс подшипника, a1 - коэффициент долговечности при надежности, отличной от 90%, a2 - коэффициент, зависящий от свойств конструкционного материала, a3 - коэффициент, зависящий от эксплуатационных условий.

 

При эксплуатации подшипников при температурах 150 … 200 ºС применяются стали с повышенным содержанием кремния (Si), что позволяет улучшить теплостойкость и другие эксплуатационные свойства металла. В этом случае также применяются и теплостойкие стали. Наибольшее распространение получили быстрорежущие стали с высоким содержанием вольфрама и молибдена. В случае применения в условиях высоких скоростей вращения элементы подшипников могут изготовляться из теплостойких молибденовых цементируемых сталей.

 

Быстрорежущие стали высокотемпературного применения

 

Стандарт

Обозна-

чение

Химический состав, %

С

Si

Mn

P

S

Ni

Cr

Mo

V

Fe, Сu, Co, W

AMS 6491

M50

0.77...

0.85

0.25

макс

0.35

макс

0.015

макс

0.015

макс

0.15 макс

3.75...

4.25

4.00...

4.50

0.90...

1.10

Осталь-

ное

AMS 2315

M50NIL

0.11...

0.15

0.10...

0.25

0.15...

0.35

0.015

макс

0.010

макс

3.20...

3.60

4.00...

4.25

4.00...

4.50

1.13...

1.33

Осталь-

ное

 

AMS 5626

-

0.65...

0.80

0.20...

0.40

0.20...

0.40

0.015

макс

0.015

макс

-

3.75...

4.50

1.00

макс

0.90...

1.30

Осталь-

ное

 

Подшипники, работающие в агрессивных средах, изготавливаются из коррозионно-стойких сталей мартенситного класса с высоким содержанием хрома.

 

Нержавеющая сталь для подшипников

 

Стандарт

Обозна-

чение

Основные легирующие компоненты и примеси, %

C

Si

Mn

P

S

Cr

Mo

JIS G 4303

SUS 440C

0.95...

1.20

1.00 макс

1.00 макс

0.040 макс

0.030 макс

16...

18

0.75 макс

 

Индукционная закалка позволяет упрочнять отдельную часть элемента подшипника (например, только дорожки качения колец), не затрагивая при этом остальную поверхность. Поэтому свойства незакаленной поверхности остаются прежними, что позволяет разным поверхностям одного элемента иметь разные рабочие характеристики. Для индукционной закалки используют сталь с пониженным содержанием углерода. Для крупногабаритных подшипников и подшипников, имеющих большие площади обработки, индукционная закалка проводится для сталей содержащих хром и молибден (сталь SCM440).

 

Легированная сталь для индукционной закалки

 

Стандарт

Обозна-

чение

Основные легирующие компоненты и примеси, %
C Si Mn P S Cr Mo

JIS G 4051

S48C

0.45...

0.51

0.15...

0.35

0.60...

0.90

0.030

макс

0.035

макс

-

-

S50C

0.4...

0.51

0.15...

0.35

0.60...

0.90

0.030

макс

0.035

макс

-

-

JIS G4105

SCM440

0.38...

0.43

0.15...

0.35

0.60...

0.85

0.030

макс

0.035

макс

0.90

...1.20

0.15...

0.30

 

Для работы в условиях высоких скоростей и температур, агрессивной среды элементы подшипников могут быть изготовлены из керамики - нитрида кремния (Si3N4).

 

Сравнение характеристик нитрида кремния и обычной подшипниковой стали

 

Характеристики Единицы измерения Нитрид кремния Подшипниковая сталь

Плотность

г/см³

3.19

7.80

Линейное тепловое расширение

20 ... 1000ºС

10-6/ºС

3.20

-

20 ... 300 ºС

3.20

11

Модуль эластичности

кН/мм²

315

210

Коэффициент Пуассона

 

0.26

0.30

Твердость HV10 при 20ºС

 

1 700

700

Ударная вязкость при  20ºС

МН/м1.5

6-8

25

Предельная рабочая температура

ºС

до 1 000

до 300

Твердость при высоких температурах

 

хорошая

плохая

Способность сохранять размеры

 

хорошая

хорошая

Коррозиеустойчивость

 

хорошая

плохая

Магнетизм

 

отсутствует

существенный

Электроизоляционные свойства

 

хорошие

плохие

 

Подшипник с керамическими телами качения (нитрид кремния) - Фото: NTN

 

Подшипник с керамическими телами качения (из нитрида кремния)

 

Конструкционные материалы для сепараторов подшипников

 

Конструкционные материалы для сепараторов должны выдерживать вибрации и ударные нагрузки, действие центробежных сил, иметь низкий коэффициент трения, быть способными воспринимать относительно большие перепады температур.

 

В подшипниках малого и среднего размера применяются штампованные сепараторы, изготовленные из малоуглеродистого (содержание С около 0.1%) горячекатаного или холоднокатаного стального листа. Сепараторы из нержавеющей стали чаще всего изготавливаются из аустенитной нержавеющей стали.

 

Конструкционные материалы для штампованных сепараторов из малоуглеродистой стали

 

Стандарт

Обозна-

чение

Основные легирующие компоненты и примеси, %
С Si Mn P S

BAS* 361

SPB2

0.13...

0.20

0.04 макс

0.25...

0.60

0.030 макс

0.030 макс

JIS G 3141

SPCC

0.12 макс

-

0.50 макс

0.040 макс

0.045 макс

JIS G 3131

SPHC

0.15 макс

-

0.60 макс

0.050 макс

0.050 макс

 

Примечание: BAS - Японская Подшипниковая Индустриальная Ассоциация.

 

Конструкционные материалы для штампованных сепараторов из нержавеющей стали

 

Стандарт

Обозна-

чение

Основные легирующие компоненты и примеси, %

С

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

JIS G 4305

SUS 304

0.08

макс

1.00

макс

2.00

макс

0.045

макс

0.030

макс

18.00...

20.00

8.00 ... 10.50

 

В крупногабаритных подшипниках используют механически обработанные стальные и латунные сепараторы. Стальные механически обработанные сепараторы применяются и тогда,  когда существует опасность возникновения в латунном сепараторе трещин, вызванные химическими реакциями, либо подшипники эксплуатируются при высоких температурах (свыше 200-250ºС). Для сепараторов крупногабаритных подшипников также могут использоваться алюминиевые сплавы и другие материалы.

 

Латунный сепаратор роликового подшипника - Фото: NTN

 

Латунный сепаратор роликового подшипника

 

Конструкционные материалы для стальных механически обработанных сепараторов

 

Стандарт

Обозна-

чение

Основные легирующие компоненты и примеси, %

C

Si

Mn

P

S

JIS G 4051

S30C

0.27...0.33

0.15...0.35

0.60...0.90

0.030

0.035

 

Конструкционные материалы для латунных механически обработанных сепараторов

 

Стандарт

Обозна-

чение

Химический состав, %

Cu

Zn

Mn

Fe

Al

Sn

Ni

Pb

Si

JIS H 5102

HBsCI

55.0 макс

остальное

1.5 макс

0.5...

1.5

0.5...

1.5

1.0 макс

1.0 макс

0.4 макс

0.1 макс

 

В подшипниках авиационных двигателей используются сепараторы из латуней и среднеуглеродистых сталей, содержащих никель, хром и молибден, которые прошли специальную термообработку и высокотемпературный отпуск. Для уменьшения трения скольжения сепараторы могут покрываться серебром.

 

Для изготовления литых под давлением полимерных сепараторов используются армированные стекловолокном полиамиды. Такие сепараторы имеют небольшой вес, высокую сопротивляемость коррозии, превосходную упругость и низкий коэффициент трения скольжения. Полиамидные сепараторы предназначены для работы в температурном диапазоне -40 … +120ºС, при более высокой и низкой температурах такие сепараторы быстро выходит из строя.

 

Помимо вышеперечисленных материалов, подшипники специального назначения могут оснащаться сепараторами из синтетических материалов, полимерных и металлических сплавов.

 

За дополнительной информацией обращайтесь в офис.

Уплотнения подшипниковых узлов

 

Классы точности изготовления подшипников

 

Следы качения при повреждении подшипников и их значение

 

Смазывание подшипников качения

 

 

 


Сайт содержит информацию о продукции компаний NTN-SNR Roulements (до 2010 г. называлась SNR Roulements) и NTN, а также их партнеров: подшипники, ремонтные комплекты из подшипников и других компонентов, подшипниковые узлы, сервисные продукты...

Любое цитирование и иное использование данных материалов возможно только со ссылкой на сайт snr.com.ru и исключительно для рекламирования либо распространения продукции NTN-SNR. Подробнее в "Правовой информации".

Страницы оптимизированы для просмотра Internet Explorer версии 6.х и выше

©2005-2008, Авторизированный дистрибьютор NTN-SNR - Правовая информация - Карта сайта