Главная | Обратная связь

Конспект лекционных занятий 3 страница

На рисунке 6.5 приведена диаграмма, пользуясь которой можно определить относительное количество (в %) структурных составляющих в сплавах железо-углерод, при разных содержаниях углерода. С увеличением содержания углерода, как правило, повышаются твёрдость и износостойкость сплавов. Важными характеристиками, связанными с триботехническими свойствами материала, являются тип кристаллической решётки, число и характер распределения её дефектов, анизотропия свойств кристаллов.

Таблица 6.1

Структурно-фазовый состав черных металлов и его влияние на износостойкость и механические свойства

Структурная составляющая	Характеристика структурно-фазового состояния	Влияние на износостойкость и механические свойства
Феррит	Твёрдый раствор углерода в α- железе	При наличии ферритной основы стали и чугуны имеют малую твёрдость и невысокую износостойкость
Аустенит	Твёрдый раствор углерода в γ- железе	Обладает способностью к упрочнению при пластической деформации; несмотря на невысокую твёрдость, обладает хорошей износостойкостью в условиях удара и пластической деформации
Карбиды	Химические соединения железа с углеродом – цементит, при легировании - химическое соединение железа с углеродом и легирующими элементами	Наличие в составе перлита, карбидов повышают износостойкость сталей и чугунов
Перлит	Ферритно-цементитная смесь; типы перлита: зернистый, пластинчатый	С увеличением содержания, перлита до 30% износостойкость возрастает; наибольшую износостойкость имеют структуры с пластинчатым перлитом
Мартенсит	Перенасыщенный твердый раствор углерода (структура закалки)	Имеет высокую прочность сит и твердость, обладает высокой износостойкостью
Графит	Кристаллическая модификация углерода: шаровидная, пластинчатая, хлопьевидная	Шаровидный графит действует как смазка, уменьшает коэффициент трения, повышает износостойкость
Сорбит	Ферритно-цементитная смесь; типы перлита: пластинчатый, зернистый, дисперсность структур возрастает	С увеличением содержания перлита до 30%; износостойкость возрастает; наиболее износостойкие структуры с пластинчатым перлитом, твердость изделий из него повышается
Троостит	Ферритно-цементитная смесь; типы перлита: пластинчатый, зернистый. Дисперсность продуктов еще более возрастает	То же.

 

При разработке новых конструкционных материалов из металлов и их сплавов целесообразно создавать структуры, содержащие твёрдые частицы, распределённые в относительно мягкой основе. Такими частицами могут быть карбиды железа, карбиды легирующих элементов и сложные карбиды.

 

Рисунок 6.5.Структурная диаграмма железоуглеродистых сплавов

 

Наличие в структуре твердых частиц позволяет локализовать схватывание на малых участках поверхности, избежать заедания; снизить интенсивность изнашивания. Для деталей, имеющих твердость выше 51 НRCэ, оптимальной является структура отпущенного мартенсита. При твердости ниже 51 НRCэ лучшей износостойкостью обладает сталь со структурой игольчатого троостита. Технологический процесс термообработки и соответственно выбор структуры стали должны разрабатываться так, чтобы в металле наряду с прочностью обеспечивался запас пластичности, благодаря чему повышается ее сопротивление пластической деформации и местному усталостному разрушению.

Осн.4 [5-6]

Контрольные вопросы

1. Что представляет собой материал трибосистемы в понятиях физической химии?

2. Какая структура является оптимальной для деталей, имеющих твердость выше 51 НRCэ?

3. При помощи какой обработки достигается модификация структуры и свойств с изменением химического состава поверхностных слоёв?

4. Что называется карбидами?

5. Что называется мартенситом?

 

 

Лекция 7. Чугуны и их применение в деталях трибосопряжений и узлов трения

Металлы до последнего времени были и являются основным материалом, используемым для изготовления деталей узлов трения. Преимущество металлов: относительно благоприятное сочетание прочности и пластичности, высокая твёрдость и теплопроводность, способность образовывать эвтектические смеси, твердые растворы и химические соединения с другими металлами и неметаллами. Каждая из этих фаз обладает различными свойствами, а также различными фрикционными характеристиками.

Физико-механические свойства металлов определяются их атомным строением и структурой. Износостойкость металлов также в большей степени зависит от их структуры и свойств отдельных микрообъемов с различными структурными составляющими. Преобладающий тип этих составляющих, их количество и морфология оказывают большое влияние на износостойкость. Сплавы железа, включающие чугуны и стали, а также сплавы цветных металлов – основные конструкционные материалы наиболее распространенные в технике. Их отличительная черта – широкий диапазон изменения твердости и прочности при изменении химического состава и структуры.

Чугун – железоуглеродистый сплав, содержащий от 2,14 до 6,67 % С. В доменных печах получают передельный (белый) и литейный (серый) чугуны. Передельный чугун используется для передела в сталь.

Литейный чугун служит одним из основных компонентов шихты в чугунолитейном производстве. Основными составляющими чугунов, обеспечивающими высокую прочность, являются различные формы карбида железа. Графит придает хорошие антифрикционные свойства, формируя включения различной формы.

При производстве чугунных отливок чугун подразделяют:

1. В зависимости от степени графитизации, обуславливающий вид

излома: - белый чугун (весь чугун находится в виде цементита-карбида), степень графитизации равна 0;

- серый чугун – вид излома серый (в структуре имеется графит, количество, формы и размеры которого изменяются в широких пределах);

- половинчатый – со вторичным цементитом или цементитом-ледебуритом, имеется графит. В машиностроении не применяется.

2. В зависимости от формы включений графита:

- чугун с пластинчатым графитом (серый чугун). Обычно в сером чугуне графит образуется в виде лепестков;

- чугун с шаровидным графитом (высокопрочный чугун), углерод в значительной степени или полностью находится в свободном состоянии в форме шаровидного графита;

- получаемый в настоящее время вермикулярный чугун – серый, с волокнистой червеобразной формой графита;

- чугун с хлопьевидным графитом (ковкий чугун), весь углерод или значительная его часть находится в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита (углерода отжига).

3. В зависимости от характера металлической основы:

- перлитный чугун, структура – перлит и графит (пластинчатый серый чугун). В этом чугуне 0,7-0,8 % С находится в виде Fe₃C, входящего в состав перлита, остальное количество – в свободном состоянии, т.е. в форме графита;

- феррито-перлитный чугун, структура – феррит и углерод (пластинчатый серый чугун), весь углерод находится в виде графита;

- аустенитный чугун – легированный чугун, структурной основой которого является аустенит;

- бейнитный;

- мартенситный.

4. В зависимости от назначения чугун делится на конструкционный и со специальными свойствами.

5. По химическому составу чугун делится на легированный и нелегированный.

Серый чугун (СЧ) по свойствам и применению можно разделить на 5 групп:

- ферритные и феррито-перлитные чугуны (СЧ10, СЧ15);

- перлитный чугун (СЧ 21, СЧ 24, СЧ 25, СЧ 30, СЧ 35, СЧ 40);

- сталистые чугуны (СЧ24, СЧ25);

- модифицированные чугуны (СЧ30, СЧ35, СЧ40, СЧ45)

- антифрикционные чугуны (АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3).

Серый чугун маркируют: буквами С – серый, Ч – чугун; цифрами после букв, указывающими величину среднего временного сопротивления при растяжении (σ_в). СЧ при малом сопротивлении растяжению имеет достаточно высокое сопротивление сжатию. В химический состав серого чугуна наряду с углеродом (3,2…3,5 %) входят кремний (1,9…2,5 %), марганец (0,5…0,8 %) и фосфор (0,1…0,35 %).

Структура металлической основы серых чугунов зависит от состава и, прежде всего, от количества углерода и кремния. С увеличением углерода и кремния увеличиваются степень графитизации и склонность к образованию ферритной структуры металлической основы. Это ведет к разупрочнению чугуна без повышения пластичности. Лучшими прочностными триботехническими свойствами среди серых чугунов обладают чугуны с перлитной структурой.

Серые чугуны применяются в станкостроении (зубчатые колеса, направляющие и т.д.), в авто- и тракторостроении для изготовления блоков цилиндров, поршневых колец, толкателей, седел клапанов, дисков сцепления. Серый чугун также широко применяется в сельхоз- и электромашиностроении, в производстве оборудования текстильной и легкой промышленности и в других отраслях машиностроения.

Ковкий чугун (КЧ) получают длительным нагревом при высоких температурах (отжигом) отливок из белого чугуна. В результате получают графит хлопьевидной формы. Химический состав белого чугуна, предназначенный для ковкого чугуна: 2,5-3,0 % С; 0,7-1,5 % Si; 0,3-1,0 % Mn; ≤0,12 % S; ≤0,18 % P. По механическим и технологическим свойствам ковкий чугун занимает промежуточное положение между сталью и серым чугуном. Ковкий чугун подразделяют:

- черносердечные (ферритные) КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12;

- светлосердечные (перлитные) КЧ45-7, КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3.

Мелкие отливки, преимущественно из ферритного ковкого чугуна, используются в различных отраслях промышленности: авто- и тракторостроении; дорожном и сельскохозяйственном машиностроении. Из перлитного чугуна марок КЧ50-5, КЧ55-4, КЧ60-3, КЧ65-3 изготавливают вилки корданных валов, ролики цепных конвейеров, тормозные колодки и т.д.

Высокопрочный чугун (ВЧ) получают путем добавления в жидкий чугун небольшого количества щелочи или щелочно-земельных металлов – чаще всего магния (0,03...0,07 %). По содержанию остальных элементов этот чугун не отличается от обычного серого. Под действием магния графит в процессе кристаллизации принимает шаровидную, а не пластинчатую форму. Шаровидная поверхность минимальна по сравнению с пластинчатой при равных объемах и, следовательно, значительно меньше ослабляет металлическую основу чугуна, чем пластинчатый графит. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом и перлитной металлической основой отличается высокой прочностью при меньшем значении пластичности по сравнению с чугунами ферритовой структуры, т.к шаровидный графит в отличие пластинчатого не является активным концентратором напряжения. Эти чугуны хорошо обрабатываются резанием, имеют высокую износостойкость, обладают способностью гасить вибрации. Высокопрочные чугуны обладают высоким пределом текучести – σ_т = 300-440 МПа, что выше предела текучести стали, достаточно высокой ударной вязкостью и сопротивлением усталости. Названные свойства предопределяют также и высокие триботехнические свойства (особенно у чугунов с перлитной структурой). Поэтому высокопрочный чугун находит применение как конструкционный материал непосредственно при изготовлении деталей ТС узлов трения и как заменитель углеродистой стали. Из ВЧ изготавливают поршневые кольца (мелкие тонкостенные отливки); коленчатые валы большой массы (до 2000- 3000 кг, взамен кованых валов из стали); детали турбин; валки прокатных станов; направляющие, суппорты и другие детали металлорежущих станков. Детали из высокопрочного чугуна имеют лучшие антифрикционные свойства и значительно дешевле в изготовлении стальных.

Антифрикционный чугун (АЧС-1, АЧС-2, АЧС-3) содержит легирующие элементы: 0,3-1,5 % Сu (все марки); 0,2-0,4 Сr (АЧС-1, АЧС-2); 0,2-0,4 % Ni (АЧС-2); 0,03-0,1 % Тi (АЧС-2, АЧС-3). Антифрикционные чугуны применяют для изготовления нагруженных деталей узлов трения (большегабаритных подшипников и их корпусов, шарнирных соединений, втулок и др.). Пары трения чаще всего работают в условиях смазки. Антифрикционный чугун маркируют тремя буквами: А – антифрикционный, Ч – чугун, С – серый. Антифрикционные свойства чугуна в большой степени определяются структурой графитовой составляющей (формой и распределением в основной структуре). Графитовые включения можно рассматривать как пустоты (дефекты) структуры. Около таких дефектов при нагружении концентрируются напряжения. Графит пластинчатой формы разупрочняет металл. Наиболее благоприятной для механических свойств чугуна является хлопьевидная, а оптимальной – шаровидная форма графита.

При работе чугуна в паре трения графит выполняет двоякую роль: являясь непрочной составляющей структуры чугуна, он уменьшает сопротивление силам трения, а как продукт износа – играет роль смазки. Положительное влияние графита проявляется и в том, что, заполняя в результате изнашивания мелкие поры на трущихся поверхностях, он уравнивает нагрузки, действующие на поверхность. Установлено, что при одном и том же содержании графита износостойкость чугуна возрастает с уменьшением размера графитных включений. Структура антифрикционного чугуна должна содержать минимальное количество свободного феррита (менее 15 %) и не должна содержать цементит в свободной форме.

Применение титано-медистых чугунов (АЧС-2, АЧС-3) в подшипниках скольжения (для втулок, вкладышей) приводит к уменьшению износа всей трущейся пары (вкладыша и вала) на 15...20 % по сравнению с другими чугунами. Но указанные чугуны требуют тщательной смазки, плохо прирабатываются, не выдерживают ударных нагрузок.

Марку антифрикционного чугуна выбирают так, чтобы твердость втулки (вкладыша) была меньше твердости стального вала (цапфы) на величину 20-40 НВ (200-400 МПа).

Антифрикционные свойства (износостойкость, прирабатываемость, износ и пр.) некоторых антифрикционных чугунов высоки и в некоторых случаях могут быть лучше, чем у бронзы.

Отбеленные чугуны это отливки, в которых сердцевина имеет структуру серого чугуна, а поверхностные слои структуру белого или половинчатого чугуна. Между указанными зонами может быть переходный слой. Отбеленная зона глубиной 12-30 мм возникает вследствие быстрого охлаждения поверхности при отливке чугуна в металлических формах (кокиль) или в песчаных формах. Отбеленные чугуны используют для изготовления отливок, поверхность которых состоит из белого чугуна, а внутренняя зона - из серого или высокопрочного чугуна. Отбеленные чугуны содержат 2,8...3,6 % углерода и пониженное содержание кремния – 0,5...0,8 %. Отбеленные чугуны имеют высокую поверхностную твердость 950…1000 НВ (9500…10000 МПа) и высокую износостойкость. Их используют для изготовления прокатных валков, вагонных колес с отбеленным ободом, шаров для шаровых мельниц и др. деталей, работающих в тяжелых условиях высоких динамических нагрузок с трением качения и скольжения. Для деталей, работающих в условиях абразивного износа, используют белые чугуны, легированные хромом и марганцем, а так же хромом и никелем. Отливки из этих чугунов отличаются высокой твердостью и износостойкостью.

Легированные чугуны. Различают следующие группы легированных

чугунов:

1. По химическому составу: хромистые (ЧХ3Т, ЧХ9Н5, ЧХ16М2, ЧХ28Д2); алюминиевые (ЧЮХШ, ЧЮ6С5); марганцевые (ЧЮХШ, ЧЮХШ) никелевые (ЧН4Х2) и кремнистые.

По количеству легирующих элементов чугуны разделяются на низколегированные (до 3 % легирующих элементов); среднелегированные (от 3 до 10 % легирующего элемента); высоколегированные (свыше 10 %).

Низколегированный чугун применяется в основном как конструкционный материал, так как легирующие элементы повышают его механические свойства. Характеризуется он перлитной или игольчатой структурой.

Среднелегированный чугун отличается обычно мартенситной структурой и обладает высокой износоустойчивостью при нормальных и повышенных температурах.

2. По условиям эксплуатации: жаростойкие, жаропрочные, износостойкие, коррозионно-стойкие, немагнитные – это высоколегированные чугуны. Они имеет в большинстве случаев ферритную или аустенитную структуру. Применяется как немагнитные, антикоррозионные, жаростойкие чугуны или как сплавы с особыми физическими свойствами.

Легирующие элементы имеют такое же обозначение, как и в легируемых сталях. В обозначении марок буквы обозначают: первая Ч – чугун, последняя Ш – чугун с шаровидным графитом.

Для изготовления деталей, работающих в условиях ударного абразивного изнашивания и истирания, при высоких температурах применяют высокохромистые (до 34 % хрома) и хромникелевые чугуны. При этом жаростойкость достигается также за счет легирования чугуна кремнием (5-6 % Si) и алюминием (1-2 % Al). Свойства чугунов в нужном направлении можно в значительной степени изменять соответствующей термической обработкой.

Износостойкость чугунов определяется их структурой и твердостью. Твердость легированных чугунов определяет их износостойкость и зависит, в свою очередь, от содержания в чугунах карбидов. Например, в структуре антифрикционных марганцевых чугунов содержится 45-55 % аустенита и 10-30 % карбида в литом состоянии. При закалке этих чугунов содержание аустенита возрастает до 80-90 %, а карбидов снижается до 5-8 %. Это приводит к снижению твердости чугунов на 22-38 %.

Серый медистый чугун.Серый медистый чугун, работающий в режиме избирательного переноса может работать в осевых и радиальных подшипниках скольжения, червячных, винтовых и других передач с односторонним, реверсивным и пульсирующим движением. Смазывание узлов трения может осуществляться как жидким, так и пластичными смазочными материалами. Для работы в паре с медистым чугуном используются легированные и углеродистые стали после термической или химико-термической обработки. Твердость поверхности трения стальной детали должна быть выше твердости чугуна не менее чем на 1000 НВ.

Предельные значения давлений при замене в узлах трения обычных марок серого чугуна на медистый и при реализации ИП повышаются в 1,5-2 раза и могут достигать 15-20 МПа. Основное влияние на характеристики трения и изнашивание медистого чугуна в режиме ИП оказывает содержание меди в чугуне. Углерод и марганец в составе медистого чугуна на характеристики трения и изнашивания оказывают положительное влияние, а кремний препятствует реализации ИП. Наилучшее сочетание свойств серого медистого чугуна и характеристики трения и изнашивания в режиме ИП наблюдаются при перлитной металлической основе. Наличие в структуре феррита резко снижает нагрузочную способность, а структурно свободный цементит и ледебурит ухудшают обрабатываемость деталей резанием и вызывают усиленное изнашивание стального контртела.

Содержание меди в чугуне не выше предела растворимости в жидком растворе (4...7 %) способствует первичной и тормозит вторичную стадию графитизации. Поэтому металлическая основа медистого чугуна с обычным для серых чугунов содержанием других элементов при литье в песчаные формы получается в основном перлитной. При содержании меди 4 % в структуре чугуна обнаруживаются округлые включения высокомедистой фазы. При содержании более 7 % в структуре появляются структурно свободный цементит и высокомедистой фазы.

Учитывая влияние рассмотренных элементов на характеристики трения и изнашивания серых чугунов, их графитизирующую способность и условия получения перлитной и металлической основы без заметной ликвации высокомедистой фазы, для протекания ИП в узлах трения чугун-сталь рекомендуется следующий состав серого медистого чугуна, %: С 3,2...3,6; Si 1,0...1,8; Mn до 0,8; Cu 4...7.

Основным условием реализации эффекта ИП в парах трения «медистый чугун – сталь» является применение смазочных материалов, препятствующих окислению поверхностей трения типа ЦИАТИМ-201, ЦИАТИМ-203 и др. При использовании смазочных материалов общего назначения эффект ИП реализуется путем введения в их состав ПАВ. В индустриальные масла общего назначения можно добавить 0,75-1 % стеаратов металлов, а в пластичные материалы общего назначения (солидолы) можно ввести антиокислительную присадку – дифениламин. Серые медистые чугуны можно выплавлять как в вагранках, так и в электрических индукционных тигельных печах. Технология его выплавки такая же, как и обычных серых чугунов. Для получения заданного содержания меди в чугуне в качестве легирующей добавки в шихту можно использовать медь марок М3 или М4. При расчете шихты необходимо учитывать, что угара меди при выплавке почти не наблюдается.

Осн.4 [5-6]

Контрольные вопросы

1. Как классифицируются чугуны в зависимости от степени графитизации?

2. Как классифицируются чугуны в зависимости от характера металлической основы?

3. Какие чугуны применяют для изготовления деталей, работающих в условиях ударного абразивного изнашивания и истирания?

4. Чем определяется износостойкость чугунов?

5. Как классифицируются чугуны по количеству легирующих элементов?

Лекция 8. Стали и их применение в деталях трибосопряжений и узлов трения

Стали используются как антифрикционные материалы только в случае очень легких условий работы при малых контактных давлениях и скоростях скольжения. Обладая высокой твердостью и имея высокую температуру плавления, сталь плохо прирабатывается и склонна к схватыванию с сопрягаемым телом. Большое значение стали для трибологии объясняется ее широким применением в качестве контртела для подшипниковых материалов любых типов – от баббитов до керамики.

Углеродистые конструкционные стали. Они прочны и обладают высокими упругими свойствами, содержат углерод от 0,6 до 0,8 %. После закалки и отпуска детали из этих сталей могут работать в условиях трения при высоких статических и вибрационных нагрузках (опоры валов, направляющие, кулачковые механизмы и т.д.). Положительная особенность углеродистых сталей – достаточно высокий комплекс механических свойств при относительно невысокой ударной вязкости.

Например, сталь 70 имеет временное сопротивление разрыву σ_в = 730 МПа, предел текучести σ_т = 430 МПа. Углеродистые стали обладают также хорошими технологическими свойствами (обрабатываемость резанием, свариваемость, штампуемость). Эти стали не являются дефицитными, они недороги в сравнении с другими сталями. Основной недостаток углеродистых сталей – малая прокаливаемость, поэтому высокие механические свойства после упрочняющей термической обработки получаются только в деталях малых сечений в относительно неглубоком поверхностном слое крупногабаритных деталей. Среднеуглеродистая сталь 45 соответственно имеет σ_в = 640 МПа, σ_т = 355 МПа. Сталь 45 менее чувствительна к знакопеременным нагрузкам, хорошо обрабатывается режущим инструментом, подвергается различным видам термообработки и пластическому деформированию (обкатка роликами, накатка рифлей, резьбы и др.).

Легированные стали. В термически обработанном состоянии эти стали имеют высокий предел текучести и твердость, что обеспечивает их высокую износостойкость в широком диапазоне эксплуатации. Упрочнение от действия дисперсных частиц упрочняющей фазы достигается за счет подбора состава стали и оптимальной термической или химико-термической обработки.

Упрочняющими фазами в легированных сталях могут быть карбиды разного состава: нитриды, карбонитриды, интерметаллиды, чистые и малорастворимые металлы в железе (например, чистая медь). Наиболее эффективное упрочнение достигается такими фазами, которые способны растворяться в твердом растворе (например, в аустените при нагреве), а затем выделяться из него в мелкодисперсном состоянии и сохраняться при температурах технологической обработки и использования деталей ТС.

К эффективным упрочнителям относятся карбиды: VC, NbC, MoC и нитриды VN, NbN, а также комплексные фазы на их основе. Оптимальное упрочнение от твердых дисперсных частиц достигается при условии, когда эти частицы достаточно малы и когда расстояние между ними в твердом растворе также мало. Обеспечивается этот процесс соответствующим подбором легирующих элементов и режимов термической обработки (закалка и высокий отпуск, закалка и низкий отпуск), позволяющих получить структуру с высокими механическими и триботехническими характеристиками.

В таблице 8.1 приведены данные о режимах термообработки и свойствах некоторых цементуемых конструкционных легированных сталей, применяемых в ТС и узлах трения различного назначения.

 

Таблица 8.1

Режимы термообработки и механические свойства цементуемых сталей

Марка стали	Температура термообработки, оС	Механические свойства	HRCэ
	цементация	закалка	отпуск	σв, МПа	σт, МПа	ε, %
15Х							57-63
20ХР							57-63
18ХГТ		-				-	57-63
15Х2Г2СВА						13,5	57-63
18Х2Н4ВА							59-64

 

Применяемая для изготовления зубчатых передач топливных авиационных насосов сталь 18Х2Н4ВА в поверхностном слое имеет высокую твердость. После ее цементации и термообработки повышается усталостная прочность зубьев и этим существенно увеличиваются показатели долговечности (срок службы и ресурс). Чем выше твердость поверхностного слоя и предел текучести сердцевины зуба, тем выше σ_н –контактная выносливость, сопротивление усталости и износостойкость зубчатых колес. Во избежание поломки зубьев, сердцевина зуба должна иметь твердость в пределах 32-42 НRCэ. Твердость зубьев шестерни должна быть выше на 15-20 % твердости зубьев колеса.

В целях получения требуемых механических и триботехнических свойств деталей из малоуглеродистых сталей (08; 10; 15 и др.) и легированных сталей (25ХГТ, 20Х18ГТ и др.) их можно подвергать цианированию или нитроцементации. В условиях массового производства нитроцементация малоуглеродистых сталей и карбонитрирование легированных сталей имеют преимущество перед простой цементацией. Применение нитроцементации углеродистых сталей обеспечивает лучшую прокаливаемость поверхностного слоя, что позволяет получить заданные твердость и износостойкость деталей при закалке в масле, в то время как цементированный слой при закалке в масле имеет более низкую твердость переходных структур (троостит, сорбит).

Карбонитрирование применяют для сложнолегированных хромоникелемолибденовых, хромомарганцево-молибденовых сталей. Для карбонитрирования хорошо подходит сталь 25ХГМТ, дополнительно легированная титаном. Эта сталь обладает высокими триботехническими свойствами и успешно заменяет хромоникелевые цементуемые стали.

Сталь 25ХГМТ стала основным материалом для изготовления зубчатых колес передач в автотракторной промышленности, упрочняемых карбонитрированием или закалкой. Для повышения сопротивления усталости деталей в ряде случаев применяется дробеструйный наклеп поверхностного слоя взамен карбонитрирования. Прочность и износостойкость деталей при этом повышается за счет образования сжимающих напряжений и структурных изменений в поверхностном слое, которые проявляются в уменьшении количества остаточного аустенита.

Шарикоподшипниковые стали составляют основную группу износостойких сталей, содержащих до 1,5 % углерода и от 0,6 до 1,5 % хрома: сталь ШХ6 (0,6 % Cr), ШХ9 (0,9 % Сr), ШХ15 (1,5 % Сr) и др. Сталь ШХ15 имеет интенсивность изнашивания для подшипников качения общего назначения l_V = 2,5 ^.(10^-9 – 10^-12) а для зуба ковша экскаватора l_V = 10^-3 – 10^-4

При легировании шарикоподшипниковых сталей хромом достигается повышение прокаливаемости и износостойкости. К этим сталям предъявляются повышенные требования к обеспечению допустимого содержания неметаллических включений, которые могут быть очагами зарождения скрытых повреждений – наличие усталостных трещин при длительной работе подшипника.

Кольца и тела качения подшипников изготовляют обычно из сталей ШХ4, ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15-В, ШХ15СГ, ШХ15СГ-В, ШХ15СГ-Ш, ШХ20СГ, 15Г1,18ХГТ, 20Х2Н4А. Твердость колец и роликов, предназначенных для работы при температуре до 100 ^оС, должна быть в пределах: из стали марки ШХ4 – 61-64 НRCэ; из сталей марок ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15-В, 18ХГТ – 62-66 НRCэ; из сталей марок ШХ15СГ, ШХ15СГ-В, ШХ15СГ-Ш, ШХ20СГ – 61-65 НRCэ; из стали марки 15Г1 –58-62 НRCэ; из стали марки 20Х2Н4А – 59-66 НRCэ, при этом для колец с толщиной стенки свыше 35 мм и роликов диаметром свыше 55 мм –59-63 НRCэ.

Если подшипники используют для работы при повышенных температурах, то для обеспечения стабилизации размеров детали подшипника подвергаются отпуску при температурах выше 150 ^оС (на 50 ^оС выше рабочих температур). Детали таких подшипников имеют несколько пониженную твердость, некоторые подшипники изготавливают из специальных сталей: тепло-, коррозионно-стойких.