шает ее прочность на изгиб. Это в свою очередь увеличивает чувстви тельность подшипников к динамическим нагрузкам и склонность изделии к образованию закалочных трещин. В связи с этим содержа ние фосфора в металле строго ограничивают.
Вопрос о влиянии серы на свойства шарикоподшипниковой стали нельзя считать решенным. Мнение о том, что сера оказывает отри цательное влияние, снижая устойчивость стали против истирания п способствуя ее усталостному разрушению при выходе на рабочую поверхность сульфидов, вызывает сомнения. Результаты некоторых исследований показывают, что с повышением содержания серы в стали до 0,05—0,10% и при соответствующем увеличении количества суль фидов продолжительность службы подшипников повышается.
Вместе с тем известно, что сера улучшает обрабатываемость стали. При очень низком содержании серы получить высококачественную поверхность рабочих тел затруднительно. Поэтому не исключена целесообразность повышенного содержания в стали серы с тем, чтобы получить более совершенную рабочую поверхность и увеличить тем самым срок службы подшипника. Однако в настоящее время содер жание серы в шарикоподшипниковой стали строго ограничено ГОСТ.
Медь, хотя и увеличивает твердость, предел прочности и прокаливаемость стали, в целом является нежелательной примесью, так как при горячей механической обработке с повышением ее содержания увеличивается образование поверхностных трещин и надрывов.
Содержание никеля ограничивается в связи с тем, что его присут ствие отрицательно влияет на твердость стали.
Сопротивляемость шарикоподшипниковой стали выкрашиванию уменьшают примеси таких цветных металлов, как олово, свинец, мышьяк. Отрицательное влияние на свойства стали оказывают также газы: кислород, водород, азот. Влияние кислорода проявляется глав ным образом через образуемые им окислы — неметаллические вклю чения. Наличие водорода увеличивает поражение шарикоподшипни ковой стали флокенами, а наличие азота снижает сопротивляемость стали выкрашиванию.
К шарикоподшипниковой стали предъявляют очень жесткие тре бования в отношении макроструктуры, отсутствия шлаковых и га зовых включений, а также карбидной ликвации и полосчатости.
Высокое содержание углерода обусловливает значительное раз витие в слитках шарикоподшипниковой стали дефектов усадочного характера — усадочных раковин, общей и осевой пористости. Уста новлена следующая зависимость усадки при затвердевании от содер жания в стали углерода:
Содержание углерода, % |
. . |
0,10 |
0,35 |
0,45 |
0,70 |
Усадка при затвердевании, |
% |
2,0 |
3,0 |
4,3 |
5,3 |
Жесткие требования, предъявляемые к однородности металла, ограничивают допустимую величину общей и осевой пористости. Для уменьшения этого дефекта шарикоподшипниковую сталь целе сообразно разливать на сравнительно мелкие (до 3 т) слитки с уве-
251
Лишенной (до 5% и более) конусностью или с утеплением Верхней
части слитков.
Широкий интервал кристаллизации шарикоподшипниковой стали способствует значительному развитию ликвации примесей, в первую очередь углерода и хрома. В результате ликвации междеидритные участки обогащаются углеродом и хромом, образующими карбиды. При прокатке обогащенные углеродом и хромом участки металла вытягиваются вдоль направления прокатки, образуя полосчатую неоднородность. На травленых микрошлифах этот дефект выявляется в виде полос повышенной и пониженной травнмостн.
Полосчатость является причиной структурной неоднородности стали после закалки, обусловливающей неоднородность свойств готовых изделий. Устранение этого дефекта достигается длительной выдержкой металла при высоких температурах (гомогенизацией).
Наряду со скоплениями мелких карбидов (полосчатостью) встре чаются выделения карбидов больших размеров, также ориентирован ных вдоль направления прокатки. Этот дефект носит название кар бидной ликвации.
Скопления грубых карбидов возникают в результате сильно выраженной дендритной ликвации в слитке углерода и хрома. На отдельных участках концентрация ликвирующих элементов может достигнуть значений, достаточных для выделения ледебуритнон эвтектики. В процессе деформации ледебуритные участки принимают вид грубых строчек карбидов.
Сталь с выраженной карбидной ликвацией является дефектной, так как карбиды обладают высокой твердостью и хрупкостью и при выходе на рабочую поверхность деталей подшипника легко выкра шиваются. Влияние карбидов в этом отношении более вредно, чем влияние окисных и сульфидных неметаллических включений. Устра нить карбидную ликвацию можно длительной выдержкой металла при температуре 1150—1160° С, когда происходит интенсивное рас сасывание хромистых эвтектических карбидов. Такую выдержку можно осуществлять, например, при нагреве под прокатку.
Карбидная неоднородность может проявиться также в виде карбидной сетки, выпадающей по границам зерен при охлаждении прокатанного металла. Карбидная сетка получает максимальное развитие в местах скопления мелких карбидов и в прокате, полу ченном после прокатки от верхней части слитка. Ее образование связано с дендритной ликвацией и величиной скорости охлаждения металла после прокатки.
Подавить процесс выделения заэвтектоидиых карбидов, образую щих карбидную сетку, можно ускоренным охлаждением металла после прокатки. Однако при этом ухудшаются условия выделения водорода, и сталь может быть сильно поражена флокенами. Поэтому^ прокат быстро охлаждают в интервале температур выделения кар бидов (до 700° С) и медленно — при более низких температурах.
Долговечность работы подшипника в значительной мере опреде ляется количеством и типом присутствующих в металле окисных включений, так как эти включения уменьшают стойкость металла
252
против усталостного разрушения. В закаленной стали неметалличе ские включения являются концентраторами напряжения, поэтому даже при сравнительно небольшой внешней нагрузке величина на
пряжении в отдельных точках может превысить предел прочности металла и вызвать его разрушение.
Особенно нежелательными среди включений являются частицы глинозема и алюмосиликатов, которые в катаном металле образуют строчки включений неправильной, часто остроугольной формы. Такие включения играют роль концентраторов напряжения и резко сни жают стойкость подшипников. Поэтому одна из важных задач метал лургов заключается в том, чтобы получать шарикоподшипниковую сталь с минимальным содержанием неметаллических включений.
ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВКИ
Шарикоподшипниковую сталь можно выплавлять методом пол ного окисления из углеродистой шихты или переплавом собственных отходов завода без окисления.
Высокие требования, предъявляемые к стали по содержанию вред ных примесей, и сравнительно небольшое количество вводимых леги рующих добавок определяют целесообразность выплавки шарико подшипниковой стали на свежей шихте; отходы этой стали исполь зуют на плавках более легированных сталей, выплавляемых методом переплава. При достаточном же количестве отходов шарикопод шипниковую сталь можно выплавлять и методом переплава.
ВСССР шарикоподшипниковые стали выплавляют в электропе чах емкостью 10—200 т. Эту сталь целесообразно выплавлять на специализированных печах при хорошем состоянии футеровки. После ремонта стен выплавка шарикоподшипниковой стали разрешается после двух плавок. Если на печи выплавляли сталь, содержащую вредные для шарикоподшипниковой стали элементы, например ни кель, то до ее выплавки необходимо провести предварительно не сколько промывных плавок, а если раньше печь использовали спе циально для выплавки нержавеющей хромоникелевой стали, то не обходимо сменить футеровку стен печи и частично обновить футеровку подины и откосов.
Внастоящее время практически на всех заводах страны приме
няют варианты |
технологии, основы которой были разработаны |
в 1955—1957 гг. |
ЦНИИЧМ и КМКГлавные положения этой |
технологии сводятся к следующему. |
|
Шихту составляют из отходов углеродистой стали без чугуна. Недостающее количество углерода вводят с коксом или электродным боем. Содержание углерода в шихте должно составлять 1,2—1,3%, содержание хрома не превышать 0,4%, меди и никеля — ниже допу стимых содержаний в стали.
Для ускоренного окисления фосфора еще в период плавления на водят окислительный шлак. Это достигается присадкой в завалку извести (примерно 2% от массы завалки), шамотного боя и плави кового шпата и введением во второй половине периода плавления
253
железной руды или окалины (0,7—1,0%). В результате период окис ления металла частично совмещается с периодом плавления. Для ускорения плавления шихты в конце периода рекомендуется про дувка кислородом.
Для окисления примесей можно пользоваться железной рудой или газообразным кислородом. За период кипения должно быть окис лено около 0,3/6 С. Вследствие высокой флокеночувствительностм шарикоподшипниковой стали необходимо обеспечить минимальное содержание в ней водорода, для чего кипение должно быть энергич ным, а все присадки должны быть хорошо прокалены.
Перед скачиванием окислительного шлака, спустя примерно 5 мин после окончания ввода окислителей, проводят предваритель ное раскисление ванны чугуном (5 кг/т). Содержание углерода к концу окислительного периода должно быть таким, чтобы после скачивания окислительного шлака можно было выполнить раскисление ванны углеродистыми материалами — коксом пли электродным боем с уче том науглероживания металла па 0,05—0,1%.
После скачивания окислительного шлака и науглероживания металла ванну раскисляют металлическими раскислителямн — кус ковым 75%-ным ферросилицием (1,3—1,4 кг/т), ферромарганцем (на расчетное содержание Мп) и кусковым алюминием (0,4 кг/т). Вместо ферромарганца, ферросилиция и алюминия можно . присаживать сплав АМС. Затем наводят увеличенное количество (3,5—4,0% от массы металла) рафинировочного шлака.
В состав шлаковой смеси рафинировочного периода входит из весть, плавиковый шпат, кварцит и шамот (10 : 2 : 2 : 1). Для более быстрого проплавления шлаковой смеси известь целесообразнее присаживать в последнюю очередь. Использование в шлаковой смеси рафинировочного периода в качестве флюсующих добавок кварцита и шамота позволяет без корректировки в течение длительного вре мени поддерживать консистенцию и основность па необходимом уровне. Плавиковый шпат, сильно разжижающий шлак, действует кратковременно и не обеспечивает получение нормальной однород ности и жидкоподвижностп шлака на протяжении всего периода рафинировки.
На шлаковую смесь дают молотый кокс и для образования слабо карбидного шлака (1,0—1,5% СаС.2) печь уплотняют. В дальнейшем шлак обрабатывают коксом таким образом, чтобы к концу периода содержание карбида кальция понизилось до 0,5%.
Спустя 20—25 мин, считая от начала рафинировки, в ванну вводят необходимое количество феррохрома. После этого в зависимости от содержания карбида кальция шлак раскисляют порошком 75%-'иого ферросилиция с добавками кокса или без них. При выплавке стали
ШХ15СГ за 15—20 мин до |
выпуска металл легируют кремнием. |
За 10—15 мин до выпуска |
раскисление молотым ферросилицием |
прекращают. Последнюю раскислительную смесь, состоящую из алюминиевого порошка и мелкораздробленпой извести (1 : 1), при саживают в печь при выключенном токе за 5—10 мим до выпуска. Печь до самого выпуска больше не включают. За 2—3 мин до выпуска
254