Стандартные стали для подшипников, такие как ШХ15, обладают ограниченной коррозионной стойкостью. Этого достаточно для типовых условий, но в агрессивных средах – при контакте с морской водой, химическими реагентами, пищевыми продуктами или при эксплуатации в зоне высоких температур – требуются материалы с особыми свойствами.
Требования к специальным маркам
Характерный пример – подшипники для аэрокосмической отрасли. Эти компоненты работают под высокими нагрузками, при экстремальных температурах и нередко в условиях повышенной влажности. Обычная сталь в такой ситуации быстро разрушается из-за усталости или коррозии. Специальные марки создаются под задачу обеспечения оптимального сочетания четырёх характеристик:
- прочности;
- термостойкости;
- коррозионной стойкости;
- высокой твёрдости поверхностного слоя при сохранении пластичности сердцевины.
Последнее сочетание особенно важно: твёрдая поверхность противостоит износу, а вязкая сердцевина предотвращает хрупкое разрушение под нагрузкой.
Контроль чистоты стали
Наиболее опасными дефектами подшипниковой стали считаются неметаллические включения (оксиды, сульфиды, силикаты). Они действуют как концентраторы напряжений и становятся очагами зарождения усталостных трещин. Итогом становится преждевременный выход подшипника из строя. По этой причине при производстве проводится обязательный контроль на наличие включений.
Для анализа включений неметаллических элементов используется метод JK – шведская система оценки, разработанная обществом производителей железа и стали Швеции (Jernkontoret). Процедура выглядит следующим образом:
- Из плавки отбираются образцы в начале, середине и в конце процесса.
- Изготавливаются шлифы, которые исследуются под микроскопом при стократном увеличении.
- Размер обнаруженных включений оценивается по стандартным эталонным шкалам.
Это позволяет отбраковать плавки с недопустимым уровнем загрязнения.
Дополнительные требования для авиационных компонентов
Для подшипников авиационного назначения базовый JK-рейтинг – лишь один из этапов. Применяются более строгие протоколы проверки, включающие:
- магнитопорошковый контроль;
- дополнительные испытания на усталость.
Материал, маркируемый обозначением AQ+BQ, проходит двойную проверку качества, что подтверждает его пригодность для особо ответственных узлов.
Металлографический анализ структуры
Для исследования микроструктуры стали применяется металлографический анализ. С его помощью оценивают размер карбидов, их распределение, величину зерна и содержание остаточного аустенита. Эти параметры напрямую влияют на эксплуатационные свойства детали.
Исследование структуры может проводиться с использованием следующих методов:
- световая оптическая микроскопия (OM);
- сканирующая электронная микроскопия (SEM);
- трансмиссионная электронная микроскопия (TEM);
- атомно-зондовая полевая ионная микроскопия (AP-FIM) и атомно-зондовая томография (APT);
- рентгеновская дифракция (XRD).
Нередко применяется комбинация двух или более методов — это позволяет получить более полные и объективные данные.
Механические испытания и неразрушающий контроль
Твёрдость по всей поверхности стальной детали, контактную усталость, износ и размерную стабильность оценивают в ходе механических испытаний. Параллельно с этим применяются методы неразрушающего контроля, задача которых – выявление внутренних и поверхностных дефектов, включая трещины, без повреждения готового изделия.