- 21 сентября 2026
- 6 минут
- 3
Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.
Шарикоподшипниковые стали: требования, термообработка и марки
Требования, термообработка и марки шапикоподшипниковой стали
Долговечность любого узла качения напрямую зависит от материала колец и тел качения. Металл здесь работает в жёстких условиях: высокие контактные нагрузки, циклическое напряжение и трение сопровождают его на протяжении всего срока службы. Ниже разобрано, что относят к шарикоподшипниковым сталям, какие требования к ним предъявляют, как их производят и термически обрабатывают, а также какие марки применяют в зависимости от условий работы подшипника.
Шарикоподшипниковые стали — это особая группа конструкционных сталей, для которых характерны наличие хрома и сравнительно высокое содержание углерода.
От надёжности и работоспособности подшипников напрямую зависят точность, экономичность и производительность машин и механизмов. По содержанию углерода эти стали заметно опережают прочие конструкционные: его доля достигает примерно 1 %. Легированные хромом марки, чья твёрдость превышает 60 HRC, выдерживают колоссальные нагрузки — от 2000 до 4000 МПа — практически без остаточной деформации.
Каким требованиям должна отвечать шарикоподшипниковая сталь?
Набор требований к таким сталям диктуется их прямым назначением. Принято выделять пять ключевых свойств.
- Высокая усталостная прочность. Она напрямую связана с содержанием неметаллических включений. Чем их больше, тем выше хрупкость металла: он легко разрушается, а на поверхности зарождаются усталостные трещины. Именно поэтому для повышения стойкости сталь дополнительно очищают от примесей.
- Высокая статическая грузоподъёмность. Под большой нагрузкой сталь должна деформироваться минимально — менее чем на 0,01 %.
- Высокая твёрдость.
- Сквозная прокаливаемость. В прокалённом слое доля мартенсита должна составлять 95 %. Чтобы поднять прокаливаемость, в сталь вводят хром, кремний и марганец.
- Высокая износостойкость. Этот показатель определяется содержанием карбидов, которые влияют не только на сопротивление износу, но и на твёрдость металла.
Кремний играет двойную роль: он затрудняет распад мартенсита в ходе отпуска, а значит, дополнительно помогает сохранить твёрдость материала.
Чем отличается производство этих сталей?
Повышенную прочность и чистоту шарикоподшипниковых сталей обеспечивают особые способы выплавки. Вакуумно-дуговой и электрошлаковый переплав снижают долю дисперсных оксидов и сульфидов, а вместе с ними — и содержание неметаллических примесей. Итог такой очистки — рост контактной усталости.
Поставляют эти стали после дозирующего отжига. Охлаждение при нём ведут медленно, со скоростью от 10 до 30 градусов в час: при температурах выше 600 °C аустенит превращается, и формируется зернистый перлит.
Структура металла контролируется особенно строго: карбидная сетка, неоднородность и строчность в шарикоподшипниковых сталях жёстко регламентированы.
Какие хромистые марки применяют и как их обрабатывают?
В производстве подшипников используют хромистые стали марок ШХ6, ШХ15 и ШХ15ГС. Когда нужно повысить прокаливаемость, сталь дополнительно легируют кремнием (до 0,5 %) и марганцем (до 1,05 %).
Детали подшипников проходят термообработку в два этапа:
- закалку при 820–850 °C в масле;
- низкий отпуск при 150–170 °C в течение 1–2 часов.
После закалки в структуре остаётся от 8 до 15 % остаточного аустенита, и он напрямую влияет на размерную стабильность детали. Этот аустенит нестабилен: при высоких нагрузках он переходит в мартенсит, а сам переход сопровождается изменением размеров подшипника. Чтобы сократить долю остаточного аустенита и стабилизировать геометрию, детали после закалки охлаждают до 20–25 °C.
По завершении закалки и низкого отпуска сталь приобретает структуру отпущенного мелкоигольчатого мартенсита, в которой равномерно распределены избыточные карбиды.
Какие марки выбирают для динамических нагрузок?
Подшипники качения, работающие при динамическом нагружении, изготавливают из низкоуглеродистых сталей марок 20Х2Н4А и 18ХГТ. Их подвергают цементации с последующей термообработкой.
Такой подход даёт удачное сочетание: сердцевина остаётся вязкой при твёрдости около 40 HRC, тогда как поверхностная зона набирает твёрдость порядка 60 HRC. Мягкая внутренняя часть гасит удары, а твёрдая поверхность сопротивляется износу.
Где нужны нержавеющие подшипниковые стали?
Если подшипник работает при высоких температурах или в агрессивной среде, применяют нержавеющие марки. В их составе около 1 % углерода и порядка 18 % хрома.
После закалки в интервале 800–1080 °C и последующего низкого отпуска сталь получает высокую твёрдость в паре с коррозионной стойкостью. Такой металл уверенно держится в окислительных средах — азотной и уксусной кислотах, щелочных растворах, морской воде.
Нержавеющие стали нередко проходят и электрошлаковый переплав. Характерный пример — марка 95Х18-Ш, из которой делают подшипники средних и крупных размеров.
