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.

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

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

Цементируемые стали

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 

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

 L_na = a₁a₂a₃L₁₀

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

Примечание: BAS - Японская Подшипниковая Индустриальная Ассоциация.

Конструкционные материалы для штампованных сепараторов из нержавеющей стали

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

Конструкционные материалы для стальных механически обработанных сепараторов

Конструкционные материалы для латунных механически обработанных сепараторов

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.

Альтернативы материалов по российским ГОСТ и ТУ

Для облегчения понимания ниже приведена таблица соответствия (наиболее близкие альтернативы) материалов, применяемых в подшипниках производства NTN и изготовленных на территории России по соответствующим ГОСТ и ТУ. Однако материалы по факту из-за отличия в химическом cсоставе и допусках могут заметно отличаться как по механическим, так и по функциональным свойствам.

Ближайшие альтернативы конструкционных материалов

За дополнительной информацией обращайтесь в офис.