CC BY
56
АНАЛИЗ КАЧЕСТВА СТАЛИ ШХ15 РАЗНЫХ ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ Пугачева Татьяна Михайловна, доцент, к.т.н. ([email protected]) Волкова Алина Алексеевна, студент ([email protected]) Самарский государственный технический университет, г.Самара, Россия
Приведены данные сравнительного анализа микроструктуры (микропористость, карбидная ликвация, структурная полосчатость, неметаллические включения) подшипниковой стали ШХ15 в состоянии поставки от разных производителей. Установлено, что сталь ШХ15-Ш электрошлакового переплава характеризуется более низким содержанием кислорода и неметаллических включений и сопоставимой микроструктурой по сравнению с вакуумированной сталью ШХ15-В.
Ключевые слова: сталь ШХ15-Ш, ШХ15-В, микроструктура, неметаллические включения.
Введение
Исходя из условий работы подшипников качения [1-3]: каждый участок рабочей поверхности шарика или ролика и дорожки колец испытывает многократное нагружение, распределяющееся в пределах очень небольшой опорной поверхности. В результате в каждом участке поверхности возникают местные контактные знакопеременные напряжения — сжимающие на поверхности контакта и растягивающие у ее контура. Напряжения вызывают упругую и незначительную остаточную деформации элементов подшипника. В этой связи к макро- и микроструктуре подшипниковых сталей предъявляют жесткие требования [4, 5]. В качестве материала для изготовления деталей подшипников широко используется высокоуглеродистая хромистая сталь перлитного класса ШХ15 [4-7].
Цель работы - сравнительный анализ характеристик микроструктуры горячекатанного проката стали ШХ15 разных производителей.
Методика исследования
Сравнительному анализу был подвергнут массив данных сертификатов стали ШХ15 трех металлургических заводов-изготовителей. В дальнейшем обозначаем их условными номерами I, II и III. Производитель I поставляет сталь после электрошлакового переплава (марка ШХ15-Ш). Производители II и III при выплавке используют вакуумирование (марка ШХ15-В).
Для исследования были отобраны горячекатаные прутки диаметром 70100 мм без термической обработки по 13-15 плавок каждого изготовителя. Сопоставляли следующие параметры:
1. характеристики микроструктуры - микропористость (МП), карбидную ликвацию (КЛ), структурную полосчатость (СП), глубину обезуглероженного слоя (ГО).
2. неметаллические включения - оксиды (О), сульфиды (С), глобули
(Г).
Результаты исследования и их анализ
Марочный состав стали ШХ15, а также максимальные и минимальные значения содержания компонентов в плавках разных производителей показаны в таблице 1, усредненные значения - в таблице 2.
Таблица 1- Марочный состав стали ШХ15 по ГОСТ 801-78 и предельное _содержание компонентов в плавках разных производителей_
Производитель Массовая доля элементов, %
С & Мп Б Р Сг N1 Си Т1
I макс 1,01 0,37 0,27 0,005 0,014 1,46 0,10 0,16 0,002
мин 0,98 0,32 0,23 0,004 0,010 1,38 0,07 0,10 0,002
II макс 1,01 0,31 0,29 0,004 0,021 1,47 0,012 0,13 0,002
мин 1,00 0,25 0,27 0,002 0,008 1,42 0,09 0,06 0,002
III макс 1,00 0,3 0,28 0,002 0,010 1,36 0,09 0,11 0,003
мин 1,00 0,3 0,28 0,002 0,010 1,36 0,09 0,11 0,003
ГОСТ 801 0,095-1,05 0,170,37 0,200,40 Не более 0,020 Не более 0,027 1,301,65 Не более 0,30 Не более 0,25 -
Таблица 3-Усредненные значения элементов плавок ШХ15
разных производителей
Производитель Массовая доля элементов, %
С Мп Б Р Сг N1 Си Т1 О
Не более Не более
I 1.0 0,34 0,25 0,005 0,014 1,43 0,09 0,13 0,002 0,0010
II 0,004 0,014 1,44 0,11 0,09 0,002 0,0014
III 0,002 0,01 1,36 0,09 0,11 0,003 0,0015
Анализ представленных данных показал: -количество углерода и марганца у всех производителей находится практически на среднем уровне, а хрома немного ниже среднего уровня марочного состава
- количество примесей серы и фосфора в плавках всех производителей соответствует требованиям особо высококачественной стали и наименьшее у производителя III (S - 0,002 %. P - 0,01 %).
-количество кислорода наименьшее у плавок производителя I, Таким образом: сталь ШХ15 всех производителей выплавляется по химическому составу, близкому к усредненному содержанию углерода и легирующих элементов; содержание вредных примесей серы не превышает 0,02 %, фосфора - не более 0,027%; плавки производителя I имеют наиболее низкое содержание кислорода.
Усредненные значения характеристики микроструктуры стали ШХ15 разных производителей представлены в таблице 3. Все балльные характеристики определяются по шкалам ГОСТ не зависимо от способа производства.
Анализ данных показал, по всем показателям металлургическое качество всех изученных плавок соответствует требованиям нормативных документов. При этом наименьшую загрязненность по неметаллическим включениям имеют плавки производителя I, а характеристики микроструктуры у всех производителей примерно одинаковы.
Таблица 3 - Усредненные данные характеристик микроструктуры и требования нор-
мативных документов
ПРОИЗВО ДИТЕЛЬ 0, мм ГО, мм Балл О С ГЛ СП КЛ МП
I 90,0 0,6 ср 1,3 1,3 1 2,5 0,5 0,0
макс 1,5 1,5 1,5 3,0 0,5 0,0
II 70100 0,24 ср 1,4 1,5 1,6 2,8 0,5 0,0
макс 2,0 2,5 2,5 3,0 0,5 0,0
III 70,0 0,0 ср 1,1 1,9 1,4 3,0 0,6 0,0
макс 1,5 2,0 2,0 3,0 1,0 0,0
Примечание: ГО-глубина обезуглероженного слоя, О-оксиды, С-сульфиды, ГЛ-глобули, СП-структурная полосчатость, КЛ-карбидная ликвация, МП-микропористость, ср-среднее значение, мак-максимальное значение
Следует отметить, что у всех производителей в плавках не обнаружена МП, а ГО заметно ниже допускаемых значений, а у III производителя и вовсе отсутствует ГО.
Таким образом:
1. У всех поставщиков металл соответствует жестким требованиям нормативной документации, а по многим показателям дефектность микроструктуры либо отсутствует, либо заметно ниже допускаемых баллов.
2. Структурная полосчатость и карбидная ликвация у всех производителей практически идентична.
4. Наименьшие максимальные значения оксидов, сульфидов и глобулей имеют плавки производителя I.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Сталь ШХ15-Ш производителя I имеет более низкое содержание кислорода, меньшую загрязненность по неметаллическим включениям и сопоставимую микроструктуру со сталью ШХ15-В производителей II и III.
Список литературы
1. Черменский О.Н. Подшипники качения. М: Машиностроение, 2003.- 575 с.
2. Спришевский А.И. Подшипники качения. М: Машиностроение, 1969. - 632 с.
3. Зайцев А.М, Коросташевский Р.В. Авиационные подшипники качения, М: Обо-ронгиз, 1963.340 с.
4. Спектор А.Г., Зельберт Б.М., Киселева С. А. Структура и свойства подшипниковых сталей. М: Металлургия, 1960.-264 с.
5. Воинов С.Г., Шалимов А.Г. Шарикоподшипниковая сталь М: ГНТИ,1962. 480 с.
6. Pugacheva T.M. History of aviation bearing steels development and its treatment. Proceedings 26th IFHSE CONGRESS 2019. International Congress on Metal Science and Heat Treatment, Moscow: Metallurgizdat, 2019.-291-295 p.p.
7. Барадынцева E. П., Глазунова Н. A., Ковалева И. A., Рожкова О. В., РУП«БМЗ» Классификация дефектов макроструктуры подшипниковой стали ШХ15СГ производства РУП «БМЗ»//Литье и металлургия, 2(42), 2007. С.34-37.
Pugacheva T. М., associate Professor, Ph. D. Volkova A.A. student
Samara state technical University, Samara, Russia COMPARATIVE ANALYSIS OF CHARACTERISTICS OF THE MICROSTRUCTURE STEEL ШХ15 DIFFERENT MANUFACTURERS
The data of a comparative analysis of the microstructure (microporosity, carbide segregation, structural banding, non-metallic inclusions) of ШХ15 bearing steel in the state of delivery from different manufacturers are presented. It has been established that steel SHKh15-Sh of electroslag remelting is characterized by a lower content of oxygen and nonmetallic inclusions and a comparable microstructure compared to vacuum steel SHKh15-V. Key words: steel SHKh15-Sh, SHKh15-V., microstructure, non-metallic inclusions.
