CC BY
7
DOI: 10.47581/2020/30.10.2020/SMTT/32.5.023
ИССЛЕДОВАНИЕ СТЕПЕНИ РАЗОГРЕВА ПЕРЕДНЕГО
И ЗАДНЕГО ПОДШИПНИКА В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ Пугачева Татьяна Михайловна, доцент, к.т.н. (e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru) Самарский Государственный технический университет,
г.Самара, Россия
Приведены данные исследования степени разогрева переднего и заднего подшипников из стали 8Х4В9Ф2 (ЭИ347Ш) в процессе эксплуатации на основе микроструктурного и дюрометрического анализов. Установлено Внутренние кольца и переднего подшипника, и заднего подшипника с поверхности беговой дорожки были перегреты не только выше температуры отпуска, но и выше критической температуры Ас1(> 820 °C), и во время охлаждения претерпели вторичную закалку. Ниже зон вторичной закалки имеются области, перегретые выше температур технологического отпуска с пониженной твердостью. Внешние кольца и переднего и заднего подшипника во время эксплуатации не нагревались выше температуры отпуска.
Ключевые слова: сталь 8Х4В9Ф2 (ЭИ347Ш), микроструктура, твердость, разогрев при эксплуатации
Разогрев подшипника в процессе эксплуатации не должен превышать температур технологического отпуска. Иначе материал деталей подшипника претерпевает структурные превращения, ухудшающие работоспособность изделия.
Для подшипников, работающих при повышенных температурах используют теплостойкую вольфрам содержащую сталь 8Х4В9Ф2 (ЭИ347Ш) [14]. Термическая обработка этой стали состоит из закалки и трехкратного отпуска при температуре 565-580 °С [1, 5, 6 ].
Целью работы было проанализировать степень разогрева колец переднего и заднего подшипников из теплостойкой стали 8Х4В9Ф2 (ЭИ347Ш) в процессе кратковременной эксплуатации при температуре 590 °С.
Методика исследования
Для определения степени разогрева колец подшипника измеряли твердость по Виккерсу при нагрузке 5 кг в двух направлениях (рисунок 1) и микротвердость при нагрузке 300 г от поверхности беговой дорожки до внешней поверхности колец (рисунки 2).
1
а б
Рисунок 1 - Схема измерения твердости по Виккерсу (а) и микротвердости (б)
Для изучения микроструктуры поперечные шлифы, которые травили ниталем.
Для измерения твердости и микротвердости использовали твердомер Виккерса, для изучения микроструктур микроскоп ОХ51.
Результаты исследования и их анализ Результаты замеров микротвердости представленны на рисунках 2, 3.
Передний подшипник
1000 > 800
600
л н о
Ц 400 а
<и
£ 200
• • . • • .
оооо © * д О внутреннее кольцо,
6 направление 2
д •наружное кольцо
Д внутреннее кольцо,
0 5 10 15
Измерения от беговой дорожки
направление 1
Рисунок 2 - Изменение микротвердости от беговой дорожки до внешней
поверхности переднего подшипника
Задний подшипник
1000 800 600
о§
л
т
и
до 400 р
е
£ 200 0
°сэ
внутреннее кольцо наружное кольцо
0
5 10 15
Измерения от беговой дорожки
Рисунок 3 - Изменение микротвердости от беговой дорожки до внешней
поверхности заднего подшипника
Из рисунков видно наружные кольца обоих подшипников по всему сечению имеют практически неизменную микротвердость при этом твердость кольца переднего подшипника немного выше заднего, что может быть связано с допускаемым разбросом твердости после типовой термообработки колец. Значит в разогрев наружных колец не превышал температур отпуска 565-580 °С.
У внутреннего кольца переднего подшипника твердость заметно ниже, причем в направлении 1 наблюдается минимум, а в направлении 2 твердость уменьшилась одинаково по всему сечению (рисунок 2). У внутреннего кольца заднего подшипника у беговой дорожки микротвердость заметно возросла, а по мере отдаления от беговой дорожки в направлении 1
0
плавно уменьшилась, причем у внешней стороны стала даже немного ниже, чем у внешнего кольца (рисунок 3). То есть внутреннее кольцо переднего подшипника в процессе эксплуатации было нагрето выше температуры отпуска, но ниже критической точки Ас^> 820 °С). При этом в центральной части беговой дорожки разогрев был больше. Внутреннее кольцо заднего подшипника в зоне беговой дорожки было нагрето до температур выше Ас1(> 820 °С) и, учитывая, что сталь ЭИ347 мартенситного класса, эта зона при охлаждении претерпела повторную закалку. Более глубокие области были нагреты выше температур отпуска, но ниже Ас1, что отразилось в понижении уровня твердости.
Отмеченные особенности прослеживаются и при измерениях твердости по Виккерсу при нагрузке 5 кг (с последующим переводом значений в твердость по Роквеллу) (рисунки 4-7, таблица 1) и согласуются со значениями твердости, измеренной по Роквеллу, на торцах (таблица 1). Твердость наружных колец соответствует требуемой, при чем у переднего подшипника твердость немного выше (62,0 ИЯС), чем у заднего (61,0 ИЯС), а твердость внутренних колец заметно ниже (57,0-42,0 ИЯС), особенно у заднего подшипника (42,0-49,0 ИЯС).
Значения твердости (рисунки 4, 5 в направлении 1 (рисунок 1) у наружных колец практически не изменяются, у внутреннего кольца переднего подшипника (рисунок 4) плавно возрастает, а у внутреннего кольца заднего подшипника (рисунок 5) также плавно уменьшается, при этом у поверхности твердость выше (65,2 ИЯС), чем у внешних колец (61,7-63,7 ИЯС). Это полностью подтверждает сделанные ранее выводы по нагреву внутреннего кольца переднего подшипника выше температур отпуска и вторичной закалки внутреннего кольца заднего подшипника, сделанные по результатам микротвердости.
Таблица 1 - Данные измерения твердости по сечению _и торцу колец подшипников_
Тип подшипника Вид кольца Твердость ИЯС
Направление измерения На торцах
1 2
Передний наружное 63,7 63,7 63,7 63,7 63,7 63,7 63,7 - - 62
внутреннее 47,4 47,8 50,5 53,4 57,0 57,0 51,7 54,9- 59,6 57
Задний наружное 61,7 62,2 61,7 62,2 62,7 61,7 61,7 62,2 62,2 61
внутреннее 65,2 61,7 58,6 57,0 46,0 47,8 54.0 58,6 47,8 42,049,0
Передний подшипник направление 1
70 65 60 55 50 45
и 35
<и 35
« зп
Н 30
о о о о
• •
наружное кольцо
внутреннее кольцо
Измерения
Рисунок 4 - Изменение твердости в направлении 1 переднего подшипника
Задний подшипник направление 1
8 • 8 о
О наружное кольцо •внутреннее кольцо
1 2 3 4 5 Измерения
Рисунок 5- Изменение твердости в направлении 1 заднего подшипника
В направлении 2 (рисунок 1) у наружных колец твердость практически не изменяется (рисунки 6, 7) и соответствует твердости в направлении 1. Это доказывает, что внешние кольца и переднего и заднего подшипников не имели нагрева выше температур технологического отпуска. У внутреннего кольца переднего подшипника твердость в направлении 2 имеет минимум в центральной части (рисунок 6), что свидетельствует о большей степени разогрева в центре беговой дорожки. У внутреннего кольца заднего подшипника твердость в направлении 2 (рисунок 7) в центральной части наоборот возрастает, причем ассиметрично. Это показывает, что зона вторичной закалки достаточно глубокая и немного смещена от центральной зоны к направляющему бортику.
Изучение микроструктур колец в целом подтверждает сделанные ранее выводы. У внутреннего кольца переднего подшипника под беговой дорожкой обнаружена тонкая светлая зона вторичной закалки, которую твердостью и микротвердостью обнаружить не удалось в виду ее малой толщины, ниже видна темнотравящаяся отпущенная зона (рисунок 8, а). Значит тонкий поверхностный слой внутреннего кольца переднего подшипника в центральной зоне также был перегрет выше температур Ас1. У внутреннего кольца заднего подшипника в микроструктуре под беговой дорожкой наблюдается достаточно широкая светлая зона (рисунок 8, б) с новыми мелкими зернами - результат произошедшей перекристаллизации при нагреве выше Ас1 и последующей закалки. Толщина зоны уменьшается к направляющим бортикам и имеет небольшую асимметрию. Микроструктура
о к
70 65 60 55 50 45
-о
н о о ч р40 е
£ 35 Н 30
в центре внутренних колец, а также наружных колец и на поверхности, и в центре состоит из мелко- и среднеигольчатого мартенсита и карбидов, типичных для стали ЭИ 347 после обычного режима термообработки: закалки и отпуска
Передний подшипник направление 2
70 О 65 Й 60 Я 55 ¡5 50 13 45
§ 35
а 35 8 30
н
наружное кольцо внутреннее кольцо
2 4
Измерения
Рисунок 6 - Изменение твердости в направлении 2 переднего подшипника
Задний подшипник направление 2
о к
70 65 60 55 50
-о
н о о 45
а 40
8 35 н 30
1 2 3 4 5 Измерения
наружное кольцо внутреннее кольцо
Рисунок 7 - Изменение твердости в направлении 2 заднего подшипника
ВЫВОДЫ
1. Внешние кольца и переднего и заднего подшипника во время эксплуатации не нагревались выше температуры отпуска.
6
Рисунок 8 - Микроструктура внутреннего кольца переднего (а, х50) и
заднего (б, х100) подшипника
2. Внутренние кольца и переднего подшипника, и заднего подшипника с поверхности беговой дорожки были перегреты выше критической температуры Ас1(> 820 °С), и во время охлаждения претерпели вторичную закалку. Ниже зон вторичной закалки имеются области, перегретые выше температур технологического отпуска с пониженной твердостью.
3. Источником разогрева внутренних колец подшипников, по-видимому, явилось повышенное тепловыделение при контакте шариков с дорожкой качения при работе подшипника. Учитывая разный характер работы переднего и заднего подшипников: у переднего - только радиальные нагрузки, а у заднего - еще и достаточно большие осевые нагрузки, больший разогрев произошел у заднего подшипника. Список литературы
1. 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.
2. Черменский О.Н. Подшипники качения. М: Машиностроение, 2003.- 575 с.
3. Спришевский А.И. Подшипники качения. М: Машиностроение, 1969. - 632 с.
4. Зайцев А.М, Коросташевский Р.В. Авиационные подшипники качения, М: Обо-ронгиз, 1963.340 с.
5. Спектор А.Г., Зельберт Б.М., Киселева С.А. Структура и свойства подшипниковых сталей. М: Металлургия, 1960.-264 с.
6. Воинов С.Г., Шалимов А.Г. Шарикоподшипниковая сталь М: ГНТИ,1962. 480 с.
Pugacheva T. М., associate Professor, Ph. D.
(e-mail: t.pugacheva15@yandex.ru)
Samara state technical University, Samara, Russia
STUDY OF THE FRONT AND REAR BEARING HEATING DEGREE IN THE OPERATION PROCESS
The microstructural and durometric data of the study of the front and rear bearings heating degree during operation are presented. Вearing's steel is 8Kh4V9F2 (EI347SH). Installed: the inner rings of both the front and the rear bearing from the surface of the treadmill were overheated not only above the tempering temperature, but also above the critical temperature Ac1 (> 820 ° C), and underwent secondary hardening during cooling. Below the zone hardening, there are areas overheated above the technological tempering temperature with reduced hardness. The outer rings of both the front and rear bearings did not were heated above the tempering temperature during operation.
Key words: steel 8Kh4V9F2 (EI347SH), microstructure, hardness, heating during operation.
