подшипниковая сталь
ЧПУ-обработка

AISI 52100 (известна как SUJ2 в Японии и GCr15 в Китае) — это высокоуглеродистая, хромсодержащая сталь для подшипников, специально разработанная для сопротивления болезненному контакту при качении. Ее состав — примерно 1,01 углерода и 1,51 хрома в процентах – приводит к тонкому, однородному распределению хромовых карбидов после термообработки, что обеспечивает исключительную твердость (HRC 60–64), износостойкость и срок службы в условиях повторяющегося контакта по качению. Эти свойства делают ее стандартным материалом для прецизионных шариковых и роликовых подшипников, обойм подшипников, прецизионных винтов и других деталей, подвергающихся повторяющемуся давлению контакта по качению.

52100 (AISI), SUJ2 (JIS G4805), и GCr15 (GB/T 18254) являются национальными стандартами обозначения фактически одного и того же состава стали для подшипников — высокое углеродное содержимое (примерно 0,95–1,10 TP3T), хром (1,30–1,65 TP3T) и небольшие добавки марганца и кремния. Небольшие композиционные различия между стандартами существуют, но все три являются взаимозаменяемыми по функциональности для прецизионных подшипников и изнашивающихся деталей. 52100 — американское обозначение, используемое международно; SUJ2 указывается японскими OEM и в цепочках поставок JIS; GCr15 — китайский стандарт GB и наиболее часто dostępная марка на материковом Китае.

Подшипниковая сталь 52100 достигает HRC 60–64 после стандартной закалки и отпуска — значительно тверже 440C нержавеющей стали (HRC 58–60) и сопоставима со сталями быстрого инструмента. Высокая твердость в сочетании с тонким распределением хромокарбидов обеспечивает 52100 исключительную долговечность на изнашивание при качании. Подземная термообработка после закалки превращает удерживаемую аустенитную фазу в мартенсит, дополнительно увеличивая твердость и улучшая размерную стабильность в эксплуатации.

52100 обычно обрабатывается в отожженном или сферифицированно-отожжённом состоянии (примерно HRC 20–25) при помощи обычной ЧПУ токарной и фрезерной обработки. После обработки детали термообрабатывают до HRC 60–64, затем прецизионно затачиваются по всем критическим поверхностям, чтобы восполнить окончательные допуски после деформации от термообработки. Отожженность в обрабатываемости аналогична стали с средним углеродом, хотя высокий процент карбидов может вызывать более быстрое изнашивание инструмента по сравнению с простыми карбоновыми сталями. Подземная обработка обычно применяется после закалки перед отпуском для максимизации твердости и размерной стабильности.

Подземная обработка (также называемая криогенной обработкой) — охлаждение закаленной подшипниковой стали до температур между −75°C и −196°CImmediately после закалки, до отпуска. Эта низкотемпературная обработка превращает удерживаемую аустенитную фазу — более мягкую, метастабильную фазу, остающуюся после закалки — в мартенсит, твердую фазу, которая наделяет подшипниковую сталь ее свойствами. Без подземной обработки удерживаемая аустенитная фаза может превращаться в мартенсит в эксплуатации при напряжении или изменениях температуры, вызывая увеличение размеров и выход подшипника из строя. Для прецизионных подшипников подземная обработка обычно прописана, чтобы обеспечить размерную стабильность и максимальную твердость.

Сталь 52100 для подшипников и инструментальные стали (D2, H13) достигают высокой твердости, но предназначены для разных видов напряжений. 52100 специально оптимизирована для качательного контакта усталости — повторяющегося контактного напряжения по призначениям Гертца — благодаря своей мелкой, равномерно распределенной микроструктуре хром-карбида и чрезвычайно высокой чистоте. Инструментальные стали, такие как D2, оптимизированы для износостойкости в условиях скольжения и ударов. У 52100 выше вероятность усталостной прочности под качательным контактом, но ниже вязкости и ударной вязкости по сравнению с D2. Для компонентов подшипников и прецизионных качающихся элементов выбирают 52100/GCr15; для штампов, пуанонов и режущих инструментов — D2 или H13.

После термообработки и прецизионной цилиндрической шлифовки мы сохраняем допуски ±0,002–0,005 мм по критическим диаметрам посадочных мест подшипников и по размерам отверстий. Округлость (кривизна овальности) может контролироваться до 0,001–0,002 мм на прецизионно шлифованных кольцах подшипников. Шероховатость поверхности Ra 0,2–0,4 μм стандартна на шлифованных поверхностях подшипников; достижима Ra 0,05–0,1 μм при суперобработке. Все критические размеры проверяются CMM до выпуска.

Чёрное окисление — наиболее распространенная поверхностная обработка деталей подшипниковой стали 52100 — обеспечивает легкую защиту от коррозии с практически нулевым изменением размеров и совместимо с закаленной поверхностью. Фосфатирование также используется по сходным причинам. Хромированное покрытие и никелирование без электролиза можно применить для повышения защиты от коррозии, но нужно осторожно, чтобы избежать водородной хрупкости в стали с высокой твердостью — требуется отпечатывание после покрытия при температуре 190°С в течение 4 часов. Покрытия PVD (TiN, DLC) применяются на прецизионных подшипниковых компонентах для дальнейшего снижения трения и увеличения срока службы износа, не влияя на твердость базовой стали.