Измерение твёрдости подшипников

Для чего нужно измерять твёрдость подшипников?

На рынке существует масса производителей и поставщиков подшипников различного назначения и самого разного качества. Большие и маленькие подшипники – это незаменимый конструктивный элемент в турбинах ГЭС, железнодорожной технике, промышленном оборудовании, автомобилях, велосипедах, самокатах и еще во множестве машин и механизмов.

При закупке больших партий подшипников следует проверить их качество и соответствие нормам ГОСТа. Это позволит избежать финансовых потерь от приобретения некачественных (контрафактных) комплектующих, которые могут привести к перебоям в работе оборудования, а также обезопасит репутацию Вашей компании, если Вы являетесь поставщиком.

От чего зависит качество и надёжность подшипников?

В первую очередь, на рабочие характеристики изделий непосредственно влияет качество материалов, из которых изготовлены все его элементы. Как правило, стандартный подшипник качения включает следующие детали: внутреннее и наружное кольцо - 1 и 5, шарики или ролики (тело качения) - 2, сепаратор - 3 и дорожка качения - 4.

В зависимости от сферы применения, условий работы и назначения, элементы подшипников могут изготавливаться из разных материалов: высокоуглеродистая хромистая сталь, низкоуглеродистые сплавы стали, латунь, алюминиевые сплавы и пр. Основные сферы применения и свойства материалов, используемых отечественными производителями для изготовления подшипников, приведены в таблице.

Материалы, применяемые при производстве отечественных подшипников

Наименование, марка	Основные свойства	Применение
Хромистая сталь ШХ15	Высокоуглеродистая хромистая, T≤120°C	Подавляющее большинство колец и тел качения, кольца толщиной менее 10 мм, ролики до 22 мм
Хромистая сталь ШХ15СТ	Повышенная прокаливаемость, содержит больше кремния и марганца	Кольца толщиной менее 30 мм и ролики диаметром более 22 мм
Хромистая сталь ШХ20СТ	Содержит еще больше кремния и марганца, чем ШХ15СТ	Кольца толщиной более 30 мм
Хромистая сталь ШХ4	Индукционная закалка	Железнодорожные подшипники
Хромистые стали ШХ15-Ш, ШХ15ШД	Уменьшенное содержание неметаллических включений	Подшипники повышенной долговечности и надежности
Цементуемая сталь 18ХГТ	Поверхностный сплав повышенной твердости и мягкая сердцевина после термической обработки	Кольца роликовых подшипников
Цементуемая сталь 20Х2Н4А	Поверхностный сплав повышенной твердости и мягкая сердцевина после термической обработки	Кольца и ролики крупногабаритных подшипников
Цементуемые стали 15Г1, 15Х, 08, 10	Позволяют проводить химико-термическую обработку деталей	Штампованные кольца роликовых игольчатых подшипников
Низколегированная сталь 55ХФА	Содержание углерода 0.45 - 0.55%, закалка рабочих поверхностей токами сверхвысокой частоты	Кольца поворотных опор, кранов и экскаваторов
Сталь 95Х18-Ш	Коррозионно-стойкая, T≤350°C	Тела качения средних и крупных размеров
Сталь 110Х18М-ШД	Коррозионно-стойкая, с уменьшенным содержанием неметаллических включений	Приборные подшипники
Сталь 08кп, 08пс, 10кп, 10пс	Низкоуглеродистые	Штампованные сепараторы подшипников общего применения
Стали 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т	Коррозионно-стойкие, теплопрочные	Для изготовления теплостойких и коррозийностойких подшипников
Латуни ЛС59-1, ЛС59-1Л	-	Массивные сепараторы для подшипников
Бронзы БрАЖМЦ10-3-1,5, БрАЖН10-4,4	-	Массивные сепараторы
Алюминиевые сплавы Д1, Д6 и АК4	-	Массивные сепараторы
Нитрид кремния Si3N4	Повышенная теплопрочность и контактная долговечность	Шарики для подшипников высокоскоростных узлов

Методы определения твёрдости подшипника

Твёрдость подшипника определяет его грузоподъёмность, стабильность и прочность в контактах качения. Замеры осуществляются по трём основным методам: Бринелля, Роквелла и Виккерса. С их подробным описанием Вы можете ознакомиться в статье «Краткая характеристика методов измерения твердости».

Контроль выполняют при помощи стационарных или портативных твердомеров. Рассмотрим подробнее, как измерить твёрдость подшипников ультразвуковым твердомером серии ТКМ производства НПП Машпроект.

Измерение твёрдости стального подшипника ультразвуковым твердомером ТКМ-459С

Оптимальным выбором для измерения твёрдости подшипника и всех его элементов станет высокоточный ультразвуковой твердомер ТКМ-459С. Данный прибор позволит оперативно выполнить контроль качества подшипников, изготовленных из различных марок стали (чаще марки ШХ15) по принципу неразрушающего контроля. 

В числе основных преимуществ твердомера ТКМ-459С: сверхмалая площадь зоны контроля (от 1 мм), возможность выполнять замеры в пазах, отверстиях диаметром от 5 мм и других труднодоступных местах.

Также прибор обладает малой чувствительностью к кривизне поверхности, толщине и массе изделия, что делает возможным его применение для контроля твёрдости подшипников самых разных размеров.

Твердомер ТКМ-459С осуществляет измерения в диапазоне:

• по Бринеллю: 90 - 450 НВ
• по Роквеллу С: 20 - 70 HRC
• по Виккерсу: 240 - 940 HV

В зависимости от условий проведения замеров твёрдости элементов подшипника, могут применяться разные типы ультразвуковых датчиков - "A" или "AL":

• тип "А" - основной (штатный) датчик, который входит во все комплекты поставки твердомера ТКМ-459С и справляется с большинством задач контроля.
• тип "AL" имеет удлинённый наконечник (65 мм), что позволяет выполнять замеры на более труднодоступных участках. Датчик входит в комплект поставки твердомера ТКМ-459С "Максимум+". Также его можно приобрести отдельно и дополнить любую комплектацию прибора.

Конструкция данных датчиков допускает их применение со снятым носиком, тем самым значительно расширяется диапазон зон контроля.

Параметры отверстий/пазов, допустимые для работы ультразвуковых датчиков

Тип датчика	Диаметр отверстия/паза от, мм	Глубина отверстия/паза до, мм
с носиком (обычный вид)	без носика	с носиком (обычный вид)	без носика
«А»	10	5	18	23
«AL»	60	65

При проведении исследований в ограниченном пространстве, оптимально использование датчиков со снятым носиком (см. фото ниже). Это требует большей сноровки оператора, но позволяет выполнять замеры в более узких и глубоких отверстиях.

Пространственное положение УЗ датчика не влияет на результат измерения, но важно учесть, что датчик должен быть ориентирован строго перпендикулярно исследуемой поверхности (допускается отклонение от вертикали не более 15°).

Стоит отметить, что ТКМ-459С прошел Государственную метрологическую аттестацию и внесен в Госреестры средств измерений Российской Федерации и Республики Беларусь. Соответствует требованиям ТР ТС 004/2011 и ТР ТС 020/2011.