金属材料学-轴承钢

2010年7月8日


一、滚动轴承钢的工作条件及性能要求

滚动轴承的构成：一般由内套圈、外套圈、滚动体（滚珠、滚柱、滚锥或滚针）和保持架等部分组成。

轴承钢主要用来制造：轴承的内外套圈及滚动体。

滚动轴承工作时，内套和滚珠发生转动和滚动，内套的任何一部分及每个滚珠会周期性地进入负荷带，所受负荷的大小由零升到最大值，再由最大值降为零。因此，滚动轴承的内外套圈及滚动体都是在交变的接触应力下工作的，最大接触应力可达3000～5000MN/m²。

在运转过程中，滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。

滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学浸蚀。

在某些情况下，轴承零件还受着复杂的扭力或冲击负荷。

由上面分析可以看出，轴承零件是在十分复杂和严峻的条件下工作的。滚动轴承损坏的正常形式是：疲劳剥落，即接触疲劳破坏。

基于对正常的工作条件和破坏情况的分析，对于轴承钢的性能提出如下要求：

1 高的淬硬性和必要的淬透性；

2 高的耐磨性；

3 高的接触疲劳性能；

4 高的弹性极限和一定的冲击韧性；

5 尺寸要精确而经久稳定；

6 一定的抗腐蚀能力；

7 良好的工艺性能。

二、轴承钢的成分与原始组织 （掌握）

１ 成分

碳：为形成足够数量的碳化物，钢中的碳含量不能太低，故铬轴承钢选用过共析的碳含量。

铬：0.40-1.65%，铬除了增加淬透性外，在钢中部分溶于铁素体，部分地溶于渗碳体，形成较稳定的合金渗碳体(Fe、Cr)₃C。铬也可以提高马氏体的低温回火稳定性。

硅、锰：提高淬透性，因此GCr9SiMn钢可以做为GCr15钢的代用品，节约铬的使用。硅、锰还可以适当增加残余奥氏体数量和其稳定性。

磷、硫：严格限制含量。

氧、氮等气体：在轴承钢中也是十分有害的，应尽量降低轴承钢中气体含量。

2 原始组织

（1）原始组织必须无缩孔，皮下气泡、白点和过烧；

（2）严格控制非金属夹杂物；

（3）严格控制疏松级别；

（4）改善碳化物不均匀性（网状、带状和液析）。

三、铬轴承钢的热处理（掌握、重点）

轴承零件一般要经过正火+球化退火（预先处理）和淬火＋低温回火（最终热处理）

1 GCr15钢的球化退火

轴承钢热变形（如热轧、热锻）后，得到的是细片珠光体组织，硬度较高，难于进行机加工，故需进行球化退火，降低硬度，改善其切削加工性，同时还要求能获得均匀细粒状的珠光体，为最终热处理做好组织上的准备。

GCr15钢的球化退火加热温度范围为770～810℃，790℃被认为是最适宜的加热温度。

加热温度过高，奥氏体中未溶碳化物量过少，奥氏体成分进一步均匀化，冷却后得到的是粗片层珠光体，或有大块聚集碳化物，这是不合格的过热组织；加热温度不足，片状珠光体溶解得不充分，奥氏体成分很不均匀，冷却过程中碳化物沿着原片层析出，或呈细小的链状特征。

碳化物的形状取决于加热温度，而碳化物的弥散度取决于冷却速度。冷却速度越大，碳化物的弥散度也越大，其硬度也越高。

球化退火冷却方式有两种，一种是连续冷却，按冷却速度20-30℃/h冷到650℃出炉，或者在700℃等温2-4h，再炉冷到650℃出炉。

2 GCr15钢的最终热处理

轴承零件淬火后一般要满足以下的要求：

（1）细小均匀的奥氏体晶粒(5～8级)；

（2）显微组织是隐晶马氏体基体上分布着均匀细小的碳化物；未溶碳化物数量应占7～8%左右，残余奥氏体量不大于8％左右，固溶体的碳含量在0.50～0.60%之间；

（3）淬火组织硬度为HRC64～66；

（4）淬火后零件表面不应有氧化脱碳及软点

轴承钢的一般热处理工艺为淬火＋低温回火，淬火加热温度840℃，油淬，160℃回火、保温3h或更长。（也有等温淬火轴承）

精密轴承一般采用淬火后立即进行冷处理，然后低温回火。轴承在磨削加工后要进行消除磨削应力的回火，一般用120-150℃保温3-5h。

四、常见铬轴承钢 （掌握）

常见铬轴承钢的成分、热处理和用途见表3-6。

表3-6 常见铬轴承钢的成分、热处理和用途