1、1制造滾動軸承的材料滾動軸承的性能和可靠性在很大程度上取決于軸承元件的材料。隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展，滾動軸承使用量日益增加，而且對軸承提出了更高的要求，如高精度、長壽命及高可靠 性等，對于某些特殊用途軸承，還要求具有耐高溫、抗腐蝕、無磁性、超低溫、抗輻射等性 能。滾動軸承用鋼通常是高碳銘鋼及滲碳鋼，除上述兩種鋼外，還包括耐腐蝕軸承鋼、耐高 溫軸承鋼、防磁軸承鋼、除此之外，軸承材料還包括軸承合金、有色金屆材料、非金屆材料第一節(jié)滾動軸承用鋼應(yīng)具有的性能現(xiàn)代機器要求軸承在高載荷、高旋轉(zhuǎn)速度、高旋轉(zhuǎn)精度下，在寬的工作溫度范圍內(nèi)，高 可靠性地工作。因此制造滾動軸承時選擇材料是否適當對其使用性能有很大影

2、響。而對材料 的基本要求是由軸承的破壞形式?jīng)Q定的。 一般情況下， 滾動軸承的主要破壞形式是在交變應(yīng) 力作用下的疲勞剝落，以及因摩擦磨損而使軸承精度喪失。此外，還有裂紋、壓痕、銹蝕等。 因而要求制造滾動軸承用鋼應(yīng)具備下列性能：一. 有較高的接觸疲勞強度滾動軸承運轉(zhuǎn)時，滾動體在軸承內(nèi)、外圈的滾道間滾動，其接觸部分承受周期性交變載 荷，多者每分鐘可達數(shù)十萬次，在周期性交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，接觸表面金屆出現(xiàn)疲勞剝 落，弓I起軸承振動、噪聲增大，工作溫度急劇上升，致使軸承最終損壞，稱為接觸疲勞破壞。 接觸疲勞破壞是軸承正常破壞的主要形式。而材料的接觸疲勞強度高意味著其抗疲勞能力強， 因此要求滾動軸承用鋼

3、，應(yīng)具有較高的接觸疲勞強度。二. 有良好的耐磨性滾動軸承工作時，除了發(fā)生滾動磨擦外，同時也發(fā)生滑動磨擦，發(fā)生滑動摩擦的主要部 位是：滾動體與滾道之間、滾動體和保持架兜孔之間、保持架和套圈引導(dǎo)擋邊之間以及滾子 端面與套圈引導(dǎo)擋邊之間等。無論是宏觀還是微觀的滑動摩擦都會帶來接觸表面磨損，滾動 軸承中滑動摩擦的存在不可避免地使軸承零件產(chǎn)生磨損。如果軸承鋼的耐磨性差，滾動軸承 便會因磨損而過早地喪失精度或因旋轉(zhuǎn)精度下降而使軸承振動增加、壽命降低。因此，要求 軸承鋼應(yīng)具有良好的耐磨性。三. 有較高的彈性極限由于滾動體與套圈滾道之間接觸面積很小，軸承在載荷作用下，特別是在較大載荷作用 下，接觸表面接觸壓力

4、很大。為了防止在高接觸壓力下發(fā)生過大的塑性變形，使軸承精度喪 失或發(fā)生表面裂紋，因此要求軸承鋼應(yīng)具有較高的彈性極限。四. 有適宜的硬度硬度對接觸疲勞強度、耐磨性、彈性極限，都有直接的影響關(guān)系，因此，滾動軸承的硬 度也直接影響著滾動軸承的各種壽命。滾動軸承鋼的硬度并非越高越好，大小要適宜，過大 或過小都會影響接觸疲勞強度、耐磨性、彈性極限，從而影響軸承使用壽命。滾動軸承在國 家標準中規(guī)定：當軸承套圈和滾子用GCr15軸承鋼制造時，其硬度應(yīng)為HRC6165;用GCr15SiMn制造時，應(yīng)為HRC6064,大量試驗表明，在上述硬度范圍內(nèi)，材料的接觸疲勞2強度、耐磨性和彈性極限都是高的五. 有一定的韌

5、性材料的硬度體現(xiàn)著抵抗沖擊載荷的能力，很多滾動軸承在使用中都會承受一定的沖擊載 荷，因此要求軸承鋼具有一定的韌性，以保證軸承不因沖擊而破壞。六. 有良好的尺寸穩(wěn)定性滾動軸承是精密的機械零件，其精密度是以微米m來計量的。在長期的保管和使用 中，因材料內(nèi)在組織發(fā)生變化而引起零件尺寸的變化，會使軸承喪失精度，因此，為保證軸 承的尺寸精度，軸承鋼應(yīng)具有良好的尺寸穩(wěn)定性。七. 有一定的防銹性能滾動軸承的生產(chǎn)工序繁多，生產(chǎn)周期較長，有的成品還需較長時間的存放，因此，軸承 在生產(chǎn)過程中和成品保存中都極易發(fā)生銹蝕，特別是在潮濕的空氣中，所以，要求軸承鋼具 有一定的防銹性能。八. 有良好的工藝性能滾動軸承在生產(chǎn)

6、中，其零件要經(jīng)過多道冷、熱加工工序。這就要求軸承鋼應(yīng)具有良好的 工藝性能，如冷、熱成型性能、切削、磨削及熱處理性能等，以適應(yīng)大批量、高效率、低成 本和高質(zhì)量生產(chǎn)的需要。此外，對于特殊工作條件下使用的軸承，對其用鋼還必須提出相應(yīng)的特殊性能要求，如 耐高溫、高速性能、抗腐蝕以及防磁性能等。第二節(jié)對滾動軸承用鋼冶煉質(zhì)量的一般要求滾動軸承用鋼的冶煉質(zhì)量，如鋼的純潔度、組織和均勻性等均比一般工業(yè)用鋼要求高。一般軸承用鋼主要是銘軸承鋼，是含碳1%左右。加入銘1.5%左右并含有少量的鋌、硅 的共析鋼。銘在鋼中，一部分溶入固溶體，一部分與碳組成滲碳體型的碳化物（FeCr）3C。銘可以改善熱處理性能、提高淬透性

7、、組織均勻性、回火穩(wěn)定性。熱處理后，使鋼獲得較高 而乂均勻的硬度，以及提高耐磨性和獲得均勻組織。 銘還可以提高鋼的防銹性能和磨削性能。 但當銘含量超過1.65%時，淬火后會增加鋼中殘余奧氏體，降低硬度和尺寸穩(wěn)定性，增加碳 化物的不均勻性，降低鋼的沖擊韌性和疲勞強度。為此，含銘量一般均控制在1.65%以下。鋼中的非金屆夾雜物和氣體，會使軸承早期疲勞剝落，會顯著降低軸承壽命。特別是脆 性夾雜物，危害最大，而且還影響精加工后表面質(zhì)量。因此，必須降低鋼中夾雜物含量和改 善其分布狀況。近年普遍推廣的真空脫氣鋼，它可以顯著地降低鋼中的非金屆夾雜物和氣體 含量。從而大大提高了所制造軸承的疲勞壽命。鋼的組織不

8、均勻性對接觸疲勞強度也有較大影響。碳化物液析硬而脆，它的危害性與脆 性夾雜物相同。網(wǎng)狀碳化物降低鋼的沖擊韌性，并使退火組織不均勻，在淬火時容易變形與 開裂。帶狀碳化物影響退火和淬火回火組織以及接觸疲勞強度。退火后組織應(yīng)為細小碳化物均勻分布的球化組織，硬度HB170207,有利于切削加工和最終熱處理，提高使用狀態(tài)的疲勞壽命。為此，對軸承鋼的退火后組織有嚴格的要求。第三節(jié)滾動軸承鋼的選擇原則3在設(shè)計和制造滾動軸承時，一般按如下原則來選擇軸承材料。一 .根據(jù)軸承的工作條件選擇1.工作溫度常溫下工作的軸承，采用銘軸承鋼。工作溫度高于150C低于250C也采用銘軸承鋼，但要經(jīng)過特殊的熱處理（需200C或

9、300C回火）。2.承受沖擊載荷的大小承受強大沖擊載荷的軸承，一般不采用銘軸承鋼，大多數(shù)采用優(yōu)質(zhì)滲碳結(jié)構(gòu)鋼、耐沖擊工 具鋼或調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。3.接觸介質(zhì)在有腐蝕性的介質(zhì)中使用的軸承必須采用具有良好耐腐蝕性的耐蝕鋼或合金鋼制造。二. 根據(jù)軸承的結(jié)構(gòu)類型選擇軸承零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，如外圈帶安裝擋邊，而且承受較高的沖擊載荷時，宜采用加工性 能良好的滲碳鋼；沖壓滾針軸承外圈可采用08和10低碳鋼（塑性好，適于冷沖壓加工）；擺 動機構(gòu)或操縱機構(gòu)上使用的關(guān)節(jié)軸承，可采用具有優(yōu)良的冷塑性變形性能的GCr15 9Cr18、9Cr8Mo以及合金結(jié)構(gòu)鋼冷擠壓成型。三. 根據(jù)軸承疲勞壽命和可靠性要求選擇軸承疲勞壽命和可靠性

10、，在一定程度上取決于鋼的純潔度和組織均勻性。對于一般使用 場合，多使用酸性平爐或堿性電爐冶煉的普通軸承鋼。隨著冶煉方法的不斷改進，產(chǎn)生了電 流重熔、真空冶煉、電子束爐冶煉等新的冶煉方式，由上述方式煉成的軸承鋼制成的軸承， 其壽命也相應(yīng)得到提高。適用于疲勞壽命和可靠性有特殊要求的軸承， 如鐵路車輛軸箱軸承、 航空發(fā)動機主軸軸承和導(dǎo)航系統(tǒng)軸承等。此外，在選擇鋼種時還應(yīng)綜合考慮鋼的加工性能、貨源供給及國內(nèi)資源情況等。第四節(jié)常用滾動軸承鋼的用途和性能常用的滾動軸承鋼有高碳銘軸承鋼、滲碳軸承鋼、耐腐蝕軸承鋼、高溫軸承鋼、防磁軸 承鋼、不銹軸承鋼和中碳合金鋼等。一. 高碳銘軸承鋼高碳銘軸承鋼是含銘1.30

11、1.65%的高碳合金鋼，其特點是：熱處理后的顯微組織比較均 勻穩(wěn)定、硬度高而均勻、耐磨性好、接觸疲勞強度高、具有良好的尺寸穩(wěn)定性和耐腐蝕性。 經(jīng)球化退火后，其切削加工性能良好，且價格也比較便宜。這種鋼可以滿足在一般工況條件 下運轉(zhuǎn)的軸承的使用要求。高碳銘軸承鋼在全世界得到廣泛采用， 最常用的牌號是GCr 15和GCr15SiMn ,在我國用 量約占軸承鋼總量的80%以上，這兩種鋼的性能基本相同，但GCr15SiMn鋼的淬透性比GCr15鋼好，因此對于較大尺寸的軸承零件，宜采用GCr15SiMn鋼，高碳銘軸承鋼廣泛用于制造滾 動軸承套圈和滾動體，其使用范圍列于表6-1。GCr15軸承鋼大量用來制

12、造汽車、拖拉機、坦克、飛機等使用的發(fā)動機軸承、機床、電 機等所使用的主軸軸承以及鐵路車輛、礦山機械、通用機械用軸承。GCr15SiMn軸承鋼主要用來制造壁厚大的軸承，如各種大型和特大型軸承，多用在重型 機床及軋鋼機上無較大沖擊載荷的工作條件下。由于GCr15SiMn鋼的裂紋敏感性較大，沖擊韌性差，對于有沖擊載荷的厚壁軸承還不能完全滿足使用要求，鐵道部首先提出客車軸承不允許使用GCr15SiMn鋼，還有對丁大壁厚的4軋機和礦山軸承在承受沖擊載荷大的條件下，GCr15SiMn鋼也限制使用。現(xiàn)已開發(fā)出GCr18SiMo和GCr15SiM。等高淬透性鋼，其性能比GCr15SiMn鋼優(yōu)越，可在鐵路軸承、

13、軋 機軸承、礦山機械軸承上替代GCr15SiMn鋼使用。表6-1高碳銘軸承鋼的使用范圍鋼號使用范圍套圈鋼球滾子GCr15有效壁厚12直徑50直徑22GCr15SiMnn似壁厚12直徑50直徑22二. 滲碳軸承鋼用丁制造軸承零件的滲碳鋼主要是低碳鋼和優(yōu)質(zhì)低碳合金結(jié)構(gòu)鋼。用這類鋼制造的軸承零件，經(jīng)滲碳、淬火、回火等熱處理工序后，表面具有很高的硬度（硬度HRC60）和一定的耐磨性以及較高的抗接觸疲勞強度，而心部乂具有良好的韌性，一定的強度和硬度。滲碳 軸承鋼特別適宜丁制造在沖擊載荷條件下工作的軸承和尺寸較大的軸承。總之，滲碳鋼軸承 的優(yōu)點是：1）滲碳淬火后表面保留壓應(yīng)力狀態(tài)，抗疲勞強度好。2）承受沖

14、擊載荷能力強，表面硬化層有微裂紋也不易向內(nèi)部擴展。表面具有較高的硬度而心部硬度較低（一般為35HRC40HRC）,與高碳銘軸承鋼相比，有較好的心部沖擊韌度。3）滲碳的深度和濃度可以根據(jù)需要加以調(diào)節(jié)。4）不受軸承零件尺寸和壁厚的限制。三. 耐腐蝕軸承鋼耐腐蝕軸承鋼乂稱不銹鋼， 在腐蝕介質(zhì)中工作不易氧化。 常用的有奧氏體不銹鋼（1Cr18Ni9Ti） ,馬氏體不銹鋼（9Cr18、9Cr18Mo、Cr15Mo4）,沉淀硬化不銹鋼（0Cr17Ni7AL）及銳基或鉆基合金等。其中以9Cr18最為常用，9Cr18Mo次之。耐腐蝕軸承鋼用丁制造在化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)等腐蝕環(huán)境和低溫下工作的軸承零件及某 些要求

15、低摩擦的儀器和儀表軸承等。9Cr18和9Cr18Mo，這類馬氏體不銹鋼經(jīng)熱處理后可得到大部分馬氏體組織，具有高硬度、高強度、很好的耐磨性和韌性，主要用丁制造在海水、河水、酸、有機鹽水以及蒸汽等腐蝕 介質(zhì)中工作的軸承，在-253350C下工作的軸承以及某些微型軸承。1Cr18Ni9Ti和0Cr17Ni7AL主要用丁制造耐腐蝕保持架、鋼球等。其中1Cr18Ni9Ti還可 作防磁軸承套圈及滾動體，且經(jīng)滲氮處理后適用丁制造高溫、高真空、低載荷及高速條件下 工作的套圈和滾動體。四. 高溫軸承鋼通常，在150C以上溫度工作的軸承稱為高溫軸承。普通銘軸承鋼的使用溫度超過150C時，硬度將急劇下降，尺寸不穩(wěn)定

16、，并導(dǎo)致軸承無法正常工作。對丁工作溫度在150250C工作的軸承，若套圈和滾動體仍選用普通高碳銘軸承鋼制造，則必須對鋼的回火溫度提出特 殊的要求，一般應(yīng)高丁工作溫度50CT進行回火。經(jīng)過按上述要求回火處理的軸承鋼，能在250CT正常工作，但因回火后硬度有所下降，對軸承壽命有所降低。當工作溫度高丁250C時，必須采用耐高溫的軸承鋼制造，高溫軸承鋼除應(yīng)具有一般軸承 鋼的性能外，還應(yīng)具有一定的高溫硬度和高溫耐磨性以及高溫接觸疲勞強度，還要抗氧化、 耐沖擊和高溫尺寸穩(wěn)定性。耐高溫軸承用鋼，主要是選用高速鋼和高銘馬氏體不銹鋼。對丁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，乂需承受強大沖擊載荷的軸承，也可采用高溫滲碳鋼制造。5當環(huán)境溫度

17、超過500C時，選用鋼已難以滿足要求，而應(yīng)選用鉆基、銳基合金碳化鈦等高 溫材料。高溫軸承主要用丁航空噴氣發(fā)動、燃氣輪機、核反應(yīng)堆系統(tǒng)、X光管鴇管，以及高速飛行器、火箭和宇宙飛船。五. 防磁軸承材料當軸承在強磁場中工作時，為使軸承不被磁化，使軸承摩擦力矩穩(wěn)定，從而確保其精度， 軸承必須用防磁材料制造。例如，在采礦工業(yè)中，利用飛機進行大面積控礦，要求控礦儀表 零件不受磁性干擾，此儀表軸承應(yīng)為防磁軸承。目前常用的防磁軸承材料主要有QBe2Cr18Ni9Ti等，其中最常用的是鍛宵銅QBe2第五節(jié)滾動軸承保持架及其它零件所用材料滾動軸承在工作時，由丁滑動摩擦而造成軸承發(fā)熱磨損。特別是在高速運轉(zhuǎn)的條件下，

18、 由丁離心力的作用，加速了摩擦磨損與發(fā)熱，嚴重時會造成保持架燒傷和斷裂，致使軸承不 能正常使用。因此，要求制造滾動軸承保持架的材料除具有一定的強度外，還必需有良好的 導(dǎo)熱性，摩擦系數(shù)小，耐磨性能好，比重較小且膨脹系數(shù)與滾動體相近。除此之外，由丁保 持架結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，還要求所用材料具有良好的加工性能。常用的軸承保持架及釧釘支柱所用材料分為黑色金屆材料（如低碳鋼、不銹鋼等），有色金屆材料（如黃銅、宵銅和鋁合金等）和非金屆材料（如酚醛夾布膠木、塑料等）三類。特 殊用途的軸承保持架還應(yīng)滿足特殊工作條件的要求，如耐高溫、耐腐蝕、自潤滑（真空中使 用）和無磁性等。一.黑色金屆材料滾動軸承的保持架絕大部分采用08和10優(yōu)質(zhì)碳素鋼薄板冷沖壓而成。此外，常用的黑 色金屆材料還有20、30、45、0Cr18Ni9、1Cr18Ni 9Ti、S16SiCuCr、ML15、ML20、65Mn等。其用途列丁表6-2。表6-2黑色金屆材料用途表鋼號用途0810制造各類型滾動軸承的沖壓保持架及防塵蓋擋圈、釧釘和沖壓滾 針軸承套圈等204045制造大型、特大型軸承保持架、支柱、墊圈及大型、特大型圓錐 滾子軸承的內(nèi)、外隔圈等0Cr18Ni91Cr18Ni9Ti制造不銹鋼軸承的保持架、墊圈和釧釘?shù)萐16SiCuCr制造需要潤滑條件軸承