軸承鋼的基本性能要求

滾動軸承用材包括滾動軸承零件用材和保持架、鉚釘及其他輔助材料。滾動軸承及其零件絕大多數(shù)由鋼制成，滾動軸承用鋼通常是高碳鉻鋼及滲碳鋼。隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和滾動軸承使用量日益增加，對軸承的要求越來越高，如高精度、長壽命及高可靠性等。對于一些特殊用途軸承，還要求軸承材料具有耐高溫、抗腐蝕、無磁性、超低溫、抗輻射等性能。除此之外，軸承材料還包括合金材料、有色金屬和非金屬材料等。另外，用陶瓷材料制造的軸承現(xiàn)已應(yīng)用于機車、汽車、地鐵、航空、航天、化工等領(lǐng)域。

　　滾動軸承對材料的基本要求在很大程度上取決于軸承的工作性能。選擇制造滾動軸承的材料是否合適，對其使用性能和壽命將有很大影響。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，以及由于摩擦磨損而使軸承精度喪失。此外，還有裂紋、壓痕、銹蝕等原因造成軸承的非正常破壞。因此，滾動軸承應(yīng)具有高的抗塑性變形能力，少的摩擦磨損，良好的旋轉(zhuǎn)精度、良好的尺寸精度和穩(wěn)定性，以及長的接觸疲勞壽命。而且其中很多性能是由材料和熱處理工藝所共同決定的。由于滾動軸承對材料的基本要求是由軸承的破壞形式?jīng)Q定的，所以要求制造滾動軸承的材料經(jīng)過后工序的一定熱處理后應(yīng)具備下列性能：

　　一 高的接觸疲勞強度

　　接觸疲勞破壞是軸承正常破壞的主要形式。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(dá)數(shù)十萬次，在周期性交變應(yīng)力的反復(fù)作用下，接觸表面出現(xiàn)疲勞剝落。滾動軸承開始出現(xiàn)剝落后便會引起軸承振動、噪音增大工作溫度急劇上升，致使軸承最終損壞，這種破壞形式稱為接觸疲勞破壞。因此，要求滾動軸承用鋼應(yīng)具有高的接觸疲勞強度。

　　二 高的耐磨性

　　滾動軸承正常工作時，除了發(fā)生滾動摩擦外，還伴有滑動摩擦。發(fā)生滑動摩擦的主要部位是：滾動體與滾道之間的接觸面、滾動體和保持架兜孔之間的接觸面、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。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)具有高的耐磨性。

　　三 高的彈性極限

　　滾動軸承工作時，由于滾動體與套圈滾道之間接觸面積很小，軸承在承受載荷時，尤其是在承受較大載荷的情況下，接觸表面的接觸壓力很大。為了防止在高接觸應(yīng)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)具有高的彈性極限。

　　四 適宜的硬度

　　硬度是滾動軸承的重要指標(biāo)之一。它與材料接觸疲勞強度、耐磨性、彈性極限有著密切的關(guān)系，直接影響著滾動軸承的壽命，軸承的硬度通常要根據(jù)軸承承受載荷的方式和大小、軸承尺寸和壁厚的總體情況來決定。滾動軸承用鋼的硬度要適宜，過大或過小都將影響軸承使用壽命。眾所周知，滾動軸承的主要失效形式是接觸疲勞破壞，以及由于耐磨性差或尺寸不穩(wěn)定而使軸承精度喪失；軸承零件如果缺乏一定的韌性，在承受較大沖擊載荷時又會由于發(fā)生脆斷而導(dǎo)致軸承的破壞。所以，一定要根據(jù)軸承的具體情況和破壞的方式來確定軸承的硬度。對于由于疲勞剝落或耐磨性差使軸承精度喪失的情況，軸承零件應(yīng)選用較高的硬度；對于承受較大沖擊載荷的軸承(例如軋機：軸承、鐵路軸承和一些汽車軸承等)，應(yīng)適當(dāng)降低硬度以提高軸承的韌性是十分必要的。

　　五 一定的沖擊韌性

　　很多滾動軸承在使用過程中都會受—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。對于承受較大沖擊載荷的軸承例如軋機軸承、鐵路軸承等要求材料具有相對較高的沖擊韌性和斷裂韌性，這些軸承有的用貝氏體淬火熱處理工藝，有的用滲碳鋼材料，就是為了保證這些軸承具有較好的耐沖擊韌性。

　　六 良好的尺寸穩(wěn)定性

　　滾動軸承是精密的機械零件，其精度是以微米為計算單位。在長期的保管和使用過程中，因內(nèi)在組織發(fā)生變化或應(yīng)力變化會引起軸承尺寸的變化，導(dǎo)致軸承喪失精度。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 良好的防銹性能

　　滾動軸承的生產(chǎn)工序繁多，生產(chǎn)周期較長，有的半成品或成品零件在裝配前還需較長時間的存放，因此，軸承零件在生產(chǎn)過程中或在成品保存中都極易發(fā)生一定的銹蝕，特別是在潮濕的空氣中。所以，要求軸承鋼要具有良好的防銹性能。

　　八 良好的工藝性能

　　滾動軸承在生產(chǎn)過程中，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、磨削加工性能及熱處理性能等等，以適應(yīng)滾動軸承大批量、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，除上述幾個基本要求外，對其用鋼還必須提出相應(yīng)的特殊性能要求，如耐高溫性能、高速性能、抗腐蝕以及防磁性能等。

(運轉(zhuǎn)世界大國龍騰 龍出東方 騰達(dá)天下 龍騰三類調(diào)心滾子軸承 劉興邦CA CC E MB MA)

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軸承鋼的表面強化方法

軸承零件工作表面和心部在狀態(tài)、結(jié)構(gòu)和性能要求方面是有較大的差別的,而整體熱處理往往使二著不能兼顧,材料的潛力也得不到充分發(fā)揮。應(yīng)用材料表面強化技術(shù)不僅可以較好地解決表面和心部在結(jié)構(gòu)和要求方面的差異,而且還可以進(jìn)一步使表面獲得某些特殊的工作性能,以滿足在特定條件下工作的軸承對工作表面性能的要求。這在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)發(fā)展中是非常有意義的。

　　傳統(tǒng)的表面強化方法，工藝上屬于熱處理的范疇。而近代發(fā)展起來的激光、電子束、離子束等表面強化方法，不僅將一些高新技術(shù)應(yīng)用于材料的表面強化，而且在工藝上已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的熱處理范疇，形成了新的技術(shù)領(lǐng)域。因此現(xiàn)在的表面強化技術(shù)可以從不同的角度形成多種分類方法，按表層強化技術(shù)的物理化學(xué)過程進(jìn)行分類，大致可分為五大類：表面變形強化、表面熱處理強化、化學(xué)熱處理強化、表面冶金強化、表面薄膜強化。

　　1.表面變形強化

　　通過機械的方法使金屬表面層發(fā)生塑性變形，從而形成高硬度和高強度的硬化層，這種表面強化方法稱為表面變形強化，也稱為加工硬化。包括噴丸、噴砂、冷擠壓、滾壓、冷碾和沖擊、爆炸沖擊強化等。這些方法的特點是：強化層位錯密度增高，亞晶結(jié)構(gòu)細(xì)化，從而使其硬度和強度提高，表面粗糙度值減小，能顯著提高零件的表面疲勞強度和降低疲勞缺口的敏感性。這種強化方法工藝簡單、效果顯著，硬化層和基體之間不存在明顯的界限，結(jié)構(gòu)連貫，{HotTag}不易在使用中脫落。其多數(shù)方法已在軸承工業(yè)中得到應(yīng)用：滾動體的表面撞擊強化就是這類方法的應(yīng)用，精密碾壓已成為新的套圈加工和強化方法。

　　2.表面熱處理強化

　　利用固態(tài)相變，通過快速加熱的方法對零件的表面層進(jìn)行淬火處理稱為表面熱處理，俗稱表面淬火。包括火焰加熱淬火、高（中）頻感應(yīng)加熱淬火、激光加熱或電子束加熱淬火等。這些方法的特點是：表面局部加熱淬火，工件變形小；加熱速度快，生產(chǎn)效率高；加熱時間短，表面氧化脫碳很輕微。該方法特別是對提高承受一定沖擊載荷的大型和特大型軸承零件的耐磨性和疲勞強度效果顯著。

　　3.化學(xué)熱處理強化

　　利用某種元素的固態(tài)擴散滲入，來改變金屬表面層的化學(xué)成分，以實現(xiàn)表面強化的方法稱為化學(xué)熱處理強化，也稱之為擴散熱處理。包括滲硼、滲金屬、滲碳及碳氮共滲、滲氮及氮碳共滲、滲硫及硫氮碳共滲、滲鉻、滲鋁及鉻鋁硅共滲、石墨化滲層等等，種類繁多、特點各異。滲入元素或溶入基體金屬形成固溶體，或與其他金屬元素結(jié)合形成化合物?？傊疂B入元素即能改變表面層的化學(xué)成分，又可以得到不同的相結(jié)構(gòu)。滲碳軸承鋼零件的處理工藝和滾針軸承套的表面滲氮強化處理均屬這一類強化方法。

　　4.表面冶金強化

　　利用工件表面層金屬的重新融化和凝固，以得到預(yù)期的成分或組織的表面強化處理技術(shù)稱為表面冶金強化。包括表面自溶性合金或復(fù)合粉末涂層、表面融化結(jié)晶或非晶態(tài)處理、表面合金化等方法。特點是采用高能量密度的快速加熱，將金屬表面層或涂覆于金屬表面的合金化材料熔化，隨后靠自己冷卻進(jìn)行凝固以得到特殊結(jié)構(gòu)或特定性能的強化層。這種特殊的結(jié)構(gòu)或許是細(xì)化的晶體組織，也或許是過飽和相、亞穩(wěn)相、甚至是非晶體組織，這取決于表面冶金的工藝參數(shù)和方法。滾動軸承行業(yè)在微型軸承工作表面做過激光加熱強化研究，效果良好。

　　5.表面薄膜強化

　　應(yīng)用物理的或化學(xué)的方法，在金屬表面涂覆于基體材料性能不同的強化膜層，稱為表面薄膜強化。它包括電鍍、化學(xué)鍍（鍍鉻、鍍鎳、鍍銅、鍍銀等）以及復(fù)合鍍、刷鍍或轉(zhuǎn)化處理等，也包括近年來發(fā)展較快的高新技術(shù)：如CVD、PVD、P-CVD等氣相沉積薄膜強化方法和離子注入表面強化技術(shù)（也稱原子冶金技術(shù)）等等。它們共同的特點是均能在工作表面形成特定性能的薄膜，以強化表面的耐磨性、耐疲勞、耐腐蝕和自潤滑等性能。例如離子注入技術(shù)強化軸承工作表面，能使軸承工作表面的耐磨性、耐蝕性、和抗接觸疲勞性能都得到顯著提高，從而使軸承的使用壽命得到成倍的增長。

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