轴承钢的基本性能要求-轴承钢的表面强化方法

轴承钢的基本性能要求

滚动轴承用材包括滚动轴承零件用材和保持架、铆钉及其他辅助材料。滚动轴承及其零件绝大多数由钢制成，滚动轴承用钢通常是高碳铬钢及渗碳钢。随着近代科学技术的发展和滚动轴承使用量日益增加，对轴承的要求越来越高，如高精度、长寿命及高可靠性等。对于一些特殊用途轴承，还要求轴承材料具有耐高温、抗腐蚀、无磁性、超低温、抗辐射等性能。除此之外，轴承材料还包括合金材料、有色金属和非金属材料等。另外，用陶瓷材料制造的轴承现已应用于机车、汽车、地铁、航空、航天、化工等领域。

　　滚动轴承对材料的基本要求在很大程度上取决于轴承的工作性能。选择制造滚动轴承的材料是否合适，对其使用性能和寿命将有很大影响。一般情况下，滚动轴承的主要破坏形式是在交变应力作用下的疲劳剥落，以及由于摩擦磨损而使轴承精度丧失。此外，还有裂纹、压痕、锈蚀等原因造成轴承的非正常破坏。因此，滚动轴承应具有高的抗塑性变形能力，少的摩擦磨损，良好的旋转精度、良好的尺寸精度和稳定性，以及长的接触疲劳寿命。而且其中很多性能是由材料和热处理工艺所共同决定的。由于滚动轴承对材料的基本要求是由轴承的破坏形式决定的，所以要求制造滚动轴承的材料经过后工序的一定热处理后应具备下列性能：

　　一 高的接触疲劳强度

　　接触疲劳破坏是轴承正常破坏的主要形式。滚动轴承运转时，滚动体在轴承内、外圈的滚道间滚动，其接触部分承受周期性交变载荷，多者每分钟可达数十万次，在周期性交变应力的反复作用下，接触表面出现疲劳剥落。滚动轴承开始出现剥落后便会引起轴承振动、噪音增大工作温度急剧上升，致使轴承最终损坏，这种破坏形式称为接触疲劳破坏。因此，要求滚动轴承用钢应具有高的接触疲劳强度。

　　二 高的耐磨性

　　滚动轴承正常工作时，除了发生滚动摩擦外，还伴有滑动摩擦。发生滑动摩擦的主要部位是：滚动体与滚道之间的接触面、滚动体和保持架兜孔之间的接触面、保持架和套圈引导挡边之间以及滚子端面与套圈引导挡边之间等。滚动轴承中滑动摩擦的存在不可避免地使轴承零件产生磨损。如果轴承钢的耐磨性差，滚动轴承便会因磨损而过早地丧失精度或因旋转精度下降而使轴承振动增加、寿命降低。因此，要求轴承钢应具有高的耐磨性。

　　三 高的弹性极限

　　滚动轴承工作时，由于滚动体与套圈滚道之间接触面积很小，轴承在承受载荷时，尤其是在承受较大载荷的情况下，接触表面的接触压力很大。为了防止在高接触应力下发生过大的塑性变形，使轴承精度丧失或发生表面裂纹，因此，要求轴承钢应具有高的弹性极限。

　　四 适宜的硬度

　　硬度是滚动轴承的重要指标之一。它与材料接触疲劳强度、耐磨性、弹性极限有着密切的关系，直接影响着滚动轴承的寿命，轴承的硬度通常要根据轴承承受载荷的方式和大小、轴承尺寸和壁厚的总体情况来决定。滚动轴承用钢的硬度要适宜，过大或过小都将影响轴承使用寿命。众所周知，滚动轴承的主要失效形式是接触疲劳破坏，以及由于耐磨性差或尺寸不稳定而使轴承精度丧失；轴承零件如果缺乏一定的韧性，在承受较大冲击载荷时又会由于发生脆断而导致轴承的破坏。所以，一定要根据轴承的具体情况和破坏的方式来确定轴承的硬度。对于由于疲劳剥落或耐磨性差使轴承精度丧失的情况，轴承零件应选用较高的硬度；对于承受较大冲击载荷的轴承(例如轧机：轴承、铁路轴承和一些汽车轴承等)，应适当降低硬度以提高轴承的韧性是十分必要的。

　　五 一定的冲击韧性

　　很多滚动轴承在使用过程中都会受—定的冲击载荷，因此要求轴承钢具有一定的韧性，以保证轴承不因冲击而破坏。对于承受较大冲击载荷的轴承例如轧机轴承、铁路轴承等要求材料具有相对较高的冲击韧性和断裂韧性，这些轴承有的用贝氏体淬火热处理工艺，有的用渗碳钢材料，就是为了保证这些轴承具有较好的耐冲击韧性。

　　六 良好的尺寸稳定性

　　滚动轴承是精密的机械零件，其精度是以微米为计算单位。在长期的保管和使用过程中，因内在组织发生变化或应力变化会引起轴承尺寸的变化，导致轴承丧失精度。因此，为保证轴承的尺寸精度，轴承钢应具有良好的尺寸稳定性。

　　七 良好的防锈性能

　　滚动轴承的生产工序繁多，生产周期较长，有的半成品或成品零件在装配前还需较长时间的存放，因此，轴承零件在生产过程中或在成品保存中都极易发生一定的锈蚀，特别是在潮湿的空气中。所以，要求轴承钢要具有良好的防锈性能。

　　八 良好的工艺性能

　　滚动轴承在生产过程中，其零件要经过多道冷、热加工工序。这就要求轴承钢应具有良好的工艺性能，如冷、热成型性能，切削、磨削加工性能及热处理性能等等，以适应滚动轴承大批量、高效率、低成本和高质量生产的需要。

此外，对于特殊工作条件下使用的轴承，除上述几个基本要求外，对其用钢还必须提出相应的特殊性能要求，如耐高温性能、高速性能、抗腐蚀以及防磁性能等。

(运转世界大国龙腾 龙出东方 腾达天下 龙腾三类调心滚子轴承 刘兴邦CA CC E MB MA)

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轴承钢的表面强化方法

轴承零件工作表面和心部在状态、结构和性能要求方面是有较大的差别的,而整体热处理往往使二着不能兼顾,材料的潜力也得不到充分发挥。应用材料表面强化技术不仅可以较好地解决表面和心部在结构和要求方面的差异,而且还可以进一步使表面获得某些特殊的工作性能,以满足在特定条件下工作的轴承对工作表面性能的要求。这在现代化科学技术发展中是非常有意义的。

　　传统的表面强化方法，工艺上属于热处理的范畴。而近代发展起来的激光、电子束、离子束等表面强化方法，不仅将一些高新技术应用于材料的表面强化，而且在工艺上已经超出了传统的热处理范畴，形成了新的技术领域。因此现在的表面强化技术可以从不同的角度形成多种分类方法，按表层强化技术的物理化学过程进行分类，大致可分为五大类：表面变形强化、表面热处理强化、化学热处理强化、表面冶金强化、表面薄膜强化。

　　1.表面变形强化

　　通过机械的方法使金属表面层发生塑性变形，从而形成高硬度和高强度的硬化层，这种表面强化方法称为表面变形强化，也称为加工硬化。包括喷丸、喷砂、冷挤压、滚压、冷碾和冲击、爆炸冲击强化等。这些方法的特点是：强化层位错密度增高，亚晶结构细化，从而使其硬度和强度提高，表面粗糙度值减小，能显著提高零件的表面疲劳强度和降低疲劳缺口的敏感性。这种强化方法工艺简单、效果显著，硬化层和基体之间不存在明显的界限，结构连贯，{HotTag}不易在使用中脱落。其多数方法已在轴承工业中得到应用：滚动体的表面撞击强化就是这类方法的应用，精密碾压已成为新的套圈加工和强化方法。

　　2.表面热处理强化

　　利用固态相变，通过快速加热的方法对零件的表面层进行淬火处理称为表面热处理，俗称表面淬火。包括火焰加热淬火、高（中）频感应加热淬火、激光加热或电子束加热淬火等。这些方法的特点是：表面局部加热淬火，工件变形小；加热速度快，生产效率高；加热时间短，表面氧化脱碳很轻微。该方法特别是对提高承受一定冲击载荷的大型和特大型轴承零件的耐磨性和疲劳强度效果显著。

　　3.化学热处理强化

　　利用某种元素的固态扩散渗入，来改变金属表面层的化学成分，以实现表面强化的方法称为化学热处理强化，也称之为扩散热处理。包括渗硼、渗金属、渗碳及碳氮共渗、渗氮及氮碳共渗、渗硫及硫氮碳共渗、渗铬、渗铝及铬铝硅共渗、石墨化渗层等等，种类繁多、特点各异。渗入元素或溶入基体金属形成固溶体，或与其他金属元素结合形成化合物。总之渗入元素即能改变表面层的化学成分，又可以得到不同的相结构。渗碳轴承钢零件的处理工艺和滚针轴承套的表面渗氮强化处理均属这一类强化方法。

　　4.表面冶金强化

　　利用工件表面层金属的重新融化和凝固，以得到预期的成分或组织的表面强化处理技术称为表面冶金强化。包括表面自溶性合金或复合粉末涂层、表面融化结晶或非晶态处理、表面合金化等方法。特点是采用高能量密度的快速加热，将金属表面层或涂覆于金属表面的合金化材料熔化，随后靠自己冷却进行凝固以得到特殊结构或特定性能的强化层。这种特殊的结构或许是细化的晶体组织，也或许是过饱和相、亚稳相、甚至是非晶体组织，这取决于表面冶金的工艺参数和方法。滚动轴承行业在微型轴承工作表面做过激光加热强化研究，效果良好。

　　5.表面薄膜强化

　　应用物理的或化学的方法，在金属表面涂覆于基体材料性能不同的强化膜层，称为表面薄膜强化。它包括电镀、化学镀（镀铬、镀镍、镀铜、镀银等）以及复合镀、刷镀或转化处理等，也包括近年来发展较快的高新技术：如CVD、PVD、P-CVD等气相沉积薄膜强化方法和离子注入表面强化技术（也称原子冶金技术）等等。它们共同的特点是均能在工作表面形成特定性能的薄膜，以强化表面的耐磨性、耐疲劳、耐腐蚀和自润滑等性能。例如离子注入技术强化轴承工作表面，能使轴承工作表面的耐磨性、耐蚀性、和抗接触疲劳性能都得到显著提高，从而使轴承的使用寿命得到成倍的增长。

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