滚动轴承钢的选择原则

在设计和制造滚动轴承时，一般按如下原则来选择轴承材料。
一．根据轴承的工作条件选择
  1．工作温度
常温下工作的轴承，采用铬轴承钢。工作温度高于150℃低于250℃也采用铬轴承钢，但要经过特殊的热处理（需200℃或300℃回火）。
2．承受冲击载荷的大小
承受强大冲击载荷的轴承，一般不采用铬轴承钢，大多数采用优质渗碳结构钢、耐冲击工具钢或调质结构钢。
3．接触介质
在有腐蚀性的介质中使用的轴承必须采用具有良好耐腐蚀性的耐蚀钢或合金钢制造。
二．根据轴承的结构类型选择
轴承零件结构较复杂，如外圈带安装挡边，而且承受较高的冲击载荷时，宜采用加工性能良好的渗碳钢；冲压滚针轴承外圈可采用08和10低碳钢（塑性好，适于冷冲压加工）；摆动机构或操纵机构上使用的关节轴承，可采用具有优良的冷塑性变形性能的GCr15、9Cr18、9Cr8Mo以及合金结构钢冷挤压成型。
三．根据轴承疲劳寿命和可靠性要求选择
轴承疲劳寿命和可靠性，在一定程度上取决于钢的纯洁度和组织均匀性。对于一般使用场合，多使用酸性平炉或碱性电炉冶炼的普通轴承钢。随着冶炼方法的不断改进，产生了电流重熔、真空冶炼、电子束炉冶炼等新的冶炼方式，由上述方式炼成的轴承钢制成的轴承，其寿命也相应得到提高。适用于疲劳寿命和可靠性有特殊要求的轴承，如铁路车辆轴箱轴承、航空发动机主轴轴承和导航系统轴承等。
此外，在选择钢种时还应综合考虑钢的加工性能、货源供给及国内资源情况等。

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常用滚动轴承钢的用途和性能

一．高碳铬轴承钢
高碳铬轴承钢是含铬1.30～1.65％的高碳合金钢，其特点是：热处理后的显微组织比较均匀稳定、硬度高而均匀、耐磨性好、接触疲劳强度高、具有良好的尺寸稳定性和耐腐蚀性。经球化退火后，其切削加工性能良好，且价格也比较便宜。这种钢可以满足在一般工况条件下运转的轴承的使用要求。
高碳铬轴承钢在全世界得到广泛采用，最常用的牌号是GCr 15和GCr15SiMn，在我国用量约占轴承钢总量的80％以上，这两种钢的性能基本相同，但GCr15SiMn钢的淬透性比GCr15钢好，因此对于较大尺寸的轴承零件，宜采用GCr15SiMn钢，高碳铬轴承钢广泛用于制造滚动轴承套圈和滚动体，其使用范围列于表6-1。
GCr15轴承钢大量用来制造汽车、拖拉机、坦克、飞机等使用的发动机轴承、机床、电机等所使用的主轴轴承以及铁路车辆、矿山机械、通用机械用轴承。
GCr15SiMn轴承钢主要用来制造壁厚大的轴承，如各种大型和特大型轴承，多用在重型机床及轧钢机上无较大冲击载荷的工作条件下。
由于GCr15SiMn钢的裂纹敏感性较大，冲击韧性差，对于有冲击载荷的厚壁轴承还不能完全满足使用要求，铁道部首先提出客车轴承不允许使用GCr15SiMn钢，还有对于大壁厚的轧机和矿山轴承在承受冲击载荷大的条件下，GCr15SiMn钢也限制使用。现已开发出GCr18SiMo和GCr15SiMo等高淬透性钢，其性能比GCr15SiMn钢优越，可在铁路轴承、轧机轴承、矿山机械轴承上替代GCr15SiMn钢使用。      
表6-1  高碳铬轴承钢的使用范围

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二．渗碳轴承钢
用于制造轴承零件的渗碳钢主要是低碳钢和优质低碳合金结构钢。用这类钢制造的轴承零件，经渗碳、淬火、回火等热处理工序后，表面具有很高的硬度（硬度≥HRC60）和一定的耐磨性以及较高的抗接触疲劳强度，而心部又具有良好的韧性，一定的强度和硬度。渗碳轴承钢特别适宜于制造在冲击载荷条件下工作的轴承和尺寸较大的轴承。总之，渗碳钢轴承的优点是：
1）渗碳淬火后表面保留压应力状态，抗疲劳强度好。
2）承受冲击载荷能力强，表面硬化层有微裂纹也不易向内部扩展。表面具有较高的硬度而心部硬度较低（一般为35HRC～40HRC），与高碳铬轴承钢相比，有较好的心部冲击韧度。
3）渗碳的深度和浓度可以根据需要加以调节。
4）不受轴承零件尺寸和壁厚的限制。

三．耐腐蚀轴承钢
耐腐蚀轴承钢又称不锈钢，在腐蚀介质中工作不易氧化。常用的有奥氏体不锈钢（1Cr18Ni9Ti），马氏体不锈钢（9Cr18、9Cr18Mo、Cr15Mo4），沉淀硬化不锈钢（0Cr17Ni7AL）及镍基或钴基合金等。其中以9Cr18最为常用，9Cr18Mo次之。
耐腐蚀轴承钢用于制造在化学工业、食品工业等腐蚀环境和低温下工作的轴承零件及某些要求低摩擦的仪器和仪表轴承等。
9Cr18和9Cr18Mo ,这类马氏体不锈钢经热处理后可得到大部分马氏体组织，具有高硬度、高强度、很好的耐磨性和韧性，主要用于制造在海水、河水、酸、有机盐水以及蒸汽等腐蚀介质中工作的轴承，在-253～350℃下工作的轴承以及某些微型轴承。
1Cr18Ni9Ti和0Cr17Ni7AL主要用于制造耐腐蚀保持架、钢球等。其中1Cr18Ni9Ti还可作防磁轴承套圈及滚动体，且经渗氮处理后适用于制造高温、高真空、低载荷及高速条件下工作的套圈和滚动体。

四．高温轴承钢
通常，在150℃以上温度工作的轴承称为高温轴承。普通铬轴承钢的使用温度超过150℃时，硬度将急剧下降，尺寸不稳定，并导致轴承无法正常工作。对于工作温度在150～250℃工作的轴承，若套圈和滚动体仍选用普通高碳铬轴承钢制造，则必须对钢的回火温度提出特殊的要求，一般应高于工作温度50℃下进行回火。经过按上述要求回火处理的轴承钢，能在250℃下正常工作，但因回火后硬度有所下降，对轴承寿命有所降低。
当工作温度高于250℃时，必须采用耐高温的轴承钢制造，高温轴承钢除应具有一般轴承钢的性能外，还应具有一定的高温硬度和高温耐磨性以及高温接触疲劳强度，还要抗氧化、耐冲击和高温尺寸稳定性。
耐高温轴承用钢，主要是选用高速钢和高铬马氏体不锈钢。对于结构复杂，又需承受强大冲击载荷的轴承，也可采用高温渗碳钢制造。
当环境温度超过500℃时，选用钢已难以满足要求，而应选用钴基、镍基合金碳化钛等高温材料。
高温轴承主要用于航空喷气发动、燃气轮机、核反应堆系统、X光管钨管，以及高速飞行器、火箭和宇宙飞船。

五．防磁轴承材料
当轴承在强磁场中工作时，为使轴承不被磁化，使轴承摩擦力矩稳定，从而确保其精度，轴承必须用防磁材料制造。例如，在采矿工业中，利用飞机进行大面积控矿，要求控矿仪表零件不受磁性干扰，此仪表轴承应为防磁轴承。目前常用的防磁轴承材料主要有QBe2、Cr18Ni9Ti等，其中最常用的是铍青铜QBe2。

(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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滚动轴承保持架及其它零件所用材料

滚动轴承在工作时，由于滑动摩擦而造成轴承发热磨损。特别是在高速运转的条件下，由于离心力的作用，加速了摩擦磨损与发热，严重时会造成保持架烧伤和断裂，致使轴承不能正常使用。因此，要求制造滚动轴承保持架的材料除具有一定的强度外，还必需有良好的导热性，摩擦系数小，耐磨性能好，比重较小且膨胀系数与滚动体相近。除此之外，由于保持架结构一般比较复杂，还要求所用材料具有良好的加工性能。

常用的轴承保持架及铆钉支柱所用材料分为黑色金属材料（如低碳钢、不锈钢等），有色金属材料（如黄铜、青铜和铝合金等）和非金属材料（如酚醛夹布胶木、塑料等）三类。特殊用途的轴承保持架还应满足特殊工作条件的要求，如耐高温、耐腐蚀、自润滑（真空中使用）和无磁性等。

 

一．黑色金属材料

滚动轴承的保持架绝大部分采用08和10优质碳素钢薄板冷冲压而成。此外，常用的黑色金属材料还有20、30、45、0Cr18Ni9、1Cr18Ni 9Ti、S16SiCuCr、ML15、ML20、65Mn等。其用途列于表6-2。

表6-2    黑色金属材料用途表

钢号

用             途

08

10

制造各类型滚动轴承的冲压保持架及防尘盖挡圈、铆钉和冲压滚针轴承套圈等

20

40

45

制造大型、特大型轴承保持架、支柱、垫圈及大型、特大型圆锥滚子轴承的内、外隔圈等

0Cr18Ni9

1Cr18Ni9Ti

制造不锈钢轴承的保持架、垫圈和铆钉等

S16SiCuCr

制造需要润滑条件轴承的保持架、防尘盖等

ML15

ML20

制造长圆柱和螺旋滚子轴承的支柱以及铆钉等

65Mn

制造轴承的弹簧、锁圈等

 

 

二．有色金属材料

常用的有色金属材料用途列于表6-3。

表6-3        有色金属材料用途表

牌号

用        途

备注

H62

制造冲压保持架及铆钉等

黄铜类

HPb59-1

制造高强度实体保持架及挡圈

QAI10-3-1.5

制造高温高速轴承用实体保持架

铝铁锰青铜

LY11CZ

LY12CZ

制造高温高速轴承用实体保持架

铝合金

 

三．非金属材料

常用非金属材料用途列于表6-4

表6-4       非金属材料用途表

材料名称

用         途

酚醛胶布

制造中小型、微型高速轴承保持架

尼龙1010

聚四氟乙烯

制造≤100℃中小型高速耐腐蚀轴承保持架

耐油橡胶、毛毡

制造轴承的密封圈