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浅谈滚动轴承的材料合轴承钢的新技术开发

发布时间:2022-03-16 16:49:59来源:乾润钢球

现代轴承工业,作为最重要的基础工业之一,是一个国家工业技术水平的重要标志。轴承关系国计民生,它是机械工业使用最广泛、要求最严格的配套件和基础件,也是各种机械依靠滚动体的滚动实现对主机旋转的支承元件,被人们称之为机械的关节。轴承成为现代机械车辆的主要支承型式,也是现代车辆中举足轻重不可缺少的基础零部件。

1.滚动轴承材料必须具有的特性及常用材料种类 套圈和滚动体材料必须具有的特性:接触疲劳强度高;硬度高;纯洁度高;耐磨性好;组织稳定性好;机械加工性能好。因此滚动体与内外圈的材料要求有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。常用的轴承材料(套圈和滚动体),一般用强度高、耐磨性好的铬锰高碳钢制造,滚动轴承的内外圈和滚动体一般用GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等(G表示滚动轴承钢)高碳铬或铬锰轴承钢和GSiMnU等无铬轴承钢制造,也有用渗碳轴承钢20CrMo、20CrNiMo等轴承材料,是目前使用最广泛的轴承材料。经渗碳热处理后,一般要求材料表面硬度应不低于61HRC-65HRC之间,心部硬度一般为30-45HRC。韧性好,能够承受较大冲击负荷。工作表面要求磨削、抛光。 保持架在轴承中起等距离隔离滚动体,引导并带动滚动体旋转的作用。它主要受到摩擦和拉伸的作用,并承受一定的冲击,这就要求它具有一定的强韧性,良好的弹性和刚度,较小的摩擦系数及良好的耐磨性和导热系数,并具有与滚动体相近的热膨胀系数。保持架根据要求选用较软材料制造,常用低碳钢板(如08#或10#钢板)冲压,冲压后铆接或焊接而成。实体保持架则选用HPb59-1黄铜合金、铝合金、酚醛层压布板或工程塑料等材料。高速轴承多采用有色金属(如黄铜)或塑料保持架。目前我国常用的金属材料保持架材料有0810、30、4045、ML15、ML20、65Mn、1 Cr18Ni9、1 Cr18Ni9Ti等。 轴承钢分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高碳铬不锈轴承钢和高温.轴承钢等四大类。滚动轴承内外套及滚动体常用材料具体如下。 (1)高碳铬轴承钢。高碳铬轴承钢,在牌号头部加符号“G”,但不标明含碳量。铬含量以千分之几计,其他合金元素按合金结构钢的合金含量表示。目前国内广泛使用的G B/T18254-2002《高碳铬轴承钢》国家标准中,高碳铬轴承钢为GCrl5、GCr4、GCr15SiM n、GCr15SiMo、GCr18Mo五个钢号。其中GCrl5和GCr15SiMn两个钢种在我国轴承行业的用量最大,约占轴承钢总用量的80%以上。GCr15轴承钢大量用于制造汽车、拖拉机、坦克、飞机等所使用的轴承以及机床使用的主轴轴承和铁路车辆、矿山机械、电机轴承、通用机械用轴承。GCrI5SiMn和GCr15SiMo轴承轴承常用金属材料钢,因其淬透性良好,主要用来制造有效壁厚比较大的轴承:GCr15SiMn适用于制造有效壁厚在15~35mm范围内的轴承;GCr15SiMo适用于制造壁厚尺寸大于35mm的轴承。这些轴承多为大型或特大型轴承。GCr4轴承钢是限制淬透性钢,它经过合适的热处理工艺得到一定的硬化层深度,从而达到表面硬、心部软的结果,具有较好的耐磨性,冲击韧性、断裂韧性及高接触疲劳寿命,在俄罗斯等国被用于铁路客车轴承和矿山、冶金机械等轴承。GCr18Mo是一种被广泛用于贝氏体热处理的轴承钢,主要用于高速列车、矿山和冶金机械等轴承。 (2)渗碳轴承钢。渗碳轴承钢,采用合金结构钢的牌号表示方法,另在牌号头部加符号“G”。例如:“G20 CrNiMo”;高级优质渗碳轴承钢,在牌号尾部加“A”;如“G20CrNiMoA”。渗碳轴承钢实际上是优质低碳或低碳合金钢,经渗碳和热处理淬回火后,表面硬度为58-62HRC,心部硬度为25-45HRC,表面耐磨,心部有良好的韧性。用渗碳钢制造的轴承零件,既可以承受较大的冲击负荷,又有较高的接触疲劳寿命。特别适用于承受较大的冲击负荷和尺寸较大的大型轴承零件以及高值下适用的轴承零件等。 (3)不锈轴承钢。高碳铬不锈轴承钢采用不锈钢牌号表示方法,牌号头部不加符号“G”。例如:高碳铬不锈轴承钢“9Crl8”。不锈轴承钢主要为在腐蚀介质中使用,其常用的不锈轴承钢为9Cr18、9Cr18Mo,已纳入GB3086-1982高碳铬不锈轴承钢技术条件中。它们是马氏体不锈轴承钢,这类轴承钢含有1%左右的C和18%左右的Cr,经热处理后具有较高的强度、硬度、耐磨性和接触疲劳寿命,又有很好的抗大气、海水、水蒸气及酸的腐蚀能力。经250-300℃回火后的硬度≥53HRC,所以,可以用其制造使用温度相对较高的高耐腐蚀轴承零件。另外,用于制造轴承零件的不锈钢还有Crl 3型、Cr17型、18-8型不锈钢等,这些不锈钢的碳含量相对较低,热处理后的硬度、强度较低,用来制造在腐蚀介质中工作负荷不大的轴承零件,如钢球、滚针套、滚针、保持架等。 (4)是高温轴承钢。高温轴承钢,采用耐热钢的牌号表示方法,牌号头部不加符号“G”例如:高温轴承钢“10Cr14Mo”。通常指工作温度在150℃以上使用的轴承被称为高温轴承。高碳铬轴承钢最高实际使用温度仅为170℃,其改型的凡个轴承钢号的最高使用温度也只有250℃。当工作温度超过170℃或250℃,轴承套圈和滚动体的硬度往往降低到58HRC以下,这对轴承的耐磨性和使用寿命都有严重影响。因而,在高温下工作的轴承除首先要求具有高的硬度外,还要根据不同用途不同类型的轴承对材料提出不同的要求。

2.陶瓷滚动轴承 滚动轴承过去通常用合金钢制造,20世、纪90年代中期,陶瓷滚动轴承已经问世。国外已开发成功了在高温条件下采用固体润滑剂的陶瓷滚动轴承,也有利用液体或油脂润滑的特种钢与陶瓷组合而成的滚动轴承或全陶瓷滚动轴承。陶瓷滚动轴承的制造材料,主要采用氮化硅陶瓷。据有关资料报道,现代陶瓷中一氮化硅和碳化硅都具有惊人的耐高温性能。氮化硅陶瓷在1400℃,碳化硅陶瓷在1700℃时,强度仍高达每平方厘米7000kg,而大多数金属这时早已软化或熔化成液体了。经试用表明,陶瓷滚动轴承具有以下优点:由于陶瓷几乎不怕腐蚀,陶瓷滚动轴承适宜于在布满腐蚀性介质的恶劣条件下作业;陶瓷滚动小球的密度比钢低,重量更要轻得多,因此转动时对外圈的离心作用可降低40%,进而使用寿命大大延长;陶瓷受热胀冷缩的影响比钢小,因而在轴承的间隙一定时,可允许轴承在温差变化较为剧烈的环境中工作;陶瓷的弹性模量比钢高,受力时不易变形,因此有利于提高工作速度,并达到较高的精度。 按滚动体的形状分为陶瓷球轴承和陶瓷滚珠轴承两个系列。按陶瓷材料在轴承零件上的应用情况,陶瓷滚动轴承可分为三类:第一类为滚动体用陶瓷材料制成一,而内外圈仍用轴承钢制造;一二类为滚动体和内圈用陶瓷材料,而外圈用轴承钢;第三类为滚动体和内外圈都用陶瓷材料制成。第一类和第二类叫做混合陶瓷轴承,第三类叫做全陶瓷轴承。 (1)陶瓷材料的物理性能。Si N的密度是轴承钢的40%,硬度是轴承钢硬度的2~3倍,高硬度提高了其抗磨损、抗黏结、抗剥蚀损坏能力;Si N的热膨胀系数大约为轴承钢的1/4,低的热膨胀系数可以使轴承在高温工作条件下变形减小;Si N陶瓷的高温性使其更适合于高温工矿,在能使轴承钢丧失原有硬度和强度的温度下,Si N陶瓷的硬度和强度依然不会降低,高温强度好;Si N陶瓷在极高温度下具有良好的尺寸稳定性,轴承钢只有在进行特殊热处理后才能保证其高温下的尺寸稳定性。SiN陶瓷的耐腐蚀性能强,在水、酸和碱介质的应用领域,用陶瓷滚动轴承可避免由于采用塑料、玻璃或不锈钢滚动体组成的轴承只能用于温度不太高、负荷较小的场合。与其他轴承材料和陶瓷材料相比,其综合性能明显,是制作轴承的理想材料。 (2)混合陶瓷轴承。现在工业上应用的混合陶瓷轴承多为滚动体,是陶瓷、内外圈为轴承钢的结构。混合陶瓷轴承的破坏与钢轴承相似,表现为钢套圈的破坏和陶瓷滚动体的疲劳剥落。陶瓷滚动体的破坏原因为材料本身的缺陷,如密度不均匀、气孔、杂质以及加工表面形成的微裂纹等。当滚动体和套圈沟道之间的接触应力相同时,混合陶瓷轴承可以达到甚至超过相同规格钢轴承的寿命。在高速条件下,陶瓷球轴承则比钢轴承的寿命长3~6倍。混合陶瓷轴承的转速比高速钢轴承转速提高60%,轴承温升降低35%~60%,刚度提高11%。由于陶瓷与钢分子亲和力很小,摩擦系数小,而且有一定的自润滑性能,运转性能好,因此混合陶瓷轴承可有效防止因油膜破坏引起的烧黏。高速旋转的球轴承,球会产生很大的离心力,离心力造成球与外圈滚道的压力甚至超过外载荷的作用,从而降低轴承寿命。此外,转速过高将在球上作用一个很大的陀螺力矩,陀螺力矩使球与套圈产生滑动,使摩擦力矩增大,保持架产生额外的应力,引起大的温升和保持架的破坏,离心力与陀螺力矩与滚动体材料的密度成正比,而用于制造轴承的Si N陶瓷的密度只为钢的40%,有利于实现高速。目前混合陶瓷轴承多用于高速精密机床主轴。 (3)全陶瓷轴承。所谓全陶瓷轴承就是滚动体与内外套圈均为陶瓷材料制造,同钢轴承相比,全陶瓷轴承更耐腐蚀、耐高温、耐磨以及具有高刚度等性能。在航空航天工业中,陶瓷滚动轴承有极其优良的高速性能。在高温环境下,全陶瓷轴承能在800~1000℃条件下可靠的工作;在腐蚀性介质中,全陶瓷轴承更能显示出其独特的优越性,化学工业用的各种耐酸泵、真空泵、离心泵和涡轮分子泵都应用了全陶瓷轴承。此外,电机工业和电力机车用全陶瓷轴承作绝缘轴承,航空航天飞行器采用全陶瓷轴承可减轻重量和提高飞行速度,医疗、食品等则利用全陶瓷轴承的干运转性能提高食品及药品的质量标准。

3.对轴承钢的质量要求 滚动轴承要在拉伸、压缩、弯形、剪切、交变等复杂应力状态和高应力值之下,高速、长时间地工作。因此在生产过程中,轴承钢质量控制检验项目多,控制范围又窄,生产工艺严格、复杂,要求有一定的工装设备、检验手段。为了保证轴承具有良好的性能和高的寿命,对轴承钢的质量要求如下: (1)化学成分。化学成分是轴承钢的最本质的因素。钢的物理、化学、机械性能和金相组织都是由化学成分决定的,改变了化学成分,就改变了钢的基本性质。因此,轴承钢的化学成分必须符合标准规定的允许范围。 (2)内部质量。可分为宏观质量和微观质量。宏观质量要求轴承钢材内部不允许有白点、缩孔、夹渣、裂纹、过烧、皮下气泡等缺陷。要求轴承钢材的内部偏析、疏松控制在一定范围内。总之,轴承钢材的内部要致密,不允许有肉眼可见的缺陷割裂钢材的基体。微观质量要求轴承钢材内部组织要均匀,纯净度要高。 轴承钢材的内部组织是指碳化物带状、碳化物网状、碳化物液析及退火组织。碳化物是轴承钢的主要成分之一,是客观存在的,如何使碳化物分布的均匀、分散、细小,是提高轴承钢质量的重要课题之一。轴承钢主要生产厂家采用了高温扩散处理,控制轧制新工艺和连续退火炉设备等。即使这样,碳化物的分布仍不能达到理想的程度。因此,在标准中,规定了它们的允许范围和控制级别。 (3)轴承钢材的纯净度。是指非金属夹杂物对钢的沾污程度。非金属夹杂物破坏了基体的连续性,是造成轴承早期疲劳、剥落的主要原因之一。因此,要求轴承钢中非金属夹杂量越少越好。为了限制、控制非金属夹杂物在钢中的存在,在标准中,对它们进行了严格的级别控制。生产厂家除了采用电炉冶炼加电渣重:熔外,还采用了电炉冶炼加炉外精炼、真空脱氧、吹氩处理、炉外喷粉处理等工艺,力图使钢中氧含量降低到20ppm以下。(4)表面质量。轴承零件的成型方法,目前有锻造、车削和冷冲等。根据不同成型方法对钢材表面质量有不同程度的要求。总的来说,轴承钢材表面不得有裂纹、折叠、拉裂、结疤和夹渣。对冷冲用的冷拉钢材,除不允许上述缺陷外,表面要洁净,不得有锈蚀、麻凹等缺陷。轴承钢材表面不得有严重的脱碳现象,根据轴承零件成型工艺的不同要求,在标准中,对不同品种的钢材表面脱碳层深度有不同的限制规定。 (5)尺寸允许公差。根据轴承零件成型工艺及钢的生产工艺,在标准中,对轴承钢材各种品种、规格的尺寸公差都进行了规定。锻造钢材尺寸公差一般按GB908-72标准,热轧钢材尺寸公差按GB702-86,冷拉钢材按GB905-82标准,冷拉钢丝按YB 245-64标准。

4.轴承用钢的冶金缺陷 (1)轴承用钢的表面缺陷 1)裂纹。钢锭的皮下气泡,严重的非金属夹杂物及钢材在锻、轧过程中,加热温度过高,锻、轧后冷却快;终轧、终锻温度过低等原因都有产生裂纹的可能性。 2)折叠。钢材在锻、轧过程中产生的飞边、毛刺、皱折和尖锐棱角等,在继续轧制时压入金属内部,则形成折叠。 3)结疤。由于钢锭表面的夹渣、凹坑,在锻、轧过程中形成较薄、扁平的分层,称之为结疤。 4)刮伤。因轧机导板上沾有金属颗粒,导板安装不当等原因,使钢材表面刻划出沟槽,称为刮伤或划痕。 5)夹渣。炉渣和各种耐火材料,在钢浇注过程中未浮在钢锭头部,而集聚在钢锭表面,钢锭修整时,又未清理掉,因此,在钢材表面形成夹渣。 6)脱碳。钢材在加热过程中,表面要发生氧化作用,炉气中的氧与钢材表面的碳进行氧化,形成气体,使钢材表面的碳量低于规定数值称脱碳。脱碳对高碳轴承钢来说是一个严重的缺陷,往往造成轴承零件表面脱碳,淬火后的硬度达不到技术要求。 (2)轴承钢材的低倍缺陷。 1)缩孔。钢液在浇注后的冷凝过程中,由于体积收缩而在钢锭的中心部位形成孔洞,称为缩孔。为了减少缩孔钢材的危害,因此在钢液浇注,结晶过程中要采用合理的工艺,使体积收缩而形成的孔洞移向钢锭的头部,在钢锭开坯后,将缩孔部分切掉,但是,由于浇注、冷却工艺不当,如钢锭头部保温不足,开坯后锭头部位切除量少等,一使缩孔残留在钢材内,低倍检查时,就会显示出来。 2)白点。经酸洗后的钢样横向截面中心或其附近区域呈现短小、不连续,一般呈辐射状态分布的发丝状明缝,或在钢材的纵向断口上出现表面光滑,形状近似圆形或椭圆形的银白色斑点,称为白点。白点形成的原因,一是钢中氢气的存在,二是钢材锻造后在600~300℃没有缓冷,氢气未充分扩散,产生组织应力而开裂。有白点的钢材或零件,其纵向、横向机械性能都有显著下降,故有白点的钢材或零件没有使用价值。 3)过烧。钢锭或钢坯在锻造加热时,温度过高,表面层沿晶界处被氧气侵入而产生氧化物。在晶界处和枝晶轴间的一些低熔点化合物发生熔化,以致在冷凝后形成裂纹或孔洞。这种现象称为过烧。钢材过烧后,再锻时将引起开裂,强度和冲击韧性都大大降低,故不能使用。 4)气泡。钢在液体状态溶解气体的能力比固态时大,钢液在冷凝过程中,气体从钢液中逸出,如来不及排出,则形成气孔。此外,钢锭模烘烤不良,会在钢模表面存在水分或气体,以及钢锭模内表面涂料不良,形成大量气体,这些水分或气体来不及排出钢液,则形成皮下气泡。气泡的存在大大地降低了钢材的强度。 5)偏析。在钢液冷凝过程中,由于钢中各种化学成分碳、铬、钨、磷等元素结晶、扩散速度不同而形成的化学成分不均匀现象称为偏析。偏析的存在会给以后的变形加工造成困难,硫的偏析易产生热脆,磷的偏析易产生冷脆。偏析的存在易引起金属疲劳断裂。 6)疏松。钢液在冷凝过程中,由于体积收缩而引起的细小孔隙称为疏松。分散分布的细小孔隙称为一般疏松。分布在钢材中心部位的细小孔隙称为中心疏松。疏松降低了钢材的致密度,使机械性能显著下降,降低轴承的使用寿命。 (3)非金属夹杂物。钢在冶炼、浇铸过程中,由于钢液内各成分之间、钢液与炉衬之间接触所引起的化学反应产物、脱氧产物,以及炉壁、出钢槽、钢水包等材料被落而进入钢液。这些进入钢液而未排出的非钢液物质称为非金属夹杂物。非金属夹杂物在轴承钢中的存在,是降低轴承使用寿命的主要原因之一。(4)碳化物不均匀性。高碳轴承钢碳量较高,并含有一定数量的碳化物形成元素(如铬)。在钢液冷凝过程中,这些元素又易发生成分偏析,而引起钢材中碳化物分布的不均匀性。

5.轴承钢材的质量检验(1)钢材表面质量的外观检查。钢材表面质量通常用肉眼检查,退火及未退火的热思钢材,必要时可用风动或电动手提砂轮磨成螺旋頫进行检查。冷拉退火条钢和钢管可用细的平锉刀在整根材料上锉成三到四处圆周光面,用肉眼检查。钢丝盘料通常也用肉眼检查,此外,也可采用酸洗检查,即在盘料的两端各取250mm长,按低倍酸洗工艺酸洗后肉眼检查其表面。 (2)钢材尺寸检查。退火和不退火的热轧圆钢,用读数值为0.1 mm的游标卡尺或卡规进行尺寸检查。冷拉条钢和钢丝用分度值为0.01 mm千分尺进行检查。热轧和冷拉钢管的外径尺寸和壁厚差分别用读数值为0.1 mm的游标卡尺和分度值为0.01 mm千分尺检查。冷轧钢板和钢带的厚度用千分尺检查。钢材的长度、宽度用钢直尺检查。各种钢材(除盘料外)的弯曲度可用双直尺或塞尺检查。(3)鉴别钢种检查。鉴别钢种一般用手提看谱镜和火花鉴别法进行检查。手提看谱镜是一种半定量的光谱仪器,能够半定量地检查出钢中的主要合金元素,如铬、锰、镍、钼、钨、钒等。光谱检查可以查明被检钢材的钢号及有无混钢种情况。火花检查是根据火花特征判断被检钢材的钢号。 (4)硬度检查。对于冷拉退火条钢和热轧退火钢材要进行布氏硬度检查。布氏硬度试验方法按GB231-84标准规定进行。 (5)断口检查。直径30mm以下的冷拉退火及热轧退火钢材应进行断口检查。在钢材一端切一缺口用锤击断或用压力机截取断口试样。用肉眼检查断面上、是否有缩孔、白点、裂纹,过烧等缺陷。(6)低倍组织检查。直径大于30mm的退火钢材和不退火钢材一般都检查低倍组织。即在钢材的一端用锯床(退火材)和砂轮切割机(不退火材)切取厚度为12~15mm的圆片试样,试样被检的一面用磨床磨平。经热酸洗后用肉眼检查偏析、疏松程度有无缩孔、白点裂纹、过烧等缺陷。热酸洗用50%的工业盐酸水溶液,加热到70±5℃,酸洗时间为30~40min,试样取出后用碱水冲洗,然后用80℃热清水冲洗净。 (7)化学成分分析。化学成分一般按炉号取样分析。钢号的各种元素成分分析方法按国家标准规定进行。化学分析方法比较慢,不适用于生产现场,由于光谱科学的发展,目前,在生产厂一般采用光谱分析方法来分析检验钢材的化学成分。 (8)高倍组织检查。高倍组织用金相显微镜进行检查,检验的项目有:退火组织(放大500倍)脱碳层深度(放大100倍),在钢材的横截面上检查。碳化物液析、碳化物带状、非金属夹杂物(放大100倍)在钢材的纵向截面上检查,但为了减少试样数量,网状可与带状、液析用同一试样在纵向截面上检查,有疑问时,以横向截面检验结果为准。 (9)拉力检验。钢丝和钢板要进行拉力检验,钢丝拉力检验,在钢丝的一端截取长250mm的试样,在拉力试验机上进行拉力试验。钢板根据标准规定截取和制备试样,在拉力机上进行拉力试验。拉力试验方法按GB228-76标准规定进行。 轴承钢材的检验数量:轴承钢钢材的检查以批或炉次作为检验单位。每批钢材必须由同一钢种,同一冶炼炉号,同一热处理炉次,同一尺寸的钢材组成。轴承钢材的检查数量根据钢材的订货技术标准,供货状态而定。目前,我国高碳铬轴承钢棒、条、丝有三个标准。棒、条钢材用YJ284和YB9-68,钢丝标准为YB 245-64。

6.轴承钢的新技术与开发 轴承钢主要用于制造滚动轴承的滚动体和套圈。由于轴承应具备长寿命、高精度、低发热量、高速性、高刚性、低噪声、高耐磨性等特性,因此要求轴承钢应具备:高硬度、均匀硬度、高弹性极限、高接触疲劳强度、必须的韧性、一定的淬透性、在大气的润滑剂中的耐腐蚀性能。为了达到上述性能要求,对轴承钢的化学成分均匀性、非金属夹杂物含量和类型、碳化物粒度和分布、脱碳等要求严格。轴承钢总体上向高质量、高性能和多品种方向发展。轴承用钢按特性及应用环境划分为:高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、高温轴承钢、不锈轴承钢及专用的特种轴承材料。为适应高温、高速、高负荷、耐蚀、抗辐射的要求,需要研制一系列具有特殊性能的新型轴承钢。为了降低轴承钢的氧含量,发展了真空冶炼、电渣重熔、电子束重熔等轴承钢的冶炼技术。而大批量轴承钢的冶炼由电弧炉熔炼,发展成各种类型初炼炉加炉外精炼。20世纪90年代以来,随着经济发展和工业技术进步,轴承的应用范围扩大;而国际贸易的发展,又推动了轴承钢标准国际化和新技术、新工艺及新装备的开发和应用,效率高、质量高、成本低的配套技术和工艺装备应运而生。日本和德国等均建成了高洁净度、高质量的轴承钢生产线,使钢的产量迅速增加,钢的质量和疲劳寿命大幅度提高。日本和瑞典生产的轴承钢的氧含量降到10ppm以下。 轴承的接触疲劳寿命对钢组织的均匀性非常敏感。提高洁净度(减少钢中的杂质元素和夹杂物含量),几促使钢中的非金属夹杂物和碳化物细小均匀分布,可以提高一轴承钢的接触疲劳寿命。轴承钢使用状态下的组织应是回火马氏体基体上均匀分布着细小的碳化物颗粒,这样的组织可以赋予轴承钢所需要的性能。高碳轴承钢中的主要合金元素有碳、铬、硅、锰、钒等。 如何获得球化组织是轴承钢生产中的重要问题,控轧控冷是先进轴承钢的重要生产工艺。通过控轧或轧后快冷消除了网状碳化物,获得合适的预备组织,可以缩短轴承钢球化退火时间,细化碳化物,提高疲劳寿命。近年来,俄罗斯和日本采用低温控轧(800℃~850℃以下),轧后采用空冷加短时间退火,或完全取消球化退火工艺,就可得到合格的轴承钢组织。轴承钢的650℃温加工也是新型技术。共析钢或高碳钢热加工前若具有细晶粒组织或在加工过程能形成细晶粒,则在(0.4~0.6)熔化温度范围内,在一定应变速率下,呈现出超塑性。美国海军研究院(NSP)对52100钢进行了650℃温加工试验表明,在650℃下真应变2.5不发生断裂。因此,有可能以650℃温加工来代替高温加工并与球化退火工艺结合起来,这对简化设备和工序、节约能源、提高质量有重要意义。 今后轴承钢主要向高洁净度和性能多样化两个方向发展。提高轴承钢的洁净度,特别是降低钢中的氧含量,可以明显延长轴承的寿命。氧含量由28ppm降低到5ppm,疲劳寿命可以延长1个数量级。为了延长轴承钢的寿命,人们多年来一直致力于开发应用精炼技术来降低钢中的氧含量。通过不懈的努力,轴承钢中的最低氧含量已从20世纪60年代的28ppm降低到90年代的5ppm。目前,我国可以将轴承钢中的最低氧含量控制在lOppm左右。轴承使用环境的变化要求轴承钢必须具备性能的多样化。如设备转速的提高,需要准高温用(200℃以下)轴承钢(通常采用在SUJ2钢的基础上提高Si含量、添加V和Nb的方法来达到抗软化和稳定尺寸的目的);腐蚀应用场合,需要开发不锈轴承钢;为了简化工艺,应该开发高频淬火轴承钢和短时渗碳轴承钢。

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