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      各類軸承鋼材性能介紹

      2010/10/22      

          1.高碳鉻鋼

          常用軸承鋼為高碳鉻鋼,它的特點是可從表面到芯部淬透到HRC58~66這樣高硬度范圍,故又稱完全淬硬鋼。這種鋼價格低廉,在世界范圍內應用得最廣泛。這種鋼又分為鉻鋼、鉻鉬鋼、鉻錳硅鋼和鉻錳鉬鋼四大類,自60年代至70年代,各國高碳鉻鋼中的含鉻量有一定增加,多數國家將制造滾動體的原含鉻量較低的高碳鉻鋼(相當于我國曾用的GCr6鋼)廢棄不用,而代之以制造套圈的同的鋼種(相當于我國的GCrl5鋼),而各國軸承鋼的實際含鉻量大都偏于其標準范圍的上差,也有稍高于其標準的。我國軸承鋼新標準YB(T)1—80還將使用量最大的軸承鋼GCr15的最低含鉻量從1.30%提高到1.40%。此外,從70年代起,有些國家提高了軸承鋼中的含鉬量,或增加了含鉬軸承鋼的新品種,以求獲得更好的淬透性和細化晶粒。 

          2.滲碳軸承鋼 

          滲碳鋼是軸承工業最早采用的鋼種,當前又正在發展。滲碳軸承鋼用來制造在有沖擊負荷或振動條件下工作的軸承元件,例如汽車、機車車輛、建筑機械,軋鋼機和農業機械等的軸承元件。對這種鋼材的要求為:滲碳表面層可以硬化到具有和高碳鉻鋼相同的硬度和疲勞強度,芯部控制在HRG35—40的硬度范圍內,并具有足夠的韌性和良好的綜合機械強度,表面保留壓應力狀態。達到此要求的鋼材,所制軸承耐沖擊,表面不易開裂,即使表面硬化層發生微裂紋,也不易向內層擴展。 

          滲碳軸承鋼的熱處理工藝復雜,容易產生脆性、軟點、硬度不均等廢品,因而成本較高。

          為了確保滲碳軸承的強度,滲碳元件的表面硬度,表層向內層的硬度分布以及芯部硬度,三者都很重要。滲碳濃度要控制適中,含碳量愈高壽命愈長,但要在殘余奧氏體含量的允許范圍內,因為含碳量高,殘余奧氏體含量也高廠.軸承尺寸穩定性差。另外,為了改善淬透性,不宜過多加入某一種元素,宜微量地加入多種合金元素。  

          3.中碳軸承鋼 

          在承受更大沖擊而滲碳鋼也不能適應的場合下,常采用中碳錳鋼、鉻鋼等制造軸承零件,多為低速大型硬度要求不太高的元件以及各種尺寸的螺旋滾子等。

          新近開發的某些中碳鋼品種如GCr15可應用于大中小型各種尺寸軸承元件的制造,這是一種可望廣泛應用的有發展前途的鋼種。它的化學成分和GCrl5大體相同,只是含碳量較低,其特點是能顯著改善鋼中碳化物的不均向性,獲得均勻細小的球化退火組織,微裂紋難于萌生和擴展,使得疲勞強度和壓碎強度高于GCr15,由于含碳量少,位錯馬氏體的比例增加,對材料缺陷的敏感性就降低,其淬火硬度可以較高,含鉻量又與GCr15相同,所以它的耐磨性,防銹性、回火穩定性,淬透性以及多種機械特性與GCr15相當,而對于振動和沖擊負荷的耐力,則高于GCrl5,同時這種鋼的工藝性能較好,鋼的生產和軸承制造成本有所降低,軸承的使用壽命也有所增加,因此可以在很大范圍內與GCrl5相競爭。  

          4.高溫軸承鋼

      (1)對高溫下工作的軸承鋼材的要求

          現代技術如核動力系統、噴氣式發動機以及燃氣輪機等的工作溫度常達數百度以至數千度,,顯然普通的軸承鋼材無法應用。必須使用高溫軸承鋼或其他耐高溫材料。

          通常認為超過120℃的溫度條件,便算是高溫工作條件,此時普通軸承鋼會發生組織變化和屈服強度降低,精度逐步喪失;而當軸承工作溫度超過軸承材料回火溫度時,其硬度就明顯下降,工作溫度超過180℃時硬度就急劇下降,很快出現早期疲勞和磨損。 

          保證軸承在高溫下運轉精度和使用壽命的中心環節是保證軸承在高溫下具有足夠的硬度和尺寸與形狀的穩定程度,因此對于高溫軸承鋼提出如下要求:

          1)高溫下硬度不低于HRC50~56;金相組織穩定;

          2)高溫尺寸穩定性良好,溫度膨脹系數小,沒有顯著的組織變化,抗蠕變性好,殘余應力小;

          3)抗氧化性好,生成的氧化膜與基體結合牢固,而且耐磨性和疲勞強度好,耐熱震性好,能經受較快的溫度變化,導熱性要好; 

          4)作為軸承鋼所應有的其他材料特性。

          (2)高溫軸承的常用鋼材在180℃以下的低負荷場合,可將常用軸承鋼進行高溫回火(160~300℃)使用,如果硬度不合要求,可改用亞高溫軸承鋼GCrSiWV,這種鋼的工作溫度在250℃左右。在300℃左右的溫度下可采用Cr4Mo4V,在538℃以下可采用W6Cr4Mo5V2,超過此溫度則使用鈷基、鉻基或鉬基合金制造軸承,而當溫度超過81℃時可用碳化鈦、碳化鎢等金屬陶瓷材料,更高溫度時可使用氧化鋯等陶瓷材料,用這類材料制成的軸承所能承受的最高工作溫度可達1650℃。

          5.耐腐蝕軸承鋼 

          幾種高溫軸承鋼的壽命對比在普通軸承鋼已不能勝任的腐蝕性介質環境中,就要用耐腐蝕軸承鋼來制造軸承及其零件,例如在接觸水或水蒸氣的水力機械中,在接觸酸和堿的化工機械中,在接觸海水的艦艇船舶中;儀器儀表中的軸承也常用耐腐蝕鋼制造,因為軸承稍有銹蝕便會影響到它們的計量精度和反應靈敏度;食品工業中的軸承有時也用耐腐蝕鋼制造,因為它希望軸承能耐腐蝕,不致有腐蝕物質而引起食物污染。耐腐蝕軸承鋼可分為兩大類:一類是馬氏體系不銹鋼用于要求硬度較高的場合;一類是奧氏體系不銹鋼,用于要求有更好耐腐蝕性的場合。前者常添加相當數量的鉬來取代部分鉻,以改善耐海水腐蝕的性能,后者的硬度較低,負荷承載能力和使用壽命不及前者。  

          許多耐腐蝕鋼也能耐高溫,兩種鋼材常常通用,但二者的目標卻不相同,高溫用鋼材重點要求高溫硬度和高溫尺寸與形狀精度的穩定性,而耐腐蝕鋼重點要求化學穩定性。現代技術要求軸承在高溫、高腐蝕性、無潤滑的條件下運轉,例如新式原子鍋爐中的軸承要在鈉溶液中運轉,上述高溫軸承鋼都不能適應,這時需用特殊非鐵合金或陶瓷材料制造軸承了。

       國外常用的耐腐蝕鋼140r4Mo具有較好的耐酸堿能力,只是對于沸騰的稀硝酸的耐力低于耐腐蝕鋼440C,而SUS304的耐海水能力很強,常用來制造潛水泵以至潛水艇中的軸承,但其硬度有些低。這兩種鋼也能耐高溫。90r18Mo的耐高溫和耐腐蝕能力都很高,甚至可在400℃的硝酸或鹽酸的蒸氣中工作。

          6.耐低溫軸承鋼

          在航天技術中,為火箭提供液體燃料的渦輪泵軸承要在液態氧和液體氫中運轉。其溫度和液化氣體相等。由于普通軸承鋼存在馬氏體組織,本來韌性就不理想,又有低溫脆性,如用于—5~—200℃低溫,實際上會由于空氣中潮氣在軸承表面凝結水珠而產生銹蝕,所以應采用不銹鋼。一般將馬氏體系不銹鋼進行低溫深冷處理,以保證其組織不發生變化。在液態氧(沸點—183℃)中用SUS4400鋼制造的向心球軸承與圓柱滾子軸承所作運轉試驗結果表明,軸承除擋邊表面有些磨損外無特殊異常,可以經受高達20000r/min的轉速,但是這時軸承的保持架必須采用特殊材料制造。耐低溫軸承的保持架本身也有用不銹鋼制造的,常用的有奧氏體系的SUS304鋼和馬氏體系的SUS440V鋼,前者易于加工,使用較多。

          總之,耐低溫軸承鋼的技術關鍵在于無低溫脆性和耐冷凝水的腐蝕性,而馬氏體系SUS4400可達到的表面硬度為HRC56~60,低于常用軸承鋼,所以其基本額定靜負荷和基本額定動負荷,或者其使用壽命都比相同基本型號同一尺寸規格的常用軸承鋼軸承要低些,這一點必須加以注意。

       

       

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