滚动轴承钢的开发与应用.doc

滚动轴承钢的开发与应用目录1 轴承钢的概述21.1 轴承钢的诞生与特性21.2 轴承钢的分类与应用21.2.1 轴承钢的分类21.2.2 四大类轴承钢的应用范围32 轴承钢的生产与开发32.1 生产技术及工艺要求32.2应用轴承钢的开发42.3 轴承钢的发展展望4参 考 文 献51 轴承钢的概述滚动轴承钢是用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等的专用结构钢，通常在淬火状态下使用。从化学成分上看它属于工具钢，所以也用于制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。由于其生产要求十分高，世界公认轴承钢的冶炼水平代表着一个国家的冶金水平，因此，轴承钢也被称为是“特钢之王”。1.1 轴承钢的诞生与特性高碳铬轴承钢于1901年首先出现于欧洲。1913年美国将其列为标准钢种。70多年来，各国发展出许多提高轴承钢纯洁度和改善碳化物不均匀性的新工艺，真空脱气、炉外精炼等技术已广泛应用于轴承钢生产，并以轴承钢管材制造套圈，进一步提高了钢材利用率和轴承寿命。中国于1951年开始生产轴承钢材料。经过100多年的努力，国际上轴承钢已发展成标准系列化，按用途可分为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等轴承。轴承转动时承受很高的交变应力，滚动体与内外圈之间的接触应力大，同时又工作在润滑剂介质中。因此，滚动轴承钢具有高的抗压强度和接触疲劳强度，足够的的韧度、淬透性，高的硬度、耐磨性和耐蚀性，钢的内部组织、成分均匀，热处理后有良好的尺寸稳定性。常用的滚动轴承钢是含碳0.95%1.10%、含铬0.40%1.65%的高碳低铬轴承钢，如GCr6、GCr9、GCr15等。 1.2 轴承钢的分类与应用1.2.1 轴承钢的分类1976年国际标准化组织ISO将一些通用的轴承钢号纳入国际标准，将轴承钢分为：全淬透型轴承钢、表面硬化型轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等四类共17个钢号。有的国家增加一个类别为特殊用途的轴承钢或合金。我国的轴承钢分为两类：1、铬轴承钢 最具代表性的高碳铬轴承钢GCr15是世界上生产量最大的轴承钢，含碳Wc为1%左右，含铬量Wcr为15%左右，从1901年诞生至今100多年来，主要成分基本没有改变，随着科学技术的进步，研究工作任在继续，产品质量不断提高，占世界轴承钢生产总量的80%以上。由于淬透性不很高，多用于制造中小型轴承，也常用来制造冷冲模、量具和丝锥等。2、添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢 在铬轴承钢中加入Si、Mn，可提高淬透性，如GCr15SiMn钢等，多用于制造大型轴承。为了节约Cr,加入Mo、V，可得到无铬轴承钢，如GSiMnMoV ，GSiMnMoVRE等，其性能与GCr15相近。我国已纳入标准的轴承钢分类方法与ISO相似，分别对应为高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈耐蚀轴承钢、高温轴承钢四大类。近五十年来我国还在轴承钢钢种及其轴承用材料方面，如无铬轴承钢、中碳轴承钢、特殊用途轴承钢及合金、金属陶瓷等取得了很大的进展。 1.2.2 四大类轴承钢的应用范围1、高碳铬轴承钢 轴承行业GCr15、 GCr15SiMn两种钢被广泛应用，GCr15被大量用于制造汽车、坦克、飞机等所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、通用机械轴承。GCr15SiMn、GCr15SiMo主要用来制造壁厚比较大的轴承。GCr4及GCr18Mo被用来制造铁路客货车、矿山及冶金机械等轴承。2、渗碳轴承钢 G20CrNiMo主要用作汽车轴承等耐冲击、耐磨损零件的材料及汽车、拖拉机齿轮以及亚伦钻头的牙爪和牙轮体。G20Cr2Mn2Mo 主要用于制造高冲击负荷条件下工作的特大型和大、中型轴承零件，如轧钢机轴承的套圈和滚动体 。G20CrNi2MoA用于制造承受冲击较大的轴承，如轧机、重型车辆、铁路机车等。3、不锈耐蚀轴承钢 G95Cr18用来制造在腐蚀环境和无润滑强氧化气氛中工作的轴承，例如船舶、化工、石油机械轴承，航海仪表轴承等。G95Cr18也可用来作为耐蚀高温轴承钢使用，但使用温度不得超过250。此外还可用于制作高质量的刀具（如医用手术刀等）。G102Cr18Mo用于制造要求耐腐蚀、高温下抗氧化的轴承以及蒸汽、水、海水、蒸馏水和硝酸等腐蚀介质中工作的防锈轴承。如水坝闸门及水利机械轴承、海洋船舶轴承、化工和石油机械轴承等。4、高温轴承钢 主要用于于核动力系统、喷气式发动机以及燃气轮机等部件。2 轴承钢的生产与开发2.1 生产技术及工艺要求轴承钢生产主要执行GB/T18254-2002标准和适应于精锻轴承用户要求的莱钢GCr15JD质量协议，其中GCr15JD协议质量要求严于GB/T18254-2002标准 ，GCr15JD要求氧含量10ppm、中心偏析级别1.0级、成分控制、定尺和尺寸偏差等均严于GB/T18254-2002标准。 对于原材料，有严格的化学成分要求、高纯净度要求，严格的低倍组织和显微组织、碳化物不均匀性控制要求，特别严格的内部缺陷和表面缺陷控制、表面脱碳层控制要求，高精度的尺寸要求。对于热处理，有严格的热处理规范、显微组织要求，比较严格的硬度及均匀性要求，严格的裂纹、脱碳及软点、变形等控制要求生产轴承钢的现在生产轴承钢的主要工艺是连铸以及电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼，还有少量采用真空感应+真空自耗的双真空或+多次真空自耗等工艺来提高轴承钢的质量。2.2应用轴承钢的开发轴承钢的开发方向与其应用环境紧密相关。如耐异物环境下应用的轴承钢：用于汽车的变速器和差动器的轴承中，由于油中混入异物（淤泥、切削粉末），一旦这种异物咬入轴承滚动面便产生压痕引起滚动面的早期剥落，为此开发耐异物轴承钢。通过提高表面的残留奥氏体量、提高表面硬度或基体的韧性可改善混入异物环境下的轴承使用寿命。开发的添加超过2的Mn的耐异物轴承用钢在调质状态下的残留奥氏体量高，在异物混入条件下显示出与在清洁油中一样的优异的滚动疲劳寿命，已明确其具有渗碳氮化处理钢同等的优异的耐异物寿命。再如高温下应用的轴承钢：随着汽车发动机的输出功率的不断提高以及产业机械高速化和封闭化，轴承使用的环境温度上升。希望开发出在473523K温度下保持性能的轴承。在这种温度范围下，如果使用实施了调质处理,其硬度就会降低，滚动寿命特性变差。另一方面，虽然用于喷气发动机等的析出硬化型合金钢M50在同一温度范围具有充分的滚动寿命，但是该合金含有10左右的Cr、Mo、V等合金元素，所以材料的成本高，热处理也复杂，缺少通用性。对合金元素对淬火硬度与回火硬度的影响进行了调查，为提高淬火硬度可利用C元素，为改善抗回火软化可利用Si元素。因此，开发了增加C和Si的含量以防止高温下的硬度降低、通过添加Ni元素保持滚动特性的材料作为高温轴承用钢。通过对轴承钢中各元素含量的调整，开发出来的钢种数量的日益增加，轴承钢的应用范围越来越广。2.3 轴承钢的发展展望随着世界产业结构的变化，轴承钢的发展主要是两个方向，一是发展超高纯洁度的高碳铬轴承钢，二是以低成本为目标的轴承钢，如低铬轴承钢等。1、对于高碳轴承钢来讲，主要是提高钢材的纯洁度和钢中碳化物的均匀分化。氧化物夹杂是轴承钢中最具危害性的，对疲劳破坏有显著地影响。含氧量越高，不仅造成衍化物夹杂数量增多，而且氧化物夹杂尺寸增大，偏析严重，夹杂级别增高，对疲劳寿命的危害也就加剧。当下，冶金材料工作者正在为钢中氧含量接近23g/g这样的极限值而努力。另一个体现钢清洁度的是钢中钛含量的水平。实验表明，钛含量从40g/g降到10g/g，能使寿命提高约2倍。目前人们希望轴承钢中钛含量在6g/g以下。除控制高纯度钢水中的非金属夹杂物的数量之外，还需控制气形态与分别。在钢中碳化物的控制方面，通过控轧或轧后快冷基本消除了高碳铬轴承钢网状碳化物，获得了合适的预备组织。在这缩短球化退火时间、细化碳化物、提高疲劳寿命等方面都取得了适用性效果。2、渗碳轴承钢和中碳轴承钢，除了提高纯洁度外，为满足用户特殊环境下的长寿化的需求，要开发特殊工况条件下的新钢种。3、不锈轴承钢，主要是致力于耐蚀性和耐热性的多用途化条件下的马氏体不锈钢的开发。4、对于高温轴承来讲，重点是航空、宇航等高温用轴承钢的开发。另一方面，现有的高温轴承钢系中的高碳高温不锈钢、高速钢全都因合金元素含量高而价格昂贵，特别是高速钢类高温轴承钢的车削、磨削加工一集热处理都给轴承制造带来一定困难。为此，美国研制出一种性能良好的渗碳高温轴承钢。这种钢的退火硬度HB不大于192，可直接在最佳淬火温度1149下渗碳，而获得最快的渗碳效果。开发渗碳高温轴承钢钢种无疑可以解决资金问题。轴承钢的相关技术已达到成熟水平。发达国家把轴承钢生产和研究的重点放在高效率、优质量、低成本上，采用高速度、高质量的准也生产线制造轴承钢。中国已成为轴承钢制造大国，但质量明显低于发达国家水平。差距存在的原因主要可归结为轴承钢标准内容较落后，工艺技术和装备水平参差不齐两个方面。针对国产轴承钢仍处于“高不成低不就”的状态，在瞄准研发高档轴承钢或其他材料的同时，我们更应把注意力回归到切实提高普通轴承钢的材质水平上来。量大面广的普通轴承钢的材质达到国际同类产品水平，对于国产轴承在整体上真正形成市场竞争力和良好品牌形象才更具有普遍和