轴承的材料及热处理

1、轴承的材料及热处理一、轴承的材料轴承材料的选择是设计师依据轴承工况和轴承零件的功能要求进行的。滚动轴承主要由套圈，滚动体，保持架和其他一些零件所组成，其零件材料可划分为：套圈与滚动体材料；保持架材料；其他零件如铆钉，防尘盖，密封圈等材料。上述零件所使用的材料多种多样，由于它们的理化和机械性能不同，因而各具有不同的特性，以适应各种不同工况和环境下工作的要求。轴承材料选择恰当与否直接关系到能否满足机构的功能与使用要求，对轴承工作性能和疲劳寿命具有决定性的影响。通常在材料选择正确的情况下，只要配合与安装、润滑与维护保养正常，轴承就会获得良好的工作性能和满足可靠性要求。这里扼要叙述轴承套圈、滚动体和保

2、持架材料的应用情况。（一）套圈与滚动体材料1.高碳铬轴承钢绝大多数轴承套圈和滚动体都采用专用钢材制造。用高碳铬轴承钢(GCr15和GCr15SiMn与ZGCr15和ZGCr15SiMn)制造套圈和滚动体，其零件硬度如下：用GCr15和ZGCr15材料制造的套圈和滚子为HRc6165，钢球为HRc6266；用GCr15SiMn和ZGCr15SiMn材料制造的套圈和滚子为HRc6064,钢球为HRc6066。用高碳钢铬轴承钢制造的轴承一般适用于工作温度为-40130范围，油与脂润滑正常。可满足一般机械的要求。高碳铬轴承钢轴承零件经高温回过火后，其适应工作温度可高达250。随着冶炼技术的进步，高碳铬

3、轴承钢可以采用不同的冶炼方法，如真空冶炼技术等可使钢材的内在质量大大改革，尢其是钢中含氧量及其所形成的非金属夹杂物有明显的减少。用这种高碳铬轴承钢制造的轴承，其疲劳寿命能成倍的增长。根据大量试验对比数据表明，不同冶炼方法所获得GCr15、GCr15SiMn、ZGCr15、ZGCr15SiMn轴承钢制造轴承。2.渗碳轴承钢用渗碳轴承钢等制造的套圈和滚动体，其硬度为HRc6064，一般适合于工作温度为-40140范围，油与脂润滑正常，能在较大冲击振动条件下使用，如机车车辆及轧钢机用轴承等，但该钢种的热处理工艺比较复杂。3.耐热轴承钢用耐热轴承钢制造的套圈的滚动体，其硬度为HRc6064，钢球为HR

4、c6165，在润滑正常的情况下，适用于工作温度为120250，如航空发动机、燃气涡轮机等主轴工作条件。 4.耐腐蚀轴承钢用耐腐蚀轴承钢制造套圈和滚动体，其硬度不应低于HRc58，适用于水、硝酸、化学试剂等腐蚀性介质，温度为-253350。（二）保持架材料1.钢质保持架绝大多数轴承都采用钢质保持架，应用最广泛的是低碳钢板冲压浪形、筐形、盒形等保持架，适用于用高碳铬轴承钢的轴承工况和环境；用中碳不锈钢板冲压的保持架适用于用耐腐蚀轴承钢的轴承工况及环境。2.有色金属保持架利用有色金属优良光洁的表面质量。在高温条件下工作，可采用硅青铜制造实体保持架，工作温度可达315；由于铝材的强度比黄铜低，比重轻，

5、因而常用铝代黄铜制造实体保持架，主要适用于转速较高、比重较轻、耐腐蚀等工况。3.工程塑料保持架用工程塑料制造保持架，近年来有较大发展，主要是因为它具有一定的耐腐蚀性能，自润滑性能好，摩擦阻力小，取材方便，价格便宜，制造容易等优点，但易“老化”。目前所采用的增强尼龙66应用最广泛，它能持续工作的温度范围为-40120；聚四氟乙烯强度较高，自润滑性能好，持续工作温度可达300；酚醛胶布有很高的机械强度，良好的耐磨耐热性能，但成本昂贵，适用于高速旋围，工作温度为-40150，瞬时可高达180。二、轴承热处理轴承大规模的生产加工是有完整的生产流程的。包括备件车间，锻造车间，热处理车间，车工车间，磨工车

6、间，包装车间。中等规模的生产加工企业都是没有自己独立的锻造工序，都是直接从外面买锻件回来的，当然这些毛胚件都是有规格型号的。包括热处理车间，车工车间，磨工车间，包装车间。 一个成品的下线，是由备件-锻造-热处理-车工-热处理-磨工-装配这样一个流程完成的。（一）热处理基础知识在进入热处理工序前，让我们先来了解一下什么是退火？什么是淬火？什么是回火？为什么要进行各种不同的过程？ 1退火退火是生产中常用的预备热处理工艺，是把钢加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的热处理工艺。其目的是消除或减少铸、锻及焊件的内应力与化学成分的组织不均匀性；能改善和调整钢的机械性能

7、及工艺性能，为我们的旋削加工工序作好组织准备（简单的说：降低硬度，便于加工，为淬火做准备）。而我们所使用的钢材实际上在钢厂就进行“球化退火”处理（加热到750770，保温一定时间，在缓慢冷却到600以下空冷）。钢的退火工艺种类颇多，有完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火和扩散退火等；也有再结晶退火、去应力和去氢退火等。   2淬火与回火轴承钢的淬火与回火是热处理工艺中很重要的、应用非常广泛的工序。淬火能显著提高钢的强度和硬度。如果再配以不同温度的回火，即可消除（或减轻）淬火内应力，又能得到强度、硬度和韧性的配合，满足不同的要求。所以，淬火和回火是密不可分的两道

8、热处理工艺。  1） 淬火是将钢加热到临界点以上，保温后以大于临界冷却速度（Vc）冷却，以得到马氏体或下贝氏体组织的热处理工艺。 2） 回火是将淬火钢加热至A1点以下某一温度保温一定时间后，以适当方式冷到室温的热处理工艺。它是紧接淬火的下道热处理工序，同时决定了钢在使用状态下的组织和性能，关系着工件的使用寿命，故是关键工序。 （二）轴承钢热处理轴承钢全名叫滚动轴承钢，具有高的抗压强度与疲劳极限，高硬度，高耐磨性及一定韧性，淬透性好，对硫和磷控制极严，是一种高级优质钢，可做冷做摸具钢。 1.轴承钢锻造温度1)始锻温度：1150(1120)，终缎温度：850(800)。2)锻造

9、前清除表面缺陷，尽量预热后再快速加热。3)温加工时，应避免200-400的蓝脆区。热加工时，应避免进入高温脆区(大于1250)。应尽量避免进入热脆区(800-950)。2.锻后热处理1)锻后预先热处理(球化退火) 最终热处理(淬火+低温回火)2)球化退火目的：降低硬度，便于加工，为淬火做准备。球化退火过程：加热到750-770，保温一定时间，在缓慢冷却到600以下空冷。3)各种轴承钢淬火+低温回火及硬度轴承钢淬火+低温回火及硬度表钢号淬火温度（）淬火介质回火温度（）硬度（HRC）GCr6800-820水或油150-17062-64GCr9800-830水或油150-17062-64GCr9Si

10、Mn810-820水或油150-16062-64GCr15820-846油150-16062-64GCr15SiMn800-840油150-17062-643.淬火及淬火介质1)淬火颜色：根据经验，白色最硬而脆，黄色硬而韧，兰色软而韧。2) 淬火介质：A 水：一般温度不超过40，不得有油，肥皂等杂质。B 盐及碱的水溶液：水中加5-10%的盐或碱。盐溶液冷却速度是水的十倍，硬度高而均匀，但组织应力大，有一定的锈蚀作用。温度小于60。碱溶液(苛性纳水溶液)腐蚀性大，适应范围小。C 油：包括机油，锭子油，变压器油，柴油等。可减小变形与开裂。不适用碳钢。油温度在60-80，最高不超过100-120。4

11、.回火温度轴承钢采用低温回火。低温回火温度：150-250，根据轴承套圈的特性，采用低温油回火，一般温度控制在180±10。可在保持高硬度和高耐磨性的前提下，降低内应力和脆性，稳定尺寸，以免使用时崩裂或过早损坏。硬度HRC：58-64。    同样，对于不锈钢的轴承产品，也必须经过这样的热处理工艺，当然淬火的曲线（温度和时间）有所不同，温度更高（1040±10），时间相对也长。而且在分级淬火后半个小时内还要进行深冷处理，其主要作用是减少组织中的残余奥氏体，稳定组织，提高套圈精度的稳定性。但是，在深冷处理时也要控制奥氏体的含量不能过少，

12、因为一定量残余奥氏体有利于轴承寿命的提高。三、我国轴承材料及热处理的发展方向预测 （一）改进冶炼技术提高钢的洁净度及均匀性 与工业发达国家相比，我国轴承钢的氧含量虽然已接近国外先进水平，但夹杂物和碳化物尺寸及分布的均匀性、成分均匀性与国外相比还有很大的差距，如大尺寸的夹杂物和碳化物较多、基本成分不均匀形成黑白区等，造成轴承零件质量先天不足，严重影响了轴承的寿命、可靠性及一致性。 此外，滚动接触面上大尺寸夹杂物的存在还严重降低表面精度，增加轴承的噪声。为此，轴承行业应与冶金行业协商，促使冶金行业在进一步降低氧含量的基础上，开展浇注凝固技术、轧制技术、夹杂物控制及检测技术的研究，如改进连铸时的电磁

13、搅拌、加大连铸坯的尺寸、加强高温扩散退火等，以提高夹杂物和碳化物的尺寸及分布均匀性。 （二）开发推广新钢种满足不同轴承的要求 随着主机的小型化、轻量化、高速化，轴承的使用环境越来越多样化，对轴承的要求也越来越苛刻，目前我国的现有钢种已不能满足或不能充分满足主机对轴承的要求，为此，应积极开展新材料的开发和推广工作。如开发大尺寸轴承用的高淬透性钢、重载及洁净润滑条件或小型轻量化条件下使用的轴承用钢、在污染条件下使用的轴承用高碳钢和渗碳钢、准高温（工作温度200以下）条件下用轴承钢以及特殊条件使用的轴承用钢（不锈钢、高温钢）。 （三）热处理新工艺的研究及推广 1.贝氏体淬火 贝氏体等温淬火处理的轴承

14、由于冲击韧性好、表面为压应力，无论是装配时内套开裂，还是使用过程中外套挡边掉块、内套碎裂的倾向性均大大减小，且可降低滚子的边缘应力集中。因此，轴承经等温淬火后比常规淬火后的平均寿命及可靠性显著提高。该工艺广泛应用于铁路轴承、轧机轴承以及在特殊工况下使用的轴承。该工艺与其他延寿措施相比，工艺简单，成本较低。近年来，我国开发了新钢种gcr18mo贝氏体淬火专用钢，以推动贝氏体淬火在大尺寸轴承零件上的应用。鉴于该工艺的许多优点，建议在使用条件恶劣（大冲击载荷、润滑不良等）或要求高可靠性的轴承中大力推广，并进一步深入研究贝氏体处理后的耐磨性和疲劳寿命。 2.表面碳氮共渗 通过对高碳铬轴承钢零件进行特殊的碳氮共渗后淬火，提高表面残余奥氏体的含量，改善表面应力状态，大大提高了变速箱用碳氮共渗，在不降低表面硬度的基础上提高表面残余奥氏体含量，以提