材料工程设计第7讲

钢中存在非金属夹杂物易形成早期疲劳剥落，所以以高纯度轴承钢（真空 感应+真空自耗冶炼）制造高可靠性、长寿命、高精密轴承，如：航空发动
机主轴轴承、高精度陀螺轴承和高精密（P2、P4等）机床主轴轴承等。

对于在化工、航空、原子能等装备中和食品、仪器、仪表等设备中使用的 滚动轴承还需要具有耐蚀性、耐低温或耐高温、抗辐射和防磁等特性，因
高碳铬轴承钢 GCr4,GCr6,GCr9,GCr9SiMn,GCr15,GCr15SiMn,
渗碳轴承钢
不锈轴承钢 高温轴承钢
G20CrMoA, 20CrNiMoA,CG20CrNi2MoA, G20Cr2Ni4A,G10CrNi3MoA, 20Cr2Mn2Mo 9Cr18, 9Cr18Mo H8Cr4Mo4V,HCr14Mo4,H8Cr4Mo4,W18Cr4V, H3Cr4Mo4Ni4V,2W10Cr3NiV,W9Cr4V2Mo, GCrSiWA
第7讲 滚动轴承的材料及其选用
1.滚动轴承的结构和特点

滚动轴承的种类之多，至今已有6万多种。 结构上一般由外套、内套、滚动体【钢球、 滚子（圆柱、圆锥、球面）、滚针】、保持 架和润滑油等组成。 目前最小直径的轴承内径为0.6mm，最大轴 承的外径达5.492m，重量达6.38t。


优点：摩擦阻力小，起动灵敏，效率高，轴 向尺寸小，能同时承受轴向和径向载荷，润 滑方便，批量生产易于互换等。

中大型轴承——公称外径尺寸范围为120—190mm的轴承；
大型轴承——公称外径尺寸范围为200—430mm的轴承； 特大型轴承——公称外径尺寸范围为440mm以上的轴承。 轴承按其部件能否分离，分为：可分离轴承、不可分离轴承。

轴承按其结构形状（如有无装填槽，有无内、外圈以及套圈的形状，挡边的结 构，甚至有无保持架）还可以分为多种结构类型。
此滚动轴承还用到不锈钢等替他材料。
表1 轴承钢的类型
类 型 钢 号
GCr15SiMo, GMnMoVRe*, GSiMoMnV*
备 注
GB/T18254, GB/T18579 GB3203, GB/T3077 YB/T4107, YB/T4101 GB3203, YB/T4100 GB3080, YB/T096 YB/T4105,YB/T4106, YB/T1205,GB/T3080, GB/T9943,WS9-6015, WS9-6027
缺点：抗冲击能力较差，高速运转时出现较 大的噪音，振动较大，工作寿命不及液体摩 擦的滑动轴承，安装径向尺寸较大。
图-1 滚动轴承的基本结构

2.滚动轴承的类型

轴承按其能承受的载荷方向或公称接触角度的不同，分为：向心轴承（径向接 触轴承、向心角接触轴承）、推力轴承（轴向接触轴承、推力角接触轴承）。

轴承按其滚动体的种类，分为：球轴承、滚子轴承（圆柱滚子、轴承滚针、轴 承、圆锥滚子、轴承调心滚子轴承）。
轴承按其工作时能否调心，分为：调心轴承、非调心轴承（刚性轴承）。 轴承按滚动体的列数，分为：单列轴承、双列轴承、多列轴承。 按滚动轴承外径尺寸大小分类，分为： 微型轴承——公称外径尺寸范围为26mm以下的轴承； 小型轴承——公称外径尺寸范围为28—55mm的轴承； 中小型轴承——公称外径尺寸范围为60—115mm的轴承；
中碳轴承钢
50,55,70Mn, GCr10(40CrA), 50SiNi, G55SiMoVA(52SiMoVA,50SiMoVA),
GB/T3077,Q/XGSZ167, Q/XGSZ169
GB/T699,GB/T1299, GB/T3077
特大型轴承钢 40CrMo,50Mn,5CrMnMo
特殊轴承用材 00Cr40Ni55Al3,Cr23Ni28Mo5Ti3Al,7Mn15Cr2Al3V2W GB/T1299,试制技术条件 及合金 Mo,Monelk-500 保持架用材 08,10,15,30,35,45,15CrMo,20CrMo,0Cr18Ni9Ti,1Cr13, H62,HPb59-1,QAl10-3-1.5,QSi3-1,QSi3.5-3-1.5, QSn6.5-0.1, GB/T13237,GB/T3077, GB/T4240,GB/T2024, GB/T5231,GB/T2059
套圈
冷冲及半热冲钢球
滚珠与滚针
6.高碳铬滚动轴承的热处理
工艺方法
一般球化退火 球 化 退 退 火 火 预 先 热 处 理 等温球化退火 快速球化退火 细化循环球化退火 再结晶退火 正火 双 锻造预热淬火高温回火 细 锻造后快冷等温退火 理 化 处 亚温锻造快冷等温退火

4.滚动轴承常用材料

通常套圈和滚动体均采用高碳铬轴承钢，长期实践证明它是制造滚动轴承 的最佳钢种，其中GCr5钢占滚动轴承用量的90%以上。

外套带有挡边和高冲击载荷下工作的滚动轴承采用合金渗碳钢，它主要要 含有铬镍钼等元素。渗碳轴承钢经渗碳淬回火后达到表硬心韧的最佳性能
配合，适用于承受高冲击载荷条件，如：轧机轴承。
5.滚动轴承零件的加工工艺过程
零件名称 加工过程 热轧未退火棒料→锻压毛坯→正火→球化退火→ 热轧未退火棒料（钢管） 车削加工→淬回火→粗磨（附加回火）→细磨→ 精研工作面→成品→清洗→防锈→包装 钢丝或冷拉条钢→冷冲或半冷冲（热冲）→光球 加工→淬回火→粗磨→强化处理→精磨→精研→ 成品→清洗→防锈→包装 热冲 滚 Leabharlann Baidu 体 未退火钢条→ 热冲及模锻钢球 →球化退火→光球 下料→热锻 （锉削→软磨）→淬回火→粗磨→强化处理→精 磨→精研→成品→清洗→防锈→包装 冷拉钢丝或条钢→冷冲、冷轧或车削→淬回火→ 粗磨→精磨→成品→清洗→防锈→包装
3.滚动轴承的工作条件失效形式及材料性能要求
滚动轴承套圈和滚动体接触面上承受高载荷（球轴承的 接触应力达4900MPa，滚柱轴承接触应力达2940MPa）交 变应力，在高转速（dN值2.5×106mm·r/min）下长时间 运行。 主要失效形式有：接触疲劳、磨损、断裂等。 对滚动轴承材料的性能要求： 高硬度 高的接触疲劳性能 高的耐磨性 一定的韧性 良好的尺寸稳定性 良好的冷热加工性能