滚动轴承钢

滚动轴承钢

滚动轴承钢

ball bearing steel

用于制造滚动轴承的滚动体和内外套圈的钢，通常在淬火状态下使用。滚动轴承在工作中需承受很高的交变载荷，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抗疲劳强度，有一定的韧性、塑性、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％～1.60％的高碳低铬轴承钢，如GCr6、GCr9、GCr15等。为了满足轴承在不同工作情况下的使用要求，还发展了特殊用途的轴承钢，如制造轧钢机轴承用的耐冲击渗碳轴承钢、航空发动机轴承用的高温轴承钢和在腐蚀介质中工作的不锈轴承钢等。

生产历史

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，并以轴承钢钢管制造套圈，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。

类别、性能、用途

现代的滚动轴承钢可分为高碳铬轴承钢、渗碳铬轴承用钢、不锈轴承用钢和高温轴承用钢四大类（见表）。在轴承制造工业中应用面广、使用量大的是高碳铬轴承钢。

合金元素作用

高的纯洁度和良好的均匀组织是轴承钢的主要质量指标，因此对轴承钢中的非金属夹杂物和碳化物不均匀性等，都在钢材标准中根据不同使用条件，规定了合格级别。

碳是轴承钢中主要强化元素。轴承钢含碳量一般较高，使用状态主要以隐晶针和细晶针状马氏体为基体，在组织中保留一定数量的淬火未溶碳化物，以提高钢的耐磨性。而适当降低钢中的含碳量，可增加合金元素在基体中的溶解度，虽减少淬火未溶碳化物数量，但提高钢的淬透性和接触疲劳强度；反之，增加含碳量则有利于钢的耐磨性。因此轴承钢中的含碳量根据不同的用途来确定，通常控制在0.8～1.2％范围内。

铬是形成碳化物的主要元素。高碳铬钢在各种热处理状态下都形成M3C型碳化物（M表示金属）。铬可提高钢的力学性能、淬透性和组织均匀性。还能增加钢的耐蚀能力。钢中含铬量一般都不超过2.0％，钼能取代钢中的铬，在增加钢的淬透性上，钼比铬强，所以已发展了高淬透性的含钼高碳铬轴承钢。

硅、锰在轴承钢中能提高淬透性。利用硅、锰的典型钢号为GCr15SiMn。锰还可和钢中的硫生成稳定的MnS，硫化物常能包围氧化物，形成以氧化物为核心的复合夹杂物，减轻氧化物对钢的危害作用。

生产工艺轴承钢一般用碱性电炉冶炼，也可加炉外真空脱气处理或钢包真空精炼。轴承钢的铸锭工艺和锭型设计对非金属夹杂物和碳化物在钢中的分布都有很大影响。轴承钢容易产生白点，所以钢锭和钢坯都要缓冷。航空用优质轴承钢需用电渣重熔或真空自耗重熔等特殊方法冶炼。

轴承钢锭一般要在1200～1250℃高温下进行长时间扩散退火，以改善碳化物偏析。热加工时要控制炉内气氛，钢坯加热温度不宜过高，保温时间不宜过长，以免发生严重脱碳。终轧（锻）温度通常在800～900℃之间，过高易出现粗大网状碳化物，过低易形成轧（锻）裂纹。轧（锻）材成品应快冷至650℃，以防止渗碳体在晶界上呈网状析出，有条件时可采用控制轧制工艺。

为了取得良好的切削性和淬火前的预组织，冷加工用轴承钢材要进行完全的球化退火。退火温度一般为780～800℃，退火时要防止脱碳。如果轧制钢材存在过粗的网状渗碳体，则退火前需先进行正火处理。铬轴承钢通常在830～860℃之间加热，油淬，150～180℃回火。精密轴承的组织中，应尽可能降低残余奥氏体量或使残余奥氏体在使用过程中保持稳定，因此常需在淬火后进行-80℃（或更低温度）冷处理和在120～140℃下进行长时间的稳定化处理。