滚动轴承零件材料及热处理工艺
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Βιβλιοθήκη 二、滚动轴承常用材料和性能
目前滚动轴承套圈和滚动体常用的钢种有高碳铬轴承钢，渗碳轴承钢、耐 腐蚀轴承钢、高温轴承钢、防磁轴承钢和中碳合金钢。我国生产的铬轴承钢牌号 及其化学成份见下表。 轴承钢牌号及化学成份 %
牌号 C Si Mn Cr Mo P S 不大于 GCr4 0.95 ～ 1.05 GCr15 0.95 ～ 1.05 GCr15SiMn 0.95 ～ 1.05 GCr15SiMo 0.95 ～ 1.05 GCr18Mo 0.95 ～1.05 0.20 ～ 0.40 0.15 ～ 0.30 0.15 ～ 0.35 0.45 ～ 0.75 0.65 ～0.85 0.15 ～ 0.30 0.25 ～ 0.45 0.95 ～ 1.25 0.20 ～ 0.40 0.25 ～ 0.40 0.35 ～ 0.50 1.40 ～ 1.65 1.40 ～ 1.65 1.40 ～ 1.70 1.65 ～ 1.95 0.10 0.30 ～ 0.40 0.15 ～ 0.25 0.025 0.020 0.25 0.25 0.027 0.020 0.30 0.25 0.10 ≤ 0.025 0.025 0.30 0.25 0.08 ≤ 0.025 0.025 0.30 0.25 ≤ 0.025 0.020 0.25 0.20 Ni Cu
常用渗碳轴承钢的化学成分及用途
化学成分 Mn 0.60 ～ 0.90 0.40 ～ 0.70 0.65 ～ 0.95 0.30 ～ 0.60 0.40 ～ 0.70 1.30 ～ 1.60 Cr 0.35 ～ 0.65 0.35 ～ 0.65 0.35 ～ 0.65 1.25 ～ 1.75 1.00 ～ 1.40 1.70 ～ 2.00 3.25 ～ 3.75 3.00 ～ 3.50 ≤ 0.30 0.08 ～ 0.15 0.20 ～ 0.30 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 — — Ni 0.40 ～ 0.70 1.60 ～ 2.00 % Mo 0.15 ～ 0.30 0.20 ～ 0.30 0.08 ～ 0.15 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 Cu ≤ 0.25 P ≤ 0.03 S ≤ 0.03 制造冲击负荷较 大的中小型轴承 零件 制造冲击负荷较 大的中小型轴承 零件 制造冲击负荷较 大的中小型轴承 零件 制造高冲击载荷 的特大型和中小 型轴承零件 制造高冲击载荷 的特大型和中小 型轴承零件 制造高冲击载荷 的特大型和中小 型轴承零件 用途
滚动轴承零件材料及热处理工艺
讲义内容:
第一部分滚动轴承零件的材料 第二部分铬轴承钢轴承零件的热处理 第三部分渗碳钢轴承零件的热处理 第四部分简述轴承零件热处理的加工设备
第一部分滚动轴承零件的材料
滚动轴承是广泛应用于各类机械中的重要基础 件,其品种和规格有数万种之多。滚动轴承由内、外 套圈、滚动体和保持架四部分组成。滚动轴承及其 零件绝大多数由钢制成，滚动轴承用钢通常是高碳 铬轴承钢和渗碳钢。随着近代科学技术的发展和滚 动轴承使用量日益增加，对轴承的要求越来越高， 如高精度、长寿命及高可靠性等，对于一些特殊用 途轴承，还要求轴承材料具有耐高温、抗腐蚀、无 磁性、超高温、抗辐射等性能。所以轴承材料还包 括合金材料、有色金属、和非金属材料。
⒊高的弹性极限 滚动轴承工作时，滚动体与内、外套圈的接触面积很小，但承受 负荷大。为了防止在高负荷作用下发生过大的塑性变形，以致破坏轴承 的精度和引起表面裂纹，所以要求轴承材料具有高的弹性极限。
⒋适宜的硬度 硬度是滚动轴承的重要指标之一。它与材料接触疲劳强度、耐磨 性、弹性极限有着密切的关系，直接影响滚动轴承的寿命。滚动轴承用 钢的硬度要适宜，过大或过小都将影响使用寿命因此硬度是轴承质量的 关键指标之一。 ⒌一定的韧性 很多轴承在使用时承受冲出负荷，尤其是轧钢机上使用的压下轴 承。因此要求轴承钢具有一定的韧性，以保证轴承不因承受冲出负荷而 破坏。对于承受较大冲击载荷的轴承如轧机轴承铁路轴承等要求材料具 有相对较高的冲击韧性和断裂韧性，这些轴承有的用贝氏体淬火热处理 工艺，有的用渗碳钢材料，就是为了保证这些轴承具有较好的冲击韧性。
6.良好的尺寸稳定性 滚动轴承系精密的机械零件，其精度是以微米为计算单位的。在 长期的保存和使用中，因内在组织发生变化或应力变化会引起尺寸发生 变化，导致轴承丧失精度。这就要求轴承用钢应具有较好的尺寸稳定性。 7.一定的防锈性能 滚动轴承的生产工序繁多，周期长，而成品亦需长期存放，故要 求制造轴承用钢应具有一定的防锈性能，以便轴承零件在生产流程中和 轴承保存期间不致锈蚀。 8.良好的工艺性能 轴承生产过程中，要经过很多道冷、热加工工序。要求轴承应具 有良好的工艺性能，如：冷、热成型性能；切削性能；磨削性能；热处 理性能等，以便适应大批量、高效率、高质量的生产需要。 另外对于特殊工作条件下使用的轴承，对其用钢还必须提出相应的特 殊性能要求如耐高温性能、抗腐蚀性能等等。
一、滚动轴承对材料的基本性能要求
由于使用滚动轴承的机械及工作环境千差万别。滚动轴承零件(套圈和 滚动体)要在拉伸、冲击、压缩、弯曲、剪切等交变复杂应力状态下长期工作。 一般情况下，轴承的主要破坏形式是在交变应力作用下的疲劳剥落，以及由 于摩擦磨损而使轴承精度丧失。此外，还有裂纹压痕锈蚀等原因造成轴承的 非正常破坏。所以就要求滚动轴承应具有高的抗塑性变形能力，少的摩擦磨 损，良好的旋转精度，良好的尺寸精度和稳定性，以及长的接触疲劳寿命。 而且其中很多性能是有材料和热处理工艺共同决定的。因此要求制造滚动轴 承零件的材料经过后工序的热处理后具有下列性能： ⒈高的接触疲劳强度 滚动体在轴承内外圈的滚道间滚动时，接触部分承受周期负荷，多数 每分钟可达数万次。在周期负荷的作用下，表层发生疲劳破坏，即出现龟裂 剥落。开始出现剥落后的轴承噪音、振动要增大，工作温度不断上升，以致 最后不能使用。接触疲劳破坏是轴承正常破坏的主要特征。 ⒉高的耐磨性 滚动轴承工作时，除了发生滚动摩擦外，在滚动体与套圈的滚动接触 面；滚动体与保持架兜孔的接触面；保持架引导和套圈挡边引导的接面；滚 子端面和套圈挡边的接触面，都会发生滑动摩擦。 滚动轴承工作时，轴承零件产生摩擦是不可避免的。若轴承材料的耐磨性差， 轴承便会过早出现磨损，造成轴承精度丧失，振动增加。旋转精度下降，降 低轴承寿命。
表 9—1
钢号 C G20CrNiMo 0.17 ～ 0.23 G20CrNi2Mo 0.17 ～ 0.23 G20CrMo 0.17 ～ 0.23 G20Cr2Ni4 0.17 ～ 0.23 G10CrNi3Mo 0.08 ～ 0.13 G20Cr2Mn2Mo 0.17 ～ 0.23 Si 0.15 ～ 0.40 0.15 ～ 0.40 0.20 ～ 0.35 0.15 ～ 0.40 0.15 ～ 0.40 0.15 ～ 0.40
目前滚动轴承套圈和滚动体常用的钢种有高碳铬轴承钢，渗碳轴承钢、耐 腐蚀轴承钢、高温轴承钢、防磁轴承钢和中碳合金钢。我国生产的铬轴承钢牌号 及其化学成份见下表。 轴承钢牌号及化学成份 %
牌号 C Si Mn Cr Mo P S 不大于 GCr4 0.95 ～ 1.05 GCr15 0.95 ～ 1.05 GCr15SiMn 0.95 ～ 1.05 GCr15SiMo 0.95 ～ 1.05 GCr18Mo 0.95 ～1.05 0.20 ～ 0.40 0.15 ～ 0.30 0.15 ～ 0.35 0.45 ～ 0.75 0.65 ～0.85 0.15 ～ 0.30 0.25 ～ 0.45 0.95 ～ 1.25 0.20 ～ 0.40 0.25 ～ 0.40 0.35 ～ 0.50 1.40 ～ 1.65 1.40 ～ 1.65 1.40 ～ 1.70 1.65 ～ 1.95 0.10 0.30 ～ 0.40 0.15 ～ 0.25 0.025 0.020 0.25 0.25 0.027 0.020 0.30 0.25 0.10 ≤ 0.025 0.025 0.30 0.25 0.08 ≤ 0.025 0.025 0.30 0.25 ≤ 0.025 0.020 0.25 0.20 Ni Cu
常用渗碳轴承钢的化学成分及用途
化学成分 Mn 0.60 ～ 0.90 0.40 ～ 0.70 0.65 ～ 0.95 0.30 ～ 0.60 0.40 ～ 0.70 1.30 ～ 1.60 Cr 0.35 ～ 0.65 0.35 ～ 0.65 0.35 ～ 0.65 1.25 ～ 1.75 1.00 ～ 1.40 1.70 ～ 2.00 3.25 ～ 3.75 3.00 ～ 3.50 ≤ 0.30 0.08 ～ 0.15 0.20 ～ 0.30 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 — — Ni 0.40 ～ 0.70 1.60 ～ 2.00 % Mo 0.15 ～ 0.30 0.20 ～ 0.30 0.08 ～ 0.15 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 ≤ 0.25 ≤ 0.03 ≤ 0.03 Cu ≤ 0.25 P ≤ 0.03 S ≤ 0.03 制造冲击负荷较 大的中小型轴承 零件 制造冲击负荷较 大的中小型轴承 零件 制造冲击负荷较 大的中小型轴承 零件 制造高冲击载荷 的特大型和中小 型轴承零件 制造高冲击载荷 的特大型和中小 型轴承零件 制造高冲击载荷 的特大型和中小 型轴承零件 用途
滚动轴承零件材料及热处理工艺
讲义内容:
第一部分滚动轴承零件的材料 第二部分铬轴承钢轴承零件的热处理 第三部分渗碳钢轴承零件的热处理 第四部分简述轴承零件热处理的加工设备
第一部分滚动轴承零件的材料
滚动轴承是广泛应用于各类机械中的重要基础 件,其品种和规格有数万种之多。滚动轴承由内、外 套圈、滚动体和保持架四部分组成。滚动轴承及其 零件绝大多数由钢制成，滚动轴承用钢通常是高碳 铬轴承钢和渗碳钢。随着近代科学技术的发展和滚 动轴承使用量日益增加，对轴承的要求越来越高， 如高精度、长寿命及高可靠性等，对于一些特殊用 途轴承，还要求轴承材料具有耐高温、抗腐蚀、无 磁性、超高温、抗辐射等性能。所以轴承材料还包 括合金材料、有色金属、和非金属材料。
⒊高的弹性极限 滚动轴承工作时，滚动体与内、外套圈的接触面积很小，但承受 负荷大。为了防止在高负荷作用下发生过大的塑性变形，以致破坏轴承 的精度和引起表面裂纹，所以要求轴承材料具有高的弹性极限。
⒋适宜的硬度 硬度是滚动轴承的重要指标之一。它与材料接触疲劳强度、耐磨 性、弹性极限有着密切的关系，直接影响滚动轴承的寿命。滚动轴承用 钢的硬度要适宜，过大或过小都将影响使用寿命因此硬度是轴承质量的 关键指标之一。 ⒌一定的韧性 很多轴承在使用时承受冲出负荷，尤其是轧钢机上使用的压下轴 承。因此要求轴承钢具有一定的韧性，以保证轴承不因承受冲出负荷而 破坏。对于承受较大冲击载荷的轴承如轧机轴承铁路轴承等要求材料具 有相对较高的冲击韧性和断裂韧性，这些轴承有的用贝氏体淬火热处理 工艺，有的用渗碳钢材料，就是为了保证这些轴承具有较好的冲击韧性。
6.良好的尺寸稳定性 滚动轴承系精密的机械零件，其精度是以微米为计算单位的。在 长期的保存和使用中，因内在组织发生变化或应力变化会引起尺寸发生 变化，导致轴承丧失精度。这就要求轴承用钢应具有较好的尺寸稳定性。 7.一定的防锈性能 滚动轴承的生产工序繁多，周期长，而成品亦需长期存放，故要 求制造轴承用钢应具有一定的防锈性能，以便轴承零件在生产流程中和 轴承保存期间不致锈蚀。 8.良好的工艺性能 轴承生产过程中，要经过很多道冷、热加工工序。要求轴承应具 有良好的工艺性能，如：冷、热成型性能；切削性能；磨削性能；热处 理性能等，以便适应大批量、高效率、高质量的生产需要。 另外对于特殊工作条件下使用的轴承，对其用钢还必须提出相应的特 殊性能要求如耐高温性能、抗腐蚀性能等等。
一、滚动轴承对材料的基本性能要求
由于使用滚动轴承的机械及工作环境千差万别。滚动轴承零件(套圈和 滚动体)要在拉伸、冲击、压缩、弯曲、剪切等交变复杂应力状态下长期工作。 一般情况下，轴承的主要破坏形式是在交变应力作用下的疲劳剥落，以及由 于摩擦磨损而使轴承精度丧失。此外，还有裂纹压痕锈蚀等原因造成轴承的 非正常破坏。所以就要求滚动轴承应具有高的抗塑性变形能力，少的摩擦磨 损，良好的旋转精度，良好的尺寸精度和稳定性，以及长的接触疲劳寿命。 而且其中很多性能是有材料和热处理工艺共同决定的。因此要求制造滚动轴 承零件的材料经过后工序的热处理后具有下列性能： ⒈高的接触疲劳强度 滚动体在轴承内外圈的滚道间滚动时，接触部分承受周期负荷，多数 每分钟可达数万次。在周期负荷的作用下，表层发生疲劳破坏，即出现龟裂 剥落。开始出现剥落后的轴承噪音、振动要增大，工作温度不断上升，以致 最后不能使用。接触疲劳破坏是轴承正常破坏的主要特征。 ⒉高的耐磨性 滚动轴承工作时，除了发生滚动摩擦外，在滚动体与套圈的滚动接触 面；滚动体与保持架兜孔的接触面；保持架引导和套圈挡边引导的接面；滚 子端面和套圈挡边的接触面，都会发生滑动摩擦。 滚动轴承工作时，轴承零件产生摩擦是不可避免的。若轴承材料的耐磨性差， 轴承便会过早出现磨损，造成轴承精度丧失，振动增加。旋转精度下降，降 低轴承寿命。
表 9—1
钢号 C G20CrNiMo 0.17 ～ 0.23 G20CrNi2Mo 0.17 ～ 0.23 G20CrMo 0.17 ～ 0.23 G20Cr2Ni4 0.17 ～ 0.23 G10CrNi3Mo 0.08 ～ 0.13 G20Cr2Mn2Mo 0.17 ～ 0.23 Si 0.15 ～ 0.40 0.15 ～ 0.40 0.20 ～ 0.35 0.15 ～ 0.40 0.15 ～ 0.40 0.15 ～ 0.40