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軸承鋼的性能及要求

2019-08-05
滾動軸承用材包括滾動軸承零件用材和保持架、鉚釘及其他輔助材料。滾動軸承及其零件絕大多數由鋼制成,滾動軸承用鋼通常是高碳鉻鋼及滲碳鋼。隨著近代科學技術的發展和滾動軸承使用量日益增加,對軸承的要求越來越高,如高精度、長壽命及高可靠性等。對于一些特殊用途軸承,還要求軸承材料具有耐高溫、抗腐蝕、無磁性、超低溫、抗輻射等性能。除此之外,軸承材料還包括合金材料、有色金屬和非金屬材料等。另外,用陶瓷材料制造的軸承現已應用于機車、汽車、地鐵、航空、航天、化工等領域。
 
       滾動軸承對材料的基本要求在很大程度上取決于軸承的工作性能。選擇制造滾動軸承的材料是否合適,對其使用性能和壽命將有很大影響。一般情況下,滾動軸承的主要破壞形式是在交變應力作用下的疲勞剝落,以及由于摩擦磨損而使軸承精度喪失。此外,還有裂紋、壓痕、銹蝕等原因造成軸承的非正常破壞。因此,滾動軸承應具有高的抗塑性變形能力,少的摩擦磨損,良好的旋轉精度、良好的尺寸精度和穩定性,以及長的接觸疲勞壽命。而且其中很多性能是由材料和熱處理工藝所共同決定的。由于滾動軸承對材料的基本要求是由軸承的破壞形式決定的,所以要求制造滾動軸承的材料經過后工序的一定熱處理后應具備下列性能:
 
a、高的接觸疲勞強度
 
        接觸疲勞破壞是軸承正常破壞的主要形式。滾動軸承運轉時,滾動體在軸承內、外圈的滾道間滾動,其接觸部分承受周期性交變載荷,多者每分鐘可達數十萬次,在周期性交變應力的反復作用下,接觸表面出現疲勞剝落。滾動軸承開始出現剝落后便會引起軸承振動、噪音增大工作溫度急劇上升,致使軸承最終損壞,這種破壞形式稱為接觸疲勞破壞。因此,要求滾動軸承用鋼應具有高的接觸疲勞強度。
 
b、高的耐磨性
 
      滾動軸承正常工作時,除了發生滾動摩擦外,還伴有滑動摩擦。發生滑動摩擦的主要部位是:滾動體與滾道之間的接觸面、滾動體和保持架兜孔之間的接觸面、保持架和套圈引導擋邊之間以及滾子端面與套圈引導擋邊之間等。滾動軸承中滑動摩擦的存在不可避免地使軸承零件產生磨損。如果軸承鋼的耐磨性差,滾動軸承便會因磨損而過早地喪失精度或因旋轉精度下降而使軸承振動增加、壽命降低。因此,要求軸承鋼應具有高的耐磨性。
 
c、高的彈性極限
 
     滾動軸承工作時,由于滾動體與套圈滾道之間接觸面積很小,軸承在承受載荷時,尤其是在承受較大載荷的情況下,接觸表面的接觸壓力很大。為了防止在高接觸應力下發生過大的塑性變形,使軸承精度喪失或發生表面裂紋,因此,要求軸承鋼應具有高的彈性極限。
 
d、適宜的硬度
 
       硬度是滾動軸承的重要指標之一。它與材料接觸疲勞強度、耐磨性、彈性極限有著密切的關系,直接影響著滾動軸承的壽命,軸承的硬度通常要根據軸承承受載荷的方式和大小、軸承尺寸和壁厚的總體情況來決定。滾動軸承用鋼的硬度要適宜,過大或過小都將影響軸承使用壽命。
 
       眾所周知,滾動軸承的主要失效形式是接觸疲勞破壞,以及由于耐磨性差或尺寸不穩定而使軸承精度喪失;軸承零件如果缺乏一定的韌性,在承受較大沖擊載荷時又會由于發生脆斷而導致軸承的破壞。所以,一定要根據軸承的具體情況和破壞的方式來確定軸承的硬度。對于由于疲勞剝落或耐磨性差使軸承精度喪失的情況,軸承零件應選用較高的硬度;對于承受較大沖擊載荷的軸承(例如軋機:軸承、鐵路軸承和一些汽車軸承等),應適當降低硬度以提高軸承的韌性是十分必要的。
 
e、一定的沖擊韌性
 
      很多滾動軸承在使用過程中都會受—定的沖擊載荷,因此要求軸承鋼具有一定的韌性,以保證軸承不因沖擊而破壞。對于承受較大沖擊載荷的軸承例如軋機軸承、鐵路軸承等要求材料具有相對較高的沖擊韌性和斷裂韌性,這些軸承有的用貝氏體淬火熱處理工藝,有的用滲碳鋼材料,就是為了保證這些軸承具有較好的耐沖擊韌性。
 
f、良好的尺寸穩定性
 
        滾動軸承是精密的機械零件,其精度是以微米為計算單位。在長期的保管和使用過程中,因內在組織發生變化或應力變化會引起軸承尺寸的變化,導致軸承喪失精度。因此,為保證軸承的尺寸精度,軸承鋼應具有良好的尺寸穩定性。
 
g、良好的防銹性能
 
        滾動軸承的生產工序繁多,生產周期較長,有的半成品或成品零件在裝配前還需較長時間的存放,因此,軸承零件在生產過程中或在成品保存中都極易發生一定的銹蝕,特別是在潮濕的空氣中。所以,要求軸承鋼要具有良好的防銹性能。
 
h、良好的工藝性能
 
       滾動軸承在生產過程中,其零件要經過多道冷、熱加工工序。這就要求軸承鋼應具有良好的工藝性能,如冷、熱成型性能,切削、磨削加工性能及熱處理性能等等,以適應滾動軸承大批量、高效率、低成本和高質量生產的需要。
 
      此外,對于特殊工作條件下使用的軸承,除上述幾個基本要求外,對其用鋼還必須提出相應的特殊性能要求,如耐高溫性能、高速性能、抗腐蝕以及防磁性能等。
 
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