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国外轴承材料

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

国外轴承材料　　　　　　　　　　　滚动轴承零件以点接触或线接触的形式,在高的交应接触应力下长期工作。其工作部位多处于主机的心脏或关节等要害处。主机的精度、寿命和可靠性很大程度上决定于轴承。作为各种机械运动的支承,轴承的工作环境可能是超高温(>1000℃)、超低温(-253℃)、强腐蚀(酸、碱、王水和高温苛性纳等)以及超高真空(1.33×l0-9Pa),也可能是强冲击、强磨料磨损、无磁和超高速(dmn值达2.2×106以上)等等。苛刻环境要求可能是单项,也可能是多种复合恶劣条件的综合,不论是普通轴承还是特种专用轴承,主机对其寿命、性能和可靠性都提出很高的要求。轴承寿命的影响因素很多,其中材料与热处理所占的份量很大。轴承的结构特点和工作条件要求轴承材料必须具备高的硬度、高的耐磨性、高的接触疲劳强度、高的弹性极限、良好的冲击韧度、良好的断裂韧度、良好的尺寸稳定性、良好的防锈性能和良好的冷热加工性能等。为保证这些性能要求,轴承用钢的冶金质量必须保证严格的化学成分,特别高的纯净度(低级别的非金属夹杂物),极低的氧含量和残余元素含量,严格的低倍组织和高倍(显微)组织,严格的碳化物不均匀性,严格的表面脱碳层和内部疏松、偏析、显微孔隙等要求;不允许存在裂纹、夹渣、毛刺、折迭、结疤、氧化皮、缩孔、气泡、自点和过烧等表面和内部缺陷。为保证加工性能,对钢材的尺寸精度也有严格要求。轴承用钢的质量是所有合金钢中要求最严格、检验项目最多的钢种。世界公认,轴承钢的水平是一个国家冶金水平的标志。最新的冶金技术一般首先在轴承用钢的开发和生产上应用。. _% }$ a2 U) u9 X 近几十年来，工业发达国家在轴承用钢的开发及生产应用方面可大致分为两个方面：一方面，采用新的冶炼技术和装备，或对传统的冶炼工艺和装备进行改进，降低钢中氧含量及夹杂物的数量，改善夹杂物的分布、尺寸和形态，改善结晶状态等，以提高原有钢种的冶金质量，生产长寿命、纯净或超高洁净钢；另一方面，对原有的钢种的化学成分进行改进或开发全新轴承用钢，以满足不同使用场合对轴承越来越高的性能要求，或在具有同样性能的前提下降低材料费用和整个轴承的生产成本。0 I7 n8 V0 u- v6 y+ T1 n! ~ 第一部分 轴承用钢的冶炼技术 钢中氧含量的降低直接影响钢中夹杂物的多少，进而影响轴承钢的接触疲劳寿命。有资料显示，钢中氧含量L10有如下关系[1]：（相对寿命）=372[O]-1.6 式中 [O] 为钢中氧含量，10-6。( n# t5 D+ I4 D, J7 q 各种先进的冶炼技术的采用所带来的最显著的效果之一是钢中氧含量的降低，由20世纪60年代初的30×10-6下降到今天的（3~5）×10-6，L10为未采用真空脱气前的30倍以上。1真空脱气及炉外精炼技术% w4 F7 H! m0 o1 |* \* @3 w 1964年开始应用钢包脱气法，即把钢包放在真空室内，通人惰性气体进行搅拌，使其压力下降到66.5Pa（0.5托）实现脱气，使钢中氧含量从(25~35)×10-6下降到(15~20)×10-6。这种方法不足之处是使碱性大的炉渣也同样搅拌，钢的纯净度难以最大限度地提高。为解决此问题，1968年开始引进提升脱气法(RH法)在13.3Pa（0.1托）的高真空下，钢中的氢、氧被脱去，降低夹杂物，而炉渣不被卷人。60t高功率电炉的使用加上RH脱气，使钢中氧含量从(15~20)×10-6下降到(8.3~15)×10-6。1974年以后，为了配合超高功率电炉的合理使用，引进了钢包精炼技术（LF法），即钢包带有加热、搅拌和真空脱气装置，在钢包内完成还原期，形成还原性炉渣，并脱氧、脱硫、脱氢，还能控制钢液温度、钢液的成分精度和浇注时间。此阶段UHP炉应用+LF+RH法联合使用，使钢中氧含量降到(5~10)×10-6，这对于与连续浇注相匹配是必不可少的。此外，为进一步改善真空脱气的效果，还开发和采用了雾化真空脱气法、循环真空脱气法(通称DH法)生产真空脱气轴承钢。+ n+ h9 @. X- C' p 2 真空冶炼在轴承钢冶炼时，施以真空，不但可避免钢水的氧化还可对钢水进行脱氧，获得比真空脱气更高的纯净度。具体方法有以下几种[2]：www.6sq.net7 g" e% SP+ F) u 2.1真空感应治炼法(VIM法)在真空感应冶炼时,挑选基本不含杂质、化学成分与冶炼合金钢等级相当的废钢送入小型电感应炉中，这种炉子置于大型真空室内，真空室内包括一个密封料斗以添加所需合金。早在快速熔化和精炼期间就开始钢水的脱气，冶炼完成后，让炉子倾斜并将钢水注入钢铸模。在真空密封室内，钢铸模自动进人和退出浇注位置。这种真空感应冶炼炉工艺是用来制造优质航空轴承钢的最早真空冶炼方法之一。今天，它的主要作用之一是提供用于生产超高纯度真空电弧重熔钢的电极。 这种工艺是将具有理想化学成分的一个电极置入一个周围用水冷却、内部为真空的铜模中。电弧产生于电极底面和同样合金成分的基板之间。在极高真空度下当电极损耗时，它会自动下降，并且控制电压以维持恒定的冶炼参数。因为对凝固方式进行了控制，所以重熔钢基本上无中心气孔和浇键分凝。重熔钢改善了力学性能,特别是横向方向的力学性能。5 o/ O( O7 G; ]% t& x6 N 2.3其他真空冶炼技术六西格玛品质论坛& F: ^4 ^1 P: P4 B) z' a 为了得到更高纯洁度的钢，有时把两种真空冶炼技术联合使用或一种真空冶炼技术多次使用。六西格玛品质论坛: Y3 B) B/ ~: ?. w+ K8 E VIM+VAR：用VIM法生产的钢作VAR的电极，该电极自耗重熔后其纯净度又一次提高，同时改善内部组织结构使之更均匀。其氧含量达8×10-6以下，与脱气钢比，它的材料致密度高，晶粒细小均匀，大大提高了力学性能。欧美的军用航空发动机轴承用钢即用此法冶炼。/ E- S* B6 ^2 ~/ [+ e% ~- f1 v. I 多次VAR：用VAR法生产的轴承钢棒重新作为自耗电极，进行二次、甚至三次VAR处理。美国波音飞机发动机轴承规定用此钢材。9 V8 J; b8 d$ {L5 }- ^ VIM+ESR： 世界著名的英国斯贝航空发动机公司规定所用的高速钢MSRR6015必须用VIM+ESR法生产。-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)' i( L5 d" e9 x% C0 R4 {& z 3 其他冶炼技术[3，4]3.1 熔炼设备的大型化www.6sq.net! `( A! `; N! @, W2 yS 自1965年后，逐步引入电炉快速冶炼法UHP（Ultra High Power）及超UHP（Super UHP），其最大的特点是通入炉内的电量是传统方法的2~3倍，甚至更高，变压器及炉子的容量也同时大型化，缩短了冶炼时间，提高了生产率。炉子的容量由30t到150 t，生产率由15t/h提高到125t/h。# TN. ?! `) ?$ P# q$ S 采用巨型钢包(70~150t)、巨型盛钢桶(70~150t)，大型连铸坯(370mm×470mm×2000mm)，大型钢锭（重7~10t，大头450mm×450mm），大型开坯、轧制设备，大型1300C重油高温扩散炉、正火炉、大型连续式气体保护球化退火炉，从而保证轴承钢的碳化物不均匀性和表面脱碳层得以良好地控制。3.2 连续浇铸的引进50年代以前均采用顶铸法，50年代以后采用底铸法，相继采用防氧化覆盖剂，惰性气体保护，提高底板砖材质等措施，使底铸法铸成的钢锭的纯洁度也有较大提高。从1982年开始引进大断面(370mm×470 mm方坯)垂直式连续浇铸技术使轴承钢生产技术又上了一个新台阶。在连续铸坯的过程中采取有效措施隔绝钢水与空气接触，严格控制耐火材料质量，使钢坯的含氧量得以很好地控制，达到(3~8)×10-6范围内。由于凝固阶段采用大功率电磁搅拌装置，还能大大改善结晶组织。3.3 偏心炉底出钢(EBT)8 c' v! h' t' S 通常出钢是倾斜炉体,通过出钢槽,把钢水倒人钢包。1986年开始采用偏心炉底出钢，即在电弧炉底的偏心一侧下方开出钢口，这样可以在出钢前放出钢液面上的炉渣再由底部出钢，使钢水与酸性炉渣分开，便于LF钢包精炼，可以更稳定地炼出高纯洁度的钢，同时提高了生产效率。测试表明，采用EBT，其氧含量可以进一步下降(平均降低0.4×10-6)。最突出优点是改善夹杂物形态，使对接触疲劳寿命影响最坏的B类粗系列和D类粗系列夹杂物得到明显改善。3.4电渣重熔法(ESR)电渣重熔工艺除了位于电极底部的渣液池形成熔化所需的电阻外,非常类似于自耗电极真空冶炼工艺。既可以将熔化状态的渣池送入炉膛，也可以提供粉末渣，在底板和电极之间触发电弧时粉末渣快速熔化。当钢水滴通过渣池时，钢水实现了精炼。通过控制渣的成分可以脱去硫、氧和其他有害的杂质。最后形成的钢锭凝固方式减少了孔隙，将偏析降至最低限度，并改善了钢键横向和纵向方向的物理性能。作为生产高品质钢的一种方法，还将继续使用或与其他冶炼方法配合使用。www.6sq.net: X4 r/ T6 Td( G& [+ R3 @ 另外，实现钢锭、钢坯的表面质量在线清理,同时有严格的在线无损探伤装置，分别用四种方法(涡流、磁粉、漏泄磁束和超声探伤法)共进行4~7次探伤,充分保证钢材无裂纹出厂。-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)9 D- m# L# N# W! q+ R0 t" Oy 4 发达国家的冶炼技术 日本在20世纪60年代引进真空脱气设备[3，5]；70年代对引进的LF及CC等技术加以改进；80年代一直致力于开发所谓的长寿命、超长寿命轴承钢，如NSK开发的Z钢就是其最新的成果之一[6]。该钢是在大量的试验基础上通过改进炼钢设备及冶炼条件而开发出的成本不高的优质钢种。其钛含量＜0.004%，氧含量＜9×10-6，硫含量＜0.0008%（为降低轴承噪声）。与一般的真空脱气钢（MGH）相比，其轴承寿命（L10）提高了一倍。在此基础上，对电炉底吹法、LF排渣结构、脱氧方法、LF和RH中的温控和搅拌进行改进，确立了一套山阳新炼钢方法SNRP（SANYO New Refining Process）[7]，使钢的氧含量控制在5×10-6左右，且使用一套全新的夹杂物评定方法（NSK?ISD2法），控制夹杂物的尺寸、形态和分布，使夹杂物分散均匀的同时，消除大型夹杂物，开发了超长寿命高可靠性轴承用钢--EP钢（Extremely Purified Steel）。其L10为Z钢的5倍，为一般真空脱气钢10倍，达到80倍计算寿命（以大气冶炼的轴承钢制轴承的计算寿命L10为1），疲劳极限比Z钢提高700~900MPa，达到1030MPa。特别适用于脂润滑及洁净油润滑条件下工作、要求高可靠性和超长寿命的轴承，如汽车轮毂部位和相关电器、铁路车辆及高速电机轴承等。 瑞典1964年开发了ASEA-SKF钢包精炼技术，将双壳电炉与此精炼技术配合使用，称为SKF-MR法，经不断改进提高，一直沿用至今。该工艺除采用SKF-ASEA钢包精炼装置外，还采用一个双联电弧冶炼炉。双联炉具有各带氧燃料燃烧器的两个炉罐和两个炉盖，一个有石墨电极，另一个没有电极。一个炉冶炼，另一个炉子进行装料和预热。在冶炼炉中，碳和硫含量调整到最终最大极限值以下。然后，将该钢包钢水送人具有独立电极炉盖的ASEA钢包精炼炉。这种设备可以提供许多冶金工艺，包括真空脱气、脱硫、脱氧和调整钢水的化学成分。另外，在温度严格控制的条件下，感应搅拌还可以采用铝进行沉淀脱氧，从而使钢的氧含量和非金属夹杂物含量非常低。 美国1967年开发了Finkl-VAD钢包精炼法也不断攻进提高，沿用至今。其轴承钢质量水平也很好，而且稳定可靠，达到国际公认的ASTM A 295标准的水平。这种方法是钢的冶炼在钢包炉中进行，这种炉子克服了最初电弧熔化炉的通常限制。它装备有独立的控制钢水温度的电极，并装备有使钢水循环的电磁搅拌器。因此，没必要像前面描述的各种标准钢包脱气工艺那样需要使电弧炉中钢水过热，以补偿其后的温度下降。喷枪可以使粉末状合金进入钢包内部。使用氢气作为这些粉末合金的气体载体，生成的气泡有助于合金粉末均匀地分布于钢包。喷枪和添加金属丝结合起来可以控制夹杂物形状、降低硫含量和改善流动性、化学均匀性以及整体的微观清洁度。钢包炉技术能使电弧炉中的废钢料迅速熔化，改善其后钢包炉作业的精炼能力。该装置在提高炼钢经济效益的同时，也改善了钢材的质量。 美国在1986年以后，采用一种高效精炼和相当复杂的浇注系统相结合的特殊空气熔炼法，生产出被称为Parapromium的一种全新钢种[8]。该钢的磁性颗粒限度符合AMS2300标准（1986以前，该标准只适用于真空重熔钢），其氧含量与真空重熔钢相近。采用超声波检查法检查夹杂物含量发现，其夹杂物总长度小于沉淀脱氧+保护性射流浇注生产的E.F.Q.B2型轴承钢。该钢有可能代替真空重熔钢或E.F.Q.B2钢使用于对钢的质量要求较高的场合。: E/ W) W, q% V3 n 德国FAG公司近几年开发一种新的轴承钢精炼方法生产所谓的 “无铝钢”[9]，即变通常用A1脱氧改为用Si脱氧，虽然比用Al脱氧效果略差[钢中氧含量高(2~3)×10-6]，但用Si脱氧能减少钢中脆性的铝酸钙、氧化铝等夹杂物含量，且夹杂物变得细小分散，其有害作用大大降低。据介绍，FAG公司现用的连铸轴承钢均改用此方法脱氧，由于夹杂物形态变得细小分散，用传统的标准图片来检验夹杂物已不适应，从而研制一种大功率的超声波夹杂物测定仪器，可以对钢材进行100%连续检验，同时用此仪器还可检查钢材裂纹。: o7 ]7 s3 F4 Qc+ c 第二部分 轴承用钢的品种开发) o5 W+ N5 O" A( a* x8 j 1 轴承钢GCr15的改进型钢种六西格玛品质论坛2 x: l8 a, b4 ~: A8 t 1.1 高淬透性钢+ T2 M+ i# }* \+ b" x0 a7 } 以GCr15的化学成分为基础，添加一定量的提高淬透性的合金元素，形成不同系列的高淬透性钢以适合不同尺寸或壁厚的轴承零件的需要。典型高淬透性钢是加0.1%~0.6%Mo，而Cr含量略有提高，或略有降低，或保持不变，由此形成的加Mo系列高淬透性钢。如瑞典的SKF24、SKF25、SKF26、SKF27；美国的52100.3、52100.4；德国的100CrMo7、100CrMo8、775V；日本的SUJ3、SUJ4、SUJ5；俄罗斯的ШХ15СМ等。这些钢种不仅适用于马氏体淬火，也适用于大壁厚的轴承零件的贝氏体淬火。另外，德国为扩大贝氏体的应用，在100Cr6的基础上加入1%左右的Mn从而发展了W4?W7一系列高碳铬轴承钢。6在SUJ2的基础上降低妨碍冷加工性能的C含量及铁素体强化元素Si、Mn含量，调整了Cr、Mo含量以补偿其淬透性、提高淬回火后的韧性。该钢的淬透性与SUJ2相当，寿命、机械性能优于SUJ2突出优点是优越的冷加工性能，在轴承加工中可节省资源和能源；且可利用其冷加工性能提高轴承的性能。KOYO拟用KUJ2代替SUJ2作为标准材料使用。-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)u) `% j4 m7 g1 u; v 1.3 GT轴承钢www.6sq.net" k6 r3 w# n4 d, r( A/ L/ d{) F GT[11]轴承钢同样是在SUJ2化学成分的基础上，添加适量的Si和Ni，提高基体强度、韧性，同时提高抗回火稳定性。GT钢的旋转疲劳强度、抗压强度分别比SUJ2提高20%、30%，相当于HRC60的回火温度提高50℃；滚子试验的L10为SUJ2的20倍，6206轴承洁净润滑的L10比SUJ2轴承提高了约6倍。推荐GT钢用于1)在重载、润滑条件下使用的轴承；2) 小型轻量化条件下使用的轴承。六西格玛品质论坛% n$ Q& v3 r1 t2 Q 1.4NSJ2[12] 六西格玛品质论坛. x) F" s8 Z* B7 |' l* { NSK在SUJ2钢的基础上开发的新钢种，其技术思路是认为在润滑剂受污染的情况下，轴承的疲劳萌生于外来磨屑引起的轴承滚道擦伤或压痕处，增加残余奥氏体含量可提高起源于表面疲劳的轴承寿命，通过调整钢的合金成分，来提高淬回火后的残余奥氏体含量并将其保持在相对稳定的状态。该钢的成分为：C 0.8%~0.85%，Cr 0.9%~1.1% ，Mn 0.6%~0.8%，Si 0.5%。NSJ2在清洁润滑条件下的疲劳寿命与SUJ2相当，在污染润滑条件下寿命、尺寸稳定性优于SUJ2, 抗磨损及抗咬合性与SUJ2相近。-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)( L' x0 S2 e. c" A 2 常温渗碳（或碳氮共渗）钢2.1 大型轴承用渗碳钢CH213在SNCM815渗碳钢的基础上调整Si、Ni含量，在强化基体的同时，可提高抗回火稳定性，以确保同样的韧性；C、Mo含量确保优良的淬透性。其具体成分与其他钢种的比较如表1。CH213钢的滚动接触疲劳寿命高于SNCM815及SAE9315钢4倍左右，可作为可靠性好的材料付诸使用，如用于转速高、连续运转时间长、承受冲击载荷及使用环境的变化而导致温升的大型轧机轴承。-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)2 z, _$ v) I& C 表1 几种渗碳钢的成分（%）4 |3 Y; Y8 Y# l% ?3 l 钢种 C Si Mn Ni Cr Mo! m9 Z4 e3 _) X7 i/ @六西格玛品质论坛 CH13 0.20 0.50 0.60 3.00 0.80 0.30; ~) f1 g0 Z, O9 y' @- o1 l& y* A7 N3 I六西格玛品质论坛 SNCM815 0.15 0.25 0.45 4.25 0.85 0.25-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)3 v* p4 [0 P' Q1 {$ b6 b SAE9315 0.15 0.25 0.55 3.25 1.20 0.25: i! P8 s- a4 G' Lwww.6sq.net HTF 0.42 0.39 1.24 -- 1.23 --六西格玛品质论坛% M1 b+ H7 D7 p" `- h: [, G* f9 `4 _ STF 0.42 0.39 1.24 -- 1.23 1.00-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)* H: F: {" J, G, J' w! t. @# w* a 高浓度渗碳钢 0.18 0.50 0.30 -- 2.24 2.408, {7 F3 b) d* K 2.2高浓度渗碳钢-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)Z$ j# ms% J6 x/ u( L 日本开发的新钢种 [14]，成分见表1。采用高浓度渗碳及碳化物细化工艺，在渗层中析出大量的细小碳化物以获得比污染物高的硬度，其在污染的润滑油中的轴承滚动接触疲劳寿命为普通淬回火GCr15钢的2.5倍。六西格玛品质论坛; U3 hx/ t/ e2 T. c 2.3 TF系列渗碳钢六西格玛品质论坛$ Y+ ]4 |% Y/ `0 n: e" r9 D TF技术是NSK主要针对污染润滑条件下使用的轴承而开发的长寿命高韧性渗碳钢及配套的热处理技术[15~18]。在污染润滑的条件下，润滑剂中的污染粒子在轴承零件滚动接触面上形成压痕，成为疲劳源造成早期表面疲劳剥落失效。首先是对渗碳钢的成分进行调整，然后利用NSK 的新的热处理工艺在渗碳或碳氮共渗后在渗层中得到大量的细小碳化物或碳氮化物，在得到高残余奥氏体含量（30~35%）的同时保持高的硬度。一方面利用高的表面硬度使污染粒子不易在接触表面形成压痕，另一方面利用大量的易变形的残余奥氏体降低压痕的边缘效应（或应力集中）及形变诱发相变使裂纹不易形核和扩展，以得到高的轴承寿命。TF系列渗碳钢可分为TF、HTF、STF和NTF。TF钢主要是适当提高了基体的C含量（约0.4~0.6%），其轴承在污染润滑条件下的寿命比普通轴承提高4倍；HTF钢（SAC1）在TF钢的基础上采用较高的Cr、Mn含量促使基体中形成大量的细小碳化物并渗层中得到更多残余奥氏体，其轴承在污染润滑条件下的寿命比普通轴承提高6倍多；STF钢（SAC2）是在HTF的基础上又加入1%Mo以得到更多更细的碳化物或碳氮化物，其碳化物的数量为TF钢的3倍，其轴承在污染润滑条件下的寿命比普通轴承提高近10倍；NTF钢与HTF钢（SAC1）相似，只是贵重元素Cr、Mn含量少于SAC1，用NTF制造的轴承价格低于普通轴承钢制轴承。另外，TF系列钢制轴承具有优越耐磨性和咬合极限，尺寸稳定性介于全淬硬和一般表面淬硬材料。4 V* n! d0 O* j( a 3 高温轴承钢. z' |, Z" y1 S8 b& a-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册) 高温下使用的轴承材料按使用温度可分为：≤100℃，一般淬回火的轴承钢；100~200℃，耐热处理（或称高温回火）的轴承钢或准高温用轴承钢；200~300℃，M50、T1 及其他耐热钢；≥560℃，陶瓷或金属陶瓷[19]。3.1高温轴承钢www.6sq.net- X& i+ M1 u+ Z 传统的高温轴承钢为T1（W18Cr4V）、T2、T10、M50 (Cr4Mo4V)以及14Cr?4Mo 钢种派生出的各种轴承钢（CRB?7和BG?42）[19~23]等，这些全淬透钢虽然能满足许多应用要求，如较高的高温硬度等。但这些钢均添加了大量贵重的碳化物形成元素Cr、Mo、W、 V，利用二次硬化提高容许使用温度，缺点是价格高，碳化物粗大，为细化对滚动寿命带来不利影响的粗大一次碳化物还必须进行ERS等特殊冶炼，且韧性不足，在高速高应力下其可靠性难以得到保证。欧美国家于20世纪90年代开发出了RBD、CBS1000、M50NiL等高温渗碳钢，以M50NiL使用最为广泛，其经渗碳后，渗层内碳化物细小，渗层为残余压应力，心部韧性为M50的2.5倍，经表面镀硬铬后其疲劳寿命L10为M50的6倍。目前，该钢主要使用在航发主轴轴承等要求高温高速高应力高可靠性、形状复杂的轴承。几种高温轴承钢的成分见表2。6 t6 H8 W* z, s' ^! g$ \1 _ 表2 高温钢及准高温钢的化学成分（%）六西格玛品质论坛# ]5 K5 B5 d8 }2 e& U 钢种 C Si Mn Cr Ni Mo V W Co1 C" @. }9 \& `+ v: m: @4 ^' u M50 0.80~0.85 0~0.25 0.15~0.35 4.00~4.25 0~0.15 4.00~4.50 0.90~1.10 0~0.25 0~0.25-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)' x* _! ?3 E0 L( v- y5 r1 W3 IB BBD 0.16~0.21 0~0.25 0.20~0.40 2.75~3.25 0.50~0.90 -- 0.35~0.50 9.50~10.50 --8 Z% QN& N+ z5 c0 @/ i/ SM CBS600 0.19 1.05 0.61 1.05 0.18 0.94 ; W( x* }, Y) c5 X5 O Prowear 0.10 1.00 -- 1.00 2.00 3.25 -- Cu: 2.00 5 }* k& `3 t9 Q7 q六西格玛品质论坛 M50NiL 0.11~0.15 0.10~0.15 0.15~0.35 4.00~4.50 3.20~3.60 4.00~4.50 1.00~1.35 0~0.15 0~0.25. \! W2 l: a* @) [www.6sq.net KUJ7 1.00 1.00 0.05 2.00 -- 0.50 -- -- --: _" j; s0 y. ^$ _ ШХ15СМ 1.00 0.80 0.30 1.50 0.10 1.00 0.04 B 0.003 Ce 0.007www.6sq.net) R* {- A' y( s2 U6 H# D6 w0 K 3.2准高温轴承钢(或称中温轴承钢)　( Y( l! X$ p7 V9 B& s$ I4 J0 _ GCr15钢在超过100℃下，滚动寿命会急剧下降。为此，太田敦彦、星野俊幸等[19，24~26]对准高温区（200℃，脂或油正常使用的上限温度）的淬回火钢的性能变化进行了研究：在高温及接触应力作用下，次表层形成低硬度的铁素体白亮区，该区内粒状碳化物消失并在邻近区域析出针状碳化物，白亮区成为后来的疲劳源。通过在GCr15的基础上加入Cr, Mo, Si等阻止碳扩散的元素以阻止白亮区的形成来提高高温性能。- {& P3 l2 l3 ^- E9 @+ k; h钢在180℃、5230Mpa的条件下，L10比GCr15提高约20倍，特别适合于制造汽车发动机主轴及辅机用轴承和钢铁等热加工设备用轴承。NTN也在SUJ2的基础上通过调整化学成分开发了类似的钢种NTJ2[19，24]。在150℃下，该钢制轴承的寿命为TS2处理（200℃高温回火）的SUJ2的3倍多，尺寸稳定性、抗剥落性均优于后者。NTN主要把该钢用于车辆用牵引电机、汽车电器、复印机、薄膜延伸机、燃气轮机造纸机械等机械中使用的轴承。 前苏联开发了能在250℃下使用的ШХ15СМ[27]，该钢与以前高温下使用的钢（8Х4Е9Ф2-Ш、8Х4M4В2Ф1-Ш）相比，增加C、Si含量，减少了Cr、Mo含量，不加W、V而加入了B、Ce，加如B 的作用是提高淬透性，加Ce提高抗回火稳定性。具体成分见表2。该钢的淬透性好，轴承的寿命可提高0.5倍。4 马氏体不锈钢 常规高碳马氏体不锈轴承钢9Cr18 (AISI440)，9Cr18Mo(440C) 具有高的碳、铬含量，凝固时产生粗大共晶碳化物，且不能通过以后的热处理来改变。粗大的碳化物易造成高的应力集中引起剥落，降低马氏体基体的铬含量导致热处理后硬度偏低、耐蚀性下降，另外，粗大共晶碳化物的存在影响轴承的表面粗糙度，增加轴承的噪音。因此钢中非常不希望共晶碳存在。! ?$ d$ d0 x2 l4 S0 Q1 \! M 4.1 0.7C?13Cr & D4 XxE4 y, }" B9 N 近年来人们开发了0.7C?13Cr马氏体不锈钢[28~34]（西德X65Cr13, NMB DD400，KOYO KUJ440C），通过降低碳、铬含量，减少共晶碳化物含量及尺寸，但仍有部分共晶碳物存在。该钢的接触疲劳性能、硬度、冲击韧性及在盐水中耐蚀性优于440C，但在硫酸及盐酸溶液中的耐蚀性不如440C。该钢主要用于要求不锈耐蚀的精密球轴承和连轴轴承，如低噪音的录像机磁鼓轴承组件、计算机硬盘驱动轴承及牙钻轴承等。4.2高氮钢HNSFAG于1984年开发了Cronidur15(X15)、Cronidur30(X30)[31~33，39]，1988年投入使用主要技术思路是降低440C中的碳含量并增加了氮含量以提高耐蚀性和持久寿命，而不会增加太多的生产成本。加氮需要非常特殊的方法，加氮的方法是在传统的炼钢工艺中，在40bar的压力下熔炼并加入氮化硅粉末，氮化硅在渣池中分解成硅和氮。氮及碳形成很小的粒点状碳氮化合物均匀分布在钢中，类似于GCr15钢的球化退火组织，而不出现440C中粗大共晶碳化物及针片状共晶碳化物。该钢的韧性、耐蚀性及疲劳性能均优于7Cr13及440C。在水中轴承寿命高出常规轴承钢的5倍。NSK也开发了类似的新钢种ESI[28~29]。-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册), h. Y?% R( T9 u 50X18AM钢[35]是由前苏联乌克兰特殊钢科学研究所和全苏轴承科学研究院开发的耐蚀、耐热、耐磨轴承钢。其技术思路是降低原高碳高铬钢（如9X18、11X18M）的C含量到基体的C含量的水平，减少共晶碳化物的数量、细化碳化物，表层中缺碳由以后的渗碳或C、N共渗来增补，同时基体中加入一定的N避免心部δ-铁素体的产生并产生细小弥散的碳氮化物以提高基体的强度。该钢制轴承零件磨损极小，使用寿命长。完全满足制造精密轴承零件用材的技术条件。9 L+ A( l2 O. L* N9 f 几种新型不锈钢的主要成分如表3。表3几种新型不锈钢的主要成分（%）6 Q$ W' N8 F- d5 z$ D 钢种 C Cr Mo N 备注-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)% y) f" l! y1 _1 J 440C 1.00 17.00 0.55 -- 9Cr18Mo. _. m, U: o0 S X65Cr13 0.65 13.00 -- -- 7Cr13, DD400，KUJ440C，QPD5 , l) W. A( K/ [ X15 0.15 15.00 1.00 0.35 Cronidur15! l: s" d9 [( R; m X30 0.30 15.00 1.00 0.39 Cronidur304 T; K( T, |: D" J; P4 b-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册) 50X18AM 0.50 18.00 0.70 0.30 www.6sq.net: O! A5 y- Y5 \ 5 低淬透性钢 ШХ4（GCr4）[36~38]' P& I: d3 q3 R0 l/ h# k7 N! `% x6 r 前苏联开发的钢种，通过把轴承钢（GCr15）中的Cr含量由1.05%降低到0.35~0.50%，而降低其淬透性，并利用整体感应加热、高速流动水淬火，在表面得到马氏体、心部为贝氏体+屈氏体+索氏体的混合组织，使套圈外硬内韧，表面为残余压应力。提高了轴承强度、抗冲击性能和寿命与可靠性，材料及热处理成本低。在轧机及铁路轴承上应用前景较大。www.6sq.net; u/ k8 m2 R+ ^% `9 G 6 粉末冶金轴承钢( a 前苏联及斯洛伐克把轴承钢废料（切屑、废钢块）重熔，用吹氮喷雾法制取与ШХ15成分相同的粉末，经加压烧结制成轴承坯料。与一般精炼的铸钢相比，组织更弥散，晶粒细小、晶界纯洁度高，机械性能高得多，疲劳寿命长。6.2 粉末冶金440C钢[34]-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)8 b* Q0 T( u5 J. { 日本采用真空冶炼后以气体喷雾支取440C钢粉末，并用独创的热挤压成型制成440C钢。淬回火后最大碳化物已细化为2~3μm，分布均匀，几乎无成分偏析，克服了腐蚀、磨损的不均匀性，防止了噪声的产生。具有优良的耐蚀性、防锈、加工性，高的疲劳性能，L10竟为精炼钢的100倍。粉末冶金440C钢在要求寿命长、可靠性高的用途上是最佳的材料。附上：《国外轴承材料热处理》 序-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)0 n- w/ _$ Z" H2 x8 J' d& p 与国外发达国家相比，无论是材料的质量和钢种的数量还是热处理工艺及装备，尚存在一定的差距。为借鉴国外的先进技术和经验，洛阳轴承研究所曾于1980年出版了《国外轴承热处理》一书。为让轴承及相关技术行业的工程技术人员了解此后20多年里国外轴承材料及热处理技术的进展情况，我们组织有关人员对近年来国外有关研究成果和技术文献进行了收集、翻译和整理，从大量的资料中精心筛选出有代表性的技术文献，编辑出版了本专集。6 b) {; mG! R3 ~3 j) ~8 a 专集的内容包括：基础理论研究；冶炼技术、新钢种的开发及性能研究：热处理工艺、装备及控制技术；表面处理及改性技术等。为了便于读者较系统地了解国外技术的发展动向，分别撰写了“国外轴承材料”和“国外轴承热处理”两篇综述。在内容收录原则上，一是同时兼顾理论研究和生产实用技术；二是对近年来试验研究较多、生产上积极推广应用的新材料、表面处理及改性技术进行了较详细的介绍。, x0 C8 M3 @/ H5 S六西格玛品质论坛希望通过本文的出版给广大轴承材料热处理及相关行业的工程技术人员提供有价值的参考，为提高我国轴承材料及处理的技术水平尽微薄之力。-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)+ ?3 ?1 ]( S; o1 k. q# e# s$ r7 d+ U4 N5 ^1 N' |- k《国外轴承材料热处理》 目 录-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)# Y3 f9 R% E% \. ^7 E1文献综述8 z+ ]6 ]! ]6 }2 X6 x" S1．1国外轴承材料……………………………………………………………………………(1)www.6sq.net& ~2 p" n% P% t& Y9 z1．2国外轴承热处理…………………………………………………………………………(9)* L' ia* x1 ~: ^5 C" O. w-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)2基础理论研究www.6sq.net% {5 Q4 v8 n2 R: W4 E2．1合金元素在高碳轴承钢中的作用………………………•……………………………(20)5 m% C+ q3 n" F* u2．2轴承钢淬火成贝氏体时的奥氏体转变动力学和内应力………………………………(24)* ?! r* D/ h8 \0 d2．3轴承钢淬透性处理的显微组织和力学性能…………………………•………………(27)p" F* Z6 kM6 B2．4 GCrl5轴承钢残余奥氏体的分解及尺寸稳定性………………………………………(31)www.6sq.net, Z# \: H+ X3 Q: U- @" g2．5淬硬52100轴承钢的断裂和疲劳裂纹扩展特性………………………………………(35)! b! p4 u. l; E9 Y+ I2．6在临界区间奥氏体化时52100钢中残余碳化物分布…………………………………(45)4 P% ZW/ G9 S2 Ju3轴承材料# y^. e+ vk& l) `4 e8 iwww.6sq.net3．1高碳铬轴承钢3 N( T7 W6 q1 b6 W" T六西格玛品质论坛3．1．1钢的纯净度与轴承寿命……………………………………………………………(50)* y2 s7 q; p! X3 G7 C" j. L! B. B3．1．2长寿命轴承钢的开发和应用………………………………………………………(54); Y+ f4 Y" T: E- T3．1．3长寿命轴承钢(z钢)及超长寿命高可靠性轴承钢(EP钢)…………………………(57)-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)& }# J( [5 k|7 r3 j3．1．4 NsJ2轴承钢的研制…………………………………………………………………(63)-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)0 V- J, N1 R! L, v3．1．5新轴承钢KuJ2………………………………………………………………………(69)% J6 d0 M, z( _8 m六西格玛品质论坛3．1．6高强度轴承钢………………………………………………………………………(72)www.6sq.net0 s* p0 Y. Y8 A. z3．1．7 KUJ7准高温用轴承钢………………………………………………………………(75)六西格玛品质论坛- S( I% [( G0 _+ Z0 L3 M& k3．1．8 ⅢX15CM新轴承钢的试生产……………………………………………………(80)六西格玛品质论坛6 S* }, b" N, ?5 V* K3．1．9易切削轴承钢…………………………………………………………………………(81)-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)' L+ ?' _9 X% r( m 3．2其他轴承用新钢种! y2 J, w# L, e) h% V% }6 [! sk5 E3．2．1表面硬化轴承钢……………………………………………………………………(82): C7 D0 u2 [6 n& i3．2．2特殊环境中轴承金属材料的选择和应用…………………………………………(86)8 zZ: I. [2 X2 J' y! U4 g5 W8 Mwww.6sq.net3．2．3可提高传动轴承寿命的高韧性钢…………………………………………………(90)0 e2 M6 K5 N( l5 _( I6 \0 ^3．2．4大型轴承用CH213渗碳钢…………………………………………………………(97)0 r: Y4 \: r* D+ R/ `{3．2．5 50X18AM轴承钢…………………………………………………………………(101)1 m# m6 l! g$ R2 p, Q% s% ~3．2．6优异的不锈轴承钢(ESl)……………………………………………………………(104)-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)! x. K7 @, X" |, B. y) w1 x3．2．7滚动轴承用耐蚀钢Cronidur30………………………………………………………(107)六西格玛品质论坛9 C9 _! Y; w4 y" E3．2．8 ⅢX4限制淬透性轴承钢……………………………………………………………(109)-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)& V& G0 w" q" k! }' |$ {6 e' d* U3．2．9等速万向节用钢的技术动态………………………………………………………(112), `- [+ E1 I! i2 g. a- K. H 4轴承热处理* w: ?H; I% ib7 e4．1常规热处理# n; ]. \* h# d% m) R6 k( ~www.6sq.net4．1．l滚动轴承制造中的热处理方法……………………………………………………(113)g3 Z+ }& ]7 ^8 }' G4 w3 L. {/ M4．1．2轴承钢的重复球化热处理与防脱碳技术…………………………………………(119)- n5 q1 Y. T% a4．1．3两次奥氏体化后淬火轴承钢100(：16的力学性能………………………………(123)www.6sq.net: s6 r- m1 v0 l) ]4．1．4循环热处理SUJ2轴承钢的显微组织与力学性能…………………………………(128)8 |& B) m# D! r& r+ m; A/ A9 f4．1．5ⅢX15CT钢分级淬火后的组织与性能……………………………………………(133)- q: {4 \: A8 ~7 ~9 \4．1．6使用气体淬火介质对轴承套圈进行模压淬火……………………………………(135), G: M2 A5 a4 w& P% u) O4．1．7淬火条件对尺寸和变形的影响……………………………………………………(140)-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册); g, g7 T2 Z" |2 ti* B4．1．8轴承钢球与套圈淬火用的新型冷却装置…………………………………………(146)六西格玛品质论坛7 P5 r, x9 Z; |7 B& P5 ^& q1 i4．1．9M50NiL、M50和RBD钢的热处理及性能…………………………………………(151)六西格玛品质论坛9 ?+ V1 ^) a+ ]+ V2 `$ K4．1．10在线整体淬火用磁场加热…………………………………………………………(157)$ v0 x6 F* Y+ N: J/ \) s. t9 ?" L4．2表面热处理! e0 o$ `- K9 l4．2．1采用感应加热表面强化提高零件的质量和性能…………………………………(161)5 e: f( T" Z; }1 [4．2．2铁路车辆轴箱滚动轴承套圈的感应加热整体表面淬火装置………………．．…．(164)0 }( O7 q& U+ F8 ?$ C2 H4．2．3轴承零件的感应淬火………………………………………………………………(167)' G9 ]5 n6 e% y& L8 F4 r% V9 [4．2．4特大型滚动轴承套圈感应淬火层深度的选择……………………………………(170)- O" C1 Z! a3 R2 h: i1 h6 E- h( F六西格玛品质论坛4．2．5高频热处理的应用一等速万向节的热处理………………………………………(175)www.6sq.net+ L$ X7 X* G1 n* F& N: h4．2．6激光一轴承硬化的新选择…………………………………………………………(181)8 RC0 u2 M! p$ _" f六西格玛品质论坛4．2．7轴承钢激光热处理的试验性研究…………………………………………………(182)六西格玛品质论坛7 {+ O/ F5 p+ A9 a4 T4．3表面化学热处理% d5 Q8 `# R: v! s5 A9 y1 w5 P% {* |4．3．I高浓度渗碳…………………………………………………………………………(186)六西格玛品质论坛W# q7 N8 y+ A3 ^1 b4．3．2 AvaC乙炔低压渗碳…………………………………………………………………(193)1 Q7 A0 c0 E9 N% ka4．3．3高碳铬轴承钢利用渗碳获得表面残余压应力……………………………………(196)9 W8 ]- s8 t1 t- C/ R9 D- n" O4．3．4铬镍钢零件化学热处理和热处理时产生的缺陷及其消除方法…………………(199)" Y4 T1 S- E1 o" D& b: E4．3．5高温渗氮……………………………………………………………………………(203)# H- ^8 f, E7 f|0 E+ {' a$ d4．3．6用HydroNit探头直接在炉内测量氢分压来监控渗氮和氮碳共渗气氛…………(208)$ f& B; g% oL; r, ~) H3 e4．3．7直生式碳氢化合物／空气气氛………………………………………………………(213); i+ O_6 y( u9 J8 z" ]0 w3 V5其他表面改性方法* U; J: ]3 e# [) V-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)5．1TC离子渗氮…………………………………………………………………………(217)1 _2 j3 a# m- r# _6 M' a0 Fwww.6sq.net5．2防腐蚀用氮等离子源离子注入轴承钢表面改性……………………………………(221); P( i; G( V@& K. d% L5．3用金属和氮等离子体浸没离子注入改善9Crl8轴承钢的摩擦特性………………(225)$ w$ ?1 \; u, }5．4镀有TiN的轴承钢表面金相及其摩擦特性…………………………………………(229)7 |3 @6 ], G) m5 ?f, `5．5ASl440C：钢制小型零件预渗碳以防止在化学气相沉积过程中过度脱碳…………(232); d) y! z+ _9 \8 g) w1 n; B5 Iwww.6sq.net5．6Cr离子注入对M50钢轴承疲劳寿命和耐腐蚀性能的影响………………………(236)1 K7 H. N( S. B5 h2 E/ S5．7用表面化学改性改善高速球轴承断油状态下的耐久性……………………………(240); w! \( p: g# E5．8金属一碳涂层的振动磨损……………………………………………………………(246)-质量-SPC ,six sigma,TS16949,MSA,FMEA--(20万质量人注册)+ n0 E2 n/ S) Y/ _7 y6 t5．9扩散渗铬层对轴承钢性能的影响……………………………………………………(252)V9 j* b& j. ^9 @0 {6 b5．10 使用Me?C：H涂层滚子增强滚子轴承的耐磨性…………………………………(254)% n/ w# E) E1 X0 V1 u\- xwww.6sq.net

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