轴承强化表面的性能特点

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

轴承强化表面的性能特点 各类表面强化方法虽千差万别各具特色，但均能不同程度地改变轴承工作表面的性能，特别是在提高轴承工作表面的耐磨性、耐蚀性和抗接触疲劳性能等轴承的主要性能方面收到较为满意的效果。 1.提高耐磨性 耐磨性是轴承材料的主要性能指标。在不同类型的磨损过程中，影响材料耐磨性的因素是有差别的。 （1）耐磨粒磨损性能 用于轴承的钢材多数为淬火硬化型钢。实践证明，在磨粒磨损的条件下，材料的耐磨性与材料的硬度之间存在着线性关系。在冲击载荷较小时，硬度可以作为判断材料耐磨性的依据。当冲击载荷大到一定值后，除高硬度之外必须考虑强度与韧性对耐磨性的影响。对高碳铬轴承钢来说，基体中的碳化物的成分、类型、形状、大小、数量和分布状态均对其耐磨性有影响，其中基体碳质量分数和碳化物的量影响最大。在表面强化技术中，有时就是采用提高表面碳质量分数或是生成弥散分布的高硬度化合物的方法提高表层耐磨性。例如轴承零件的渗碳和表面淡化处理等。 （2）耐粘附磨损性能 高速运转的轴承零件，在润滑不充分或润滑失效的条件下，金属直接接触最易造成粘附磨损。防止或减轻粘附磨损的有效方法是厚膜润滑，使摩擦副不接触。或者改变接触表面物理化学特性，使之不易发生粘着。有的轴承零件采用表面磷化或发兰处理，使金属表面形成一层化合物层，避免金属之间的直接接触，能有效地降低甚至避免粘附磨损。若采用表面渗氮、渗硼、沉积TiC和离子注入等方法使表层硬度提高而难于屈服，对减轻粘附磨损也很有效。若采用硫氮共渗、硫氮碳共渗对降低匹配材料之间的粘着可能性和增加表面硬度都有作用，因而对减轻粘附磨损的效果明显。 （3）耐表面接触疲劳磨损性能 接触疲劳磨损是轴承常见的一种磨损失效形式。钢的冶金质量和热处理质量对耐疲劳磨损性能的影响很大，通过采用先进的冶炼技术和和适当的热处理方法均可改善。实验证明：在一定的硬度范围内，用表面强化的多种方法提高表面硬度也能提高材料的耐接触疲劳磨损性能。综上所述，用表面强化的方法提高轴承材料的耐磨性主要从两方面考虑： ①提高表面硬度 a.用表面淬火和渗碳淬火的方法提高表面层的硬度。 b.用渗碳、氮碳共渗等方法在表面层形成弥散分布的高硬度第二相。 c.用渗硼、渗铬、沉积氮化物、碳化物以及离子注入的方法得到高硬度和超高硬度的表面化合物层。 ②减少摩擦因数 例如表面磷化、渗硫、硫氮碳共渗、表面镀银，表面涂层和离子注入等方法均能改善摩擦条件，降低摩擦因数从而提高材料的耐磨性。 2.提高耐蚀性 腐蚀是金属材料与环境介质之间的电化学或化学作用引起的金属表面损耗或破坏。表面强化方法能有效地提高轴承材料的耐蚀性。 （1）耐化学腐蚀性能 轴承材料的耐化学腐蚀性能，除受温度和环境介质成分的影响之外，主要取决于材料的化学稳定性及其表面膜的保护作用。高碳铬轴承钢中铬元素的存在，除了能在表面形成连续、致密的氧化膜之外，更主要是提高了表面耐高温氧化性能，从而保证了在一般工作条件下轴承的耐化学腐蚀性能。但是，如果实在特殊的腐蚀介质中工作的轴承，必须采用有针对性的表面耐腐蚀强化处理方法，如镀铬、渗铝或选用铬质量分数更高的耐化学腐蚀材料。 （2）耐电化学腐蚀性能 轴承材料的耐电化学腐蚀性能，不仅取决于材料的成分、组织结构等内部因素，更受外部腐蚀环境和腐蚀介质的影响。必须针对不同的腐蚀介质和环境条件，采取有效的表面强化措施。 ① 利用容易钝化的合金元素，减弱合金表面的阳极活性，例如轴承钢中加入易钝化元素铬或选用铬质量分数更高的不锈钢。渗铬等表面处理也可显著提高其耐腐蚀性能； ② 减少和消除材料表面组织和成分的不均匀性，也就是减少在表面引起阳极作用的第二相； ③ 用表面处理的方法改变表面的化学成分，使其在腐蚀介质中形成致密的稳定膜或形成平衡电位高的化合物表层。某些化学热处理和CVD、PVD、P-CVD沉积处理得到的化合物表面层就具有高的电极电位、好的热力学稳定性； ④ 非晶态合金具有很高的活性，钝化膜的形成很迅速，表面保护性非常好。表面强化处理可以在轴承工作表面造成非晶态合金或形成非晶态组织（例如离子注入等），这对提高轴承表面的耐电化学腐蚀和提高耐磨性均有好处。 总之，提高轴承工作表面的耐疲劳与磨损性能、耐腐蚀性能，是提高轴承寿命和可靠性的基本要素。除此之外，在特定的工作条件下，例如高温、高辐照和强腐蚀介质中，还必须有针对性的运用相应的表面强化方法，赋予轴承工作表面特殊的性能。在这方面，现代表面强化处理的高新技术更表现出强大的生命力，例如离子注入表面强化技术，可使航空发动机主轴轴承的寿命成倍增长。 当然，轴承的工作条件常常是很复杂的，其失效的模式也常常是多种失效模式的复合型，任何表面强化方法都有它的适用范围和最佳应用条件，只有选用合适、工艺合理才能达到提高轴承寿命的预期目的。