滾動(dòng)軸承鋼的開發(fā)與應(yīng)用.doc

滾動(dòng)軸承鋼的開發(fā)與應(yīng)用目錄1 軸承鋼的概述21.1 軸承鋼的誕生與特性21.2 軸承鋼的分類與應(yīng)用21.2.1 軸承鋼的分類21.2.2 四大類軸承鋼的應(yīng)用范圍32 軸承鋼的生產(chǎn)與開發(fā)32.1 生產(chǎn)技術(shù)及工藝要求32.2應(yīng)用軸承鋼的開發(fā)42.3 軸承鋼的發(fā)展展望4參 考 文 獻(xiàn)51 軸承鋼的概述滾動(dòng)軸承鋼是用來(lái)制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等的專用結(jié)構(gòu)鋼，通常在淬火狀態(tài)下使用。從化學(xué)成分上看它屬于工具鋼，所以也用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。由于其生產(chǎn)要求十分高，世界公認(rèn)軸承鋼的冶煉水平代表著一個(gè)國(guó)家的冶金水平，因此，軸承鋼也被稱為是“特鋼之王”。1.1 軸承鋼的誕生與特性高碳鉻軸承鋼于1901年首先出現(xiàn)于歐洲。1913年美國(guó)將其列為標(biāo)準(zhǔn)鋼種。70多年來(lái)，各國(guó)發(fā)展出許多提高軸承鋼純潔度和改善碳化物不均勻性的新工藝，真空脫氣、爐外精煉等技術(shù)已廣泛應(yīng)用于軸承鋼生產(chǎn)，并以軸承鋼管材制造套圈，進(jìn)一步提高了鋼材利用率和軸承壽命。中國(guó)于1951年開始生產(chǎn)軸承鋼材料。經(jīng)過(guò)100多年的努力，國(guó)際上軸承鋼已發(fā)展成標(biāo)準(zhǔn)系列化，按用途可分為高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼等軸承。軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)承受很高的交變應(yīng)力，滾動(dòng)體與內(nèi)外圈之間的接觸應(yīng)力大，同時(shí)又工作在潤(rùn)滑劑介質(zhì)中。因此，滾動(dòng)軸承鋼具有高的抗壓強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的的韌度、淬透性，高的硬度、耐磨性和耐蝕性，鋼的內(nèi)部組織、成分均勻，熱處理后有良好的尺寸穩(wěn)定性。常用的滾動(dòng)軸承鋼是含碳0.95%1.10%、含鉻0.40%1.65%的高碳低鉻軸承鋼，如GCr6、GCr9、GCr15等。 1.2 軸承鋼的分類與應(yīng)用1.2.1 軸承鋼的分類1976年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO將一些通用的軸承鋼號(hào)納入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，將軸承鋼分為：全淬透型軸承鋼、表面硬化型軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼等四類共17個(gè)鋼號(hào)。有的國(guó)家增加一個(gè)類別為特殊用途的軸承鋼或合金。我國(guó)的軸承鋼分為兩類：1、鉻軸承鋼 最具代表性的高碳鉻軸承鋼GCr15是世界上生產(chǎn)量最大的軸承鋼，含碳Wc為1%左右，含鉻量Wcr為15%左右，從1901年誕生至今100多年來(lái)，主要成分基本沒(méi)有改變，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，研究工作任在繼續(xù)，產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高，占世界軸承鋼生產(chǎn)總量的80%以上。由于淬透性不很高，多用于制造中小型軸承，也常用來(lái)制造冷沖模、量具和絲錐等。2、添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼 在鉻軸承鋼中加入Si、Mn，可提高淬透性，如GCr15SiMn鋼等，多用于制造大型軸承。為了節(jié)約Cr,加入Mo、V，可得到無(wú)鉻軸承鋼，如GSiMnMoV ，GSiMnMoVRE等，其性能與GCr15相近。我國(guó)已納入標(biāo)準(zhǔn)的軸承鋼分類方法與ISO相似，分別對(duì)應(yīng)為高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹耐蝕軸承鋼、高溫軸承鋼四大類。近五十年來(lái)我國(guó)還在軸承鋼鋼種及其軸承用材料方面，如無(wú)鉻軸承鋼、中碳軸承鋼、特殊用途軸承鋼及合金、金屬陶瓷等取得了很大的進(jìn)展。 1.2.2 四大類軸承鋼的應(yīng)用范圍1、高碳鉻軸承鋼 軸承行業(yè)GCr15、 GCr15SiMn兩種鋼被廣泛應(yīng)用，GCr15被大量用于制造汽車、坦克、飛機(jī)等所使用的發(fā)動(dòng)機(jī)軸承機(jī)床電機(jī)等所使用的主軸軸承以及鐵路車輛、礦山機(jī)械、通用機(jī)械軸承。GCr15SiMn、GCr15SiMo主要用來(lái)制造壁厚比較大的軸承。GCr4及GCr18Mo被用來(lái)制造鐵路客貨車、礦山及冶金機(jī)械等軸承。2、滲碳軸承鋼 G20CrNiMo主要用作汽車軸承等耐沖擊、耐磨損零件的材料及汽車、拖拉機(jī)齒輪以及亞倫鉆頭的牙爪和牙輪體。G20Cr2Mn2Mo 主要用于制造高沖擊負(fù)荷條件下工作的特大型和大、中型軸承零件，如軋鋼機(jī)軸承的套圈和滾動(dòng)體 。G20CrNi2MoA用于制造承受沖擊較大的軸承，如軋機(jī)、重型車輛、鐵路機(jī)車等。3、不銹耐蝕軸承鋼 G95Cr18用來(lái)制造在腐蝕環(huán)境和無(wú)潤(rùn)滑強(qiáng)氧化氣氛中工作的軸承，例如船舶、化工、石油機(jī)械軸承，航海儀表軸承等。G95Cr18也可用來(lái)作為耐蝕高溫軸承鋼使用，但使用溫度不得超過(guò)250。此外還可用于制作高質(zhì)量的刀具（如醫(yī)用手術(shù)刀等）。G102Cr18Mo用于制造要求耐腐蝕、高溫下抗氧化的軸承以及蒸汽、水、海水、蒸餾水和硝酸等腐蝕介質(zhì)中工作的防銹軸承。如水壩閘門及水利機(jī)械軸承、海洋船舶軸承、化工和石油機(jī)械軸承等。4、高溫軸承鋼 主要用于于核動(dòng)力系統(tǒng)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)等部件。2 軸承鋼的生產(chǎn)與開發(fā)2.1 生產(chǎn)技術(shù)及工藝要求軸承鋼生產(chǎn)主要執(zhí)行GB/T18254-2002標(biāo)準(zhǔn)和適應(yīng)于精鍛軸承用戶要求的萊鋼GCr15JD質(zhì)量協(xié)議，其中GCr15JD協(xié)議質(zhì)量要求嚴(yán)于GB/T18254-2002標(biāo)準(zhǔn) ，GCr15JD要求氧含量10ppm、中心偏析級(jí)別1.0級(jí)、成分控制、定尺和尺寸偏差等均嚴(yán)于GB/T18254-2002標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于原材料，有嚴(yán)格的化學(xué)成分要求、高純凈度要求，嚴(yán)格的低倍組織和顯微組織、碳化物不均勻性控制要求，特別嚴(yán)格的內(nèi)部缺陷和表面缺陷控制、表面脫碳層控制要求，高精度的尺寸要求。對(duì)于熱處理，有嚴(yán)格的熱處理規(guī)范、顯微組織要求，比較嚴(yán)格的硬度及均勻性要求，嚴(yán)格的裂紋、脫碳及軟點(diǎn)、變形等控制要求生產(chǎn)軸承鋼的現(xiàn)在生產(chǎn)軸承鋼的主要工藝是連鑄以及電爐冶煉+電渣重熔工藝冶煉，還有少量采用真空感應(yīng)+真空自耗的雙真空或+多次真空自耗等工藝來(lái)提高軸承鋼的質(zhì)量。2.2應(yīng)用軸承鋼的開發(fā)軸承鋼的開發(fā)方向與其應(yīng)用環(huán)境緊密相關(guān)。如耐異物環(huán)境下應(yīng)用的軸承鋼：用于汽車的變速器和差動(dòng)器的軸承中，由于油中混入異物（淤泥、切削粉末），一旦這種異物咬入軸承滾動(dòng)面便產(chǎn)生壓痕引起滾動(dòng)面的早期剝落，為此開發(fā)耐異物軸承鋼。通過(guò)提高表面的殘留奧氏體量、提高表面硬度或基體的韌性可改善混入異物環(huán)境下的軸承使用壽命。開發(fā)的添加超過(guò)2的Mn的耐異物軸承用鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的殘留奧氏體量高，在異物混入條件下顯示出與在清潔油中一樣的優(yōu)異的滾動(dòng)疲勞壽命，已明確其具有滲碳氮化處理鋼同等的優(yōu)異的耐異物壽命。再如高溫下應(yīng)用的軸承鋼：隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率的不斷提高以及產(chǎn)業(yè)機(jī)械高速化和封閉化，軸承使用的環(huán)境溫度上升。希望開發(fā)出在473523K溫度下保持性能的軸承。在這種溫度范圍下，如果使用實(shí)施了調(diào)質(zhì)處理,其硬度就會(huì)降低，滾動(dòng)壽命特性變差。另一方面，雖然用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等的析出硬化型合金鋼M50在同一溫度范圍具有充分的滾動(dòng)壽命，但是該合金含有10左右的Cr、Mo、V等合金元素，所以材料的成本高，熱處理也復(fù)雜，缺少通用性。對(duì)合金元素對(duì)淬火硬度與回火硬度的影響進(jìn)行了調(diào)查，為提高淬火硬度可利用C元素，為改善抗回火軟化可利用Si元素。因此，開發(fā)了增加C和Si的含量以防止高溫下的硬度降低、通過(guò)添加Ni元素保持滾動(dòng)特性的材料作為高溫軸承用鋼。通過(guò)對(duì)軸承鋼中各元素含量的調(diào)整，開發(fā)出來(lái)的鋼種數(shù)量的日益增加，軸承鋼的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。2.3 軸承鋼的發(fā)展展望隨著世界產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變化，軸承鋼的發(fā)展主要是兩個(gè)方向，一是發(fā)展超高純潔度的高碳鉻軸承鋼，二是以低成本為目標(biāo)的軸承鋼，如低鉻軸承鋼等。1、對(duì)于高碳軸承鋼來(lái)講，主要是提高鋼材的純潔度和鋼中碳化物的均勻分化。氧化物夾雜是軸承鋼中最具危害性的，對(duì)疲勞破壞有顯著地影響。含氧量越高，不僅造成衍化物夾雜數(shù)量增多，而且氧化物夾雜尺寸增大，偏析嚴(yán)重，夾雜級(jí)別增高，對(duì)疲勞壽命的危害也就加劇。當(dāng)下，冶金材料工作者正在為鋼中氧含量接近23g/g這樣的極限值而努力。另一個(gè)體現(xiàn)鋼清潔度的是鋼中鈦含量的水平。實(shí)驗(yàn)表明，鈦含量從40g/g降到10g/g，能使壽命提高約2倍。目前人們希望軸承鋼中鈦含量在6g/g以下。除控制高純度鋼水中的非金屬夾雜物的數(shù)量之外，還需控制氣形態(tài)與分別。在鋼中碳化物的控制方面，通過(guò)控軋或軋后快冷基本消除了高碳鉻軸承鋼網(wǎng)狀碳化物，獲得了合適的預(yù)備組織。在這縮短球化退火時(shí)間、細(xì)化碳化物、提高疲勞壽命等方面都取得了適用性效果。2、滲碳軸承鋼和中碳軸承鋼，除了提高純潔度外，為滿足用戶特殊環(huán)境下的長(zhǎng)壽化的需求，要開發(fā)特殊工況條件下的新鋼種。3、不銹軸承鋼，主要是致力于耐蝕性和耐熱性的多用途化條件下的馬氏體不銹鋼的開發(fā)。4、對(duì)于高溫軸承來(lái)講，重點(diǎn)是航空、宇航等高溫用軸承鋼的開發(fā)。另一方面，現(xiàn)有的高溫軸承鋼系中的高碳高溫不銹鋼、高速鋼全都因合金元素含量高而價(jià)格昂貴，特別是高速鋼類高溫軸承鋼的車削、磨削加工一集熱處理都給軸承制造帶來(lái)一定困難。為此，美國(guó)研制出一種性能良好的滲碳高溫軸承鋼。這種鋼的退火硬度HB不大于192，可直接在最佳淬火溫度1149下滲碳，而獲得最快的滲碳效果。開發(fā)滲碳高溫軸承鋼鋼種無(wú)疑可以解決資金問(wèn)題。軸承鋼的相關(guān)技術(shù)已達(dá)到成熟水平。發(fā)達(dá)國(guó)家把軸承鋼生產(chǎn)和研究的重點(diǎn)放在高效率、優(yōu)質(zhì)量、低成本上，采用高速度、高質(zhì)量的準(zhǔn)也生產(chǎn)線制造軸承鋼。中國(guó)已成為軸承鋼制造大國(guó)，但質(zhì)量明顯低于發(fā)達(dá)國(guó)家水平。差距存在的原因主要可歸結(jié)為軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容較落后，工藝技術(shù)和裝備水平參差不齊兩個(gè)方面。針對(duì)國(guó)產(chǎn)軸承鋼仍處于“高不成低不就”的狀態(tài)，在瞄準(zhǔn)研發(fā)高檔軸承鋼或其他材料的同時(shí)，我們更應(yīng)把注意力回歸到切實(shí)提高普通軸承鋼的材質(zhì)水平上來(lái)。量大面廣的普通軸承鋼的材質(zhì)達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平，對(duì)于國(guó)產(chǎn)軸承在整體上真正形成市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和良好品牌形象才更具有普遍和