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1、滾滾 動動 軸軸 承承 鋼鋼(ROLLING BEARING STEEL)金 屬 材 料 學(xué)主講課程班 級: 金132制作人:賀銀峰主講人:錢睿成 楊 洋審 核: 顏 安主要內(nèi)容滾動軸承鋼的介紹滾動軸承鋼的介紹滾動軸承鋼(Rolling Bearing Steel)是用于制造滾動軸承的滾動體和內(nèi)外套圈的鋼,通常在淬火狀態(tài)下使用。滾動軸承在工作中需承受很高的交變載荷,滾動體與內(nèi)外圈之間的接觸應(yīng)力大,同時又工作在潤滑劑介質(zhì)中。因此,滾動軸承鋼具有高的抗壓強度和抗疲勞強度,有一定的韌性、塑性、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。常用的滾動軸承鋼是含碳0.95%1.10%
2、、含鉻0.40%1.60%的高碳低鉻軸承鋼,如GCr6、GCr9、GCr15等。滾動軸承鋼的介紹滾動軸承鋼的介紹滾動軸承鋼的滾動軸承鋼的應(yīng)用應(yīng)用常用滾動軸承鋼(高碳鉻軸承系列常用滾動軸承鋼(高碳鉻軸承系列)根據(jù)其合金元素種類分為兩類鉻軸承鋼鉻軸承鋼:典型代表是GCr15,使用量占軸承鋼的絕大部分。由于淬透性不高,因此多用于小軸承。添加添加MnMn,SiSi,MoMo,V V的軸承鋼的軸承鋼:在鉻軸承鋼中加入Mn,Si可提高淬透透性,如GCr15SiMn鋼等,主要用于制造大型軸承;為了節(jié)約Cr,可以加入Mo,V,得到不含鉻的軸承鋼,如GSiMnMoV,GSiMnMoVRE鋼等,其性能和用途與GC
3、r15鋼相近。滾動軸承鋼的應(yīng)用滾動軸承鋼的應(yīng)用其他其他類型軸承類型軸承鋼鋼滲碳軸承滲碳軸承鋼鋼:軋鋼機械、礦山挖掘機械、建筑機械等一些受沖擊負(fù)荷較大的機械使用的軸承,不僅要求其表面硬度高、耐磨性好,具有較高的接觸疲勞強度,還要求心部有一定的韌性、足夠的強度和硬度,可以選用滲碳鋼制造。不銹軸承鋼不銹軸承鋼:對于在酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)中使用的軸承,要求具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性,故而常采用高碳高鉻不銹鋼制造,如9Cr18等。滾動軸承鋼的滾動軸承鋼的應(yīng)用應(yīng)用高溫軸承鋼高溫軸承鋼:這類鋼的成分特點是含有大量的W、Mo、Cr、V等碳化物形成元素,淬火后可獲得高合金化的高碳馬氏體,具有良好的回火穩(wěn)定性,并在高溫
4、回火后產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象,能在高溫下保持高硬度、高耐磨性和良好的接觸疲勞強度。 Cr4Mo4VCr4Mo4V鋼是航空發(fā)動機上最常用的高溫鋼是航空發(fā)動機上最常用的高溫軸承軸承鋼鋼,這種鋼在熱處理和性能上具有高速鋼的特點,但含合金元素含量略少,故高溫硬度不如高速鋼,但這種鋼的加工性能好于高速鋼。滾動軸承鋼的滾動軸承鋼的應(yīng)用應(yīng)用世界上最大的滾動軸承是海上巨型風(fēng)機SL5000的發(fā)電機底座軸承,直徑有兩層樓高,加工精度不超過6微米,相當(dāng)于頭發(fā)絲的二十分之一。滾動軸承鋼的性能滾動軸承鋼的性能 根據(jù)軸承的工作條件和失效破壞情況,軸承鋼的性能應(yīng)滿足如下要求:高而均勻的硬度與耐磨性高的接觸疲勞強度高的彈性極限和一
5、定的韌度尺寸穩(wěn)定性好一定的耐蝕性具有良好的冷、熱加工性能 對于在特殊條件下工作的軸承,還有其他的特殊要求,如高溫性能,不銹耐蝕性等。滾動軸承鋼的性能滾動軸承鋼的性能 為了滿足軸承的性能要求,對軸承鋼來說,需要做到以下三點: 1. 正確的化學(xué)成分 2. 高的冶金質(zhì)量 3. 合理的熱處理工藝化學(xué)成分化學(xué)成分1 1 高碳高碳 為了保證軸承鋼有高的硬度和耐磨性,軸承鋼的碳含量很高,一般為1%左右,屬于過共析鋼。 一部分存在于馬氏體基體中以強化馬氏體;另一部分形成足夠數(shù)量的碳化物以獲得所要求的耐磨性。 過高的碳含量會增加碳化物分布的不均勻性,且易生成網(wǎng)狀碳化物而降低其性能?;瘜W(xué)成分化學(xué)成分2 2 主加合
6、金元素鉻主加合金元素鉻 Cr的作用是提高鋼的淬透性和鋼的耐腐蝕性能。 鋼中部分鉻形成的合金滲碳體(Fe,Cr)3C在淬火加熱時溶解較慢,可減少過熱傾向,經(jīng)熱處理后可以得到較細(xì)的組織; 碳化物能以細(xì)小質(zhì)點均勻分布于鋼基體組織中,既可提高鋼的回火穩(wěn)定性,又可提高鋼的硬度,進(jìn)而提高鋼的耐磨性和接觸疲勞強度。 適宜的鉻含量為0.40%-1.65%。 當(dāng)鉻含量高于1.65%以后,則會使殘余奧氏體增加,使鋼的硬度和尺寸穩(wěn)定性降低,同時還會增加碳化物的不均勻性,降低鋼的韌性。 化學(xué)成分化學(xué)成分3 3 加入硅、錳、釩等進(jìn)一步提高淬透性。加入硅、錳、釩等進(jìn)一步提高淬透性。 大型軸承用鋼中還需加入更多的合金元素以
7、提高淬透性,通常加入Mn、Si提高淬透性,適量的Si(0.40%-0.60%)還能明顯地提高鋼的強度和彈性極限;錳還可和鋼中的硫生成穩(wěn)定的MnS,硫化物常能包圍氧化物,形成以氧化物為核心的復(fù)合夾雜物,減輕氧化物對鋼的危害作用。 加入V一部分溶于奧氏體,提高淬透性,另一部分形成碳化釩VC,提高鋼的耐磨性并防止過熱。通常無鉻鋼中都含有釩。 熱處理工藝熱處理工藝軸承鋼一般的工藝路線為: 球化退火 機械加工淬火、回火磨加工鍛(軋)熱處理工藝熱處理工藝1 1 預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理 由于軸承鋼是過共析鋼,并且對碳化物的形狀和分布要求較高,因此通常采用球化退火。 球化退火加熱溫度:GCr15鋼的球化退火加熱
8、溫度范圍780810,790被認(rèn)為是最適宜的加熱溫度。 加熱溫度過高,奧氏體中未溶碳化物量過少,奧氏體成分進(jìn)一步均勻化,冷卻后得到的是粗片層珠光體,或有大塊聚集碳化物,這是不合格的過熱組織; 加熱溫度不足,片狀珠光體溶解得不充分,奧氏體成分很不均勻,冷卻過程中碳化物沿著原片層析出,或呈細(xì)小的鏈狀特征。熱處理工藝熱處理工藝 球化退火后冷卻速度控制:碳化物的形狀取決于加熱溫度,而碳化物的彌散度取決于冷卻速度。冷卻速度越大,碳化物的彌散度也越大,其硬度也越高。 冷卻方式有兩種: 一種是連續(xù)冷卻 , 按 冷 卻 速 度10/h冷到600出爐; 二是在720等溫冷卻到600出爐。熱處理工藝熱處理工藝2
9、2 最終熱處理最終熱處理 軸承鋼的最終熱處理是淬火+低溫回火。 對GCr15鋼,淬火加熱溫度為830-860。 溫度過高會引起過熱,晶粒長大,使鋼的韌性和疲勞強度下降,且易淬裂和變形; 溫度過低,則奧氏體中溶解的鉻和碳的含量不夠,鋼淬火后硬度不足。 馬氏體中的碳含量在0.45%-0.5%時,軸承鋼既具有高硬度,又有良好的韌性,還具有最高的接觸疲勞壽命。冶金質(zhì)量要求 純凈+組織均勻 降低S、P含量,減少氧化物、硅酸鹽夾雜物的數(shù)量,提高冶金質(zhì)量。 由于軸承鋼的接觸疲勞性能對鋼材的微小缺陷十分敏感,所以要求S0.02%,P0.027%,一般采用電渣重熔、電爐冶煉及真空冶煉等技術(shù)以減少夾雜物數(shù)量。 氧
10、化物、硅酸鹽夾雜物破壞基體的連續(xù)性,引起應(yīng)力集中,在熱塑變形中夾雜物的邊緣易形成空洞或裂紋。滾動軸承鋼的組織原始組織要求原始組織要求1 1 原始組織必須無縮孔,皮下氣泡、白點和過燒;原始組織必須無縮孔,皮下氣泡、白點和過燒;2 2 嚴(yán)格控制非金屬夾雜物;嚴(yán)格控制非金屬夾雜物;3 3 嚴(yán)格控制疏松級別;嚴(yán)格控制疏松級別;4 4 改善碳化物不均勻性(網(wǎng)狀、帶狀和液析)。改善碳化物不均勻性(網(wǎng)狀、帶狀和液析)。 網(wǎng)狀碳化物:控制終軋及隨后的冷卻速度、正火;網(wǎng)狀碳化物:控制終軋及隨后的冷卻速度、正火; 帶狀碳化物:長時間的退火;帶狀碳化物:長時間的退火; 液析碳化物:高溫擴(kuò)散退火,一般要在液析碳化物:高溫擴(kuò)散退火,一般要在1200120012501250高溫下進(jìn)行長時間擴(kuò)高溫下進(jìn)行長時間擴(kuò) 散
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