轴承材料的发展

伊凡

1.高碳铬轴承钢 世界各国均以相当于GCr15的刚号作为轴承用钢的基础，向提高淬透性的方向发展以适应厚壁轴承零件的需要，其做法是在成分中适当增加钼的质量分数（0.1％、0.2％、…、0.6％不等），铬的质量分数略有调整或不变，从而发展出一系列高淬透性的高碳铬轴承钢。这些钢种不仅适用于马氏体淬火，也适用于厚壁轴承零件的贝氏体淬火。 高碳铬轴承钢的另一个发展是适当降低淬透性，并施以中频感应加热，靠淬透性有限而整体淬火只表面硬化。它既有渗碳钢渗碳淬火的优越性能，又节约了合金渗碳钢的钢材成本和高昂的渗碳热处理成本。用此钢制造铁路轴承获得很好的效果。
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: N0 P4 M; h& \" o6 J2 [, c2.无铬轴承钢 无铬轴承钢是我国根据国产资源特点自行研制的代替铬轴承钢的新钢种，包括GSiMnV、GSiMnMoV、GSiMnMoV、GSiMnMoVR、GMnMoV、GMnMoVR六种钢号。它们具有较好的淬透性、淬硬性、抗接触疲劳性能和耐磨性。与铬轴承钢比较，其表面脱碳敏感性稍大，缓蚀性能及机械加工性能稍逊，但采取适当措施，用此类钢代替铬轴承钢生产轴承是完全可行的。
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3.碳素轴承钢 国外轴承钢学术界认为轴承钢中的合金元素主要作用是提高淬透性，高强度、高硬度、耐磨损、耐疲劳等主要性能是碳元素的作用。而真空脱气技术发展到今天，碳素钢的纯洁度同样也可以大幅度提高，对于壁厚不大的轴承采用真空脱气的高碳钢，其性能完全能满足要求。目前有进一步扩大碳钢使用范围的趋势。
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# W& M; D- r& H" A$ b& Q' e9 B4.渗碳轴承钢 随着高速航空发动机的发展，全淬硬钢的断裂韧度已完全不能满足要求。为此美国开发出耐高温渗碳轴承钢M50NiL，其断裂韧度特别好，高温性能高速性能冲击韧度耐磨性耐疲劳性能均十分优越。目前又在研究超M50NiL的渗碳钢。
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- S1 I: R' C% v/ @4 v5.不锈轴承钢 9Gr18不锈钢中粗大碳化物是有害的，国外致力于研究把碳质量分数降低到0.5～0.7，提高了9Gr18钢的综合性能。目前有的国家正为含氮不锈钢的研究投入较大的力量。美、德共同研制一种Cronidur30含氮不锈轴承钢，德国研究一种低氮钢LNS用于航空发动机和宇航轴承，法国研制一种XD15N高氮马氏体不锈钢用于宇航轴承，美国研制一种高性能的渗碳不锈钢CSS-42L，也成功地用于宇航轴承。
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3 T4 F9 s2 r1 u/ F  G* A5 P; L  s6.陶瓷材料 应用于轴承的陶瓷材料主要是Si3N4和ZrO2及其系列组合制品。具有密度小、摩擦因数小、硬度特别高、耐高温、耐强腐蚀，有适中的耐冲击韧度，在中等接触应力下有较高的疲劳寿命等优点，所以在高温、高速、腐蚀介质、强力摩擦状态下工作的轴承，选用陶瓷材料更好。陶瓷轴承的类型目前主要有深沟球轴承、角接触球轴承和圆柱滚子轴承。从是否完全采用陶瓷材料上划分有两种类型：一种是钢制的内外圈加上陶瓷滚动体，称作复合型；另一种是套圈和滚动体均用陶瓷，称作全陶瓷型。全陶瓷轴承在应用中的难点是在与轴配合时因材料的膨胀系数不同而造成碎裂。

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滚动轴承对材料的基本性能要求取决于轴承的工作特性。一般而言，轴承用钢应具有以下的性能：
1.高的接触疲劳强度。
8 H& v+ H# h  U  X2.高的耐磨性。
1 ^9 F8 y) k2 g3.高的弹性极限和屈服强度。
4.高而均匀的硬度。
5.一定的冲击韧度。
6.好的尺寸稳定性。
7.良好的缓蚀性能。
8.良好的工艺性能。
7 Z, A: s' Z( u$ z8 p# C4 Z对于特殊条件下工作的轴承材料，依其特定的要求还应具有与其条件相适应的特殊性能，例如：耐高温、耐低温、耐腐蚀、防辐照、防磁等特性。