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1、滚 动 轴 承 钢 （Rolling Bearing Steel）,金 属 材 料 学,主讲课程,班 级： 金132 制作人：贺银峰 主讲人：钱睿成 杨 洋 审 核： 颜 安,主要内容,滚动轴承钢的介绍,滚动轴承钢（Rolling Bearing Steel）是用于制造滚动轴承的滚动体和内外套圈的钢，通常在淬火状态下使用。滚动轴承在工作中需承受很高的交变载荷，滚动体与内外圈之间的接触应力大，同时又工作在润滑剂介质中。因此，滚动轴承钢具有高的抗压强度和抗疲劳强度，有一定的韧性、塑性、耐磨性和耐蚀性，钢的内部组织成分均匀，热处理后有良好的尺寸稳定性。常用的滚动轴承钢是含碳0.95%1.10%、含铬
2、0.40%1.60%的高碳低铬轴承钢，如GCr6、GCr9、GCr15等。,滚动轴承钢的介绍,滚动轴承钢的应用,常用滚动轴承钢（高碳铬轴承系列） 根据其合金元素种类分为两类 铬轴承钢：典型代表是GCr15，使用量占轴承钢的绝大部分。由于淬透性不高，因此多用于小轴承。 添加Mn，Si，Mo，V的轴承钢：在铬轴承钢中加入Mn，Si可提高淬透透性，如GCr15SiMn钢等，主要用于制造大型轴承；为了节约Cr，可以加入Mo，V，得到不含铬的轴承钢，如GSiMnMoV，GSiMnMoVRE钢等，其性能和用途与GCr15钢相近。,滚动轴承钢的应用,其他类型轴承钢 渗碳轴承钢：轧钢机械、矿山挖掘机械、建筑机
3、械等一些受冲击负荷较大的机械使用的轴承，不仅要求其表面硬度高、耐磨性好，具有较高的接触疲劳强度，还要求心部有一定的韧性、足够的强度和硬度，可以选用渗碳钢制造。 不锈轴承钢：对于在酸、碱、盐等腐蚀介质中使用的轴承，要求具有良好的化学稳定性，故而常采用高碳高铬不锈钢制造，如9Cr18等。,滚动轴承钢的应用,高温轴承钢：这类钢的成分特点是含有大量的W、Mo、Cr、V等碳化物形成元素，淬火后可获得高合金化的高碳马氏体，具有良好的回火稳定性，并在高温回火后产生二次硬化现象，能在高温下保持高硬度、高耐磨性和良好的接触疲劳强度。 Cr4Mo4V钢是航空发动机上最常用的高温轴承钢，这种钢在热处理和性能上具有高
4、速钢的特点，但含合金元素含量略少，故高温硬度不如高速钢，但这种钢的加工性能好于高速钢。,滚动轴承钢的应用,世界上最大的滚动轴承是海上巨型风机SL5000的发电机底座轴承，直径有两层楼高，加工精度不超过6微米，相当于头发丝的二十分之一。,滚动轴承钢的性能,根据轴承的工作条件和失效破坏情况，轴承钢的性能应满足如下要求： 高而均匀的硬度与耐磨性 高的接触疲劳强度 高的弹性极限和一定的韧度 尺寸稳定性好 一定的耐蚀性 具有良好的冷、热加工性能 对于在特殊条件下工作的轴承，还有其他的特殊要求，如高温性能，不锈耐蚀性等。,滚动轴承钢的性能,为了满足轴承的性能要求，对轴承钢来说，需要做到以下三点： 1. 正
5、确的化学成分 2. 高的冶金质量 3. 合理的热处理工艺,化学成分,1 高碳 为了保证轴承钢有高的硬度和耐磨性，轴承钢的碳含量很高，一般为1%左右，属于过共析钢。 一部分存在于马氏体基体中以强化马氏体；另一部分形成足够数量的碳化物以获得所要求的耐磨性。 过高的碳含量会增加碳化物分布的不均匀性，且易生成网状碳化物而降低其性能。,化学成分,2 主加合金元素铬 Cr的作用是提高钢的淬透性和钢的耐腐蚀性能。 钢中部分铬形成的合金渗碳体(Fe,Cr)3C在淬火加热时溶解较慢，可减少过热倾向，经热处理后可以得到较细的组织； 碳化物能以细小质点均匀分布于钢基体组织中，既可提高钢的回火稳定性，又可提高钢的硬度
6、，进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。 适宜的铬含量为0.40%-1.65%。 当铬含量高于1.65%以后，则会使残余奥氏体增加，使钢的硬度和尺寸稳定性降低，同时还会增加碳化物的不均匀性，降低钢的韧性。,化学成分,3 加入硅、锰、钒等进一步提高淬透性。 大型轴承用钢中还需加入更多的合金元素以提高淬透性，通常加入Mn、Si提高淬透性，适量的Si（0.40%-0.60%）还能明显地提高钢的强度和弹性极限；锰还可和钢中的硫生成稳定的MnS，硫化物常能包围氧化物，形成以氧化物为核心的复合夹杂物，减轻氧化物对钢的危害作用。 加入V一部分溶于奥氏体，提高淬透性，另一部分形成碳化钒VC，提高钢的耐磨性并防止过
7、热。通常无铬钢中都含有钒。,热处理工艺,轴承钢一般的工艺路线为： 球化退火,机械加工,淬火、回火,磨加工,锻（轧）,热处理工艺,1 预先热处理 由于轴承钢是过共析钢，并且对碳化物的形状和分布要求较高，因此通常采用球化退火。 球化退火加热温度：GCr15钢的球化退火加热温度范围780810，790被认为是最适宜的加热温度。 加热温度过高，奥氏体中未溶碳化物量过少，奥氏体成分进一步均匀化，冷却后得到的是粗片层珠光体，或有大块聚集碳化物，这是不合格的过热组织； 加热温度不足，片状珠光体溶解得不充分，奥氏体成分很不均匀，冷却过程中碳化物沿着原片层析出，或呈细小的链状特征。,热处理工艺,球化退火后冷却速
8、度控制：碳化物的形状取决于加热温度，而碳化物的弥散度取决于冷却速度。冷却速度越大，碳化物的弥散度也越大，其硬度也越高。,冷却方式有两种： 一种是连续冷却，按冷却速度10/h冷到600出炉； 二是在720等温冷却到600出炉。,热处理工艺,2 最终热处理 轴承钢的最终热处理是淬火+低温回火。 对GCr15钢，淬火加热温度为830-860。,温度过高会引起过热，晶粒长大，使钢的韧性和疲劳强度下降，且易淬裂和变形； 温度过低，则奥氏体中溶解的铬和碳的含量不够，钢淬火后硬度不足。 马氏体中的碳含量在0.45%-0.5%时，轴承钢既具有高硬度，又有良好的韧性，还具有最高的接触疲劳寿命。,冶金质量要求,纯
9、净+组织均匀 降低S、P含量，减少氧化物、硅酸盐夹杂物的数量，提高冶金质量。 由于轴承钢的接触疲劳性能对钢材的微小缺陷十分敏感，所以要求S0.02%，P0.027%，一般采用电渣重熔、电炉冶炼及真空冶炼等技术以减少夹杂物数量。 氧化物、硅酸盐夹杂物破坏基体的连续性，引起应力集中，在热塑变形中夹杂物的边缘易形成空洞或裂纹。,滚动轴承钢的组织,原始组织要求 1 原始组织必须无缩孔，皮下气泡、白点和过烧； 2 严格控制非金属夹杂物； 3 严格控制疏松级别； 4 改善碳化物不均匀性（网状、带状和液析）。 网状碳化物：控制终轧及随后的冷却速度、正火； 带状碳化物：长时间的退火； 液析碳化物：高温扩散退火，一般要在12001250高温下进行长时间扩 散退火，以改善碳化物偏析。,滚动轴承钢的组织,滚动轴承钢的组织,谢 谢 观 看！,提问环节,欢迎同学和老师提问,
