滚动轴承用钢的基本性能要求

滚动轴承零件在实际使用过程中,往往要在拉伸、压缩、弯曲、剪切、交变等复杂应力状态和高应力值条件下, 高速长时间工作。 选择制造滚动轴承的材料是否合适,对其使用性能和寿命将有很大影响。 而选择材料的基本方法是根据轴承的破坏 (失效)形式来决定的。一般情况下,滚动轴承的主要破坏形式是在交变应力作用下的疲劳剥落,以及由于摩擦磨损而使轴承的精度丧失,此外,还有裂纹、压坑、锈蚀等原因造成轴承的非正常破坏。因此,总体而言,滚动轴承应具有高的抗塑性变形能力,少的摩擦磨损,良好的旋转精度,高的尺寸精度,良好的尺寸稳定性,以及长的接触疲劳寿命。而且其中很多性能是由材料和热处理工艺所共同决定的。因而要求制造滚动轴承的材料经过后工序的一定热处理后具备以下的性能。

1高的接触疲劳性能

滚动轴承运转时,滚动体在轴承内、外圈的滚道间滚动时,其接触部分承受周期性交变负荷,多者每分钟达数万次或数十万次。在周期性交变应力的反复作用下,接触表面出现疲劳剥落。开始出现剥落后引起轴承的振动、噪音增大,工作温度不断上升,致使轴承最终疲劳破坏而不能使用。接触疲劳破坏是滚动轴承破坏的主要形式。

因此,要求滚动轴承用钢应具有较高的接触疲劳强度。

2高的耐磨性

滚动轴承正常工作时,除了发生滚动摩擦外,还伴有滑动摩擦。其发生滑动摩擦的主要部位有:滚动体和滚道之间的接触面,滚动体和保持架兜孔之间的接触面,保持架和套圈引导挡边的接触面,滚子的端面和套圈挡边的接触面。滚动轴承中滑动摩擦的存在不可避免地使轴承零件产生磨损。如果轴承钢的耐磨性差,滚动轴承便会因为磨损而过早地丧失轴承的精度或因为轴承旋转精度的下降而使轴承的振动增加,寿命下降。因此,要求轴承钢具有高的耐磨性。

3高的弹性极限

滚动轴承工作时,由于滚动体于内外套圈之间接触面积小,轴承在承受负荷时、尤其是承受较大负荷情况下,接触表面的接触应力很大,为了防止在高的接触应力下发生塑性变形,以致于破坏轴承精度和产生表面裂纹,所以轴承用钢应具有高的弹性极限。

4合适的硬度

硬度对接触疲劳寿命、耐磨性、弹性极限有着非常密切的关系,因此滚动轴承的硬度也直接影响着滚动轴承的寿命,所以硬度是滚动轴承的重要指标之一。滚动轴承的硬度通常要根据轴承承受负荷的方式和大小、轴承尺寸和壁厚的总体情况来决定,硬度过高或过低都将影响轴承的寿命。众所周知,滚动轴承的主要失效形式有接触疲

劳破坏;耐磨性差或尺寸不稳定而导致轴承精度丧失;轴承零件缺乏一定的韧性,在承受较大冲击负荷而发生脆断导致轴承的破坏。一定要根据轴承的具体情况和失效的方式来确定轴承的硬度。对于由于疲劳剥落破坏或由于轴承零件耐磨性差导致轴承精度丧失的情况,轴承零件应选择较高的硬度;对于承受较大冲击负荷的轴承(例如轧

机轴承、部分汽车轴承等) ,适当降低硬度以提高轴承的韧性是十分必要的。

5一定的韧性

很多轴承在使用过程中都承受一定的冲击负荷,因此要求轴承钢具有一定的韧性, 以保证轴承不因承受冲击负荷而破坏。对于承受较大冲击负荷的轴承如轧机轴承、铁路轴承等要求材料具有相对较高的冲击韧性和断裂韧性, 这些轴承有的用贝氏体淬火,有的用渗碳钢,就是保证这些轴承具有较好的耐冲击性能。

6良好的尺寸稳定性

滚动轴承是精密的机械零件,其精度是以微米为计算单位的。在轴承长期的保管和使用过程中, 不能因轴承零件内在组织或应力变化而引起轴承尺寸的改变导致轴承的精度丧失。因此,要求轴承用钢具有较好的尺寸稳定性。

7一定的防锈性能

因滚动轴承的生产工序繁多,生产周期较长,有的半成品或成品零件在装配前需要较长时间的存放,因此,轴承零件在生产过程中或在成品保存中都极易发生一定的锈蚀,尤其是在潮湿的空气中。因此,滚动轴承用钢要求具有一定的防锈性能。

8良好的工艺性能

滚动轴承在生产过程中,零件需要经过多道冷、热加工工序,这就要求轴承用钢应具有良好的加工性能,如冷、热成型性能,切削加工性能,磨削加工性能,热处理性能等,以适应滚滚动轴承大批量、高效率、低成本和高质量的生产需要。 此外,对于特殊工况条件下使用的轴承用钢除以上几个基本要求外,还应具备相应的特殊性能要求,如耐高温性能、高速性能、抗腐蚀和无磁性能。


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