1、滚滚 动动 轴轴 承承 钢钢（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滚动轴承钢的介绍钢的介绍滚动轴承滚动轴承钢的应用钢的应用滚动轴承滚动轴承钢的性能钢的性能滚动轴承滚动轴承钢的钢的组织组织滚动轴承滚动轴承钢的钢的夹杂夹杂物缺陷及物缺陷及预防预防滚动轴承钢的介绍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
2、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介绍滚动轴承钢的滚动轴承钢的应用应用常用滚动轴承钢（高碳铬轴承系列常用滚动轴承钢（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。添加添加MnMn，SiSi，MoMo，V V的轴承钢的轴承钢：在铬轴承钢中加入Mn，
3、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。滚动轴承钢的应用滚动轴承钢的应用其他其他类型轴承类型轴承钢钢渗碳轴承渗碳轴承钢钢：轧钢机械、矿山挖掘机械、建筑机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
4、。滚动轴承钢的滚动轴承钢的应用应用高温轴承钢高温轴承钢：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。 Cr4Mo4VCr4Mo4V钢是航空发动机上最钢是航空发动机上最常用的高温轴承常用的高温轴承钢钢，这种钢在热处理和性能上具有高速钢的特点，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。滚动轴承钢的滚动轴承钢的应用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
5、6微米，相当于头发丝的二十分之一。滚动轴承钢的性能滚动轴承钢的性能 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化学成分1 1 高碳高碳 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
6、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。化学成分化学成分2 2 主加合金元素铬主加合金元素铬 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，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
7、降低，同时还会增加碳化物的不均匀性，降低钢的韧性。 化学成分化学成分3 3 加入硅、锰、钒等进一步提高淬透性。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热。通常无铬钢中都含有钒。 热处理工艺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
8、工锻（轧）热处理工艺热处理工艺1 1 预先热处理预先热处理 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。热处理工艺热处理工艺 球化退火后冷却速度控制：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
9、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。热处理工艺热处理工艺2 2 最终热处理最终热处理 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 纯净+组织均匀 降低S、P含量，减少氧化物、硅酸
10、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原始组织要求1 1 原始组织必须无缩孔，皮下气泡、白点和过烧；原始组织必须无缩孔，皮下气泡、白点和过烧；2 2 严格控制非金属夹杂物；严格控制非金属夹杂物；3 3 严格控制疏松级别；严格控制疏松级别；4 4 改善碳化物不均匀性（网状、带状和液析）。改善碳化物不均匀性（网状、带状和液析）。 网状碳
11、化物：控制终轧及随后的冷却速度、正火；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；带状碳化物：长时间的退火； 液析碳化物：高温扩散退火，一般要在液析碳化物：高温扩散退火，一般要在1200120012501250高温下进行长时间扩高温下进行长时间扩 散退火，以改善碳化物偏析。散退火，以改善碳化物偏析。滚动轴承钢的组织GCr15钢钢 淬火回火态淬火回火态 500（回火隐晶马氏体碳化物）（回火隐晶马氏体碳化物） 网状碳化物网状碳化物 500 滚动轴承钢的组织 带状碳化物带状碳化物 500 碳化物液析碳化物液析 500 谢谢 谢谢 观观 看！看！提问环节欢迎同学和老师提问人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
