滾動軸承材料
2016-03-17
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滾動軸承的性能和可靠性在很大程度上取決于軸承零件的材料和熱處理工藝，特別是用于特殊工況的軸承，其材料的選擇和熱處理工藝的制定更是尤為重要。
軸承套圈和滾動體用材料要求
由于滾動軸承通常都在較高的轉速或較大的載荷下運行，因此，要求滾動軸承主要零件，套圈和滾動體的材料：
必須可以充分淬硬。
必須具有高的疲勞強度和耐磨性。
在所要求的工作溫度下，保證軸承零件具有結構和尺寸的穩定性。
普通軸承鋼
高碳鉻軸承鋼
高碳鉻軸承鋼主要是以傳統的GCr15、GCr15SiMn為主，近年來又開發了高淬透性的GCr15SiMo、GCr18Mo鋼和限制淬透性的GCr4鋼。GCr15SiMo、GCr18Mo鋼主要應用于大型軸承零件要求整體淬透或貝氏體淬火；GCr4鋼經表面感應淬火，可獲得高耐沖擊性、高強韌結合性能，可用于制造鐵路軸承、軋機軸承等要求承受高接觸載荷和沖擊載荷的軸承。
各種高碳鉻軸承鋼應用概況表如下：
高碳鉻軸承鋼應用概況 材料 主要應用
GCr4 表面淬硬軸承零件
GCr15 滾動軸承套圈和滾動體最常用的材料
套圈壁厚小于等于15mm，滾動體直徑小于等于25mm的軸承零件
GCr15SiMn 大型滾動軸承的套圈和滾動體常用的材料
套圈壁厚小于等于35mm，滾動體直徑小于等于50mm的軸承零件
GCr15SiMo
GCr18Mo 特大型滾動軸承的套圈和滾動體用材料
套圈壁厚小于等于75mm，滾動體直徑小于等于90mm的軸承零件
滲碳軸承鋼
對于一些工作時要承受沖擊載荷的軸承、截面尺寸較大的軸承，或要求工作表面具有高耐磨性、高抗疲勞性，而心部組織又要求有高強韌性的軸承零件需用滲碳軸承鋼制造。常用的滲碳軸承鋼是含碳量約0.15%的鉻-鎳合金鋼。滲碳軸承鋼制軸承經表面硬化處理后，其使用性能與高碳鉻軸承鋼制軸承相差無幾，因此在壽命計算無需區別，這一點已得到ISO組織的承認。
常用滲碳軸承鋼應用舉例如下表：
常用滲碳軸承鋼應用舉例 軸承類型 選用材料 套圈壁厚 滾子直徑 鋼球直徑
普通型軸承 G20CrNi2Mo 小于等于15mm 小于等于20mm 小于等于25mm
大型軸承 G20Cr2Ni4 小于等于70mm 小于等于100mm 小于等于130mm
特大型軸承 G15CrNi3Mo 小于等于110mm 小于等于140mm 小于等于170mm
軸承零件中用碳合金鋼
對隨沖擊載荷條件下工作的軸承，除有選用滲碳軸承鋼外，有的還采用中碳合金鋼來制造。
中碳合金鋼在軸承零件上的應用概況 牌號 主要應用
50CrNiA 制造使用在高沖擊負荷下工作的螺旋滾子軸承零件
GCr10 制造使用在高沖擊負荷下工作的螺旋滾子軸承零件
65Mn 制造有切口的螺旋滾子外圈
55SiMoV 制造石油與礦山鉆探機械牙輪鉆頭中滾動體和套圈
G8Cr15 制造一般軸承零件或承受低沖擊載荷的軸承零件
耐腐蝕軸承用材料
耐腐蝕軸承通常采用不銹鋼制造。
9Cr18、9Cr18Mo是制造耐酸耐蝕軸承套圈和滾動體的最常用材料。由于9Cr18、9Cr18Mo鋼在冶煉過程中易產生粗大共晶碳化物，且不能通過后續的熱處理來徹底地改變它，從而會一定程度地影響軸承產品的疲勞壽命，也會給低噪音軸承的制造帶來難度。近年來歐美國家開發的X65Cr13（德國FAG軸承的不銹鋼深溝球軸承采用此材質），及日本KOYO公司開發的KUJ440C等，通過降低鋼中C、Cr含量，減小共晶碳化物的含量和尺寸，使得制成的軸承在接觸疲勞性能、硬度、沖擊韌性及耐鹽水腐蝕性等都優于9Cr18Mo，但在稀酸中的耐蝕性能不及9Cr18Mo。另外，日本NSK軸承公司推出了優異的不銹鋼軸承鋼ES1，德國也開發了Cromidur30鋼，這些新型的含氮鋼，無論耐蝕性還是各項機械性能都明顯優于9Cr18Mo，也優于X65Cr13和6Cr14Mo等。
耐高溫軸承用材料
高溫軸承傳統上都采用W18Cr4V或GCr4Mo4V整體淬火制造，歐美國家開發出了RBD、CBS1000和M50NiL等高溫滲碳軸承鋼，其中以M50NiL使用最為廣泛，經滲碳淬火后的軸承零件表面硬度高，而心部韌性是M50鋼的2.5倍。目前M50NiL主要應用于航空發動機主軸軸承等要求高溫、高速、高應力、高可靠性的軸承。
制造耐高溫軸承零件的材料，除要求在一定高溫條件下保持硬度外，還必須具備耐磨性、耐疲勞、抗氧化、耐腐蝕和抗沖擊，還要有良好的尺寸穩定性以及較好的加工性能。
高溫軸承用鋼及其應用概況 材料及牌號 應用概況
軸承鋼 GCr15 制造工作溫度小于200°C的套圈和滾動體
中溫軸承鋼 GCrSiWV 制造工作溫度小于等于250°C的套圈和滾動體
高溫軸承鋼 GCr4Mo4V 制造工作溫度小于等于350°C的套圈和滾動體
高溫不銹軸承鋼 GCr14Mo4 制造工作溫度小于330°C,有腐蝕性介質作用的軸承套圈和滾動體
高速鋼 W6Mo5Cr4V2
W9Cr4V2Mo
W18Cr4V 制造工作溫度小于等于430°C的套圈和滾動體
制造工作溫度小于等于450°C的套圈和滾動體
制造工作溫度小于等于550°C的套圈和滾動體
高溫滲碳軸承鋼 H10Cr4Mo4Ni4V
RR6027 制造工作溫度小于等于500°C的大型滲碳軸承套圈和滾動體
特種合金 G60
G50 制造高溫、高壓、水腐蝕、低負荷軸承套圈和滾動體
陶瓷軸承材料
陶瓷材料由于其特有的高強度、高硬度、可濕潤性、耐腐蝕性、密度小、熱導率低，尤其是高溫下仍可保持很高的耐磨性、良好的工作性能和可靠性，已被越來越多地用于制造在超高溫、超高速、強腐蝕、高真空等系統中使用的軸承。
陶瓷材料的種類很多，工程上使用的主要有下列幾種：
工程用陶瓷材料的品名 品名 氮化硅 碳化硅 碳化鈦 氧化鋯 氧化鋁
化學式 Si3N4 SiC TiC ZrO2 Al2O3
保持架材料
滾動軸承保持架的主要作用是使滾動體保持分離，防止相鄰滾動體的直接接觸，使軸承的摩擦和發熱降至最低程度；另外保持架也有保持滾動體不脫落和引導滾動體以相同方向排列的作用；在脂潤滑軸承中，潤滑脂還可以儲備于保持架上，保證軸承運行表面的良好潤滑。
根據軸承結構和使用特點，軸承保持架有整體成形的，也有由支柱、擋圈、隔圈等組合而成的。
保持架所受的機械應力來自摩擦力、應變力和慣性力，同時還受到某些潤滑劑、潤滑添加劑及其老化生成物、有機溶劑、冷卻液等化學物質的侵蝕，因此保持架材料的選擇對軸承運行可靠性影響很大。
軸承保持架常用材料及其應用 材料 應用概述
08,08F,08A1,10,10F 制造浪形、盒形、菊形、葵形、筐形、Z形、盆形、E形等沖壓保持架、防塵蓋、擋圈、密封圈等
15,15Mn,20 制造直徑小于12mm的支柱、襯套和螺母等
ML15,ML20 制造保持架鉚釘，長圓柱和螺旋滾子等軸承的支柱
30,40,45,
15Cr(A)18Cr2Ni4WA 制造大型、特大型軸承支柱、大型圓錐滾子軸承的內、外隔圈和保持架等
30CrMnSi(A),40CrNiMoA 制造高溫、高速實體保持架
0Cr18Ni9,1Cr18Ni9
00Cr19Ni11,1Cr18Ni9Ti 制造耐腐蝕軸承的保持架、墊圈和鉚釘
1Cr17Ni2 制造高速、耐腐蝕軸承保持架
S16SiCuCr 制造在潤滑不良條件下工作軸承的保持架
T2,T3 制造沖壓鉚釘
T8A,T10A 制造冠形保持架的鉚釘
H62,H96 制造沖壓保持架的鉚釘
HPb59-1 制造高強度實體保持架
QAl10-3-1.5 制造高溫、高速實體保持架
QSi1-3 制造實體保持架、擋蓋和關節軸承內套
QSi3.5-3-1.5 制造高溫、高速實體保持架
QSn6.5-0.1 制造高溫、高速實體保持架
LY11,LY12 制造高溫、高速實體保持架
酚醛層壓塑料 制造各類角接觸球軸承保持架
尼龍6,尼龍66
玻璃纖維增強尼龍66 制造各類中、小型軸承、微型軸承保持架，特別是低噪聲電機軸承保持架
聚苯醚 制造耐腐蝕軸承、真空軸承保持架（無油潤滑）
聚碳酸酯 用于有較大沖擊負荷作用的軸承，對酸及油類介質穩定
氯化聚醚 制造耐腐蝕軸承保持架、低溫性能差
超高分子量聚乙烯、
聚甲醛 制造承受較大負荷，較高轉速，有沖擊負荷作用和耐腐蝕軸承保持架
聚四氟乙烯 高速軸承或耐腐蝕軸承保持架
聚酰亞胺 制造高速軸承保持架
聚砜 制造高速軸承和耐腐蝕軸承保持架
