各類(lèi)軸承鋼材性能介紹
1．高碳鉻鋼
常用軸承鋼為高碳鉻鋼，它的特點(diǎn)是可從表面到芯部淬透到HRC58～66這樣高硬度范圍，故又稱完全淬硬鋼。這種鋼價(jià)格低廉，在世界范圍內(nèi)應(yīng)用得最廣泛。這種鋼又分為鉻鋼、鉻鉬鋼、鉻錳硅鋼和鉻錳鉬鋼四大類(lèi)，自60年代至70年代，各國(guó)高碳鉻鋼中的含鉻量有一定增加，多數(shù)國(guó)家將制造滾動(dòng)體的原含鉻量較低的高碳鉻鋼(相當(dāng)于我國(guó)曾用的GCr6鋼)廢棄不用，而代之以制造套圈的同的鋼種(相當(dāng)于我國(guó)的GCrl5鋼)，而各國(guó)軸承鋼的實(shí)際含鉻量大都偏于其標(biāo)準(zhǔn)范圍的上差，也有稍高于其標(biāo)準(zhǔn)的。我國(guó)軸承鋼新標(biāo)準(zhǔn)YB(T)1—80還將使用量最大的軸承鋼GCr15的最低含鉻量從1.30％提高到1.40％。此外，從70年代起，有些國(guó)家提高了軸承鋼中的含鉬量，或增加了含鉬軸承鋼的新品種，以求獲得更好的淬透性和細(xì)化晶粒。
2．滲碳軸承鋼
滲碳鋼是軸承工業(yè)最早采用的鋼種，當(dāng)前又正在發(fā)展。滲碳軸承鋼用來(lái)制造在有沖擊負(fù)荷或振動(dòng)條件下工作的軸承元件，例如汽車(chē)、機(jī)車(chē)車(chē)輛、建筑機(jī)械，軋鋼機(jī)和農(nóng)業(yè)機(jī)械等的軸承元件。對(duì)這種鋼材的要求為：滲碳表面層可以硬化到具有和高碳鉻鋼相同的硬度和疲勞強(qiáng)度，芯部控制在HRG35—40的硬度范圍內(nèi)，并具有足夠的韌性和良好的綜合機(jī)械強(qiáng)度，表面保留壓應(yīng)力狀態(tài)。達(dá)到此要求的鋼材，所制軸承耐沖擊，表面不易開(kāi)裂，即使表面硬化層發(fā)生微裂紋，也不易向內(nèi)層擴(kuò)展。
滲碳軸承鋼的熱處理工藝復(fù)雜，容易產(chǎn)生脆性、軟點(diǎn)、硬度不均等廢品，因而成本較高。
為了確保滲碳軸承的強(qiáng)度，滲碳元件的表面硬度，表層向內(nèi)層的硬度分布以及芯部硬度，三者都很重要。滲碳濃度要控制適中，含碳量愈高壽命愈長(zhǎng)，但要在殘余奧氏體含量的允許范圍內(nèi)，因?yàn)楹剂扛�，殘余奧氏體含量也高廠．軸承尺寸穩(wěn)定性差。另外，為了改善淬透性，不宜過(guò)多加入某一種元素，宜微量地加入多種合金元素。
3．中碳軸承鋼
在承受更大沖擊而滲碳鋼也不能適應(yīng)的場(chǎng)合下，常采用中碳錳鋼、鉻鋼等制造軸承零件，多為低速大型硬度要求不太高的元件以及各種尺寸的螺旋滾子等。
新近開(kāi)發(fā)的某些中碳鋼品種如GCr15可應(yīng)用于大中小型各種尺寸軸承元件的制造，這是一種可望廣泛應(yīng)用的有發(fā)展前途的鋼種。它的化學(xué)成分和GCrl5大體相同，只是含碳量較低，其特點(diǎn)是能顯著改善鋼中碳化物的不均向性，獲得均勻細(xì)小的球化退火組織，微裂紋難于萌生和擴(kuò)展，使得疲勞強(qiáng)度和壓碎強(qiáng)度高于GCr15，由于含碳量少，位錯(cuò)馬氏體的比例增加，對(duì)材料缺陷的敏感性就降低，其淬火硬度可以較高，含鉻量又與GCr15相同，所以它的耐磨性，防銹性、回火穩(wěn)定性，淬透性以及多種機(jī)械特性與GCr15相當(dāng)，而對(duì)于振動(dòng)和沖擊負(fù)荷的耐力，則高于GCrl5，同時(shí)這種鋼的工藝性能較好，鋼的生產(chǎn)和軸承制造成本有所降低，軸承的使用壽命也有所增加，因此可以在很大范圍內(nèi)與GCrl5相競(jìng)爭(zhēng)。
4．高溫軸承鋼
（１）對(duì)高溫下工作的軸承鋼材的要求
現(xiàn)代技術(shù)如核動(dòng)力系統(tǒng)、噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)以及燃?xì)廨啓C(jī)等的工作溫度常達(dá)數(shù)百度以至數(shù)千度，，顯然普通的軸承鋼材無(wú)法應(yīng)用。必須使用高溫軸承鋼或其他耐高溫材料。
通常認(rèn)為超過(guò)120℃的溫度條件，便算是高溫工作條件，此時(shí)普通軸承鋼會(huì)發(fā)生組織變化和屈服強(qiáng)度降低，精度逐步喪失；而當(dāng)軸承工作溫度超過(guò)軸承材料回火溫度時(shí)，其硬度就明顯下降，工作溫度超過(guò)180℃時(shí)硬度就急劇下降，很快出現(xiàn)早期疲勞和磨損。
保證軸承在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)精度和使用壽命的中心環(huán)節(jié)是保證軸承在高溫下具有足夠的硬度和尺寸與形狀的穩(wěn)定程度，因此對(duì)于高溫軸承鋼提出如下要求：
1)高溫下硬度不低于HRC50～56；金相組織穩(wěn)定；
2)高溫尺寸穩(wěn)定性良好，溫度膨脹系數(shù)小，沒(méi)有顯著的組織變化，抗蠕變性好，殘余應(yīng)力小；
3)抗氧化性好，生成的氧化膜與基體結(jié)合牢固，而且耐磨性和疲勞強(qiáng)度好，耐熱震性好，能經(jīng)受較快的溫度變化，導(dǎo)熱性要好；
4)作為軸承鋼所應(yīng)有的其他材料特性。
（２）高溫軸承的常用鋼材在180℃以下的低負(fù)荷場(chǎng)合，可將常用軸承鋼進(jìn)行高溫回火(160～300℃)使用，如果硬度不合要求，可改用亞高溫軸承鋼GCrSiWV，這種鋼的工作溫度在250℃左右。在300℃左右的溫度下可采用Cr4Mo4V，在538℃以下可采用W6Cr4Mo5V2，超過(guò)此溫度則使用鈷基、鉻基或鉬基合金制造軸承，而當(dāng)溫度超過(guò)81℃時(shí)可用碳化鈦、碳化鎢等金屬陶瓷材料，更高溫度時(shí)可使用氧化鋯等陶瓷材料，用這類(lèi)材料制成的軸承所能承受的最高工作溫度可達(dá)1650℃。
5．耐腐蝕軸承鋼
幾種高溫軸承鋼的壽命對(duì)比在普通軸承鋼已不能勝任的腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中，就要用耐腐蝕軸承鋼來(lái)制造軸承及其零件，例如在接觸水或水蒸氣的水力機(jī)械中，在接觸酸和堿的化工機(jī)械中，在接觸海水的艦艇船舶中；儀器儀表中的軸承也常用耐腐蝕鋼制造，因?yàn)檩S承稍有銹蝕便會(huì)影響到它們的計(jì)量精度和反應(yīng)靈敏度；食品工業(yè)中的軸承有時(shí)也用耐腐蝕鋼制造，因?yàn)樗ＭS承能耐腐蝕，不致有腐蝕物質(zhì)而引起食物污染。耐腐蝕軸承鋼可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是馬氏體系不銹鋼用于要求硬度較高的場(chǎng)合；一類(lèi)是奧氏體系不銹鋼，用于要求有更好耐腐蝕性的場(chǎng)合。前者常添加相當(dāng)數(shù)量的鉬來(lái)取代部分鉻，以改善耐海水腐蝕的性能，后者的硬度較低，負(fù)荷承載能力和使用壽命不及前者。
許多耐腐蝕鋼也能耐高溫，兩種鋼材常常通用，但二者的目標(biāo)卻不相同，高溫用鋼材重點(diǎn)要求高溫硬度和高溫尺寸與形狀精度的穩(wěn)定性，而耐腐蝕鋼重點(diǎn)要求化學(xué)穩(wěn)定性�，F(xiàn)代技術(shù)要求軸承在高溫、高腐蝕性、無(wú)潤(rùn)滑的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，例如新式原子鍋爐中的軸承要在鈉溶液中運(yùn)轉(zhuǎn)，上述高溫軸承鋼都不能適應(yīng)，這時(shí)需用特殊非鐵合金或陶瓷材料制造軸承了。
國(guó)外常用的耐腐蝕鋼140r4Mo具有較好的耐酸堿能力，只是對(duì)于沸騰的稀硝酸的耐力低于耐腐蝕鋼440C，而SUS304的耐海水能力很強(qiáng)，常用來(lái)制造潛水泵以至潛水艇中的軸承，但其硬度有些低。這兩種鋼也能耐高溫。90r18Mo的耐高溫和耐腐蝕能力都很高，甚至可在400℃的硝酸或鹽酸的蒸氣中工作。
6．耐低溫軸承鋼
在航天技術(shù)中，為火箭提供液體燃料的渦輪泵軸承要在液態(tài)氧和液體氫中運(yùn)轉(zhuǎn)。其溫度和液化氣體相等。由于普通軸承鋼存在馬氏體組織，本來(lái)韌性就不理想，又有低溫脆性，如用于—5～—200℃低溫，實(shí)際上會(huì)由于空氣中潮氣在軸承表面凝結(jié)水珠而產(chǎn)生銹蝕，所以應(yīng)采用不銹鋼。一般將馬氏體系不銹鋼進(jìn)行低溫深冷處理，以保證其組織不發(fā)生變化。在液態(tài)氧(沸點(diǎn)—183℃)中用SUS4400鋼制造的向心球軸承與圓柱滾子軸承所作運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明，軸承除擋邊表面有些磨損外無(wú)特殊異常，可以經(jīng)受高達(dá)20000r/min的轉(zhuǎn)速，但是這時(shí)軸承的保持架必須采用特殊材料制造。耐低溫軸承的保持架本身也有用不銹鋼制造的，常用的有奧氏體系的SUS304鋼和馬氏體系的SUS440V鋼，前者易于加工，使用較多。
總之，耐低溫軸承鋼的技術(shù)關(guān)鍵在于無(wú)低溫脆性和耐冷凝水的腐蝕性，而馬氏體系SUS4400可達(dá)到的表面硬度為HRC56～60，低于常用軸承鋼，所以其基本額定靜負(fù)荷和基本額定動(dòng)負(fù)荷，或者其使用壽命都比相同基本型號(hào)同一尺寸規(guī)格的常用軸承鋼軸承要低些，這一點(diǎn)必須加以注意。