現代機器要求軸承在高載荷、高旋轉速度、高旋轉精度下,在寬的工作溫度范圍內,高可靠性地工作。因此制造滾動(dòng)軸承時(shí)選擇材料是否適當對其使用性能有很大影響。而對材料的基本要求是由軸承的破壞形式?jīng)Q定的。一般情況下,滾動(dòng)軸承的主要破壞形式是在交變應力作用下的疲勞剝落,以及因摩擦磨損而使軸承精度喪失。此外,還有裂紋、壓痕、銹蝕等。因而要求制造滾動(dòng)軸承用鋼應具備下列性能:
一.有較高的接觸疲勞強度
滾動(dòng)軸承運轉時(shí),滾動(dòng)體在軸承內、外圈的滾道間滾動(dòng),其接觸部分承受周期性交變載荷,多者每分鐘可達數十萬(wàn)次,在周期性交變應力的反復作用下,接觸表面金屬出現疲勞剝落,引起軸承振動(dòng)、噪聲增大,工作溫度急劇上升,致使軸承最終損壞,稱(chēng)為接觸疲勞破壞。接觸疲勞破壞是軸承正常破壞的主要形式。而材料的接觸疲勞強度高意味著(zhù)其抗疲勞能力強,因此要求滾動(dòng)軸承用鋼,應具有較高的接觸疲勞強度。
二.有良好的耐磨性
滾動(dòng)軸承工作時(shí),除了發(fā)生滾動(dòng)磨擦外,同時(shí)也發(fā)生滑動(dòng)磨擦,發(fā)生滑動(dòng)摩擦的主要部位是:滾動(dòng)體與滾道之間、滾動(dòng)體和保持架兜孔之間、保持架和套圈引導擋邊之間以及滾子端面與套圈引導擋邊之間等。無(wú)論是宏觀(guān)還是微觀(guān)的滑動(dòng)摩擦都會(huì )帶來(lái)接觸表面磨損,滾動(dòng)軸承中滑動(dòng)摩擦的存在不可避免地使軸承零件產(chǎn)生磨損。如果軸承鋼的耐磨性差,滾動(dòng)軸承便會(huì )因磨損而過(guò)早地喪失精度或因旋轉精度下降而使軸承振動(dòng)增加、壽命降低。因此,要求軸承鋼應具有良好的耐磨性。
三.有較高的彈性極限
由于滾動(dòng)體與套圈滾道之間接觸面積很小,軸承在載荷作用下,特別是在較大載荷作用下,接觸表面接觸壓力很大。為了防止在高接觸壓力下發(fā)生過(guò)大的塑性變形,使軸承精度喪失或發(fā)生表面裂紋,因此要求軸承鋼應具有較高的彈性極限。
四.有適宜的硬度
硬度對接觸疲勞強度、耐磨性、彈性極限,都有直接的影響關(guān)系,因此,滾動(dòng)軸承的硬度也直接影響著(zhù)滾動(dòng)軸承的各種壽命。滾動(dòng)軸承鋼的硬度并非越高越好,大小要適宜,過(guò)大或過(guò)小都會(huì )影響接觸疲勞強度、耐磨性、彈性極限,從而影響軸承使用壽命。滾動(dòng)軸承在國家標準中規定:當軸承套圈和滾子用GCr15軸承鋼制造時(shí),其硬度應為HRC61~65;用GCr15SiMn制造時(shí),應為HRC60~64,大量試驗表明,在上述硬度范圍內,材料的接觸疲勞強度、耐磨性和彈性極限都是高的。
五.有一定的韌性
材料的硬度體現著(zhù)抵抗沖擊載荷的能力,很多滾動(dòng)軸承在使用中都會(huì )承受一定的沖擊載荷,因此要求軸承鋼具有一定的韌性,以保證軸承不因沖擊而破壞。
六.有良好的尺寸穩定性
滾動(dòng)軸承是精密的機械零件,其精密度是以微米(µm)來(lái)計量的。在長(cháng)期的保管和使用中,因材料內在組織發(fā)生變化而引起零件尺寸的變化,會(huì )使軸承喪失精度,因此,為保證軸承的尺寸精度,軸承鋼應具有良好的尺寸穩定性。
七.有一定的防銹性能
滾動(dòng)軸承的生產(chǎn)工序繁多,生產(chǎn)周期較長(cháng),有的成品還需較長(cháng)時(shí)間的存放,因此,軸承在生產(chǎn)過(guò)程中和成品保存中都極易發(fā)生銹蝕,特別是在潮濕的空氣中,所以,要求軸承鋼具有一定的防銹性能。
八.有良好的工藝性能
滾動(dòng)軸承在生產(chǎn)中,其零件要經(jīng)過(guò)多道冷、熱加工工序。這就要求軸承鋼應具有良好的工藝性能,如冷、熱成型性能、切削、磨削及熱處理性能等,以適應大批量、高效率、低成本和高質(zhì)量生產(chǎn)的需要。
此外,對于特殊工作條件下使用的軸承,對其用鋼還必須提出相應的特殊性能要求,如耐高溫、高速性能、抗腐蝕以及防磁性能等。