滚动轴承材料
2016-03-17
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滚动轴承的性能和可靠性在很大程度上取决于轴承零件的材料和热处理工艺，特别是用于特殊工况的轴承，其材料的选择和热处理工艺的制定更是尤为重要。
轴承套圈和滚动体用材料要求
由于滚动轴承通常都在较高的转速或较大的载荷下运行，因此，要求滚动轴承主要零件，套圈和滚动体的材料：
必须可以充分淬硬。
必须具有高的疲劳强度和耐磨性。
在所要求的工作温度下，保证轴承零件具有结构和尺寸的稳定性。
普通轴承钢
高碳铬轴承钢
高碳铬轴承钢主要是以传统的GCr15、GCr15SiMn为主，近年来又开发了高淬透性的GCr15SiMo、GCr18Mo钢和限制淬透性的GCr4钢。GCr15SiMo、GCr18Mo钢主要应用于大型轴承零件要求整体淬透或贝氏体淬火；GCr4钢经表面感应淬火，可获得高耐冲击性、高强韧结合性能，可用于制造铁路轴承、轧机轴承等要求承受高接触载荷和冲击载荷的轴承。
各种高碳铬轴承钢应用概况表如下：
高碳铬轴承钢应用概况 材料 主要应用
GCr4 表面淬硬轴承零件
GCr15 滚动轴承套圈和滚动体最常用的材料
套圈壁厚小于等于15mm，滚动体直径小于等于25mm的轴承零件
GCr15SiMn 大型滚动轴承的套圈和滚动体常用的材料
套圈壁厚小于等于35mm，滚动体直径小于等于50mm的轴承零件
GCr15SiMo
GCr18Mo 特大型滚动轴承的套圈和滚动体用材料
套圈壁厚小于等于75mm，滚动体直径小于等于90mm的轴承零件
渗碳轴承钢
对于一些工作时要承受冲击载荷的轴承、截面尺寸较大的轴承，或要求工作表面具有高耐磨性、高抗疲劳性，而心部组织又要求有高强韧性的轴承零件需用渗碳轴承钢制造。常用的渗碳轴承钢是含碳量约0.15%的铬-镍合金钢。渗碳轴承钢制轴承经表面硬化处理后，其使用性能与高碳铬轴承钢制轴承相差无几，因此在寿命计算无需区别，这一点已得到ISO组织的承认。
常用渗碳轴承钢应用举例如下表：
常用渗碳轴承钢应用举例 轴承类型 选用材料 套圈壁厚 滚子直径 钢球直径
普通型轴承 G20CrNi2Mo 小于等于15mm 小于等于20mm 小于等于25mm
大型轴承 G20Cr2Ni4 小于等于70mm 小于等于100mm 小于等于130mm
特大型轴承 G15CrNi3Mo 小于等于110mm 小于等于140mm 小于等于170mm
轴承零件中用碳合金钢
对随冲击载荷条件下工作的轴承，除有选用渗碳轴承钢外，有的还采用中碳合金钢来制造。
中碳合金钢在轴承零件上的应用概况 牌号 主要应用
50CrNiA 制造使用在高冲击负荷下工作的螺旋滚子轴承零件
GCr10 制造使用在高冲击负荷下工作的螺旋滚子轴承零件
65Mn 制造有切口的螺旋滚子外圈
55SiMoV 制造石油与矿山钻探机械牙轮钻头中滚动体和套圈
G8Cr15 制造一般轴承零件或承受低冲击载荷的轴承零件
耐腐蚀轴承用材料
耐腐蚀轴承通常采用不锈钢制造。
9Cr18、9Cr18Mo是制造耐酸耐蚀轴承套圈和滚动体的最常用材料。由于9Cr18、9Cr18Mo钢在冶炼过程中易产生粗大共晶碳化物，且不能通过后续的热处理来彻底地改变它，从而会一定程度地影响轴承产品的疲劳寿命，也会给低噪音轴承的制造带来难度。近年来欧美国家开发的X65Cr13（德国FAG轴承的不锈钢深沟球轴承采用此材质），及日本KOYO公司开发的KUJ440C等，通过降低钢中C、Cr含量，减小共晶碳化物的含量和尺寸，使得制成的轴承在接触疲劳性能、硬度、冲击韧性及耐盐水腐蚀性等都优于9Cr18Mo，但在稀酸中的耐蚀性能不及9Cr18Mo。另外，日本NSK轴承公司推出了优异的不锈钢轴承钢ES1，德国也开发了Cromidur30钢，这些新型的含氮钢，无论耐蚀性还是各项机械性能都明显优于9Cr18Mo，也优于X65Cr13和6Cr14Mo等。
耐高温轴承用材料
高温轴承传统上都采用W18Cr4V或GCr4Mo4V整体淬火制造，欧美国家开发出了RBD、CBS1000和M50NiL等高温渗碳轴承钢，其中以M50NiL使用最为广泛，经渗碳淬火后的轴承零件表面硬度高，而心部韧性是M50钢的2.5倍。目前M50NiL主要应用于航空发动机主轴轴承等要求高温、高速、高应力、高可靠性的轴承。
制造耐高温轴承零件的材料，除要求在一定高温条件下保持硬度外，还必须具备耐磨性、耐疲劳、抗氧化、耐腐蚀和抗冲击，还要有良好的尺寸稳定性以及较好的加工性能。
高温轴承用钢及其应用概况 材料及牌号 应用概况
轴承钢 GCr15 制造工作温度小于200°C的套圈和滚动体
中温轴承钢 GCrSiWV 制造工作温度小于等于250°C的套圈和滚动体
高温轴承钢 GCr4Mo4V 制造工作温度小于等于350°C的套圈和滚动体
高温不锈轴承钢 GCr14Mo4 制造工作温度小于330°C,有腐蚀性介质作用的轴承套圈和滚动体
高速钢 W6Mo5Cr4V2
W9Cr4V2Mo
W18Cr4V 制造工作温度小于等于430°C的套圈和滚动体
制造工作温度小于等于450°C的套圈和滚动体
制造工作温度小于等于550°C的套圈和滚动体
高温渗碳轴承钢 H10Cr4Mo4Ni4V
RR6027 制造工作温度小于等于500°C的大型渗碳轴承套圈和滚动体
特种合金 G60
G50 制造高温、高压、水腐蚀、低负荷轴承套圈和滚动体
陶瓷轴承材料
陶瓷材料由于其特有的高强度、高硬度、可湿润性、耐腐蚀性、密度小、热导率低，尤其是高温下仍可保持很高的耐磨性、良好的工作性能和可靠性，已被越来越多地用于制造在超高温、超高速、强腐蚀、高真空等系统中使用的轴承。
陶瓷材料的种类很多，工程上使用的主要有下列几种：
工程用陶瓷材料的品名 品名 氮化硅 碳化硅 碳化钛 氧化锆 氧化铝
化学式 Si3N4 SiC TiC ZrO2 Al2O3
保持架材料
滚动轴承保持架的主要作用是使滚动体保持分离，防止相邻滚动体的直接接触，使轴承的摩擦和发热降至最低程度；另外保持架也有保持滚动体不脱落和引导滚动体以相同方向排列的作用；在脂润滑轴承中，润滑脂还可以储备于保持架上，保证轴承运行表面的良好润滑。
根据轴承结构和使用特点，轴承保持架有整体成形的，也有由支柱、挡圈、隔圈等组合而成的。
保持架所受的机械应力来自摩擦力、应变力和惯性力，同时还受到某些润滑剂、润滑添加剂及其老化生成物、有机溶剂、冷却液等化学物质的侵蚀，因此保持架材料的选择对轴承运行可靠性影响很大。
轴承保持架常用材料及其应用 材料 应用概述
08,08F,08A1,10,10F 制造浪形、盒形、菊形、葵形、筐形、Z形、盆形、E形等冲压保持架、防尘盖、挡圈、密封圈等
15,15Mn,20 制造直径小于12mm的支柱、衬套和螺母等
ML15,ML20 制造保持架铆钉，长圆柱和螺旋滚子等轴承的支柱
30,40,45,
15Cr(A)18Cr2Ni4WA 制造大型、特大型轴承支柱、大型圆锥滚子轴承的内、外隔圈和保持架等
30CrMnSi(A),40CrNiMoA 制造高温、高速实体保持架
0Cr18Ni9,1Cr18Ni9
00Cr19Ni11,1Cr18Ni9Ti 制造耐腐蚀轴承的保持架、垫圈和铆钉
1Cr17Ni2 制造高速、耐腐蚀轴承保持架
S16SiCuCr 制造在润滑不良条件下工作轴承的保持架
T2,T3 制造冲压铆钉
T8A,T10A 制造冠形保持架的铆钉
H62,H96 制造冲压保持架的铆钉
HPb59-1 制造高强度实体保持架
QAl10-3-1.5 制造高温、高速实体保持架
QSi1-3 制造实体保持架、挡盖和关节轴承内套
QSi3.5-3-1.5 制造高温、高速实体保持架
QSn6.5-0.1 制造高温、高速实体保持架
LY11,LY12 制造高温、高速实体保持架
酚醛层压塑料 制造各类角接触球轴承保持架
尼龙6,尼龙66
玻璃纤维增强尼龙66 制造各类中、小型轴承、微型轴承保持架，特别是低噪声电机轴承保持架
聚苯醚 制造耐腐蚀轴承、真空轴承保持架（无油润滑）
聚碳酸酯 用于有较大冲击负荷作用的轴承，对酸及油类介质稳定
氯化聚醚 制造耐腐蚀轴承保持架、低温性能差
超高分子量聚乙烯、
聚甲醛 制造承受较大负荷，较高转速，有冲击负荷作用和耐腐蚀轴承保持架
聚四氟乙烯 高速轴承或耐腐蚀轴承保持架
聚酰亚胺 制造高速轴承保持架
聚砜 制造高速轴承和耐腐蚀轴承保持架
