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137 9521 77771.高碳鉻鋼
常用進(jìn)口軸承鋼為高碳鉻鋼,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。這種鋼價格低廉,在世界范圍內(nèi)應(yīng)用得廣泛。這種鋼又分為鉻鋼、鉻鉬鋼、鉻錳硅鋼和鉻錳鉬鋼四大類,自60年代至70年代,各國高碳鉻鋼中的含鉻量有一定增加,多數(shù)國家將制造滾動體的原含鉻量較低的高碳鉻鋼(相當(dāng)于我國曾用的GCr6鋼)廢棄不用,而代之以制造套圈的同的鋼種(相當(dāng)于我國的GCrl5鋼),而各國進(jìn)口軸承鋼的實(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。我國進(jìn)口軸承鋼新標(biāo)準(zhǔn)YB(T)1—80還將使用量最大的進(jìn)口軸承鋼GCr15的最低含鉻量從1.30%提高到1.40%。此外,從70年代起,有些國家提高了進(jìn)口軸承鋼中的含鉬量,或增加了含鉬進(jìn)口軸承鋼的新品種,以求獲得更好的淬透性和細(xì)化晶粒。
2.滲碳進(jìn)口軸承鋼
滲碳鋼是進(jìn)口軸承工業(yè)最早采用的鋼種,當(dāng)前又正在發(fā)展。滲碳進(jìn)口軸承鋼用來制造在有沖擊負(fù)荷或振動條件下工作的進(jìn)口軸承元件,例如汽車、機(jī)車車輛、建筑機(jī)械,軋鋼機(jī)和農(nóng)業(yè)機(jī)械等的進(jìn)口軸承元件。對這種鋼材的要求為: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,所制進(jìn)口軸承耐沖擊,表面不易開裂,即使表面硬化層發(fā)生微裂紋,也不易向內(nèi)層擴(kuò)展。
滲碳進(jìn)口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。
為了確保滲碳進(jìn)口軸承的強(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,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.進(jìn)口軸承尺寸穩(wěn)定性差。另外,為了改善淬透性,不宜過多加入某一種元素,宜微量地加入多種合金元素。
3.中碳進(jìn)口軸承鋼
在承受更大沖擊而滲碳鋼也不能適應(yīng)的場合下,常采用中碳錳鋼、鉻鋼等制造進(jìn)口軸承零件,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進(jìn)口軸承元件的制造,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,位錯馬氏體的比例增加,對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),而對于振動和沖擊負(fù)荷的耐力,則高于GCrl5,同時這種鋼的工藝性能較好,鋼的生產(chǎn)和進(jìn)口軸承制造成本有所降低,進(jìn)口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相競爭。
4.高溫進(jìn)口軸承鋼
(1)對高溫下工作的進(jìn)口軸承鋼材的要求
現(xiàn)代技術(shù)如核動力系統(tǒng)、噴氣式發(fā)動機(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,,顯然普通的進(jìn)口軸承鋼材無法應(yīng)用。必須使用高溫進(jìn)口軸承鋼或其他耐高溫材料。
通常認(rèn)為超過120℃的溫度條件,便算是高溫工作條件,此時普通進(jìn)口軸承鋼會發(fā)生組織變化和屈服強(qiáng)度降低,精度逐步喪失;而當(dāng)進(jìn)口軸承工作溫度超過進(jìn)口軸承材料回火溫度時,其硬度就明顯下降,工作溫度超過180℃時硬度就急劇下降,很快出現(xiàn)早期疲勞和磨損。
保證進(jìn)口軸承在高溫下運(yùn)轉(zhuǎn)精度和使用壽命的中心環(huán)節(jié)是保證進(jìn)口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,因此對于高溫進(jìn)口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,沒有顯著的組織變化,抗蠕變性好,殘余應(yīng)力??;
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)作為進(jìn)口軸承鋼所應(yīng)有的其他材料特性。
(2)高溫進(jìn)口軸承的常用鋼材在180℃以下的低負(fù)荷場合,可將常用進(jìn)口軸承鋼進(jìn)行高溫回火(160~300℃)使用,如果硬度不合要求,可改用亞高溫進(jìn)口軸承鋼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,超過此溫度則使用鈷基、鉻基或鉬基合金制造進(jìn)口軸承,而當(dāng)溫度超過81℃時可用碳化鈦、碳化鎢等金屬陶瓷材料,更高溫度時可使用氧化鋯等陶瓷材料,用這類材料制成的進(jìn)口軸承所能承受的最高工作溫度可達(dá)1650℃。
5.耐腐蝕進(jìn)口軸承鋼
幾種高溫進(jìn)口軸承鋼的壽命對比在普通進(jìn)口軸承鋼已不能勝任的腐蝕性介質(zhì)環(huán)境中,就要用耐腐蝕進(jìn)口軸承鋼來制造進(jìn)口軸承及其零件,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;儀器儀表中的進(jìn)口軸承也常用耐腐蝕鋼制造,因?yàn)檫M(jìn)口軸承稍有銹蝕便會影響到它們的計(jì)量精度和反應(yīng)靈敏度;食品工業(yè)中的進(jìn)口軸承有時也用耐腐蝕鋼制造,因?yàn)樗MM(jìn)口軸承能耐腐蝕,不致有腐蝕物質(zhì)而引起食物污染。耐腐蝕進(jìn)口軸承鋼可分為兩大類:一類是馬氏體系不銹鋼用于要求硬度較高的場合;一類是奧氏體系不銹鋼,用于要求有更好耐腐蝕性的場合。前者常添加相當(dāng)數(shù)量的鉬來取代部分鉻,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)要求進(jìn)口軸承在高溫、高腐蝕性、無潤滑的條件下運(yùn)轉(zhuǎn),例如新式原子鍋爐中的進(jìn)口軸承要在鈉溶液中運(yùn)轉(zhuǎn),上述高溫進(jìn)口軸承鋼都不能適應(yīng),這時需用特殊非鐵合金或陶瓷材料制造進(jìn)口軸承了。
國外常用的耐腐蝕鋼140r4Mo具有較好的耐酸堿能力,只是對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),常用來制造潛水泵以至潛水艇中的進(jìn)口軸承,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.耐低溫進(jìn)口軸承鋼
在航天技術(shù)中,為火箭提供液體燃料的渦輪泵進(jìn)口軸承要在液態(tài)氧和液體氫中運(yùn)轉(zhuǎn)。其溫度和液化氣體相等。由于普通進(jìn)口軸承鋼存在馬氏體組織,本來韌性就不理想,又有低溫脆性,如用于—5~—200℃低溫,實(shí)際上會由于空氣中潮氣在進(jìn)口軸承表面凝結(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鋼制造的向心球進(jìn)口軸承與圓柱滾子進(jìn)口軸承所作運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)結(jié)果表明,進(jìn)口軸承除擋邊表面有些磨損外無特殊異常,可以經(jīng)受高達(dá)20000r/min的轉(zhuǎn)速,但是這時進(jìn)口軸承的保持架必須采用特殊材料制造。耐低溫進(jìn)口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,耐低溫進(jìn)口軸承鋼的技術(shù)關(guān)鍵在于無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,低于常用進(jìn)口軸承鋼,所以其基本額定靜負(fù)荷和基本額定動負(fù)荷,或者其使用壽命都比相同基本型號同一尺寸規(guī)格的常用進(jìn)口軸承鋼進(jìn)口軸承要低些,這一點(diǎn)必須加以注意。
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