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滚动轴承 |
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我国轴承材料及热处理的发展方向 |
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| http://cn.newmaker.com
3/21/2004 4:51:00 PM
佳工机电网
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一、改进冶炼技术 提高钢的洁净度及均匀性
与工业发达国家相比，我国轴承钢的氧含量虽然已接近国外先进水平，但夹杂物和碳化物尺寸及分布的均匀性、成分均匀性与国外相比还有很大的差距，如大尺寸的夹杂物和碳化物较多、基本成分不均匀形成的黑白区等，造成轴承零件的先天不足，严重影响了轴承的寿命、可靠性及一致致性。并且，滚动接触面上大尺寸的夹杂物的存在还严重降低表面精度，增加轴承的噪声。为此，轴承行业应与冶金行业协商，促使冶金行业在进一步降低氧含量的基础上，开展浇注凝固技术、轧制技术、夹杂物控制及检测技术的研究，如改进连铸时的电磁搅拌、加大连铸坯的尺寸、加强高温扩散退火等，以提高夹杂物和碳化物的尺寸及分布均匀性。
二、开发推广新钢种 满足不同轴承的要求
随着主机的小型化、轻量化、高速化，轴承的使用环境越来越多样化，对轴承的要求也越来越苛刻，目前我国的现有钢种已不满足或不能充分满足主机对轴承的要求，为此，应积极开展新材料的开发和推广工作。如开发大尺寸轴承用的高淬透性钢、重载及洁净润滑条件或小型轻量化条件下使用的轴承用钢、在污染条件下使用的轴承用高碳钢和渗碳钢、准高温（工作200摄氏度以下）条件下用轴承钢以及特殊条件使用的轴承用钢（不锈钢、高温钢）。
三、热处理新工艺的研究及推广
1.贝氏体淬火
贝氏体等温淬火处理的轴承由于冲击韧性好、表面为压应力，无论装配时内套开裂，还是使用过程中外套挡边掉块、内套碎裂倾向性大减小，且可降低滚子的边缘应力集中。因此，经等温淬火后比常规淬火后平均寿命及可靠性提高。该工艺广泛应用于铁路轴承、轧机轴承以及在特殊工况下使用的轴承。该工艺与其他延寿措施相比，其工艺简单，成本低。近年来，我国开发了新钢种GCr18Mo贝氏体淬火专用钢，以推动贝氏体淬火在大尺寸轴承零件上的应用。鉴于该工艺的许多优点，建议在使用条件恶劣（大冲击载荷、润滑不良）或要求高可靠性的轴承中大力推广，并深入开展基础研究进一步贝氏体处理后的耐磨性和疲劳寿命。
2.表面碳氮共渗
洛阳轴承研究所曾于上个世纪80年代开展了轴承钢的马氏体应力淬火研究，通过对高碳铬轴承钢零件进行特殊的碳氮共渗后淬火，提高表面残余奥氏体的含量，改善表面应力状态，大大提高了变速箱用碳氮共渗，在不降低表面硬度的基础上提高表面残余奥氏体含量，以提高轴承在污染润滑条件下疲芝寿命和可靠性。
四、表面改性技术
通过适当的表面处理改进表面性能，以满足特殊条件下对轴承的性能要求。如利用气相沉积技术在轴承滚道上涂覆金钢石镀层可达到减磨、耐磨的效果，大大提高轴承的磨损寿命和精度保持性能，可在家用电器轴承、计算机硬盘驱动轴承中推广应用；利用热涂技术在轴承外圈外柱面上涂覆氧化铝陶瓷材料，可提高轴承的电绝缘性能，防止电击伤，提高电机轴承的寿命和可靠性；在轴承零件表面渗硫或沉积MoS2达到减磨润滑作用。
五、热处理设备及相关技术
1.气氛及控制
由采用保护气氛加热替代到精确控制碳势、氮势的可控气氛加热，热处理后零件的性能得到提高，热处理缺陷如脱碳、裂纹等大大减少。并结合热处理淬火变形的控制技术，减少热处理后的精加工留量，提高了材料的利用率和机加工效率，同时改善精加工后轴承零件的表面状态，如表面的碳含量、组织、硬度及应力状态等。
2.自动化及智能化
一方面是根据零件的使用要求、材料、结构尺寸，利用物理冶金知识及先进的计算机模拟和检测技术，优化工艺参数，达到所需的性能或最大限度地发挥材料的潜力；另一方面是提高热处理的自动化程度和稳定性，充分保证优化工艺的稳定性，实现产品质量分散度很小（或为零）。从而满足在不同使用条件下主机的性能要求，提高轴承的可靠性和寿命。
六、变形及尺寸稳定性
马氏体淬火过程中，由于零件各个部位的冷却不均匀，不可避免地出现热应力和组织应力而导致零件的变形。淬回火后零件的变形（包括尺寸变化和形状变化）受很多因素影响，是一个相当复杂的问题。如零件的形状与尺寸、原始组织的均匀性、淬火前的粗加工状态（车削时进刀量的大小、机加工的残余应力等）、淬火时的加热速度与温度、工件的摆放方式、入油方式、淬火介质的特性与循环方式、介质的温度等均影响零件的变形。应结合具体设备和产品对变形进行研究，提出控制变形的措施，如采用旋转淬火、压模淬火、控制零件的入油方式等，减小热处理变形，提高加工效率和零件的性能。
马氏体淬火后零件的尺寸稳定性主要不得受三各不同转变的影响：碳从马氏体晶格中迁移形成ε-碳化物、残余奥氏体分解和形成Fe3C,三种转达变相互叠加。50-120摄氏度之间，由于ε-碳化物的沉淀析出，引起零件的体积缩小，一般零件在150摄氏度回火后已完成这一转变，其对零件以后使用过程中的尺寸稳定性的影响可以忽略：100-250摄氏度之间，残余奥氏体分解，转变为马氏体或贝氏，将伴随着体积涨大；200摄氏度以上，ε-碳化物向渗碳体转化，导致辞体积缩小。研究也表明：残答卷奥氏体在外载作用下或较低的回火温度下（甚至在室温下）也发生分解，导致零件尺寸变化。因些，在实际使用中，所有的轴承零件的加火温充应高于使用温度50摄氏度，对尺寸稳定性要求较高的零件要尽量降低残余奥氏体的含量，并爱用贮运和使用中的尺寸稳定性和精度寿命及可靠性。
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