轴承材料及其热处理的发展方向

HEATS

　　一、改进冶炼技术提高钢的洁净度及均匀性

C" s) f3 [) J; y: ^ # G- @) }4 ]# p5 B' T

　　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黑白区等，造成轴承零件质量先天不足，严重影响了轴承的寿命、可靠性及一致性。

I; n- T3 x2 L* T. d( S; {

　　此外，滚动接触面上大尺寸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。

" e+ U6 K" @! |6 W2 b+ z. a/ j % k" W7 z- E1 \, Y4 q' W8 j5 s- w

　　二、开发推广新钢种满足不同轴承的要求

# |! }$ J, l7 M. u( Y

　　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能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(工作温度200℃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)。

6 {8 F( y6 ]7 l4 H' h. V

　　三、热处理新工艺的研究及推广

, F2 k7 ^" ]/ D# ~

　　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，无论是装配时内套开裂，还是使用过程中外套挡边掉块、内套碎裂的倾向性均大大减小，且可降低滚子的边缘应力集中。因此，轴承经等温淬火后比常规淬火后的平均寿命及可靠性显著提高。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，工艺简单，成本较低。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、润滑不良等)或要求高可靠性的轴承中大力推广，并进一步深入研究贝氏体处理后的耐磨性和疲劳寿命。

　　2.表面碳氮共渗

! ~8 l1 s; `2 @7 o4 Y g

　　洛阳轴承研究所曾于20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的疲劳寿命和可靠性。

; [/ y' M8 {! H# ~

　　四、表面改性技术

& @1 c. w2 _5 g1 l/ I) B, c! Q

　　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摩、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M0S2可达到减摩润滑作用。

　　五、热处理设备及相关技术

, F) R( X9 F! v( |& ] + i% Q' v2 c' D( b i5 g( w

　　1.气氛及控制

# F$ {/ y7 t1 O S0 X$ M! a+ @

　　由采用保护气氛加热到精确控制碳势、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。结合热处理淬火变形控制技术，可减少热处理后的精加工留量，提高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

( i& m" |6 }, ]9 t: N

　　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)的目标，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。

8 p% n6 \" T' ]: v' n

　　六、变形及尺寸稳定性

7 c& O, b, g6 R8 H 6 ~2 T: r6 T5 r; ]* }+ y

　　马氏体淬火过程中，由于零件各部位的冷却不均匀，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、介质的温度等均会影响零件的变形。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、控制零件入油方式等，减小热处理变形，提高加工效率和零件性能。

　　马氏体淬火后，零件的尺寸稳定性主要受以下三种不同转变的影响：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，这三种转变相互叠加。在50～120℃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℃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；在100～250℃之间，残余奥氏体分解，转变为马氏体或贝氏体，将伴随着体积涨大；在200℃以上，ε-碳化物向渗碳体转化，导致零件体积缩小。研究表明：残余奥氏体在外载作用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℃，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，并提高贮运和使用中的尺寸稳定性、精度、寿命及可靠性。

! @9 ]* I) n( O6 u+ a+ w, Q9 K' ` ! v: @* j# H' O. H0 ^# L