新材料与表面技术在滚动体中的应用

    随着机械工业技术的发展，对轴承提出了更高的要求。提高轴承性能的途径有：

    ①采用先进的设计技术；

    ②采用先进的制造技术；

    ③采用新材料；

    ④采用先进的管理理念和方法。

    本文探讨新材料及表面工程技术在滚动体制造中的应用。

     常用(传统)滚动体材料

    1、高碳铬轴承钢

    高碳铬轴承钢包括GCr15、GCr9、GCr6、GCr15SiMn等，用于制造通常工作条件下的轴承滚动体，目前用量占滚动体生产量的85%以上。

    2、渗碳轴承钢

    渗碳轴承钢包括08、10、25、15Mn、G20CrMo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo等，用于制造耐冲击轴承滚动体。一般碳钢球用于制造价格较低的轴承，合金渗碳轴承钢用于制造汽车、轧机轴承等。

    3、不锈轴承钢

    不锈轴承钢包括9Cr18、9Cr18Mo、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr17Ni2、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等，用于制造腐蚀介质中的轴承滚动体。

    特殊滚动体材料

    1、高温轴承钢

    高温轴承钢包括Cr4Mo4V(M50)、W9Cr4V2Mo、Cr15Mo4V、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，用于制造耐高温轴承滚动体，用于燃气轮机、航空发动机等高温高速轴承。

    2、中碳轴承钢

    中碳轴承钢包括GCr10、40CrA、65Mn、50CrNiA、55SiMoV等，用于制造受冲击载荷的滚动体，如55SiMoV用于制造涡轮钻具轴承的滚动体。

    3、无磁轴承材料

    无磁轴承材料包括G52、G60、25Cr18Ni10W、Ocr40Ni55A13、QBe2.0、NiCu28-2.5-1.5。

    ①G52用于制造无磁高温高压水轴承滚动体。

    ②G60用于制造无磁高温高真空及氧化性介质中的轴承滚动体。

    ③25Cr18Ni10W用于制造无磁轴承滚动体。④Ocr40Ni55A13用于制造无磁轴承滚动体。⑤QBe2.0用于无磁低温耐腐蚀轴承滚动体。

    ⑥NiCu28-2.5-1.5用于制造无磁耐腐蚀钢球。

    新型滚动体材料

    1、工程陶瓷材料

    工程陶瓷材料包括氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷。

    ①氮化硅陶瓷(Si3N4)：制造高速或高温、耐腐蚀精密陶瓷轴承球或滚子。

    ②氧化锆陶瓷(ZrO2)：制造高温、耐腐蚀中低速陶瓷轴承球或滚动子。

    ③氮化硼陶瓷(BN)：制造高温、耐腐蚀、自润滑全陶瓷轴承。

    表一 工程陶瓷材料性能及轴承钢(GCr15)性能的比较

    项目/ 氮化硅 氧化锆 氮化硼 轴承钢

    材料 Si3N4 ZrO2 BN GCr15

    密度(g/cm3) 3.2 5.8~6.05 1.8~2.19 7.85

    硬度(HV) 1700(9) 1300(7) 莫氏2 700

    抗弯强度(MPa) 700 1200 600~800 2400

    断裂韧性(MPa·m1/2) 6~8 7~14 25

    弹性模量(GPa) 320 150~220 80 208

    热膨胀系数(10-6/K) 3.2 8.7~11.4 2~7.5 11.8

    电阻率(Ω·mm2/m) 1017~1018 1010 1016 10-1~1

    使用温度(℃) 800 800 900 300

    尺寸稳定性 好 好 好 差

    耐腐蚀性能 好 好 好 差