随着科技和生产水平的发展,我们对于各类用途的滚珠轴承(如电机轴承、法兰轴承、深沟球轴承等)的要求除了高负荷、高转速、高旋转精度以外,在较宽的工作温度范围内微型轴承的可靠性也越来越被看重。制造滚珠轴承的材料选择对其性能有很大的影响,轴承的失效形式决定了材料的基本要求。一般情况下,滚珠轴承的主要失效形式是交变应力作用下的疲劳剥落,摩擦磨损使轴承精度下降甚至丧失。此外,还有裂缝、压痕、腐蚀等失效形式。因此,制造微型滚珠轴承的轴承钢需要具备以下特性:
1.接触疲劳强度高
深沟球轴承在运行过程中,滚珠在轴承内外圈的滚道之间,接触部分承受周期性交变负荷最多每分钟可达数十万次,在周期交变应力的反复作用下,金属疲劳剥落的接触表面,引起轴承振动和噪声的增加,工作温度急剧上升,受损的轴承,最后,称为接触疲劳损伤。接触疲劳失效是轴承正常失效的主要形式。微型轴承钢材料的高接触疲劳强度意味着其抗疲劳能力强,因此滚珠轴承钢应具有高接触疲劳强度。
2. 良好的耐磨性
滚珠轴承工作时,除了滚动摩擦外,滑动摩擦也同时发生。滑动摩擦的主要部位有滚珠与滚道之间、滚珠与保持架之间、保持架与套圈挡边之间、滚珠与套圈挡边之间。滚珠轴承中滑动摩擦的存在必然导致轴承零件的磨损,如果轴承钢的耐磨性较差,滚珠轴承会因磨损而过早失去精度,或者由于旋转精度的降低而增加振动,降低轴承的使用寿命。因此,要求轴承钢具有良好的耐磨性。
3.有较高的弹性极限
由于滚珠与套圈滚道之间的接触面积很小,在载荷作用下,特别是在大载荷作用下,轴承的接触表面压力很大。为防止轴承在高接触压力下产生过大的塑性变形,导致轴承精度下降或产生表面裂纹,轴承钢应具有较高的弹性极限。
4.合适的硬度
硬度直接影响接触疲劳强度、耐磨性、弹性极限,因此,滚珠轴承的硬度也直接影响滚珠轴承的使用寿命。滚珠轴承钢的硬度不是越高越好,硬度应适当,过大或过小都会影响滚珠轴承的接触疲劳强度、耐磨性、弹性极限等性能,从而影响轴承的使用寿命。国家标准规定,轴承套圈和轧辊采用GCr15轴承钢制造时,硬度为hrc61-65。用GCr15SiMn生产时,硬度应选用HRC60~64。大量试验表明,在上述硬度范围内,材料的接触疲劳强度、耐磨性和弹性极限均较高。
5.一定的韧性
材料的硬度反映了其抗冲击载荷的能力,许多滚珠轴承在使用时会承受一定的冲击载荷,因此轴承钢要求具有一定的韧性,以保证轴承不受冲击损坏。
6.良好的尺寸稳定性
滚珠轴承是以微米(m)为单位计量精密度的精密机械零件,在长期的储存和使用中,由于材料内部结构的变化而引起零件尺寸的变化,会使轴承失去其精度。因此,为了保证轴承的尺寸精度,轴承钢应具有良好的尺寸稳定性。
7.具有一定的防锈性能
滚珠轴承的生产过程工序很多,生产周期长,成品和一些半成品需要存储一段时间,因此,轴承在生产过程和成品的保护很容易发生锈蚀,特别是在潮湿的空气,所以轴承钢是需要有一定的防锈性能。
8.良好的工艺性能
滚珠轴承在生产中,其零件要经过数道冷热加工工序。这就要求轴承钢应具有良好的工艺性能,如冷、热成形性能、切削、磨削和热处理性能,以适应大批量、高效率、低成本和高质量生产的需要。
除了以上八个特性以外,对于在特殊工况下使用的微型滚珠轴承,还必须对钢材提出相应的特殊性能要求,如耐高温、高速性能、耐腐蚀和抗磁性能等。