轴承钢 GCR15 鞍钢

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非合金调质结构钢：C18 C20 C20E4 C20M2 C25 C25E4 C25M2 C30 C30E4、C30M2 C35 C35E4 C35M2 C40 C40E4 C40M2 C45 C45E4 C45M2 C50 C50E4 C50M2、C55 C55E4 C55M2 C60 C60E4 C60M2

合金调质结构钢：28Mn6 36Mn6 42Mn6 34Cr4 34CrS4 37Cr4 37CrS4 41Cr4、41CrS4 25CrMo4 25CrMoS4 34CrMo4 34CrMoS4 42CrMo4 42CrMoS4 50CrMo4、36CrNiMo4 36CrNiMo6 31CrNiMo8 51CrV6

易切削结构钢：9S20 11SMn28 11SMnPb28 12SMn35 12SMnPb35 10S20 10SPb20、17SMn20 35S20 44SMn28 46S20

冷镦钢：CC4X CC4A CC8X CC8A CC11X CC11A CC15X CC15K CC15A CC21K、CC21A CE10 CE15E4 CE16E4 CE20E4 105Cr4E 16MnCr5E 18CrMo4E 105Cr4E、CE20E4 CE28E4 CE35E4 CE40E4 CE45E4 42Mn6E 37Cr2E 46Cr2E 34Cr4E 37Cr4E、41Cr4E 36Mo3E 25CrMo4E 34CrMo4E 42CrMo4E 41CrNiMo2E 41NiCrMo7E、31CrNiMo8E CE20BG1 CE20BG2 CE28B CE35B 35MnB5E 37CrB1E

该钢是冷加工塑性中GCr15钢是一种合金含量较少、具有良好性能、应用*广泛的高碳铬轴承钢。经过淬火加回火后具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性、高的接触疲劳性等、切削性能一般、焊接性能差、对形成白点敏感性能大、有回火脆性。实际就是Cr15。 GCr15是一种*常用的高铬轴承钢、具有高的淬透性、热处理后可获得高而均匀的硬度。耐磨性优于GCr9、接触疲劳强度高、有良好的尺寸稳定性和抗蚀性、冷变形塑性中等、切削性一般、焊接性差、对白点形成敏感、有第一类回火脆性。

在滚珠轴承制造中、用以杂质壁厚12mm.外径<250mm的H级至C级的轴承套、直径25.4-50.8mm的钢球；直径<22mm的滚子、此外也可用作承受大负荷.要求高耐磨性.高弹性极限.高接触疲劳强度的其他机械零件及各种精密量具冷冲模等。如机床的滚珠丝杆、涡轮喷气发动机喷嘴的喷口.柱塞.活门.衬套等.一般认为细条状塑性夹杂物的危害小、尖棱状硬脆性夹杂危害*大、因为它容易划伤金属基体和引起应力集中。同一个夹杂物、由于离开表面的距离不同、其影响程度也不一样。一般认为、裂纹出现在切应力*大处(离表面约0.35~0.55mm)。

夹杂物离开这个位置越远、其危害就越小。夹杂物粒度对轴承寿命的影响、也会随夹杂的位置不同而有所区别。因此为了改善轴承钢的质量、应尽量将钢的各类夹杂物(包括A、B、C、D类和氮化物)含量降低、尺寸变小、分布更均匀、*终达到提高轴承寿命的目的。3.2.6碳化物碳化物对疲劳寿命的影响是十分明显的。特别是随着冶炼、浇铸等技术的进步、在钢中氧含量及氧化物夹杂含量极低的情况下、碳化物的作用就显得更为重要了。

1)碳化物颗粒大小及分布的影响碳化物的颗粒大小、形状、数量及分布状况都影响疲劳寿命。轴承厂要求轴承钢材中碳化物颗粒细小、形状规则、而且分布均匀。当存在粗颗粒碳化物时、钢的淬硬值、压坏值、转动疲劳寿命都要恶化。J.E.梅雷廷恩和J.F.修厄尔在测定疲劳寿命与碳化物颗粒大小与分布的关系的试验中发现、碳化物细小、分布均匀、疲劳寿命较好(见图7)。对于碳化物的不均匀性常用碳化物颗粒平均间距(MSP)来衡量

、日本不二越钢厂在研究轴承钢的碳化物时、测定了MSP与疲劳寿命的关系、并建立起碳化物颗粒平均距离(MSP)与疲劳寿命的回归方程：Y=435.12×106－98.25×106χ(8)式中：Y：疲劳寿命；χ：碳化物颗粒平均距离、um。

文献[40~42]报道用型号6305的滚动轴承的内外套圈作试样[40]、在承受径向交变负荷的寿命试样机上做了试验。结果表明、碳化物颗粒*大和*小两者之间的平均寿命相差大约2.0倍。用碳化物颗粒为0.9~1.4um的各种环形试样作寿命试验、结论是：碳化物颗粒间平均距离对数的倒数和疲劳寿命呈直线关系、即碳化物颗粒越细小、寿命越高。德标近藤也做了同样的试验、得出结论：具有细球状碳化物(平均直径0.5~1.0um)材料寿命为粗颗粒碳化物(平均直径2.5~3.5um)材料的1.5倍。

也有人用平均碳化物颗粒分别为0.6um和1.4um的细颗粒和粗颗粒碳化物的钢、将马氏体含碳量固定在0.5%、做推力片寿命试验、试验结果表明：细颗粒材料比粗颗粒材料显著要好、平均寿命(L50)大约为2.5∶1、之所以粗颗粒碳化物比细颗粒碳化物寿命差、他们认为：轴承钢在淬火温度下、奥氏体的含碳量不是充分均匀的。在碳化物附近的奥氏体和远离碳化物的奥氏体之间存在着碳的浓度差。碳化物颗粒越大、这种浓度差也越大。而浓度高和浓度低的地方寿命都不好、这样平均寿命自然也低。

2)带状碳化物的影响碳化物带状是钢液在凝固过程中形成的结晶偏析(晶间偏析)、造成碳高低浓度不同的偏析带、轧制延伸后、冷却过程中高浓度区域析出大量过剩的二次碳化物、从而形成黑白(高低碳)相间的碳化物条带状组织。钢锭或铸坯的*后凝固区、富集着大量的合金元素及硫磷等杂质、是非金属夹杂物和碳化物*为聚集的区域。冷却过程中碳化物析出的总量和分布状态、主要取决于原始偏析程度。随着碳化物带状偏析的加剧、热处理的裂纹敏感性增强、高低碳带之间的显微硬度差增大、影响接触疲劳寿命。前苏联学者研究了带状碳化物对轴承钢疲劳寿命的影响。他们将直径为100mm的GCr15SiMn棒料(中心区带状组织评级为3.5级、边缘为2级)在1150℃扩散退火15h、得到带状组织小于0.5级的钢棒；以未经扩散退火的直径为100mm的钢棒改锻为60mm、在790℃进行球化退火；再将两者一同加工成疲劳试样进行试验。

结果表明：扩散退火使纵向和横向试样的接触疲劳强度大大提高。如果把带状3.0-3.5级试样的寿命作为100%、则带状为0.5级的纵向寿命为166%、横向为388%。3)网状碳化物的影响碳化物网状是在过共析钢中沿奥氏体晶粒边界析出呈网络状分布的过剩二次碳化物、它与钢的化学成分和偏析程度有关、和碳化物液析、碳化物带状不均匀性一样是影响轴承寿命的因素。网状碳化物是在热加工变形后的冷却过程中形成的、如果在800～900℃之间冷却速度太慢、则溶解在奥氏体中的碳有足够动力和充分的时间扩散到奥氏体晶粒的边界上析出。*终在钢中呈沿晶的网络状分布

。关于网状碳化物对性能的影响、研究的不多。A.T.斯别克托尔研究发现、随网状级别的增加、接触疲劳强度下降。冶钢公司一组GCr15钢氧含量为14×10-6、碳化物网状为1.5级、与SKF一组相同牌号钢氧含量为8×10-6、网状为3.0级的钢材对比。大冶材的接触疲劳寿命L10、L50分别为SKF的1.67和1.74倍。

4)液析碳化物的影响碳化物液析是液相中碳及合金元素富集而产生的亚稳共晶莱氏体、热加工时、被破碎成不规则碎块、沿压延方向呈链状或条状分布。它是不合理的浇铸、冷却条件所引起的严重枝晶偏析、以及铬元素降低碳在奥氏体中*大固溶度的综合结果。一般认为碳化物液析属于三角晶系碳化物、硬度极高、它的存在会使轴承零件在热处理过程中产生淬火裂纹；在使用过程中因处于表皮的碳化物的剥落而降低耐磨性、处于内部的液析碳化物会导致疲劳裂纹的产生而降低疲劳寿命。

5)残余碳化物含量的影响用轴承钢加工成轴承、必须在淬、回火状态下使用、此时钢具有混合组织、通常含有80%(体积比)的马氏体、5-10%的残余奥氏体和7%左右的未溶/碳化物—残余碳化物。残余碳化物的含量同样影响疲劳寿命。有的研究结果指出、残余碳化物的含量为7-8%时、寿命*长。但这种试验结果是用含碳量一定的钢(1.0%C)、在不同温度淬火条件下进行实验得出的。由于淬火加热温度不同、残余碳化物数量固然有变化、但同时马氏体的含碳量也在变化、而马氏体含碳量对疲劳寿命有显著影响。

因此、残余碳化物含量为7-8%时是否寿命*高、这一结论还是一个问题。日本学者用其它成分和GCr15相同、而含碳量在0.70-1.17%之间变化的钢、对其进行适当的热处理、使马氏体中的含碳量保持一定、均为0.45%、在这样的条件下研究残余碳化物含量对疲劳寿命的影响。结果表明、残余碳化物含量由10.5%减少到4.5%、疲劳寿命提高。研究造成疲劳剥落区附近的显微组织时发现、疲劳裂缝都是在碳化物和马氏体的界面上传播的。这是因为碳化物和马氏体交界处碳浓度高、易引起应力集中、从而产生裂纹。残余碳化物一旦增加、碳化物和马氏体的界面增加、于是材料发生破裂的危险也增加。由此可以推断出、增加残余碳化物会造成疲劳寿命降低。但完全不存在残余碳化物也不行、从耐磨性角度考虑、为了防止晶粒粗大引起疲劳寿命降低、存在一定数量的残余碳化物是必要的。

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