軸承知識
2016-01-11
軸承知識
1、軸承保養(yǎng)
為了盡可能長時間地以良好狀態(tài)維持軸承本來的性能，須保養(yǎng)、檢修、以求防事故于未然，確保運轉的可靠性，提高生產性、經濟性。
保養(yǎng)最好相應機械運轉條件的作業(yè)標準，定期進行。內容包括監(jiān)視運轉狀態(tài)、補充或更換潤滑劑、定期拆卸的檢查。
作為運轉中的檢修事項，有軸承的旋轉音、振動、溫度、潤滑劑的狀態(tài)等等。
2、軸承的檢修
軸承的清洗：拆卸下軸承檢修時，首先記錄軸承的外觀，確認潤滑劑的殘存量，取樣檢查用的潤滑劑之后，洗軸承。作為清洗劑，普通使用清洗劑、煤油。
拆下來的軸承的清洗，分粗清洗和細清洗，分別放在容器中，先放上金屬的網墊底，使軸承不直接接觸容器的臟物。粗清洗時，如果使軸承帶著臟物旋轉，會損傷軸承的滾動面，應該加以注意。在粗清洗油中，使用刷子清除去潤滑脂、粘著物，大致干凈后，轉入精洗。
精洗，是將軸承在清洗油中一邊旋轉，一邊仔細的清洗。另外，清洗油也要經常保持清潔。
軸承的檢修和判斷：為了判斷拆卸下來的軸承是否可以使用，要在軸承洗干凈后檢查。檢查滾道面、滾動面、配合面的狀態(tài)、保持架的磨損情況、軸承游隙的增加及有無關尺寸精度下降的損傷，異常。非分離型小型球軸承，則用一只手將內圈支持水平，旋轉外圈確認是否流暢。
圓錐滾子軸承等分離形軸承，可以對滾動體、外圈的滾道面分別檢查。
大型軸承因不能用手旋轉，注意檢查滾動體、滾道面、保持架、擋邊面等外觀，軸承的重要性愈高愈須慎重檢查。
3、軸承的選擇
軸承選擇之概要：
使用滾動軸承的各種機械裝置、儀器等的市場要求性能日趨嚴格，對于軸承所要求的條件、性能也日趨多樣化。為了能從為數眾多的結構、尺寸中，選擇最適合的軸承，需要從各種角度研究。在選擇軸承時，一般，考慮作為軸系的軸承排列、安裝、拆卸之難易度、軸承所允許的空間、尺寸及軸承的市場性等，大致決定軸承結構。其次，一邊比較研究使用軸承的各種機械的設計壽命和軸承的各種不同的耐久限度，一邊決定軸承尺寸。在選擇軸承時，往往偏于只考慮軸承的疲勞壽命，有關由潤滑脂老化而發(fā)生的潤滑脂壽命、磨損、噪音等也需要充分研究。再者，根據不同的用途，有必要選擇對精度、游隙、保持架結構、潤滑脂等等要求，作特別設計的軸承。但是，選擇軸承并沒有一定的順序、規(guī)則，優(yōu)先應考慮的是對軸承所要求的條件、性能、最有關連的事項，尤為實際。
○軸承所要求的條件、性能
○使用條件、環(huán)境條件
○軸承安裝部分尺寸諸項
○軸承所允許的空間
○負荷之大小、方向
○振動、沖擊
○旋轉速度、軸承的極限轉速
○內圈、外圈的傾斜
○軸向方向的固定與軸承配列
○裝卸的難易
○噪聲、扭矩
○剛性
○市場性、經濟性
決定軸承結構、排列
○使用機械與設計壽命
○當量動負荷或當量靜負荷
○旋轉速度
○允許靜負荷系數
○允許軸向負荷（圓柱滾子軸承的情況下）
決定軸承尺寸
○旋轉振擺的精度
○高速旋轉
○扭矩變動
決定軸承精度等級
○配合
○內圈、外圈的溫度差
○旋轉速度
○內圈、外圈的傾斜
○預壓量
決定（內部）游隙
○旋轉速度
○噪聲
○使用溫度
決定保持架形狀、材料
○使用溫度
○旋轉速度
○潤滑方式
○密封方式
○保養(yǎng)、維修
決定潤滑方法、潤滑劑、密封方法
○裝卸順序
○工卡模具
○與安裝有關的尺寸
決定與安裝有關的尺寸
決定裝卸方法
軸承及軸承周圍部分的
最終規(guī)格
4、軸承的使用
使用上的注意事項：
滾動軸承是精密部件，其使用也須相應地慎重進行。無論使用多么高性能的軸承，如果使用不當，則不會得到預期的高性能。有關軸承的使用注意事項如下。
（1）、保持軸承及其周圍清潔。
即使是眼睛看不到的小塵埃，也會給軸承帶來壞影響。所以，要保持周圍清潔，使塵埃不致侵入軸承。
（2）、小心謹慎地使用。
在使用中給與軸承強烈沖擊，會產生傷痕及壓痕，成為事故的原因。嚴重的情況下，會裂縫、斷裂，所以必須注意。
（3）、使用恰當的操作工具。
避免以現有的工具代替，必須使用恰當的工具。
（4）、要注意軸承的銹蝕。
操作軸承時，手上的汗會成為生銹的原因。要注意用干凈的手操作，最好盡量帶上手套。
5、軸承的材料
軸承的材料：
滾動軸承的套圈和滾動體，一面反復承受高接觸壓力，一面進行伴隨有滑動的滾動接觸。保持器，一面與套圈和滾動體的兩旁，或其某一方滑動接觸，一面承受拉力和壓縮力。因此，對軸承的套圈，滾動體及保持架的材料、性能、主要要求如下。
套圈、滾動體材料所要求的性能：
滾動疲勞強度大 硬度高 耐摩耗性高
保持架材料所要求的性能：
尺寸穩(wěn)定性好 機械強度大
此外，還需要加工性好。根據用途不同，還有要求其耐沖擊性、耐熱性、耐腐蝕性好。
套圈及滾動體的材料：
套圈及滾動體通常使用高碳鉻軸承鋼。大部分的軸承，使用JIS鋼種中的SUJ2。大型軸承使用SUJ3。
SUJ2的化學成分，在世界各國，作為軸承用材料已規(guī)格化。比如：與AISL52100（美國）、DIN100Cr6（西德）、BS535A99（英國）等均屬同種鋼。
進一步需要耐沖擊的情況下，作為軸承材料使用鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼、采用滲炭淬火，使鋼從表面至適當的深度有一個硬化層。具有適當的硬化深度、細密的組織、合適硬度的表面及心部硬度的滲炭軸承，比使用軸承鋼的軸承具有優(yōu)良的耐沖擊性，一般的滲炭軸承用鋼的化學成分。
NSK實施了真空脫氣處理，所以，所使用的材料清凈度高、氧氣含量少、質量好。進而采用了恰當的熱處理，使軸承的滾動疲量壽命顯著提高。
上述鋼種之外，根據特殊用途，還使用耐熱性優(yōu)良的高速鋼，耐腐蝕性好的不銹鋼。
保持架材料：
沖壓保持架的材料，使用低碳素鋼。根據用途不同，也使用黃銅板、不銹鋼板。切制保持架的材料，使用高強度黃銅、碳素鋼，此外也還使用合成樹脂。
6、軸承的潤滑
軸承潤滑的目的：
滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤滑效用如下。
（1）、減少摩擦及摩損。
在構成軸承的套圈、滾動體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。
（2）、延長疲勞壽命。
軸承的滾動疲勞壽命，在旋轉中，滾動接觸面潤滑良好，則延長。相反地，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，則縮短。
（3）、排出摩擦熱、冷卻。
循環(huán)給油法等可以用油排出由摩擦發(fā)生的熱，或由外部傳來的熱，冷卻。防止軸承過熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?nbsp;
（4）、其他
也有防止異物侵入軸承內部，或防止生銹、腐蝕之效果。
潤滑方法：
軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。為了使軸承很好地發(fā)揮機能，首先，要選擇適合使用條件、使用目的的潤滑方法。若只考慮潤滑，油潤滑的潤滑性占優(yōu)勢。但是，脂潤滑有可以簡化軸承周圍結構的特長，將脂潤滑和油潤滑的利弊比較。
7、軸承的安裝
軸承的安裝：
軸承的安裝是否正確，影響著精度、壽命、性能。因此，設計及組裝部門對于軸承的安裝要充分研究。希望要按照作業(yè)標準進行安裝。作業(yè)標準的項目通常如下：
（1）、清洗軸承及軸承關連部件
（2）、檢查關連部件的尺寸及精加工情況
（3）、安裝
（4）、安裝好軸承后的檢查
（5）、供給潤滑劑
希望在即將安裝前，方才打開軸承包裝。一般潤滑脂潤滑，不清洗，直接填充潤滑脂。潤滑油潤滑，普通也不必清洗，但是，儀器用或高速用軸承等，要用潔凈的油洗凈，除去涂在軸承上的防銹劑。除去了防銹劑的軸承，易生銹，所以不能放置不顧。 再者，已封入潤滑脂的軸承，不清洗直接使用。
軸承的安裝方法，因軸承結構、配合、條件而異，一般，由于多為軸旋轉，所以內圈需要過盈配合。圓柱孔軸承，多用壓力機壓入，或多用熱裝方法。錐孔的場合，直接安裝在錐度軸上，或用套筒安裝。
安裝到外殼時，一般游隙配合多，外圈有過盈量，通常用壓力機壓入，或也有冷卻后安裝的冷縮配合方法。用干冰作冷卻劑，冷縮配合安裝的場合，空氣中的水分會凝結在軸承的表面。所以，需要適當的防銹措施。
8、軸承的損傷
軸承的損傷：
一般，如果正確使用軸承，可以使用至達到疲勞壽命為止。但會有意外過早地損傷，不能耐于使用的情況。這種早期損傷，與疲勞壽命相對，是被稱做故障或事故的品質使用限度。多起因于安裝、使用、潤滑上的不注意，從外部侵入的異物，對于軸、外殼的熱影響之研究不夠充分等。
關于軸承的損傷狀態(tài)如：滾子軸承的套圈、擋邊的卡傷，作為原因可考慮，潤滑劑不足、不適合、供排油構造的缺陷、異物的侵入、軸承安裝誤差、軸的撓曲過大，也會有這些原因重合。
因此，僅調查軸承損傷，很難得知損傷的真正原因。可是，如果知道了軸承的使用機械、使用條件、軸承周圍的構造、了解事故發(fā)生前后的情況，結合軸承的損傷狀態(tài)和幾種原因考察，便可以防止同類事故再發(fā)生。
9、滾動軸承的知識
第一節(jié) 滾動軸承的基本結構
以滑動軸承為基礎發(fā)展起來的滾動軸承，其工作原理是以滾動摩擦代替滑動摩擦，一般由兩個套圈，一組滾動體和一個保持架所組成的通用性很強、標準化、系列化程度很高的機械基礎件。由于各種機械有著不同的工作條件，對滾動軸承在負荷能力、結構和使用性能等方面都提出了各種不同要求。為此，滾動軸承需有各式各樣的結構。但是，最基本的結構是由內圈、外圈、滾動體和保持架所組成。
各種零件在軸承中的作用分別是：
對于向心軸承，內圈通常與軸緊配合，并與軸一起運轉，外圈通常與軸承座或機械殼體孔成過渡配合，起支承作用。但是，在某些場合下，也有外圈運轉，內圈固定起支承作用或者內圈、外圈都同時運轉的。對于推力軸承，與軸緊配合并一起運動的稱軸圈，與軸承座或機械殼體孔成過渡配合并起支承作用的稱座圈。滾動體（鋼球、滾子或滾針）在軸承內通常借助保持架均勻地排列在兩個套圈之間作滾動運動，它的形狀、大小和數量直接影響軸承的負荷能力和使用性能。保持架除能將滾動體均勻地分隔開以外，還能起引導滾動體旋轉及改善軸承內部潤滑性能等作用。
第二節(jié) 滾動軸承的分類
1．按滾動軸承結構類型分類
(1) 軸承按其所能承受的載荷方向或公稱接觸角的不同，分為：
1) 向心軸承----主要用于承受徑向載荷的滾動軸承，其公稱接觸角從0到45。按公稱接觸角不同，又分為：徑向接觸軸承----公稱接觸角為0的向心軸承：向心角接觸軸承----公稱接觸角大于0到45的向心軸承。
2) 推力軸承----主要用于承受軸向載荷的滾動軸承，其公稱接觸角大于45到90。按公稱接觸角不同又分為： 軸向接觸軸承----公稱接觸角為90的推力軸承：推力角接觸軸承----公稱接觸角大于45但小于90的推力軸承。
(2) 軸承按其滾動體的種類，分為：
1) 球軸承----滾動體為球：
2) 滾子軸承----滾動體為滾子。滾子軸承按滾子種類，又分為： 圓柱滾子軸承----滾動體是圓柱滾子的軸承，圓柱滾子的長度與直徑之比小于或等于3 ；滾針軸承----滾動體是滾針的軸承，滾針的長度與直徑之比大于3，但直徑小于或等于5mm; 圓錐滾子軸承----滾動體是圓錐滾子的軸承; 調心滾子軸承一一滾動體是球面滾子的軸承。
(3) 軸承按其工作時能否調心,分為:
1) 調心軸承----滾道是球面形的,能適應兩滾道軸心線間的角偏差及角運動的軸承;
2) 非調心軸承(剛性軸承)----能阻抗?jié)L道間軸心線角偏移的軸承。
(4) 軸承按滾動體的列數,分為:
1) 單列軸承----具有一列滾動體的軸承;
2) 雙列軸承----具有兩列滾動體的軸承;
3) 多列軸承----具有多于兩列滾動體的軸承,如三列、四列軸承。
(5) 軸承按其部件能否分離,分為：
1)可分離軸承----具有可分離部件的軸承；
2)不可分離軸承----軸承在最終配套后,套圈均不能任意自由分離的軸承。
(6) 軸承按其結構形狀(如有無裝填槽,有無內、外圈以及套圈的形狀,擋邊的結構,甚至有無保持架等)還可以分為多種結構類型。
2.按滾動軸承尺寸大小分類 軸承按其外徑尺寸大小，分為:
(1) 微型軸承----公稱外徑尺寸范圍為26mm以下的軸承;
(2) 小型軸承----公稱外徑尺寸范圍為28-55mm的軸承;
(3) 中小型軸承----公稱外徑尺寸范圍為60-115mm的軸承;
(4) 中大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為120-190mm的軸承
(5) 大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為200-430mm的軸承;
(6) 特大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為440mm以上的軸承。
第三節(jié)滾動軸承的基本生產過程
由于滾動軸承的類型、結構型式、公差等級、技術要求、材料及批量等的不同,其基本生產過程也不完全相同。
一、各種軸承主要零件的加工過程:
1．套圈的加工過程: 軸承內圈和外圈的加工依原材料或毛坯形式的不同而有所不同,其中車加工前的工序可分為下述三種,整個加工過程為： 棒料或管料（有的棒 料需經鍛造和退火、正火）----車加工----熱處理----磨加工----精研或拋光----零件終檢----防銹----入庫----(待合套裝配〉
2．鋼球的加工過程, 鋼球的加工同樣依原材料的狀態(tài)不同而有所不同,其中挫削或光球前的工序,可分為下述三種,熱處理前的工序,又可分為下述二種，整個加工 過程為： 棒料或線材冷沖（有的棒料冷沖后還需沖環(huán)帶和退火）----挫削、粗磨、軟磨或光球----熱處理----硬磨----精磨----精研或研磨----終檢分組----防銹、包裝----入庫〈待合套裝配〉。
3．滾子的加工過程 滾子的加工依原材料的不同而有所不同,其中熱處理前的工序可分為下述兩種,整個加工過程為: 棒料車加工或線材冷鐓后串環(huán)帶及軟磨----熱處理----串軟點----粗磨外徑----粗磨端面----終磨端面----細磨外徑----終磨外徑----終檢分組----防銹、包裝----入庫（待合套裝配〉。
4．保持架的加工過程 保持架的加工過程依設計結構及原材料的不同,可分為下述兩類：
（1）板料→剪切→沖裁→沖壓成形→整形及精加工→酸洗或噴丸或串光→終檢→防銹、包裝→入庫(待合套裝配)
（2）實體保持架的加工過程: 實體保持架的加工,依原材料或毛壞的不同而有所不同,其中車加工前可分為下述四種毛坯型式,整個加工過程為: 棒料、管料、鍛件、鑄件----車內徑、外徑、端面、倒角----鉆孔（或拉孔、鏜孔）----酸洗----終檢----防銹、包裝----入庫〈待合套裝配〉。
二、滾動軸承的裝配過程:
滾動軸承零件如內圈、外圈、滾動體和保持架等,經檢驗合格后,進入裝配車間進行裝配,其過程如下:
零件退磁、清洗→內、外滾〈溝〉道尺寸分組選別→合套→檢查游隙→鉚合保持架→終檢→退磁、清洗→防銹、包裝→入成品庫(裝箱、發(fā)運〉。
第四節(jié) 滾動軸承的特點
滾動軸承與滑動軸承相比,具有下列優(yōu)點:
1．滾動軸承的摩擦系數比滑動軸承小,傳動效率高。一般滑動軸承的摩擦系數為0.08-0.12,而滾動軸承的摩擦系數僅為0.001-0.005;
2．滾動軸承已實現標準化、系列化、通用化,適于大批量生產和供應，使用和維修十分方便；
3．滾動軸承用軸承鋼制造,并經過熱處理,因此,滾動軸承不僅具有較高的機械性能和較長的使用壽命,而且可以節(jié)省制造滑動軸承所用的價格較為昂貴的有色金屬;
4．滾動軸承內部間隙很小,各零件的加工精度較高,因此,運轉精度較高。同時,可以通過預加負荷的方法使軸承的剛性增加。這對于精密機械是非常重要的;
5．某些滾動軸承可同時承受徑向負荷和軸向負荷,因此,可以簡化軸承支座的結構;
6．由于滾動軸承傳動效率高,發(fā)熱量少,因此,可以減少潤滑油的消耗,潤滑維護較為省事;
7．滾動軸承可以方便地應用于空間任何方位的鈾上。
但是,一切事物都是一分為二的,滾動軸承也有一定的缺點,主要是：
1． 滾動軸承承受負荷的能力比同樣體積的滑動軸承小得多,因此,滾動軸承的徑向尺寸大。所以,在承受大負荷的場合和要求徑向尺寸小、結構要求緊湊的場合〈如內燃機曲軸軸承),多采用滑動軸承；
2． 滾動軸承振動和噪聲較大,特別是在使用后期尤為顯著,因此,對精密度要求很高、又不許有振動的場合,滾動軸承難于勝任,一般選用滑動軸承的效果更佳
3． 滾動軸承對金屬屑等異物特別敏感,軸承內一旦進入異物,就會產生斷續(xù)地較大振動和噪聲,亦會引起早期損壞。此外,滾動軸承因金屬夾雜質等也易發(fā)生早期損壞的可能性。即使不發(fā)生早期損壞,滾動軸承的壽命也有一定的限度。總之,滾動軸承的壽命較滑動軸承短些。
可是,滾動軸承與滑動軸承相比較,各有優(yōu)缺點,各占有一定的適用場合,因此,兩者不能完全互相取代,并且各自向一定的方向發(fā)展,擴大自己的領域。但是,由于滾動軸承的突出優(yōu)點,頗有后來者居上的趨勢。目前,滾動軸承已發(fā)展成為機械的主要支承型式,應用愈來愈廣泛。
10、影響軸承壽命的因素及其控制
1 影響軸承壽命的材料因素
滾動軸承的早期失效形式，主要有破裂、塑性變形、磨損、腐蝕和疲勞，在正常條件下主要是接觸疲勞。軸承零件的失效除了服役條件之外，主要受鋼的硬度、強度、韌性、耐磨性、抗蝕性和內應力狀態(tài)制約。影響這些性能和狀態(tài)的主要內在因素有如下幾項。
1．1淬火鋼中的馬氏體
高碳鉻鋼原始組織為粒狀珠光體時，在淬火低溫回火狀態(tài)下，淬火馬氏體含碳量，明顯影響鋼的力學性能。強度、韌性在0.5％左右，接觸疲勞壽命在0.55％左右，抗壓潰能力在0.42％左右，當GCr15鋼淬火馬氏體含碳量為0.5％～0.56％時，可以獲得抗失效能力最強的綜合力學性能。
應該指出，在這種情況下獲得的馬氏體是隱晶馬氏體，測得的含碳量是平均含碳量。實際上，馬氏體中的含碳量在微區(qū)內是不均勻的，靠近碳化物周圍的碳濃度高于遠離碳化物原鐵素體部分，因而它們開始發(fā)生馬氏體轉變的溫度不同，從而抑制了馬氏體晶粒的長大和顯微形態(tài)的顯示而成為隱晶馬氏體。它可避免高碳鋼淬火時易出現的顯微裂紋，而且其亞結構為強度與韌性均高的位錯型板條狀馬氏體。因此，只有當高碳鋼淬火時獲得中碳隱晶馬氏體時軸承零件才可能獲得抗失效能力最佳的基體。
1．2淬火鋼中的殘留奧氏體
高碳鉻鋼經正常淬火后，可含有8％～20％Ar（殘留奧氏體）。軸承零件中的Ar有利也有弊，為了興利除弊，Ar含量應適當。由于Ar量主要與淬火加熱奧氏體化條件有關，它的多少又會影響淬火馬氏體的含碳量和未溶碳化物的數量，較難正確反映Ar量對力學性能的影響。為此，固定奧氏條件，利用奧氏體體化熱穩(wěn)定化處理工藝，以獲得不同Ar量，在此研究了淬火低溫回火后Ar含量對GCr15鋼硬度和接觸疲勞壽命的影響。隨著奧氏體含量的增多，硬度和接觸疲勞壽命均隨之而增加，達到峰值后又隨之而降低，但其峰值的Ar含量不同，硬度峰值出現在17％Ar左右，而接觸疲勞壽命峰值出現在9％左右。當試驗載荷減小時，因Ar量增多對接觸疲勞壽命的影響減小。這是由于當Ar量不多時對強度降低的影響不大，而增韌的作用則比較明顯。原因是載荷較小時，Ar發(fā)生少量變形，既消減了應力峰，又使已變形的Ar加工強化和發(fā)生應力應變誘發(fā)馬氏體相變而強化。但如載荷大時，Ar較大的塑性變形與基體會局部產生應力集中而破裂，從而使壽命降低。應該指出，Ar的有利作用必須是在Ar穩(wěn)定狀態(tài)之下，如果自發(fā)轉變?yōu)轳R氏體，將使鋼的韌性急劇降低而脆化。
1．3淬火鋼中的未溶碳化物
淬火鋼中未溶碳化物的數量、形貌、大小、分布，既受到鋼的化學成分和淬火前原始組織的影響，又受奧氏體化條件的影響，有關未溶碳化物對軸承壽命的影響研究較少。碳化物是硬脆相，除了對耐磨性有利之外，承載時因會（特別是碳化物呈非球形）與基體引起應力集中而產生裂紋，從而會降低韌性和疲勞抗力。淬火未溶碳化物除了自身對鋼的性能產生影響之外，還影響淬火馬氏體的含碳量和Ar含量及分布，從而對鋼的性能產生附加影響。為了揭示未溶碳化物對性能的影響，采用不同含碳量的鋼，淬火后使其馬氏體含碳量和Ar含量相同而未溶碳化物含量不同的狀態(tài)，經150℃回火后，由于馬氏體含碳量相同，而且硬度較高，因而未溶碳化物少量增高對硬度增高值不大，反映強度和韌性的壓潰載荷則有所降低，對應力集中敏感的接觸疲勞壽命則明顯降低。因此淬火未溶碳化物過多對鋼的綜合力學性能和失效抗力是有害的。適當降低軸承鋼的含碳量是提高制件使用壽命的途徑之一。
淬火未溶碳化物除了數量對材料性能有影響之外，尺寸、形貌、分布也對材料性能產生影響。為了避免軸承鋼中未溶碳化物的危害，要求未溶碳化物少（數量少）、小（尺寸小）、勻（大小彼此相差很小，而且分布均勻）、圓（每粒碳化物皆呈球形）。應該指出，軸承鋼淬火后有少量未溶碳化物是必要的，不僅可以保持足夠的耐磨性，而且也是獲得細晶粒隱晶馬氏體的必備條件。
1.4淬火回火后的殘留應力
軸承零件經淬火低溫回火后，仍具有較大的內應力。零件中的殘留內應力有利和弊兩種狀態(tài)。鋼件熱處理后，隨著表面殘留壓應力的增大，鋼的疲勞強度隨之增高，反之表面殘留內應力為拉應力時，則使鋼的疲勞強度降低。這是由于零件的疲勞失效出現在承受過大拉應力的時候，當表面有較大壓應力殘存時，會抵消同等數值的拉應力，而使鋼的實際承受拉應力數值減小，使疲勞強度極限值增高，當表面有較大拉應力殘存時，會與承受的拉應力載荷疊加而使鋼的實際承受的拉應力明顯增大，即使疲勞強度極限值降低。因此，使軸承零件淬火回火后表面殘留較大的壓應力，也是提高使用壽命的措施之一（當然過大的殘留應力可能引起零件的變形甚至開裂，應給予足夠重視）。
1．5鋼的雜質含量
鋼中的雜質包括非金屬夾雜物和有害元素（酸溶）含量，它們對鋼性能的危害往往是相互助長的，如氧含量越高，氧化物夾雜物就越多。鋼中雜質對力學性能和制件抗失效能力的影響與雜質的類型、性質、數量、大小及形狀有關，但通常都有降低韌性、塑性和疲勞壽命的作用。
隨著夾雜物尺寸的增大，疲勞強度隨之而降低，而且鋼的抗拉強度越高，降低趨勢加大。鋼中含氧量增高（氧化物夾雜增多），彎曲疲勞和接觸疲勞壽命在高應力作用下也隨之降低。因此，對于在高應力下工作的軸承零件，降低制造用鋼的含氧量是必要的。一些研究表明，鋼中的MnS夾雜物，因形狀呈橢球狀,而且能夠包裹危害較大的氧化物夾雜,故其對疲勞壽命降低影響較小甚至還可能有益,故可從寬控制。
2 影響軸承壽命的材料因素的控制
為了使上述影響軸承壽命的材料因素處于最佳狀態(tài)，首先需要控制淬火前鋼的原始組織，可以采取的技術措施有：高溫（1050℃）奧氏體化速冷至630℃等溫正火獲得偽共析細珠光體組織，或者冷至420℃等溫處理，獲得貝氏體組織。也可采用鍛軋余熱快速退火，獲得細粒狀珠光體組織，以保證鋼中的碳化物細小和均勻分布。這種狀態(tài)的原始組織在淬火加熱奧氏體化時，除了溶入奧氏體中的碳化物外，未溶碳化物將聚集成細粒狀。
當鋼中的原始組織一定時，淬火馬氏體的含碳量（即淬火加熱后的奧氏體含碳量）、殘留奧氏體量和未溶碳化物量主要取決于淬火加熱溫度和保持時間，隨著淬火加熱溫度增高（時間一定），鋼中未溶碳化物數量減少（淬火馬氏體含碳量增高）、殘留奧氏體數量增多，硬度則先隨著淬火溫度的增高而增加，達到峰值后又隨著溫度的升高而降低。當淬火加熱溫度一定時，隨著奧氏體化時間的延長，未溶碳化物的數量減少，殘留奧氏體數量增多，硬度增高，時間較長時，這種趨勢減緩。當原始組織中碳化物細小時，因碳化物易于溶入奧氏體，故使淬火后的硬度峰移向較低溫度和出現在較短的奧氏體化時間。
綜上所述，GCrl5鋼淬火后未溶碳化物在7％左右，殘留奧氏體在9％左右（隱晶馬氏體的平均含碳量在0．55％左右）為最佳組織組成。而且，當原始組織中碳化物細小，分布均勻時，在可靠地控制上述水平的顯微組織組成時，有利于獲得高的綜合力學性能，從而具有高的使用壽命。應該指出，具有細小彌散分布碳化物的原始組織，淬火加熱保溫時，未溶的細小碳化物會聚集長大，使其粗化。因此，對于具有這種的原始組織軸承零件淬火加熱時間不宜過長，采用快速加熱奧氏體化淬火工藝，將可獲得更高的綜合力學性能。
為了使軸承零件淬回火后表面殘留較大的壓應力，可在淬火加熱時通入滲碳或滲氮的氣氛，進行短時間的表面滲碳或滲氮。由于這種鋼淬火加熱時奧氏體實際含碳量不高，遠低于相圖上示出的平衡濃度，因此可以吸碳（或氮）。當奧氏體含有較高的碳或氮后，其Ms降低，淬火時表層較內層和心部后發(fā)生馬氏體轉變，產生了較大的殘留壓應力。GCrl5鋼以滲碳氣氛和非滲碳氣氛加熱淬火(均經低溫回火)處理后,經接觸疲勞試驗可以看出，表面滲碳的壽命比未滲碳的提高了1.5倍。其原因就是滲碳的零件表面具有較大的殘留壓應力。
3 結論
影響高碳鉻鋼滾動軸承零件使用壽命的主要材料因素及控制程度為：
（1）鋼在淬火前的原始組織中的碳化物要求細小、彌散。可采用高溫奧氏體化630℃、或420℃高溫,也可利用鍛軋余熱快速退火工藝來實現。
（2）對于GCr15鋼淬火后，要求獲得平均含碳量為0.55％左右的隱晶馬氏體、9％左右Ar和7％左右呈勻、圓狀態(tài)的未溶碳化物的顯微組織。可利用淬火加熱溫度和時間來控制得到這種顯微組織。
（3）零件淬火低溫回火后要求表面殘留有較大的壓應力，這有助于疲勞抗力的提高。可采用在淬火加熱時進行表面短時間滲碳或滲氮的處理工藝，使得表面殘留有較大的壓應力。
（4）制造軸承零件用鋼，要求具有較高的純凈度，主要是減少O2、N2、P、氧化物和磷化物的含量。可采用電渣重熔，真空冶煉等技術措施使材料含氧量≤15PPM為宜。
1、軸承保養(yǎng)
為了盡可能長時間地以良好狀態(tài)維持軸承本來的性能，須保養(yǎng)、檢修、以求防事故于未然，確保運轉的可靠性，提高生產性、經濟性。
保養(yǎng)最好相應機械運轉條件的作業(yè)標準，定期進行。內容包括監(jiān)視運轉狀態(tài)、補充或更換潤滑劑、定期拆卸的檢查。
作為運轉中的檢修事項，有軸承的旋轉音、振動、溫度、潤滑劑的狀態(tài)等等。
2、軸承的檢修
軸承的清洗：拆卸下軸承檢修時，首先記錄軸承的外觀，確認潤滑劑的殘存量，取樣檢查用的潤滑劑之后，洗軸承。作為清洗劑，普通使用清洗劑、煤油。
拆下來的軸承的清洗，分粗清洗和細清洗，分別放在容器中，先放上金屬的網墊底，使軸承不直接接觸容器的臟物。粗清洗時，如果使軸承帶著臟物旋轉，會損傷軸承的滾動面，應該加以注意。在粗清洗油中，使用刷子清除去潤滑脂、粘著物，大致干凈后，轉入精洗。
精洗，是將軸承在清洗油中一邊旋轉，一邊仔細的清洗。另外，清洗油也要經常保持清潔。
軸承的檢修和判斷：為了判斷拆卸下來的軸承是否可以使用，要在軸承洗干凈后檢查。檢查滾道面、滾動面、配合面的狀態(tài)、保持架的磨損情況、軸承游隙的增加及有無關尺寸精度下降的損傷，異常。非分離型小型球軸承，則用一只手將內圈支持水平，旋轉外圈確認是否流暢。
圓錐滾子軸承等分離形軸承，可以對滾動體、外圈的滾道面分別檢查。
大型軸承因不能用手旋轉，注意檢查滾動體、滾道面、保持架、擋邊面等外觀，軸承的重要性愈高愈須慎重檢查。
3、軸承的選擇
軸承選擇之概要：
使用滾動軸承的各種機械裝置、儀器等的市場要求性能日趨嚴格，對于軸承所要求的條件、性能也日趨多樣化。為了能從為數眾多的結構、尺寸中，選擇最適合的軸承，需要從各種角度研究。在選擇軸承時，一般，考慮作為軸系的軸承排列、安裝、拆卸之難易度、軸承所允許的空間、尺寸及軸承的市場性等，大致決定軸承結構。其次，一邊比較研究使用軸承的各種機械的設計壽命和軸承的各種不同的耐久限度，一邊決定軸承尺寸。在選擇軸承時，往往偏于只考慮軸承的疲勞壽命，有關由潤滑脂老化而發(fā)生的潤滑脂壽命、磨損、噪音等也需要充分研究。再者，根據不同的用途，有必要選擇對精度、游隙、保持架結構、潤滑脂等等要求，作特別設計的軸承。但是，選擇軸承并沒有一定的順序、規(guī)則，優(yōu)先應考慮的是對軸承所要求的條件、性能、最有關連的事項，尤為實際。
○軸承所要求的條件、性能
○使用條件、環(huán)境條件
○軸承安裝部分尺寸諸項
○軸承所允許的空間
○負荷之大小、方向
○振動、沖擊
○旋轉速度、軸承的極限轉速
○內圈、外圈的傾斜
○軸向方向的固定與軸承配列
○裝卸的難易
○噪聲、扭矩
○剛性
○市場性、經濟性
決定軸承結構、排列
○使用機械與設計壽命
○當量動負荷或當量靜負荷
○旋轉速度
○允許靜負荷系數
○允許軸向負荷（圓柱滾子軸承的情況下）
決定軸承尺寸
○旋轉振擺的精度
○高速旋轉
○扭矩變動
決定軸承精度等級
○配合
○內圈、外圈的溫度差
○旋轉速度
○內圈、外圈的傾斜
○預壓量
決定（內部）游隙
○旋轉速度
○噪聲
○使用溫度
決定保持架形狀、材料
○使用溫度
○旋轉速度
○潤滑方式
○密封方式
○保養(yǎng)、維修
決定潤滑方法、潤滑劑、密封方法
○裝卸順序
○工卡模具
○與安裝有關的尺寸
決定與安裝有關的尺寸
決定裝卸方法
軸承及軸承周圍部分的
最終規(guī)格
4、軸承的使用
使用上的注意事項：
滾動軸承是精密部件，其使用也須相應地慎重進行。無論使用多么高性能的軸承，如果使用不當，則不會得到預期的高性能。有關軸承的使用注意事項如下。
（1）、保持軸承及其周圍清潔。
即使是眼睛看不到的小塵埃，也會給軸承帶來壞影響。所以，要保持周圍清潔，使塵埃不致侵入軸承。
（2）、小心謹慎地使用。
在使用中給與軸承強烈沖擊，會產生傷痕及壓痕，成為事故的原因。嚴重的情況下，會裂縫、斷裂，所以必須注意。
（3）、使用恰當的操作工具。
避免以現有的工具代替，必須使用恰當的工具。
（4）、要注意軸承的銹蝕。
操作軸承時，手上的汗會成為生銹的原因。要注意用干凈的手操作，最好盡量帶上手套。
5、軸承的材料
軸承的材料：
滾動軸承的套圈和滾動體，一面反復承受高接觸壓力，一面進行伴隨有滑動的滾動接觸。保持器，一面與套圈和滾動體的兩旁，或其某一方滑動接觸，一面承受拉力和壓縮力。因此，對軸承的套圈，滾動體及保持架的材料、性能、主要要求如下。
套圈、滾動體材料所要求的性能：
滾動疲勞強度大 硬度高 耐摩耗性高
保持架材料所要求的性能：
尺寸穩(wěn)定性好 機械強度大
此外，還需要加工性好。根據用途不同，還有要求其耐沖擊性、耐熱性、耐腐蝕性好。
套圈及滾動體的材料：
套圈及滾動體通常使用高碳鉻軸承鋼。大部分的軸承，使用JIS鋼種中的SUJ2。大型軸承使用SUJ3。
SUJ2的化學成分，在世界各國，作為軸承用材料已規(guī)格化。比如：與AISL52100（美國）、DIN100Cr6（西德）、BS535A99（英國）等均屬同種鋼。
進一步需要耐沖擊的情況下，作為軸承材料使用鉻鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鉬鋼、采用滲炭淬火，使鋼從表面至適當的深度有一個硬化層。具有適當的硬化深度、細密的組織、合適硬度的表面及心部硬度的滲炭軸承，比使用軸承鋼的軸承具有優(yōu)良的耐沖擊性，一般的滲炭軸承用鋼的化學成分。
NSK實施了真空脫氣處理，所以，所使用的材料清凈度高、氧氣含量少、質量好。進而采用了恰當的熱處理，使軸承的滾動疲量壽命顯著提高。
上述鋼種之外，根據特殊用途，還使用耐熱性優(yōu)良的高速鋼，耐腐蝕性好的不銹鋼。
保持架材料：
沖壓保持架的材料，使用低碳素鋼。根據用途不同，也使用黃銅板、不銹鋼板。切制保持架的材料，使用高強度黃銅、碳素鋼，此外也還使用合成樹脂。
6、軸承的潤滑
軸承潤滑的目的：
滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤滑效用如下。
（1）、減少摩擦及摩損。
在構成軸承的套圈、滾動體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。
（2）、延長疲勞壽命。
軸承的滾動疲勞壽命，在旋轉中，滾動接觸面潤滑良好，則延長。相反地，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，則縮短。
（3）、排出摩擦熱、冷卻。
循環(huán)給油法等可以用油排出由摩擦發(fā)生的熱，或由外部傳來的熱，冷卻。防止軸承過熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?nbsp;
（4）、其他
也有防止異物侵入軸承內部，或防止生銹、腐蝕之效果。
潤滑方法：
軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。為了使軸承很好地發(fā)揮機能，首先，要選擇適合使用條件、使用目的的潤滑方法。若只考慮潤滑，油潤滑的潤滑性占優(yōu)勢。但是，脂潤滑有可以簡化軸承周圍結構的特長，將脂潤滑和油潤滑的利弊比較。
7、軸承的安裝
軸承的安裝：
軸承的安裝是否正確，影響著精度、壽命、性能。因此，設計及組裝部門對于軸承的安裝要充分研究。希望要按照作業(yè)標準進行安裝。作業(yè)標準的項目通常如下：
（1）、清洗軸承及軸承關連部件
（2）、檢查關連部件的尺寸及精加工情況
（3）、安裝
（4）、安裝好軸承后的檢查
（5）、供給潤滑劑
希望在即將安裝前，方才打開軸承包裝。一般潤滑脂潤滑，不清洗，直接填充潤滑脂。潤滑油潤滑，普通也不必清洗，但是，儀器用或高速用軸承等，要用潔凈的油洗凈，除去涂在軸承上的防銹劑。除去了防銹劑的軸承，易生銹，所以不能放置不顧。 再者，已封入潤滑脂的軸承，不清洗直接使用。
軸承的安裝方法，因軸承結構、配合、條件而異，一般，由于多為軸旋轉，所以內圈需要過盈配合。圓柱孔軸承，多用壓力機壓入，或多用熱裝方法。錐孔的場合，直接安裝在錐度軸上，或用套筒安裝。
安裝到外殼時，一般游隙配合多，外圈有過盈量，通常用壓力機壓入，或也有冷卻后安裝的冷縮配合方法。用干冰作冷卻劑，冷縮配合安裝的場合，空氣中的水分會凝結在軸承的表面。所以，需要適當的防銹措施。
8、軸承的損傷
軸承的損傷：
一般，如果正確使用軸承，可以使用至達到疲勞壽命為止。但會有意外過早地損傷，不能耐于使用的情況。這種早期損傷，與疲勞壽命相對，是被稱做故障或事故的品質使用限度。多起因于安裝、使用、潤滑上的不注意，從外部侵入的異物，對于軸、外殼的熱影響之研究不夠充分等。
關于軸承的損傷狀態(tài)如：滾子軸承的套圈、擋邊的卡傷，作為原因可考慮，潤滑劑不足、不適合、供排油構造的缺陷、異物的侵入、軸承安裝誤差、軸的撓曲過大，也會有這些原因重合。
因此，僅調查軸承損傷，很難得知損傷的真正原因。可是，如果知道了軸承的使用機械、使用條件、軸承周圍的構造、了解事故發(fā)生前后的情況，結合軸承的損傷狀態(tài)和幾種原因考察，便可以防止同類事故再發(fā)生。
9、滾動軸承的知識
第一節(jié) 滾動軸承的基本結構
以滑動軸承為基礎發(fā)展起來的滾動軸承，其工作原理是以滾動摩擦代替滑動摩擦，一般由兩個套圈，一組滾動體和一個保持架所組成的通用性很強、標準化、系列化程度很高的機械基礎件。由于各種機械有著不同的工作條件，對滾動軸承在負荷能力、結構和使用性能等方面都提出了各種不同要求。為此，滾動軸承需有各式各樣的結構。但是，最基本的結構是由內圈、外圈、滾動體和保持架所組成。
各種零件在軸承中的作用分別是：
對于向心軸承，內圈通常與軸緊配合，并與軸一起運轉，外圈通常與軸承座或機械殼體孔成過渡配合，起支承作用。但是，在某些場合下，也有外圈運轉，內圈固定起支承作用或者內圈、外圈都同時運轉的。對于推力軸承，與軸緊配合并一起運動的稱軸圈，與軸承座或機械殼體孔成過渡配合并起支承作用的稱座圈。滾動體（鋼球、滾子或滾針）在軸承內通常借助保持架均勻地排列在兩個套圈之間作滾動運動，它的形狀、大小和數量直接影響軸承的負荷能力和使用性能。保持架除能將滾動體均勻地分隔開以外，還能起引導滾動體旋轉及改善軸承內部潤滑性能等作用。
第二節(jié) 滾動軸承的分類
1．按滾動軸承結構類型分類
(1) 軸承按其所能承受的載荷方向或公稱接觸角的不同，分為：
1) 向心軸承----主要用于承受徑向載荷的滾動軸承，其公稱接觸角從0到45。按公稱接觸角不同，又分為：徑向接觸軸承----公稱接觸角為0的向心軸承：向心角接觸軸承----公稱接觸角大于0到45的向心軸承。
2) 推力軸承----主要用于承受軸向載荷的滾動軸承，其公稱接觸角大于45到90。按公稱接觸角不同又分為： 軸向接觸軸承----公稱接觸角為90的推力軸承：推力角接觸軸承----公稱接觸角大于45但小于90的推力軸承。
(2) 軸承按其滾動體的種類，分為：
1) 球軸承----滾動體為球：
2) 滾子軸承----滾動體為滾子。滾子軸承按滾子種類，又分為： 圓柱滾子軸承----滾動體是圓柱滾子的軸承，圓柱滾子的長度與直徑之比小于或等于3 ；滾針軸承----滾動體是滾針的軸承，滾針的長度與直徑之比大于3，但直徑小于或等于5mm; 圓錐滾子軸承----滾動體是圓錐滾子的軸承; 調心滾子軸承一一滾動體是球面滾子的軸承。
(3) 軸承按其工作時能否調心,分為:
1) 調心軸承----滾道是球面形的,能適應兩滾道軸心線間的角偏差及角運動的軸承;
2) 非調心軸承(剛性軸承)----能阻抗?jié)L道間軸心線角偏移的軸承。
(4) 軸承按滾動體的列數,分為:
1) 單列軸承----具有一列滾動體的軸承;
2) 雙列軸承----具有兩列滾動體的軸承;
3) 多列軸承----具有多于兩列滾動體的軸承,如三列、四列軸承。
(5) 軸承按其部件能否分離,分為：
1)可分離軸承----具有可分離部件的軸承；
2)不可分離軸承----軸承在最終配套后,套圈均不能任意自由分離的軸承。
(6) 軸承按其結構形狀(如有無裝填槽,有無內、外圈以及套圈的形狀,擋邊的結構,甚至有無保持架等)還可以分為多種結構類型。
2.按滾動軸承尺寸大小分類 軸承按其外徑尺寸大小，分為:
(1) 微型軸承----公稱外徑尺寸范圍為26mm以下的軸承;
(2) 小型軸承----公稱外徑尺寸范圍為28-55mm的軸承;
(3) 中小型軸承----公稱外徑尺寸范圍為60-115mm的軸承;
(4) 中大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為120-190mm的軸承
(5) 大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為200-430mm的軸承;
(6) 特大型軸承----公稱外徑尺寸范圍為440mm以上的軸承。
第三節(jié)滾動軸承的基本生產過程
由于滾動軸承的類型、結構型式、公差等級、技術要求、材料及批量等的不同,其基本生產過程也不完全相同。
一、各種軸承主要零件的加工過程:
1．套圈的加工過程: 軸承內圈和外圈的加工依原材料或毛坯形式的不同而有所不同,其中車加工前的工序可分為下述三種,整個加工過程為： 棒料或管料（有的棒 料需經鍛造和退火、正火）----車加工----熱處理----磨加工----精研或拋光----零件終檢----防銹----入庫----(待合套裝配〉
2．鋼球的加工過程, 鋼球的加工同樣依原材料的狀態(tài)不同而有所不同,其中挫削或光球前的工序,可分為下述三種,熱處理前的工序,又可分為下述二種，整個加工 過程為： 棒料或線材冷沖（有的棒料冷沖后還需沖環(huán)帶和退火）----挫削、粗磨、軟磨或光球----熱處理----硬磨----精磨----精研或研磨----終檢分組----防銹、包裝----入庫〈待合套裝配〉。
3．滾子的加工過程 滾子的加工依原材料的不同而有所不同,其中熱處理前的工序可分為下述兩種,整個加工過程為: 棒料車加工或線材冷鐓后串環(huán)帶及軟磨----熱處理----串軟點----粗磨外徑----粗磨端面----終磨端面----細磨外徑----終磨外徑----終檢分組----防銹、包裝----入庫（待合套裝配〉。
4．保持架的加工過程 保持架的加工過程依設計結構及原材料的不同,可分為下述兩類：
（1）板料→剪切→沖裁→沖壓成形→整形及精加工→酸洗或噴丸或串光→終檢→防銹、包裝→入庫(待合套裝配)
（2）實體保持架的加工過程: 實體保持架的加工,依原材料或毛壞的不同而有所不同,其中車加工前可分為下述四種毛坯型式,整個加工過程為: 棒料、管料、鍛件、鑄件----車內徑、外徑、端面、倒角----鉆孔（或拉孔、鏜孔）----酸洗----終檢----防銹、包裝----入庫〈待合套裝配〉。
二、滾動軸承的裝配過程:
滾動軸承零件如內圈、外圈、滾動體和保持架等,經檢驗合格后,進入裝配車間進行裝配,其過程如下:
零件退磁、清洗→內、外滾〈溝〉道尺寸分組選別→合套→檢查游隙→鉚合保持架→終檢→退磁、清洗→防銹、包裝→入成品庫(裝箱、發(fā)運〉。
第四節(jié) 滾動軸承的特點
滾動軸承與滑動軸承相比,具有下列優(yōu)點:
1．滾動軸承的摩擦系數比滑動軸承小,傳動效率高。一般滑動軸承的摩擦系數為0.08-0.12,而滾動軸承的摩擦系數僅為0.001-0.005;
2．滾動軸承已實現標準化、系列化、通用化,適于大批量生產和供應，使用和維修十分方便；
3．滾動軸承用軸承鋼制造,并經過熱處理,因此,滾動軸承不僅具有較高的機械性能和較長的使用壽命,而且可以節(jié)省制造滑動軸承所用的價格較為昂貴的有色金屬;
4．滾動軸承內部間隙很小,各零件的加工精度較高,因此,運轉精度較高。同時,可以通過預加負荷的方法使軸承的剛性增加。這對于精密機械是非常重要的;
5．某些滾動軸承可同時承受徑向負荷和軸向負荷,因此,可以簡化軸承支座的結構;
6．由于滾動軸承傳動效率高,發(fā)熱量少,因此,可以減少潤滑油的消耗,潤滑維護較為省事;
7．滾動軸承可以方便地應用于空間任何方位的鈾上。
但是,一切事物都是一分為二的,滾動軸承也有一定的缺點,主要是：
1． 滾動軸承承受負荷的能力比同樣體積的滑動軸承小得多,因此,滾動軸承的徑向尺寸大。所以,在承受大負荷的場合和要求徑向尺寸小、結構要求緊湊的場合〈如內燃機曲軸軸承),多采用滑動軸承；
2． 滾動軸承振動和噪聲較大,特別是在使用后期尤為顯著,因此,對精密度要求很高、又不許有振動的場合,滾動軸承難于勝任,一般選用滑動軸承的效果更佳
3． 滾動軸承對金屬屑等異物特別敏感,軸承內一旦進入異物,就會產生斷續(xù)地較大振動和噪聲,亦會引起早期損壞。此外,滾動軸承因金屬夾雜質等也易發(fā)生早期損壞的可能性。即使不發(fā)生早期損壞,滾動軸承的壽命也有一定的限度。總之,滾動軸承的壽命較滑動軸承短些。
可是,滾動軸承與滑動軸承相比較,各有優(yōu)缺點,各占有一定的適用場合,因此,兩者不能完全互相取代,并且各自向一定的方向發(fā)展,擴大自己的領域。但是,由于滾動軸承的突出優(yōu)點,頗有后來者居上的趨勢。目前,滾動軸承已發(fā)展成為機械的主要支承型式,應用愈來愈廣泛。
10、影響軸承壽命的因素及其控制
1 影響軸承壽命的材料因素
滾動軸承的早期失效形式，主要有破裂、塑性變形、磨損、腐蝕和疲勞，在正常條件下主要是接觸疲勞。軸承零件的失效除了服役條件之外，主要受鋼的硬度、強度、韌性、耐磨性、抗蝕性和內應力狀態(tài)制約。影響這些性能和狀態(tài)的主要內在因素有如下幾項。
1．1淬火鋼中的馬氏體
高碳鉻鋼原始組織為粒狀珠光體時，在淬火低溫回火狀態(tài)下，淬火馬氏體含碳量，明顯影響鋼的力學性能。強度、韌性在0.5％左右，接觸疲勞壽命在0.55％左右，抗壓潰能力在0.42％左右，當GCr15鋼淬火馬氏體含碳量為0.5％～0.56％時，可以獲得抗失效能力最強的綜合力學性能。
應該指出，在這種情況下獲得的馬氏體是隱晶馬氏體，測得的含碳量是平均含碳量。實際上，馬氏體中的含碳量在微區(qū)內是不均勻的，靠近碳化物周圍的碳濃度高于遠離碳化物原鐵素體部分，因而它們開始發(fā)生馬氏體轉變的溫度不同，從而抑制了馬氏體晶粒的長大和顯微形態(tài)的顯示而成為隱晶馬氏體。它可避免高碳鋼淬火時易出現的顯微裂紋，而且其亞結構為強度與韌性均高的位錯型板條狀馬氏體。因此，只有當高碳鋼淬火時獲得中碳隱晶馬氏體時軸承零件才可能獲得抗失效能力最佳的基體。
1．2淬火鋼中的殘留奧氏體
高碳鉻鋼經正常淬火后，可含有8％～20％Ar（殘留奧氏體）。軸承零件中的Ar有利也有弊，為了興利除弊，Ar含量應適當。由于Ar量主要與淬火加熱奧氏體化條件有關，它的多少又會影響淬火馬氏體的含碳量和未溶碳化物的數量，較難正確反映Ar量對力學性能的影響。為此，固定奧氏條件，利用奧氏體體化熱穩(wěn)定化處理工藝，以獲得不同Ar量，在此研究了淬火低溫回火后Ar含量對GCr15鋼硬度和接觸疲勞壽命的影響。隨著奧氏體含量的增多，硬度和接觸疲勞壽命均隨之而增加，達到峰值后又隨之而降低，但其峰值的Ar含量不同，硬度峰值出現在17％Ar左右，而接觸疲勞壽命峰值出現在9％左右。當試驗載荷減小時，因Ar量增多對接觸疲勞壽命的影響減小。這是由于當Ar量不多時對強度降低的影響不大，而增韌的作用則比較明顯。原因是載荷較小時，Ar發(fā)生少量變形，既消減了應力峰，又使已變形的Ar加工強化和發(fā)生應力應變誘發(fā)馬氏體相變而強化。但如載荷大時，Ar較大的塑性變形與基體會局部產生應力集中而破裂，從而使壽命降低。應該指出，Ar的有利作用必須是在Ar穩(wěn)定狀態(tài)之下，如果自發(fā)轉變?yōu)轳R氏體，將使鋼的韌性急劇降低而脆化。
1．3淬火鋼中的未溶碳化物
淬火鋼中未溶碳化物的數量、形貌、大小、分布，既受到鋼的化學成分和淬火前原始組織的影響，又受奧氏體化條件的影響，有關未溶碳化物對軸承壽命的影響研究較少。碳化物是硬脆相，除了對耐磨性有利之外，承載時因會（特別是碳化物呈非球形）與基體引起應力集中而產生裂紋，從而會降低韌性和疲勞抗力。淬火未溶碳化物除了自身對鋼的性能產生影響之外，還影響淬火馬氏體的含碳量和Ar含量及分布，從而對鋼的性能產生附加影響。為了揭示未溶碳化物對性能的影響，采用不同含碳量的鋼，淬火后使其馬氏體含碳量和Ar含量相同而未溶碳化物含量不同的狀態(tài)，經150℃回火后，由于馬氏體含碳量相同，而且硬度較高，因而未溶碳化物少量增高對硬度增高值不大，反映強度和韌性的壓潰載荷則有所降低，對應力集中敏感的接觸疲勞壽命則明顯降低。因此淬火未溶碳化物過多對鋼的綜合力學性能和失效抗力是有害的。適當降低軸承鋼的含碳量是提高制件使用壽命的途徑之一。
淬火未溶碳化物除了數量對材料性能有影響之外，尺寸、形貌、分布也對材料性能產生影響。為了避免軸承鋼中未溶碳化物的危害，要求未溶碳化物少（數量少）、小（尺寸小）、勻（大小彼此相差很小，而且分布均勻）、圓（每粒碳化物皆呈球形）。應該指出，軸承鋼淬火后有少量未溶碳化物是必要的，不僅可以保持足夠的耐磨性，而且也是獲得細晶粒隱晶馬氏體的必備條件。
1.4淬火回火后的殘留應力
軸承零件經淬火低溫回火后，仍具有較大的內應力。零件中的殘留內應力有利和弊兩種狀態(tài)。鋼件熱處理后，隨著表面殘留壓應力的增大，鋼的疲勞強度隨之增高，反之表面殘留內應力為拉應力時，則使鋼的疲勞強度降低。這是由于零件的疲勞失效出現在承受過大拉應力的時候，當表面有較大壓應力殘存時，會抵消同等數值的拉應力，而使鋼的實際承受拉應力數值減小，使疲勞強度極限值增高，當表面有較大拉應力殘存時，會與承受的拉應力載荷疊加而使鋼的實際承受的拉應力明顯增大，即使疲勞強度極限值降低。因此，使軸承零件淬火回火后表面殘留較大的壓應力，也是提高使用壽命的措施之一（當然過大的殘留應力可能引起零件的變形甚至開裂，應給予足夠重視）。
1．5鋼的雜質含量
鋼中的雜質包括非金屬夾雜物和有害元素（酸溶）含量，它們對鋼性能的危害往往是相互助長的，如氧含量越高，氧化物夾雜物就越多。鋼中雜質對力學性能和制件抗失效能力的影響與雜質的類型、性質、數量、大小及形狀有關，但通常都有降低韌性、塑性和疲勞壽命的作用。
隨著夾雜物尺寸的增大，疲勞強度隨之而降低，而且鋼的抗拉強度越高，降低趨勢加大。鋼中含氧量增高（氧化物夾雜增多），彎曲疲勞和接觸疲勞壽命在高應力作用下也隨之降低。因此，對于在高應力下工作的軸承零件，降低制造用鋼的含氧量是必要的。一些研究表明，鋼中的MnS夾雜物，因形狀呈橢球狀,而且能夠包裹危害較大的氧化物夾雜,故其對疲勞壽命降低影響較小甚至還可能有益,故可從寬控制。
2 影響軸承壽命的材料因素的控制
為了使上述影響軸承壽命的材料因素處于最佳狀態(tài)，首先需要控制淬火前鋼的原始組織，可以采取的技術措施有：高溫（1050℃）奧氏體化速冷至630℃等溫正火獲得偽共析細珠光體組織，或者冷至420℃等溫處理，獲得貝氏體組織。也可采用鍛軋余熱快速退火，獲得細粒狀珠光體組織，以保證鋼中的碳化物細小和均勻分布。這種狀態(tài)的原始組織在淬火加熱奧氏體化時，除了溶入奧氏體中的碳化物外，未溶碳化物將聚集成細粒狀。
當鋼中的原始組織一定時，淬火馬氏體的含碳量（即淬火加熱后的奧氏體含碳量）、殘留奧氏體量和未溶碳化物量主要取決于淬火加熱溫度和保持時間，隨著淬火加熱溫度增高（時間一定），鋼中未溶碳化物數量減少（淬火馬氏體含碳量增高）、殘留奧氏體數量增多，硬度則先隨著淬火溫度的增高而增加，達到峰值后又隨著溫度的升高而降低。當淬火加熱溫度一定時，隨著奧氏體化時間的延長，未溶碳化物的數量減少，殘留奧氏體數量增多，硬度增高，時間較長時，這種趨勢減緩。當原始組織中碳化物細小時，因碳化物易于溶入奧氏體，故使淬火后的硬度峰移向較低溫度和出現在較短的奧氏體化時間。
綜上所述，GCrl5鋼淬火后未溶碳化物在7％左右，殘留奧氏體在9％左右（隱晶馬氏體的平均含碳量在0．55％左右）為最佳組織組成。而且，當原始組織中碳化物細小，分布均勻時，在可靠地控制上述水平的顯微組織組成時，有利于獲得高的綜合力學性能，從而具有高的使用壽命。應該指出，具有細小彌散分布碳化物的原始組織，淬火加熱保溫時，未溶的細小碳化物會聚集長大，使其粗化。因此，對于具有這種的原始組織軸承零件淬火加熱時間不宜過長，采用快速加熱奧氏體化淬火工藝，將可獲得更高的綜合力學性能。
為了使軸承零件淬回火后表面殘留較大的壓應力，可在淬火加熱時通入滲碳或滲氮的氣氛，進行短時間的表面滲碳或滲氮。由于這種鋼淬火加熱時奧氏體實際含碳量不高，遠低于相圖上示出的平衡濃度，因此可以吸碳（或氮）。當奧氏體含有較高的碳或氮后，其Ms降低，淬火時表層較內層和心部后發(fā)生馬氏體轉變，產生了較大的殘留壓應力。GCrl5鋼以滲碳氣氛和非滲碳氣氛加熱淬火(均經低溫回火)處理后,經接觸疲勞試驗可以看出，表面滲碳的壽命比未滲碳的提高了1.5倍。其原因就是滲碳的零件表面具有較大的殘留壓應力。
3 結論
影響高碳鉻鋼滾動軸承零件使用壽命的主要材料因素及控制程度為：
（1）鋼在淬火前的原始組織中的碳化物要求細小、彌散。可采用高溫奧氏體化630℃、或420℃高溫,也可利用鍛軋余熱快速退火工藝來實現。
（2）對于GCr15鋼淬火后，要求獲得平均含碳量為0.55％左右的隱晶馬氏體、9％左右Ar和7％左右呈勻、圓狀態(tài)的未溶碳化物的顯微組織。可利用淬火加熱溫度和時間來控制得到這種顯微組織。
（3）零件淬火低溫回火后要求表面殘留有較大的壓應力，這有助于疲勞抗力的提高。可采用在淬火加熱時進行表面短時間滲碳或滲氮的處理工藝，使得表面殘留有較大的壓應力。
（4）制造軸承零件用鋼，要求具有較高的純凈度，主要是減少O2、N2、P、氧化物和磷化物的含量。可采用電渣重熔，真空冶煉等技術措施使材料含氧量≤15PPM為宜。