随着科学技术的发展,不锈轴承材料的使用范围越来越广泛,不仅用于化工、石油、造船和食品等腐蚀环境中,还广泛应用于航天、航空、核工业以及高新技术产品中。不锈轴承材料不仅应具有良好的耐腐蚀性能,在许多特殊的工作环境中还需具备高的韧性、高的高温硬度以及高的接触疲劳寿命等。而在仪器、仪表和计算机等领域则需要耐腐蚀、高精度、低噪音的不锈轴承材料。这就给不锈轴承材料的研究工作提出了新的课题。

1 　高碳铬型不锈轴承钢
高碳铬型不锈轴承钢是应用最为广泛的一种马氏体型不锈轴承材料。其牌号、标准及化学成分。
1.1 　化学成分
高碳铬型不锈轴承钢的典型钢种为9Cr18 ,9Cr18Mo 是在9Cr18 钢的基础上加钼发展起来的。与9Cr18 钢相比,9Cr18Mo 钢具有更高的硬度和抗回火稳定性。
由于9Cr18 和9Cr18Mo 这两种钢具有高的碳含量和高的铬含量,所以它不可避免地会产生大块的共晶碳化物,这些碳化物分布不均匀,大部分在晶界上析出,而且热处理时无法消除,往往对轴承套圈的研磨和精抛光产生不利的影响。9Cr18 钢所制轴承不能满足噪音及精度的要求,同时当轴承承受较大载荷时,易在共晶碳化物处造成应力集中而产生疲劳裂纹源,使轴承的使用性能和接触疲劳寿命受到损害。
国内外为改善9Cr18 不锈轴承钢的碳化物进行了大量的研究,其中采取降碳、降铬的方法比较成熟。如美国、日本研究出了一种碳含量为017 %和铬含量为13 %的钢种,其热处理工艺与440C 标准热处理工艺相同,可获得硬度HRC 60 、碳化物尺寸较细小(小于10 μm) 且分布较均匀、接触疲劳寿命比440C 高1 倍、并且可靠性较高的不锈轴承钢。
研究表明:7Cr14Mo 和6Cr13Mo 不锈轴承钢中的共晶碳化物含量比9Cr18 钢明显减少,淬、回火后的硬度与9Cr18 相当,而接触疲劳寿命优于9Cr18 ,额定寿命提高1178 倍;其在人工海水中的耐腐蚀能力与9Cr18 钢相当,但耐稀硝酸的能力不如9Cr18钢。这些新型低碳、低铬不锈轴承钢可用于要求高精度、低噪音的轴承领域。目前,各国对这些新型不锈轴承钢的性能和应用正在进行更深入的研究。
1.2 　纯净度
对于9Cr18 和9Cr18Mo 高碳铬型不锈轴承钢,
国内一般采用电弧炉冶炼或电弧炉冶炼加电渣重熔
工艺。采用电渣重熔方法冶炼的钢其氧含量为
01002 8 %～01004 0 % ,钢中氧化物夹杂虽然比较细小,但含量较多,这对轴承的使用寿命及表面光洁度都有影响。目前,国内外对于重要用途的轴承材料多采用真空感应+ 真空自耗(双真空) 冶炼。采用双真空冶炼可以获得低氧含量(一般低于01001 0 %) 、高纯净度和极少氧化物夹杂的轴承材料,从而提高了轴承的接触疲劳寿命。研究表明:采用双真空冶炼方法生产的9Cr18 不锈轴承钢的纯净度可得到大幅度地提高,其氧含量为01000 6 %,氧化物夹杂的含量明显低于电渣重熔钢,并且氧化物夹杂颗粒少且小、分布均匀;其接触疲劳寿命比电渣重熔钢提高了45 % ,同时还可获得较好的表面光洁度和加工精度。

2 　高温不锈轴承钢
火箭、可返回飞行器、燃气轮机、核动力推进系统、高温输送器等装置中所用的轴承和齿轮等都要在很高的温度下工作。随着宇宙飞行器、喷气发动机以及涡轮增压器、无润滑轴承设计等近代工程技术的迅速发展,轴承的工作温度也已超过300 ℃。所以,必须研究发展在此高温下具有高硬度、高耐蚀性和高接触疲劳寿命的新型高温轴承材料。国内外研制的高温不锈轴承钢的成分及使用温度见表3 。
航天航空领域所需轴承的D N 值(直径与转速的乘积) 不断地提高,使用温度也已超过300 ℃,这就需要高温不锈轴承材料不但应具有高的表面硬度,同时芯部还要保持良好的断裂韧性、延展性和冲击韧性。但是,现有的钢种较难满足这些要求,因此需开发新型钢种。

3 　含氮不锈轴承钢
在过去的几十年中,氮作为合金元素被用来提高钢的性能变得越来越诱人。氮在马氏体不锈钢中的极限含量较低(约为011%) 。目前,各国已相继开发出含氮不锈轴承钢(如法国的XD15N 、日本的ES1等) 。

4 　特种不锈轴承合金
在不同条件下工作的轴承不仅要有一般的抗蚀性能,还应具有抗各种介质腐蚀的性能。目前,国内外已开发出了许多新型耐蚀合金,而且这些合金的实际应用效果很好。
4.1 　耐蚀无磁铁基合金
耐蚀无磁铁基合金经固溶、时效处理后具有较高的硬度,良好的耐接触疲劳性能和极低的导磁系数,主要用作原子能反应堆设备所需轴承。因此,该合金除具有通用轴承材料的高硬度、抗磨损及高的疲劳寿命外,还具有良好的耐蚀性能、抗核活化性能和机械加工性能。
4.2 　耐蚀、耐高温、无磁镍基合金
耐蚀、耐高温、无磁镍基合金具有高强度、高硬度(硬化状态下硬度可超过HRC 57) 和高的接触疲劳寿命,良好的抗磨损性能、耐腐蚀性能、耐高温性能和无磁性能。主要用来制造耐酸、耐碱、无磁性、超低温及抗中子幅照等轴承以及电子技术部门所需的高温、高真空、抗磁、无润滑轴承。这种镍基合金在硝酸、硫酸、混合酸及温度为60～70 ℃、浓度为30 %～60 %的硝酸溶液中的耐腐蚀性能较好,并且可进行冷、热加工,是一种较好的耐蚀轴承材料。
4.3 　钴基合金
作为轴承材料使用的钴基合金主要有Haynes和Stellite 两个系列。其中, 成分为C 110 %、Cr28 %、W 410 %、Fe < 310 %、余为Co 的Stellite6 钴基合金使用范围比较广泛。高碳钴基合金因其碳、铬、钨含量高,极易形成大块碳化物而产生应力集中,导致加工性能恶化、并且价格昂贵等限制了它的广泛应用。

5 　结　语
(1) 为适应科学技术的发展和国防工业的需要,国内外研发了大量新型的特种用途的不锈轴承材料,如低碳、低铬的新型不锈轴承钢、高温不锈渗碳轴承钢、含氮不锈轴承钢以及耐蚀、无磁、镍基和钴基合金材料等。这些新型特种轴承材料的出现进一步推动了科学的进步。
(2) 双真空冶炼工艺、含氮不锈钢工艺及加压电渣冶炼工艺等不仅使不锈轴承钢的纯净度和均匀性都得到大幅度的提高,而且生产出许多高性能的新型不锈轴承钢,使不锈轴承材料的使用更加可靠和广泛。
(3) 今后,我国应在高温不锈轴承钢、含氮不锈轴承钢和无磁不锈轴承钢等领域进行深入的研究和开发。

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