????
２ ８ 设 计 与 分 析
由 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 的 化 学 成 分 设 计 看 轴 承 钢 的
研 发 准 则
１ ? ２
杨 晓 蔚
( １ . 河 南 科 技 大 学 高 端 轴 承 摩 擦 学 技 术 与 应 用 实 验 室 ? 河 南 洛 阳 ４ ７ １ ０ ０ ３ ?
２ . 中 浙 高 铁 轴 承 有 限 公 司 ? 浙 江 衢 州 ３ ２ ４ ０ ０ ０ )
摘 要 : 高 碳 铬 轴 承 钢 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 是 最 为 典 型 的 轴 承 钢 ? 通 过 对 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 化 学 成 分 设 计 的 解 析 ? 梳 理 撷 取 出 其 发 明 时
所 奠 定 的 技 术 理 念 与 基 本 准 则 — — — “ 使 用 性 能 、 工 艺 性 和 经 济 性 ” ? 对 于 近 一 阶 段 新 型 轴 承 钢 的 研 发 ? 列 举 了 国
外 遵 循 该 准 则 的 案 例 ? 指 出 了 国 内 背 离 该 准 则 的 一 些 现 象 ? 重 申 强 调 ? 在 轴 承 钢 乃 至 新 材 料 的 研 发 中 ? 必 须 铭
记 和 秉 承 这 一 准 则 才 是 正 确 方 向 与 根 本 之 道 ?
关 键 词 : 滚 动 轴 承 ? 轴 承 钢 ? 高 碳 铬 轴 承 钢 ? 使 用 性 能 ? 工 艺 性 能 ? 准 则
＋
中 图 分 类 号 : Ｔ Ｈ １ ３ ３ . ３ ３ ? Ｔ Ｆ ７ ６ ２ . ４ 文 献 标 志 码 : Ｂ Ｄ Ｏ Ｉ : １ ０ . １ ９ ５ ３ ３ / ｊ . ｉ ｓ ｓ ｎ １ ０ ０ ０ － ３ ７ ６ ２ . ２ ０ ２ ２ . １ ２ . ０ ０ ５
Ｖ ｉ ｅ ｗ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｏ ｆ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ Ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ
Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｆ ｒ ｏ ｍ Ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｇ Ｃ ｒ １ ５
１ ? ２
Ｙ Ａ Ｎ Ｇ Ｘ ｉ ａ ｏ ｗ ｅ ｉ
( １ . Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ Ａ ｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｄ Ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｒ ｉ ｂ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ? Ｈ ｅ ｎ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ?
Ｌ ｕ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ ４ ７ １ ０ ０ ３ ? Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ? ２ . Ｚ ｈ ｏ ｎ ｇ ｚ ｈ ｅ Ｈ ｉ ｇ ｈ － Ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ Ｒ ａ ｉ ｌ ｗ ａ ｙ Ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ . ? Ｌ ｔ ｄ . ? Ｑ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ３ ２ ４ ０ ０ ０ ? Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ )
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ : Ｈ ｉ ｇ ｈ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｍ ｉ ｕ ｍ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ Ｇ Ｃ ｒ １ ５ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｓ ｔ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ . Ｔ ｈ ｒ ｏ ｕ ｇ ｈ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ
ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ Ｇ Ｃ ｒ １ ５ ? ｔ ｈ ｅ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ ｓ ａ ｎ ｄ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ａ ｉ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｇ Ｃ ｒ １ ５ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｔ ｒ ｉ ｅ ｖ ｅ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ
ｔ ｅ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ ? ｎ ａ ｍ ｅ ｌ ｙ “ ｕ ｓ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ? ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ａ ｎ ｄ ｅ ｃ ｏ ｎ ｏ ｍ ｙ " . Ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｎ ｅ ｗ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｉ ｎ
ｒ ｅ ｃ ｅ ｎ ｔ ｙ ｅ ａ ｒ ｓ ? ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ａ ｍ ｐ ｌ ｅ ｓ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｅ ｉ ｇ ｎ ｃ ｏ ｕ ｎ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓ ｔ ｈ ａ ｔ ｆ ｏ ｌ ｌ ｏ ｗ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ａ ｒ ｅ ｌ ｉ ｓ ｔ ｅ ｄ ? ａ ｎ ｄ ｓ ｏ ｍ ｅ ｐ ｈ ｅ ｎ ｏ ｍ ｅ ｎ ａ ｔ ｈ ａ ｔ ｄ ｅ ｖ ｉ ａ ｔ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ
ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ａ ｒ ｅ ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ ｅ ｄ ｏ ｕ ｔ . Ｔ ｏ ｒ ｅ ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｅ ａ ｎ ｄ ｅ ｍ ｐ ｈ ａ ｓ ｉ ｚ ｅ ? ｄ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ａ ｓ
ｗ ｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｎ ｅ ｗ ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ ? ｉ ｔ ｉ ｓ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｇ ｈ ｔ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｆ ｕ ｎ ｄ ａ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｗ ａ ｙ ｔ ｏ ｒ ｅ ｍ ｅ ｍ ｂ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｕ ｐ ｈ ｏ ｌ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ .
Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ : ｒ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ? ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ? ｈ ｉ ｇ ｈ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｍ ｉ ｕ ｍ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ? ｕ ｓ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ? ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ? ｃ ｒ ｉ ｔ ｅ ｒ ｉ ｏ ｎ
高 碳 铬 轴 承 钢 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ ( 德 国 １ ００ Ｃ ｒ ６ ? 美 国 “ 产 、 学 、 研 ” 不 同 层 面 形 成 了 前 所 未 有 的 热 潮 ? 但
在 国 内 外 ( 尤 其 是 国 内 ) 新 钢 种 的 研 发 中 ? 有 一 些
５２ １ ００ ? 日 本 Ｓ Ｕ Ｊ ２ 等 ) 是 一 种 十 分 优 秀 的 钢 种 ? 自
１９ ０ １ 年 由 Ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｅ ｃ ｋ 发 明 以 来 ? 已 经 跨 越 了 一 个 多 现 象 值 得 关 注 与 思 考 ? 如 对 于 坚 持 “ 面 向 工 程 应
用 ” 的 基 本 要 求 ? 有 些 始 终 遵 循 秉 持 ? 有 些 似 乎 有
世 纪 的 历 史 ? 至 今 化 学 成 分 基 本 保 持 不 变 ? 仍 作 为
[ １ ]
所 淡 忘 ? 有 些 则 完 全 背 离 : 因 此 ? 回 顾 重 温 百 余 年
滚 动 轴 承 主 要 用 钢 ? 做 出 了 卓 越 贡 献 ? 随 着 科
前 Ｇ Ｃ ｒ １５ 钢 成 分 设 计 的 理 念 与 准 则 ? 无 疑 具 有 很
技 与 工 业 的 不 断 进 步 ? 要 求 轴 承 在 特 殊 工 况 与 恶
强 的 现 实 借 鉴 与 指 导 意 义 ?
劣 环 境 下 工 作 的 需 求 更 加 多 样 化 ? 新 型 轴 承 钢 的
研 究 与 开 发 也 应 运 而 生 ? 呈 现 出 密 集 之 势 ? 如 近 几
１ Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 化 学 成 分 设 计 的 基 本 准 则
十 年 推 出 的 美 国 第 三 代 高 温 轴 承 钢 Ｃ Ｓ Ｓ － ４２ Ｌ 、 德
国 高 氮 不 锈 钢 Ｃ ｒ ｏ ｎｉ ｄ ｕｒ ３０ 、 日 本 中 碳 表 面 硬 化 钢 与 解 构 分 析
ＳＨ Ｘ 等 都 是 其 中 的 典 型 代 表 ? 近 一 时 期 ? 中 国 对
现 代 轴 承 工 业 诞 生 之 初 ? 轴 承 主 要 采 用 碳
轴 承 钢 特 别 是 高 性 能 轴 承 钢 的 研 发 也 高 度 重 视 ? 在
[ ２ ] [ ３ ]
钢 及 渗 碳 钢 制 造 ? 碳 钢 的 冶 炼 技 术 成 熟 ? 价
格 低 廉 ? 但 其 综 合 性 能 难 以 满 足 轴 承 的 使 用 特 性
收 稿 日 期 : ２ ０ ２ ２ － ０ ２ － ２ ２ ? 修 回 日 期 : ２ ０ ２ ２ － ０ ７ － １ ３
要 求 ? 渗 碳 钢 外 硬 里 韧 ? 具 有 适 用 于 复 杂 载 荷 的??????
设 计 与 分 析 杨 晓 蔚 . 由 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 的 化 学 成 分 设 计 看 轴 承 钢 的 研 发 准 则 ２ ９
梯 度 性 能 ? 但 由 于 当 时 所 用 的 固 体 渗 碳 法 所 限 ? 渗 而 取 得 的 重 大 突 破 ? Ｇ Ｃ ｒ １５ 及 相 当 牌 号 轴 承 钢 的
碳 不 均 匀 导 致 的 个 别 软 点 使 轴 承 寿 命 大 大 降 低 ? 主 要 化 学 成 分 ( 质 量 分 数 ? 下 同 ) 见 表 １ ? 化 学 成 分
且 热 处 理 工 艺 复 杂 ? 生 产 周 期 长 ? 效 率 低 而 成 本 以 碳 、 铬 为 主 ? 除 碳 以 外 ? 其 他 合 金 元 素 的 质 量 分
高 ? 因 此 ? 研 发 适 用 于 轴 承 批 量 化 生 产 的 专 用 钢 数 小 于 ３ ％ ? 系 高 碳 、 低 铬 、 低 合 金 、 过 共 析 钢 ?
种 成 为 迫 切 需 求 ? Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 的 发 明 就 是 基 于 碳 钢
表 １ Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 及 相 当 牌 号 轴 承 钢 的 主 要 化 学 成 分
Ｔ ａ ｂ . １ Ｍ ａ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｇ Ｃ ｒ １ ５ ａ ｎ ｄ ｅ ｑ ｕ ｉ ｖ ａ ｌ ｅ ｎ ｔ ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ｓ ｏ ｆ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ％
牌 号 Ｃ Ｓ ｉ Ｍ ｎ Ｃ ｒ Ｍ ｏ Ｐ Ｓ
中 国 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ ０ . ９ ５ ~ １ . ０ ５ ０ . １ ５ ~ ０ . ３ ５ ０ . ２ ５ ~ ０ . ４ ５ １ . ４ ０ ~ １ . ６ ５ ≤ ０ . １ ０ ≤ ０ . ０ ２ ５ ≤ ０ . ０ ２ ０
欧 洲 Ｉ Ｓ Ｏ １ ０ ０ Ｃ ｒ ６ ０ . ９ ０ ~ １ . ０ ０ ≤ ０ . １ ５ ０ . ２ ５ ~ ０ . ４ ５ １ . ３ ０ ~ １ . ５ ０ ０ . ２ ０ ~ ０ . ２ ３ ≤ ０ . ０ １ ５ ≤ ０ . ０ １ ０
日 本 Ｓ Ｕ Ｊ ２ ０ . ９ ５ ~ １ . １ ０ ０ . １ ５ ~ ０ . ３ ５ ≤ ０ . ５ ０ １ . ３ ０ ~ １ . ６ ０ ≤ ０ . ０ ８ ≤ ０ . ０ ２ ５ ≤ ０ . ０ ２ ５
美 国 ５ ２ １ ０ ０ ０ . ９ ３ ~ １ . ０ ５ ０ . １ ５ ~ ０ . ３ ５ ０ . ２ ５ ~ ０ . ４ ５ １ . ３ ５ ~ １ . ６ ０ ≤ ０ . １ ０ ≤ ０ . ０ ２ ５ ≤ ０ . ０ １ ５
瑞 典 Ｓ Ｋ Ｆ Ｇ ｒ ａ ｄ ｅ ３ Ｍ ０ . ９ ０ ~ １ . ０ ０ ≤ ０ . １ ５ ０ . ２ ５ ~ ０ . ４ ５ １ . ３ ０ ~ １ . ５ ０ ０ . ２ ０ ~ ０ . ２ ３ ≤ ０ . ０ １ ５ ≤ ０ . ０ １ ０
对 文 献 [ ４ － ６ ] 进 行 解 析 研 究 可 梳 理 撷 取 出 当 碳 化 物 的 不 均 匀 性 和 残 余 奥 氏 体 ? 降 低 冲 击 韧 性
初 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 化 学 成 分 设 计 时 所 体 现 的 基 本 准 则 ? 和 疲 劳 强 度 ?
即 使 用 性 能 、 工 艺 性 、 经 济 性 ? ③ 钼 、 锰 — — — 钼 和 锰 分 别 是 中 、 弱 碳 化 物 形 成
元 素 ? 适 量 添 加 可 进 一 步 提 高 钢 的 淬 透 性 ? 若 含
1 1 使 用 性 能
轴 承 钢 必 须 首 先 满 足 其 目 标 产 品 即 轴 承 的 使 钼 量 过 高 ( 超 过 ０ . ５ ％ ) ? 会 产 生 非 常 稳 定 的 粗 大
碳 化 物 ? 锰 有 促 进 奥 氏 体 晶 粒 粗 大 化 的 倾 向 ? 过 多
用 性 能 要 求 ? 轴 承 的 基 本 使 用 性 能 包 括 :
不 利 于 增 强 韧 性 ? 当 钼 、 锰 与 铬 等 并 存 配 合 时 ? 可
１ ) 耐 疲 劳 ? 由 于 轴 承 中 滚 动 体 与 滚 道 是 高 副
降 低 或 抑 制 其 他 元 素 导 致 的 回 火 脆 性 ? 提 高 回 火
( 点 / 线 ) 接 触 ? 接 触 面 积 小 而 接 触 应 力 高 ( 一 般 轴
稳 定 性 ? 使 硬 度 、 强 度 的 保 持 性 加 强 ?
承 通 常 达 １ ０００ ~ ２ ０ ０ ０ Ｍ Ｐ ａ ) ? 轴 承 的 正 常 失 效 形
３ ) 高 强 度 ? 轴 承 中 的 高 副 接 触 易 产 生 塑 性 变
式 主 要 是 滚 动 接 触 疲 劳 ? 含 碳 量 ( 质 量 分 数 ? 下
形 即 压 痕 ? 轴 承 承 受 重 载 以 及 振 动 冲 击 、 高 速 离 心
同 ) 在 ０ . ８ ％ ~ １ . ０ ％ 范 围 内 ? 轴 承 的 疲 劳 寿 命 基 本
等 附 加 载 荷 会 产 生 很 高 的 拉 、 压 应 力 ? 有 些 轴 承 安
相 当 ? 超 过 １ ％ 后 ? 疲 劳 寿 命 下 降 ? 添 加 适 量 钼 、 硅
装 时 需 要 较 大 的 过 盈 配 合 而 产 生 显 著 的 环 向 应
等 元 素 可 增 强 回 火 稳 定 性 ? 也 有 利 于 提 高 轴 承 的
力 : 因 此 ? 轴 承 钢 必 须 具 有 优 良 的 机 械 强 度 ? 主 要
疲 劳 寿 命 ?
包 括 屈 服 强 度 、 抗 拉 ( 压 ) 强 度 和 冲 击 韧 性 等 ? 钢
２ ) 耐 磨 损 ? 轴 承 在 运 转 过 程 中 ? 工 作 部 位 ( 滚
的 强 度 与 硬 度 成 正 比 ? 一 般 有 抗 拉 强 度 为 布 氏 硬
动 ? 特 别 是 滑 动 接 触 处 ) 的 磨 损 不 可 避 免 ? 这 将 影
度 的 ０ . ３３ ~ ０ . ３ ６ 倍 ? 尽 管 硬 度 随 着 碳 含 量 增 高 而
响 轴 承 的 旋 转 精 度 、 运 动 稳 定 性 、 振 动 噪 声 等 ? 因
提 高 ? 但 当 碳 含 量 大 于 ０ . ９ ％ 时 ? 由 于 脆 性 二 次 渗
此 轴 承 钢 应 具 有 较 高 的 硬 度 ( 硬 度 通 常 是 耐 磨 性
碳 体 数 量 的 增 加 ? 并 形 成 网 状 ? 钢 的 强 度 反 而 下
的 代 用 指 标 ) ?
① 碳 — — — 钢 的 硬 度 主 要 由 马 氏 体 硬 度 及 未 溶 降 ? 塑 性 、 韧 性 也 较 差 ? 除 碳 之 外 ? 铬 、 锰 、 钼 、 硅 等
碳 化 物 数 量 决 定 ? 在 含 碳 量 小 于 ０ . ９ ％ ( 也 有 研 究 合 金 元 素 都 有 利 于 提 高 钢 的 强 度 ?
结 论 为 １ . ０ ％ 或 １ . ２ ％ ) 的 范 围 内 ? 含 碳 量 越 高 ? 淬 ４ ) 良 好 的 尺 寸 稳 定 性 ? 轴 承 属 于 精 密 机 械 部
火 后 得 到 马 氏 体 组 织 过 饱 和 碳 及 未 溶 碳 化 物 越 件 ? 要 求 在 加 工 、 储 存 、 运 输 和 使 用 过 程 中 都 具 有
多 ? 硬 度 越 高 ? 超 过 此 含 碳 量 ? 则 由 于 残 余 奥 氏 体 良 好 的 尺 寸 稳 定 性 ( 即 精 度 保 持 性 ) ? 高 碳 及 相 关
增 多 ? 硬 度 反 而 开 始 下 降 ? 此 外 ? 在 同 样 硬 度 的 条 合 金 元 素 使 得 马 氏 体 相 变 起 始 温 度 Ｍ ｓ 下 降
件 下 ? 马 氏 体 基 体 上 有 均 匀 细 小 的 未 溶 碳 化 物 析 ( Ｇ Ｃ ｒ １５ 钢 中 相 关 合 金 元 素 降 低 Ｍ ｓ 的 程 度 由 强 到
出 ? 比 单 纯 回 火 马 氏 体 的 耐 磨 性 更 高 ? 因 此 ? 为 了 弱 排 列 为 锰 、 铬 、 钼 ) ? 导 致 残 余 奥 氏 体 增 多 ? 尺 寸
形 成 足 够 数 量 的 碳 化 物 ? 含 碳 量 应 趋 于 上 限 ? 稳 定 性 难 以 保 证 ? 因 此 ? 在 碳 、 铬 含 量 较 大 的 情 况
② 铬 — — — 铬 是 中 碳 化 物 形 成 元 素 ? 含 铬 量 较 下 ? 需 要 尽 量 减 小 锰 、 钼 等 元 素 的 含 量 ? 以 使 淬 回
高 可 大 大 增 强 钢 的 淬 透 性 ? 实 现 高 硬 度 、 高 强 度 与 火 后 的 残 余 奥 氏 体 能 保 持 在 较 低 水 平 ?
良 好 的 耐 磨 性 ? 但 当 含 铬 量 超 过 １ . ６５ ％ 时 ? 会 增 加 ５ ) 耐 腐 蚀 ? 轴 承 应 用 广 泛 ? 不 可 避 免 会 在 潮????????
３ ０ ? 轴 承 ? ２ ０ ２ ２ 年 第 １ ２ 期 设 计 与 分 析
湿 、 泥 水 等 环 境 下 工 作 ? 加 入 的 铬 含 量 略 高 一 些 可 铬 、 锰 等 均 为 常 用 的 稀 有 元 素 且 成 本 低 ?
具 备 一 定 的 防 锈 与 耐 腐 蚀 性 能 ? 钼 对 铬 的 防 锈 性 ２ ) 常 规 冶 炼 方 法 ( 当 时 为 电 弧 炉 冶 炼 法 ) 即
起 增 强 作 用 ( 钼 对 抗 锈 性 的 作 用 相 当 于 铬 的 ３ 倍 ? 可 ? 不 必 采 用 复 杂 的 特 殊 冶 炼 方 法 ?
但 不 能 代 替 铬的 作 用 ? 必 须 以 铬 为 主 ) ? 硅 与 钼 、 铬 ３ ) 球 化 退 火 时 间 尽 量 短 ? 淬 火 后 低 温 回 火 ( 如
等 元 素 的 结 合 也 有 提 高 抗 腐 蚀 性 和 抗 氧 化 的 作 用 ? １５ ０ ~ １８０ ℃ ) 即 可 ?
1 2 工 艺 性 ４ ) 磨 削 加 工 不 仅 能 实 现 高 精 度 ? 而 且 可 兼 顾
在 满 足 使 用 性 能 要 求 的 前 提 下 ? 轴 承 钢 还 必 高 效 率 ?
须 具 有 良 好 的 工 艺 性 能 ? 便 于 进 行 轴 承 零 件 的 特 综 上 所 述 ? 含 碳 量 为 １ . ０ ％ 左 右 ? 含 铬 量 为
定 冷 、 热 加 工 ? １ . ５ ％ 左 右 ? 辅 以 锰 、 钼 、 硅 等 少 量 元 素 ? 严 格 控 制
１ ) 锻 造 ? 锻 造 加 热 后 奥 氏 体 晶 粒 细 小 ? 具 有 磷 、 硫 等 杂 质 元 素 含 量 以 保 证 达 到 优 质 钢 水 平 ? 采
一 定 的 热 塑 性 ? 锻 造 加 工 性 能 良 好 ? 用 常 规 热 处 理 ? 各 方 面 性 能 综 合 平 衡 的 Ｇ Ｃ ｒ １５ 钢
２ ) 热 处 理 及 机 械 加 工 ? 采 用 常 规 热 处 理 ? 工 艺 就 此 奠 定 了 化 学 成 分 设 计 的 基 本 框 架 ? 经 试 验 、
简 单 ? 并 为 后 续 的 车 削 、 磨 削 等 加 工 工 序 做 好 准 备 ? 应 用 与 推 广 ? 于 ２０ 世 纪 ２０ 年 代 在 全 世 界 轴 承 工
① 球 化 退 火 — — — 含 碳 量 约 １ ％ 时 ? 可 加 速 球 化 业 领 域 得 到 普 及 ? 至 今 仍 占 据 着 轴 承 钢 市 场 ８ ０ ％
退 火 时 间 ? 质 量 较 好 ? 其 球 状 细 化 碳 化 物 的 微 观 组 左 右 的 份 额 ? 在 具 有 “ 广 谱 ” 优 异 使 用 性 能 并 兼 备
织 与 较 低 的 硬 度 易 于 进 行 后 续 的 套 圈 车 削 加 工 或 良 好 工 艺 性 与 经 济 性 方 面 ? 没 有 其 他 钢 材 可 以 替
滚 动 体 冷 镦 成 型 ? 并 为 获 得 良 好 的 淬 、 回 火 质 量 做 代 与 超 越 ? “ 具 有 至 高 无 上 的 地 位 ” ?
好 准 备 ? 一 定 的 含 锰 量 ? 还 可 降 低 或 消 除 硫 的 不
２ 遵 循 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 发 明 准 则 的 案 例
利 影 响 ? 形 成 Ｍ ｎ Ｓ ? 有 利 于 车 削 加 工 ?
② 马 氏 体 淬 、 回 火 — — — 热 处 理 设 备 及 工 艺 简 轴 承 钢 应 遵 循 的 研 发 准 则 ? 作 为 开 山 之 作 的
单 ? 时 间 短 ? 淬 透 性 好 ? 工 件 变 形 小 ? 可 获 得 高 硬 度 Ｇ Ｃ ｒ １５ 钢 给 出 了 极 好 的 示 范 ?
( 通 常 要 求 达 到 ５８ Ｈ Ｒ Ｃ 以 上 ) ? 有 利 于 轴 承 零 件 国 外 在 轴 承 钢 的 研 发 中 ? 大 多 都 严 格 秉 持 了
磨 削 加 工 的 高 精 度 与 高 效 率 ? 使 用 性 能 、 工 艺 性 、 经 济 性 的 三 大 准 则 ? 其 中 尤 以
③ 磨 削 超 精 加 工 — — — 含 铬 量 较 高 ? 使 组 织 和 日 本 表 现 最 为 突 出 ?
碳 化 物 细 化 ? 套 圈 磨 削 与 滚 动 体 研 磨 时 易 于 获 得 １ ) 基 于 Ｇ Ｃ ｒ １５ 钢 ? 日 本 与 欧 洲 主 要 通 过 调 整
较 低 的 表 面 粗 糙 度 ? 硅 、 锰 、 铬 、 钼 等 不 同 含 量 衍 生 开 发 出 系 列 钢 号 ? 如
[ ７ ]
1 3 经 济 性 日 本 的 Ｓ Ｕ Ｊ 系 列 共 ４ 个 钢 号 ( 原 ＳＵ Ｊ １ — ＳＵ Ｊ ５ 共
轴 承 钢 必 须 契 合 于 轴 承 的 批 量 化 生 产 ? 具 备 ５ 个 钢 号 ? 后 取 消 了 ＳＵ Ｊ １ ) ? 见 表 ２ ? 瑞 典 的 Ｏ Ｖ Ａ Ｋ Ｏ
良 好 的 经 济 性 ? 才 具 有 推 广 应 用 价 值 ? 公 司 仅 ８０ ３ ( 即 Ｇ Ｃ ｒ １５ ) 系 列 就 有 ８ 个 钢 号 ? 其 他 衍
１ ) 合 金 元 素 简 单 ? 且 质 量 分 数 小 ? 主 要 采 用 的 生 产 品 还 有 十 几 个 钢 号 ?
表 ２ 日 本 轴 承 钢 的 主 要 化 学 成 分
Ｔ ａ ｂ . ２ Ｍ ａ ｉ ｎ ｃ ｈ ｅ ｍ ｉ ｃ ａ ｌ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｊ ａ ｐ ａ ｎ ｅ ｓ ｅ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ％
牌 号 Ｃ Ｓ ｉ Ｍ ｎ Ｃ ｒ Ｍ ｏ Ｐ Ｓ
Ｓ Ｕ Ｊ ２ ０ . ９ ５ ~ １ . １ ０ ０ . １ ５ ~ ０ . ３ ５ < ０ . ５ ０ １ . ３ ０ ~ １ . ６ ０ < ０ . ０ ８ < ０ . ０ ２ ５ < ０ . ０ ２ ５
Ｓ Ｕ Ｊ ３ ０ . ９ ５ ~ １ . １ ０ ０ . ４ ０ ~ ０ . ７ ０ ０ . ９ ０ ~ １ . １ ５ ０ . ９ ０ ~ １ . ２ ０ < ０ . ０ ８ < ０ . ０ ２ ５ < ０ . ０ ２ ５
Ｓ Ｕ Ｊ ４ ０ . ９ ５ ~ １ . １ ０ ０ . １ ５ ~ ０ . ３ ５ < ０ . ５ ０ １ . ３ ０ ~ １ . ６ ０ ０ . １ ０ ~ ０ . ２ ０ < ０ . ０ ２ ５ < ０ . ０ ２ ５
Ｓ Ｕ Ｊ ５ ０ . ９ ５ ~ １ . １ ０ ０ . ４ ０ ~ ０ . ７ ０ ０ . ９ ０ ~ １ . １ ５ ０ . ９ ０ ~ １ . ２ ０ ０ . １ ０ ~ ０ . ２ ０ < ０ . ０ ２ ５ < ０ . ０ ２ ５
２ ) 日 本 轴 承 钢 生 产 企 业 普 遍 注 重 在 常 规 冶 炼 熔 Ｅ Ｓ Ｒ 、 真 空 感 应 熔 炼 Ｖ Ｉ Ｍ 或 真 空 电 弧 重 熔 Ｖ Ａ Ｒ
方 法 上 的 持 续 改 进 ? 如 山 阳 特 钢 在 真 空 脱 气 轴 承 甚 至 “ 双 真 空 ” Ｖ Ｉ Ｍ ＋ Ｖ Ａ Ｒ ) 上 寻 求 解 决 方 案 ?
钢 上 的 技 术 进 步 历 程 : 大 气 熔 炼 钢 包 精 炼 Ｌ Ｆ ３ ) 日 本 Ｎ ＳＫ 公 司 研 发 的 抗 表 面 疲 劳 Ｎ ＳＪ ２
→ →
[ ８ ]
循 环 真 空 脱 气 Ｒ Ｈ 连 续 浇 铸 Ｃ Ｃ 偏 心 炉 底 出 钢 钢 ? 增 加 硅 含 量 并 控 制 最 佳 铬 含 量 ? 不 仅 以 污 染
→ →
Ｅ Ｂ Ｔ 超 纯 净 钢 ＳＮ Ｒ Ｐ 极 纯 净 钢 ＳＵ Ｒ Ｐ ? 始 终 追
→ → 条 件 下 的 疲 劳 寿 命 为 评 价 依 据 ? 而 且 对 尺 寸 稳 定
求 的 是 高 性 价 比 ? 其 高 质 量 等 级 的 真 空 脱 气 钢 可 性 ( 残 余 奥 氏 体 ) 、 表 面 硬 度 、 抗 磨 损 及 抗 咬 合 进 行
应 用 于 铁 路 、 风 电 等 重 要 轴 承 产 品 领 域 ? 而 不 像 有 多 指 标 综 合 评 价 ? 正 交 试 验 水 平 多 达 ８ ０ 个 ? 同 时
些 研 发 思 路 ? 总 是 偏 好 于 在 特 种 冶 炼 方 法 ( 电 渣 重 考 虑 与 其 工 艺 性 相 关 的 力 学 性 能 、 淬 硬 性 、 车 削 与????
设 计 与 分 析 杨 晓 蔚 . 由 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 的 化 学 成 分 设 计 看 轴 承 钢 的 研 发 准 则 ３ １
磨 削 性 能 等 ? 证 明 其 与 ＳＵ Ｊ ２ 钢 相 比 ? 能 将 早 期 失 寿 命 试 验 结 果 往 往 做 选 择 性 宣 介 ? 不 利 的 指 标 或
效 降 低 到 最 小 程 度 ? 因 而 大 大 延 长 了 使 用 寿 命 ? 避 而 不 谈 ? 或 含 糊 其 辞 ? 在 工 艺 性 上 浅 尝 辄 止 ? 缺
４ ) 日 本 Ｎ Ｔ Ｎ 公 司 与 大 同 特 殊 钢 公 司 共 同 研 乏 系 统 深 入 的 冷 、 热 加 工 工 艺 试 验 与 工 艺 应 用 ? 对
发 耐 受 工 作 温 度 ２５ ０ ℃ 的 轴 承 钢 ? 尽 管 在 该 温 度 经 济 性 更 是 鲜 有 分 析 ? 考 虑 甚 少 : 这 些 做 法 ? 从 根
下 可 采 用 成 熟 的 航 空 发 动 机 主 轴 轴 承 用 钢 Ｍ ５０ 来 本 上 背 离 了 轴 承 钢 作 为 工 程 材 料 研 发 的 出 发 点 和
解 决 问 题 ? 但 该 钢 含 有 １ ０ ％ 左 右 的 Ｃ ｒ ? Ｍ ｏ ? Ｖ 等 元 落 脚 点 ? 使 很 多 项 目 成 果 难 以 契 合 轴 承 产 品 的 技
素 ? 系 高 合 金 钢 ? 材 料 成 本 高 ? 热 处 理 工 艺 复 杂 ? 难 术 特 性 和 轴 承 产 业 的 工 业 特 征 ? 盘 点 若 干 年 来 所
以 普 及 通 用 ? 因 此 在 ＳＵ Ｊ ２ 的 基 础 上 ? 通 过 增 加 硅 谓 的 工 程 化 与 产 业 化 目 标 的 达 成 状 况 ? 寥 寥 可 数 ?
含 量 以 防 止 高 温 下 的 硬 度 降 低 ? 通 过 添 加 镍 元 素 就 是 很 好 的 例 证 ?
来 保 持 滚 动 疲 劳 特 性 ? 同 时 考 虑 了 热 处 理 与 冷 加 因 此 ? 有 必 要 重 申 强 调 ? 在 轴 承 钢 乃 至 所 有 工
工 性 能 ? 研 制 成 功 了 ＳＴ Ｊ ２ 高 温 轴 承 钢 ? 采 用 ＳＴ Ｊ ２ 程 材 料 的 研 发 中 ? 必 须 始 终 铭 记 和 坚 决 秉 承 的 技
钢 的 轴 承 试 验 寿 命 在 常 温 下 是 Ｓ Ｕ Ｊ ２ 钢 的 ３ . ５ 倍 ? 术 理 念 与 遵 循 准 则 是 使 用 性 能 、 工 艺 性 和 经 济 性 ?
在 ２ ００ ℃ 高 温 下 是 ＳＵ Ｊ ２ 钢 的 １５ 倍 ? 形 成 了 高 温 、 这 才 是 正 确 方 向 与 根 本 之 道 ?
长 寿 命 轴 承 系 列 产 品 ? 可 扩 展 应 用 至 汽 车 、 钢 铁 、
造 纸 等 多 个 领 域 ? 参 考 文 献 :
[ １ ] 杨 晓 蔚 . 对 轴 承 钢 的 一 般 认 识 和 深 入 认 识 [ Ｊ ] . 轴 承 ?
３ 结 束 语
２ ０ １ ２ ( ９ ) : ５ ４ － ５ ８ .
[ ２ ] 角 田 和 雄 ? 铃 木 利 郎 . 滚 动 轴 承 工 程 学 [ Ｍ ] . 杨 鸿 铨 ?
Ｇ Ｃ ｒ １５ 钢 是 轴 承 钢 发 展 史 上 的 经 典 与 标 杆 ?
译 . 贵 阳 : 贵 州 省 机 械 研 究 所 ? １ ９ ８ ０ .
向 经 典 致 敬 ? 与 标 杆 对 标 ? 是 新 钢 种 研 发 中 应 该 秉
[ ３ ] Ｈ Ａ Ｍ Ｒ Ｏ Ｃ Ｋ Ｂ Ｊ ? Ｄ Ｏ Ｗ Ｓ Ｏ Ｎ Ｄ . 滚 动 轴 承 润 滑 [ Ｍ ] . 汪
持 的 敬 畏 之 心 与 基 本 遵 循 ? 在 国 外 推 出 的 新 钢 种
一 麟 ? 沈 继 飞 ? 译 . 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社 ? １ ９ ８ ８ .
中 ? 对 于 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 所 奠 定 的 “ 三 大 准 则 ” ? 大 多 都 予
[ ４ ] Ｂ Ｈ Ａ Ｄ Ｅ Ｓ Ｈ Ｉ Ａ Ｈ Ｋ Ｄ Ｈ . Ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ ｆ ｏ ｒ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ [ Ｊ ] . Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ
以 了 充 分 体 现 ? 有 些 则 有 所 偏 离 ? 对 此 应 有 所 甄
ｉ ｎ Ｍ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ? ２ ０ １ ２ ? ５ ７ ( ２ ) : ２ ６ ８ － ４ ３ ５ .
别 ? 避 免 跟 风 盲 从 ? 在 我 国 近 期 的 轴 承 钢 研 究 热
[ ５ ] Ｂ Ｅ Ｓ Ｗ Ｉ Ｃ Ｋ Ｊ Ｍ . 合 金 元 素 在 高 碳 轴 承 钢 中 的 作 用
中 ? “ 为 项 目 而 项 目 、 为 研 制 而 研 制 、 为 性 能 而 性
[ Ｊ ] . 刘 祥 林 ? 译 . 国 外 轴 承 ? １ ９ ９ ２ ( ２ ) : ２ ９ － ３ ６ .
能 ” 的 现 象 还 比 较 普 遍 和 突 出 ? 例 如 为 了 显 示 “ 高 [ ６ ] 斯 佩 克 托 尔 . 轴 承 钢 的 组 织 与 性 能 [ Ｍ ] . 上 海 : 上 海
科 学 技 术 文 献 出 版 社 ? １ ９ ８ ８ .
大 上 ” ? 采 用 高 合 金 、 稀 有 贵 重 元 素 、 超 高 碳 等 成 为
[ ７ ] Ｈ ｉ ｇ ｈ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｍ ｉ ｕ ｍ ｂ ｅ ａ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｔ ｅ ｅ ｌ ｓ : Ｊ Ｉ Ｓ Ｇ ４ ８ ０ ５ : ２ ０ ０ ８
主 流 研 究 方 向 ( 研 发 特 殊 轴 承 钢 无 可 厚 非 ? 若 试 图
[ Ｓ ] .
替 代 Ｇ Ｃ ｒ １ ５ 钢 就 南 辕 北 辙 ) ? 仅 以 疲 劳 寿 命 或 某 一
[ ８ ] Ｍ Ｉ Ｔ Ａ Ｍ Ｕ Ｒ Ａ Ｎ . Ｎ Ｓ Ｊ ２ 轴 承 钢 的 研 制 [ Ｊ ] . 王 喜 讯 ? 译 .
( 些 ) 特 殊 性 能 做 评 价 指 标 ? 而 对 影 响 轴 承 基 本 性
国 外 轴 承 技 术 ? ２ ０ ０ ４ ( ４ ) : ４ ９ － ５ ５ .
能 的 其 他 核 心 指 标 ( 如 残 余 奥 氏 体 对 尺 寸 稳 定 性
( 编 辑 : 毛 雨 欣 )
的 影 响 ? 高 硬 度 对 裂 纹 敏 感 性 或 断 裂 韧 性 的 影 响
等 ) 很 少 做 多 维 度 、 多 水 平 的 全 面 研 究 ? 对 性 能 与 |
|
