回火工艺对Cr4Mo4V微型轴承套圈组织与性能的影响(2)

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1 引言

轴承钢作为一种用来生产球、滚子轴承和轴承套圈的特殊钢种，须面对各种复杂的工作条件，因此对质量、尺寸精度和性能要求都特别苛刻，且品种多、适用范围广，被炼钢工作者称为"钢中之王”。轴承钢通过100多年的发展，可大致分为高碳铬轴承钢，不锈轴承钢，渗碳轴承钢，高温轴承钢，不锈轴承钢和防磁轴承钢等[1]。而近年来在钢铁行业产能的严重过剩，以及国内外实体经济不景气，钢铁价格不断下滑的背景下，如何生产高质量，低成本的新型轴承钢钢种成为一个热门的研究课题。

1.1 轴承钢钢种介绍

轴承钢根据化学成分，使用条件及工作环境的不同，可分为高碳铬轴承钢、不锈轴承钢、渗碳轴承钢、中碳轴承钢和高温轴承钢五大类[2][3]。

1）高碳铬轴承钢

高碳铬轴承钢作为最早发明且生产量最大，最常用的轴承钢，是轴承钢系列的代表钢种。其含碳量在1%左右，铬含量大约1.5%，在100多年的发展中，主要成分基本不变，而随着技术的不断提高，质量也得到了很大的提升。高碳铬轴承钢在美国的牌号为52100，而在中国的牌号（GB/T18254-2002）包括：GCr15、GCr15SiMo、GCr15SiMn、GCr4及GCr18Mo等[4][5]。

2）不锈轴承钢

不锈轴承钢是一种含Cr量比较高，机械强度高、负载大，耐腐蚀，噪音小的新型轴承钢。在工艺和精度控制上，比普通轴承更为严格，广泛应用于石油化工、造船、医疗器械、食品加工等行业。不锈轴承钢又可被细分为：奥氏体不锈钢、中碳马氏体不锈钢和高碳马氏体不锈钢等。美国材料标准（ASTM）在不锈钢轴承钢的代表品牌：440C，对应于中国的品牌9Cr18[6]。

3）渗碳轴承钢

渗碳轴承钢是一种拥有高硬度、高耐磨性、高接触疲劳强度、良好的韧性、耐腐蚀和冷热加工性能的轴承钢，常被用于制造各种接卸部件的支承。美国渗碳钢牌号有：4118H、4620H、4720H、4820H等，而中国也有G10CrNi3Mo、G20CrMo、G20CrNi2Mo个G20Cr2Mn2Mo等一系列渗碳轴承钢钢种。

4）中碳轴承钢

中碳轴承钢工艺简单、冷(温)加工性能好，主要应用于齿轮和轮毂及特大型轴承。美国代表中碳轴承钢钢号（ASTM）包括：1040、1541、4130、5140等，我国国内目前尚未形成专用的中碳轴承钢钢号，牌号通常借用37CrA、50CrVA、50CrNi等。

5）高温轴承钢

高温轴承钢是近些年发展起来，以满足喷气发动机、航空、航天器等在高温环境下服役要求一类特殊钢，必须具有高耐高温氧化性、高温硬度、尺寸稳定性以及低热膨胀性，包括高温渗碳轴承钢、高温高速轴承钢及高温渗碳轴承钢三大系列。美国高温轴承钢代表钢号为M50，对应中国钢号Cr4Mo4V及W18Cr4V。

而Cr4Mo4V是一种含Mo的高速钢，常作为高温轴承钢广泛被世界各国所使用。其具有轴承一般不唯一的特点，也具有很好的高温尺寸稳定性、高温接触疲劳性能和高温硬度，通常在315℃的温度使用，主要用于耐高温轴承和高温的发动机轴承。其主要化学成分及合金元素作用如下：

1）碳C：0.75~0.85%

2）铬Cr：3.75~4.25% 提高淬透性

3）钼Mo：4.00~4.50% 提高高温强度，降低过冷度，提高淬透性

4）钒V ：0.90~1.10% 脱氧，提高强韧性、高温高压性能及抗氢腐蚀

5）硅Si： ≤0.35% 提高冷脆性

6）磷P ：≤0.027% 提高冷脆性

1.2 轴承钢的热处理技术研究进展

当确定材料的质量以后，要满足轴承在各种复杂服役环境下所需性能与寿命的要求，最重要的工序就是热处理。滚动轴承产业的发展，到目前为止，已经历一百余年的历史[7]。在此过程中，轴承用钢已逐步发展为产品分类较为完善的轴承用钢系统。由于每种钢所用材料和服役条件均有所不同，故热处理流程也有所不同。大体上，轴承钢的热处理流程包含两个方面：球化退火（预处理），以及马氏体淬回火（终处理）[8]。

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