铁碳合金中，含有质量分数为0.10%～0.20%杂质的称为工业纯铁。其中，碳素钢又细分为低碳钢、中碳钢、高碳钢，合金钢又细分为低合金钢、中合金钢和高合金钢。......
2023-06-26
高碳铬轴承钢及其替代品
【摘要】：高碳铬轴承钢主要是以传统的GCr15、GCr15SiMn为主，近年来又开发了高淬透性的GCr15SiMo、GCr18Mo钢和限制淬透性的GCr4钢。表6-10 GCr15钢的主要物理参数和力学性能2.1.4 其他高碳轴承钢鉴于我国铬资源不很丰富，我国还研制了无铬轴承钢，以代替部分铬轴承钢的使用。
高碳铬轴承钢主要是以传统的GCr15、GCr15SiMn为主，近年来又开发了高淬透性的GCr15SiMo、GCr18Mo钢和限制淬透性的GCr4钢。
2.1.1 高碳铬轴承钢的应用
各种高碳铬轴承钢的应用概况如表6-7所示。
表6-7 高碳铬轴承钢的应用概况
2.1.2 高碳铬轴承钢的热处理
（1）高碳铬轴承钢（GCr15和GCr15SiMn） 轴承零件的常规热处理工艺列于表6-8中。
表6-8 GCr15和GCr15SiMn的常规热处理工艺
（续）
① 对于精密轴承零件淬火后还需进行冷处理，以减少残留奥氏体和稳定马氏体。一般-40℃左右的冷处理，残留奥氏体可达7%以下，﹤-78℃的冷处理，残留奥氏体可达5%以下。经过冷处理的零件经多次120～180℃回火（2～4h）充分消除内部应力。
（2）高碳铬轴承钢轴承零件的贝氏体等温淬火 对于大中型轴承零件，特别是承受载荷较高并有冲击载荷的轴承，如风电轴承、轧机轴承、铁路货车轴承的零件，往往采用贝氏体等温淬火（57～62HRC），其工艺曲线如图6-1所示。
图6-1 GCr15或GCr18Mo钢贝氏体等温淬火工艺曲线
（3）高碳铬轴承钢轴承零件的感应热处理 在某些特殊的轴承零件热处理时，为减小零件变形和表面氧化脱碳，也可采用感应淬火和感应回火热处理。试验表明，经感应淬火的轴承零件的可靠性比常规电炉加热淬火的高10%～20%，并且感应淬火的生产率比炉中加热淬火高2.5倍，目前生产中应用的主要是轴承套圈的中频感应淬火和工频感应淬火。下面以6308深沟球轴承的内、外套圈为例介绍一下感应淬火的热处理工艺参数，如表6-9所示。
表6-9 GCr15钢制6308轴承套圈感应热处理工艺
（4）高碳铬轴承钢零件的表面淬火
1）对于一些特殊用途的轴承零件，也可以采用表面淬火处理。例如，铁路车辆轴箱用轴承，要承受很高的接触载荷和动载荷，因此国外有用GCr4（ШX4，100Cr2）钢，滚动接触表面采用感应淬火工艺，滚子直径大于φ15的也有用GCr15进行感应淬火处理的。
2）有资料介绍，对GCr15钢制轴承零件，施以高浓度表面渗碳，使表面碳含量增至2%～4%，这时表面大量析出以Fe3C为主的细小碳化物，表面硬度可达到1000HV左右，同时表面形成压应力场，耐磨性可提高70%。
3）高碳铬轴承钢制轴承套圈沟道表面采用碳氮共渗淬火，以提高滚动轴承在准高温工作环境和/或可能污染润滑的工况条件下服役的耐久性和可靠性。
4）激光淬火也是一种轴承零件表面淬火方法，热处理变形很小。激光热处理最显著的特点就是能够有效地提高滚动接触表面的耐磨性，通常轴承滚子、钢球和其他小的轴承零件不适宜进行激光热处理。
2.1.3 GCr15钢的物理、力学性能
在高碳铬轴承钢中GCr15钢是应用最广泛的，其主要物理参数和力学性能如表6-10所示。
表6-10 GCr15钢的主要物理参数和力学性能
2.1.4 其他高碳轴承钢
鉴于我国铬资源不很丰富，我国还研制了无铬轴承钢，以代替部分铬轴承钢的使用。无铬轴承钢的牌号和化学成分如表6-11所示。表6-11 高碳无铬轴承钢的化学成分及应用
图6-2 GCr15钢在不同温度回火后的力学性能曲线
无铬轴承钢淬透性、物理性能、锻造性能等均较好，疲劳寿命与铬轴承钢相近甚至略高，但是与铬轴承钢相比易脱碳，耐蚀性较差。
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