隨著科學技術的發展,不銹軸承材料的使用范圍越來越廣泛,不僅用于化工、石油、造船和食品等腐蝕環境中,還廣泛應用于航天、航空、核工業以及高新技術產品中。不銹軸承材料不僅應具有良好的耐腐蝕性能,在許多特殊的工作環境中還需具備高的韌性、高的高溫硬度以及高的接觸疲勞壽命等。而在儀器、儀表和計算機等領域則需要耐腐蝕、高精度、低噪音的不銹軸承材料。這就給不銹軸承材料的研究工作提出了新的課題。

1 　高碳鉻型不銹軸承鋼
高碳鉻型不銹軸承鋼是應用最為廣泛的一種馬氏體型不銹軸承材料。其牌號、標準及化學成分。
1.1 　化學成分
高碳鉻型不銹軸承鋼的典型鋼種為9Cr18 ,9Cr18Mo 是在9Cr18 鋼的基礎上加鉬發展起來的。與9Cr18 鋼相比,9Cr18Mo 鋼具有更高的硬度和抗回火穩定性。
由于9Cr18 和9Cr18Mo 這兩種鋼具有高的碳含量和高的鉻含量,所以它不可避免地會產生大塊的共晶碳化物,這些碳化物分布不均勻,大部分在晶界上析出,而且熱處理時無法消除,往往對軸承套圈的研磨和精拋光產生不利的影響。9Cr18 鋼所制軸承不能滿足噪音及精度的要求,同時當軸承承受較大載荷時,易在共晶碳化物處造成應力集中而產生疲勞裂紋源,使軸承的使用性能和接觸疲勞壽命受到損害。
國內外為改善9Cr18 不銹軸承鋼的碳化物進行了大量的研究,其中采取降碳、降鉻的方法比較成熟。如美國、日本研究出了一種碳含量為017 %和鉻含量為13 %的鋼種,其熱處理工藝與440C 標準熱處理工藝相同,可獲得硬度HRC 60 、碳化物尺寸較細小(小于10 μm) 且分布較均勻、接觸疲勞壽命比440C 高1 倍、并且可靠性較高的不銹軸承鋼。
研究表明:7Cr14Mo 和6Cr13Mo 不銹軸承鋼中的共晶碳化物含量比9Cr18 鋼明顯減少,淬、回火后的硬度與9Cr18 相當,而接觸疲勞壽命優于9Cr18 ,額定壽命提高1178 倍;其在人工海水中的耐腐蝕能力與9Cr18 鋼相當,但耐稀硝酸的能力不如9Cr18鋼。這些新型低碳、低鉻不銹軸承鋼可用于要求高精度、低噪音的軸承領域。目前,各國對這些新型不銹軸承鋼的性能和應用正在進行更深入的研究。
1.2 　純凈度
對于9Cr18 和9Cr18Mo 高碳鉻型不銹軸承鋼,
國內一般采用電弧爐冶煉或電弧爐冶煉加電渣重熔
工藝。采用電渣重熔方法冶煉的鋼其氧含量為
01002 8 %～01004 0 % ,鋼中氧化物夾雜雖然比較細小,但含量較多,這對軸承的使用壽命及表面光潔度都有影響。目前,國內外對于重要用途的軸承材料多采用真空感應+ 真空自耗(雙真空) 冶煉。采用雙真空冶煉可以獲得低氧含量(一般低于01001 0 %) 、高純凈度和極少氧化物夾雜的軸承材料,從而提高了軸承的接觸疲勞壽命。研究表明:采用雙真空冶煉方法生產的9Cr18 不銹軸承鋼的純凈度可得到大幅度地提高,其氧含量為01000 6 %,氧化物夾雜的含量明顯低于電渣重熔鋼,并且氧化物夾雜顆粒少且小、分布均勻;其接觸疲勞壽命比電渣重熔鋼提高了45 % ,同時還可獲得較好的表面光潔度和加工精度。

2 　高溫不銹軸承鋼
火箭、可返回飛行器、燃氣輪機、核動力推進系統、高溫輸送器等裝置中所用的軸承和齒輪等都要在很高的溫度下工作。隨著宇宙飛行器、噴氣發動機以及渦輪增壓器、無潤滑軸承設計等近代工程技術的迅速發展,軸承的工作溫度也已超過300 ℃。所以,必須研究發展在此高溫下具有高硬度、高耐蝕性和高接觸疲勞壽命的新型高溫軸承材料。國內外研制的高溫不銹軸承鋼的成分及使用溫度見表3 。
航天航空領域所需軸承的D N 值(直徑與轉速的乘積) 不斷地提高,使用溫度也已超過300 ℃,這就需要高溫不銹軸承材料不但應具有高的表面硬度,同時芯部還要保持良好的斷裂韌性、延展性和沖擊韌性。但是,現有的鋼種較難滿足這些要求,因此需開發新型鋼種。

3 　含氮不銹軸承鋼
在過去的幾十年中,氮作為合金元素被用來提高鋼的性能變得越來越誘人。氮在馬氏體不銹鋼中的極限含量較低(約為011%) 。目前,各國已相繼開發出含氮不銹軸承鋼(如法國的XD15N 、日本的ES1等) 。

4 　特種不銹軸承合金
在不同條件下工作的軸承不僅要有一般的抗蝕性能,還應具有抗各種介質腐蝕的性能。目前,國內外已開發出了許多新型耐蝕合金,而且這些合金的實際應用效果很好。
4.1 　耐蝕無磁鐵基合金
耐蝕無磁鐵基合金經固溶、時效處理后具有較高的硬度,良好的耐接觸疲勞性能和極低的導磁系數,主要用作原子能反應堆設備所需軸承。因此,該合金除具有通用軸承材料的高硬度、抗磨損及高的疲勞壽命外,還具有良好的耐蝕性能、抗核活化性能和機械加工性能。
4.2 　耐蝕、耐高溫、無磁鎳基合金
耐蝕、耐高溫、無磁鎳基合金具有高強度、高硬度(硬化狀態下硬度可超過HRC 57) 和高的接觸疲勞壽命,良好的抗磨損性能、耐腐蝕性能、耐高溫性能和無磁性能。主要用來制造耐酸、耐堿、無磁性、超低溫及抗中子幅照等軸承以及電子技術部門所需的高溫、高真空、抗磁、無潤滑軸承。這種鎳基合金在硝酸、硫酸、混合酸及溫度為60～70 ℃、濃度為30 %～60 %的硝酸溶液中的耐腐蝕性能較好,并且可進行冷、熱加工,是一種較好的耐蝕軸承材料。
4.3 　鈷基合金
作為軸承材料使用的鈷基合金主要有Haynes和Stellite 兩個系列。其中, 成分為C 110 %、Cr28 %、W 410 %、Fe < 310 %、余為Co 的Stellite6 鈷基合金使用范圍比較廣泛。高碳鈷基合金因其碳、鉻、鎢含量高,極易形成大塊碳化物而產生應力集中,導致加工性能惡化、并且價格昂貴等限制了它的廣泛應用。

5 　結　語
(1) 為適應科學技術的發展和國防工業的需要,國內外研發了大量新型的特種用途的不銹軸承材料,如低碳、低鉻的新型不銹軸承鋼、高溫不銹滲碳軸承鋼、含氮不銹軸承鋼以及耐蝕、無磁、鎳基和鈷基合金材料等。這些新型特種軸承材料的出現進一步推動了科學的進步。
(2) 雙真空冶煉工藝、含氮不銹鋼工藝及加壓電渣冶煉工藝等不僅使不銹軸承鋼的純凈度和均勻性都得到大幅度的提高,而且生產出許多高性能的新型不銹軸承鋼,使不銹軸承材料的使用更加可靠和廣泛。
(3) 今后,我國應在高溫不銹軸承鋼、含氮不銹軸承鋼和無磁不銹軸承鋼等領域進行深入的研究和開發。

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