新材料与表面技术在滚动体中应用1pj7777:

日期:2019-10-23编辑作者:建筑建材

新材料与表面工程技术在滚动体中的应用1

引言 随着机械工业技术的发展,对轴承提出了更高的要求。提高轴承性能的途径有: ①采用先进的设计技术; ②采用先进的制造技术; ③采用新材料; ④采用先进的管理理念和方法。 本文探讨新材料及表面工程技术在滚动体制造中的应用。 常用滚动体材料 1、高碳铬轴承钢 高碳铬轴承钢包括GCr15、GCr9、GCr6、GCr15SiMn等,用于制造通常工作条件下的轴承滚动体,目前用量占滚动体生产量的85%以上。 2、渗碳轴承钢 渗碳轴承钢包括08、10、25、15Mn、G20CrMo、G20{TodayHot}CrNiMo、G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo等,用于制造耐冲击轴承滚动体。一般碳钢球用于制造价格较低的轴承,合金渗碳轴承钢用于制造汽车、轧机轴承等。 3、不锈轴承钢 不锈轴承钢包括9Cr18、9Cr18Mo、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、1Cr17Ni2、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等,用于制造腐蚀介质中的轴承滚动体。 特殊滚动体材料 1、高温轴承钢 高温轴承钢包括Cr4Mo4V、W9Cr4V2Mo、Cr15Mo4V、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等,用于制造耐高温轴承滚动体,用于燃气轮机、航空发动机等高温高速轴承。 2、中碳轴承钢 中碳轴承钢包括GCr10、40CrA、65Mn、50CrNiA、55SiMoV等,用于制造受冲击载荷的滚动体,如55SiMoV用于制造涡轮钻具轴承的滚动体。 3、无磁轴承材料 无磁轴承材料包括G52、G60、25Cr18Ni10W、Ocr40Ni55A13、QBe2.0、NiCu28-2.5-1.5。 ①G52用于制造无磁高温高压水轴承滚动体。 ②G60用于制造无磁高温高真空及氧化性介质中的轴承滚动体。 ③25Cr18Ni10W用于制造无磁轴承滚动体。④Ocr40Ni55A13用于制造无磁轴承滚动体。⑤QBe2.0用于无磁低温耐腐蚀轴承滚动体。 ⑥NiCu28-2.5-1.5用于制造无磁耐腐蚀钢球。 新型滚动体材料 1、工程陶瓷材料 工程陶瓷材料包括氮化硅陶瓷、氧化锆陶瓷、氮化硼陶瓷。 ①氮化硅陶瓷:制造高速或高温、耐腐蚀精密陶瓷轴承球或滚子。 ②氧化锆陶瓷:制造高温、耐腐蚀中低速陶瓷轴承球或滚动子。 ③氮化硼陶瓷:制造高温、耐腐蚀、自润滑全陶瓷{HotTag}轴承。 表一工程陶瓷材料性能及轴承钢性能的比较----------------------------------------------------------------------------项目/氮化硅氧化锆氮化硼轴承钢材料Si3N4ZrO2BNGCr15----------------------------------------------------------------------------密度3.25.8~6.051.8~2.197.85硬度1700莫氏2700抗弯强度7001200600~8002400断裂韧性6~87~1425弹性模量320150~22080208热膨胀系数3.28.7~11.42~7.511.8电阻率1017~10181010101610-1~1使用温度800800900300尺寸稳定性好好好差耐腐蚀性能好好好差---------------------------------------------------------------------------- 2、氮化硅陶瓷材料 其特点是: ①多晶材料,晶体结构属六方晶系。 ②氮化硅陶瓷外观呈灰白、蓝灰、灰黑色。 ③理论密度:3.19±0.1g/cm3,密度低。 ④高硬度,良好的耐磨性,低磨擦系数(自配磨0.02~0.07),自润滑性好。 ⑤耐高温,抗热震性较好。 ⑥具有较高的断裂韧性,抗冲击性能较好。 ⑦耐腐蚀性好,能耐所有酸腐蚀,能抗弱碱腐蚀,对大多数强碱和熔盐不稳定。 ⑧与轴承钢相近的接触疲劳寿命,相似的疲劳剥落形式。 ⑨氮化硅粉末性能: 粒度0.5~0.8μm,低的杂质含量和氧含量<2wt%,α相含量>90wt%。 ⑩氮化硅粉末制造方法: A、硅粉直接氮化法3Si+2N2→Si3N4 国内普遍采用的方法,需经球磨得到细粉,易引入杂质。 B、硅亚胺分解法SiCl4+6NH3→Si2+4NH4Cl 3Si2→Si3N4+N2+3H2 粉末纯度高,细度细且均匀,制造成本高。 C、碳热还原氮化法3SiO2+2N2+6C→Si3N4+6CO D、化学气相沉积法3SiCl4+4NH3→Si3N4+12HCl 需激化诱导,粉末纯度高,细度细且均匀,制造成本极高。 致密氮化硅陶瓷制造方法: A、热压氮化硅 方法:氮化硅混合粉末在石墨模具中,同时加热和但轴向加压,烧结温度1650~1850℃,压力15~30MPa,保温时间1~4h。特点:致密,基本达到理论密度,制品形状简单,难于批量化生产,可制造滚子毛坯,成品价格昂贵。 B、常压烧结氮化硅 方法:氮化硅混合粉末经模压或冷等静压成形,用烧结炉在N2气氛中烧结,温度1700~1800℃,时间几小时,压力0.1MPa。 特点:成本低,易于批量生产,相对密度95~99%,孔隙较多,不适宜制造轴承球。 C、气氛压力烧结氮化硅 方法:氮化硅混合粉末经冷等静压成形,用气氛压力烧结炉在高压N2气氛中烧结,烧结温度1800℃,时间数小时,压力5~10MPa。 特点:性能好,致密(相对密度97~99%),易于批量生产,国内普遍采用,可制造轴承球,成本较高。 D、热等静压烧结氮化硅 方法:氮化硅混合粉经模压或冷等静压成形,S或GPS烧结后,用热等静压炉,Ar2或N2气做压力传递介质,在高温(1700~1999℃)高压(150~200MPa)下使氮化硅致密,使原已烧结过的RBSN、SSN、SRBSN进一步排除气孔。添加剂含量低。 特点:性能优异,基本完全致密,可批量生产,可制造高性能陶瓷轴承球,国外普遍采用,成本高。 小结 陶瓷轴承滚动子:HPSNHIPSN 陶瓷轴承球:GPSSNHIPSN 一般用途的陶瓷球:SSNSRBSN 3、氧化锆陶瓷材料 其特点是: ①晶体结构:部分稳定氧化锆,立方相结构+单斜相结构。 ②较高的韧性(所有陶瓷材料中较高的),抗弯强度可达1300MPa,但断裂韧性对温度敏感,高温应用时应注意。 ③常用的氧化锆陶瓷为Mg-PSZ。 ④高硬度,耐磨损,不易划伤对偶件。 ⑤耐腐蚀,对多数酸碱稳定。 ⑥接触疲劳寿命与轴承相差较大,不适宜制造高速重载陶瓷轴承。 ⑦可制造轻载中低速腐蚀场合的陶瓷轴承。 ⑧氧化锆粉末制造方法: 锆英石砂与焦碳和氯气在800~1200℃发生氯化反应生成气相ZrCl4和SiCl4。

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