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汽车轴承材料及性能要求

汽车轴承材料及性能要求

汽车轴承材料及性能要求

目前汽车正朝着轻型化、舒适、坚实、功率大、结构紧凑、经久耐用、加速性能好、可靠性能高等方面发展。另外,由于电子控制技术的进步,汽车也朝着耗能低、简易方便、操作性强等实用性能方向发展,所以滚动轴承作为汽车支撑用的重要部件,必须适应这种趋势。


汽车轴承在服役过程中,滚动体和套圈表面的单位面积上要承受很大的压力,经计算高达5000N/mm2,轴承运转时除了有滚动还有滑动,除受到高频、交变的接触应力之外,还受离心力的作用,如图所示。据文献记载,汽车轴承的主要失效模式有剥落、点蚀、粘着、拉伤、断裂、精度丧失、振动噪声超标等,因此,对轴承钢的性能有如下几点要求:①高的纯净度。②低的氧含量。③高的硬度和耐磨性。④良好的尺寸稳定性。⑤足够的抗压强度和抗变形能力。⑥良好的工艺性能。


轴承钢作为重要的特钢品种之一,其质量优劣和性能高低很大程度上反映着一个国家的冶金水平,汽车轴承钢占年产轴承钢的40%左右,用量很大。汽车轴承的寿命与可靠性固然与初设计、加工制造、润滑、安装和维护保养等有一定的关系,但原材料才是关键。


由上可知,在汽车轴承总成的几大构件中,除了保持架由原始的冲压用钢改为普及的尼龙材料(如注塑成型的PA66+30%GF)和密封件较常采用橡胶材料(如ACM+SPCC、NBR+SUS430)外,我国汽车轴承的滚动体及内外圈大量使用的是这类含wC=0.95%~1.05%、wCr=1.40%~1.65%的高碳含铬轴承钢,为提高淬透性以适应零件壁厚变化的需要,增加Mo含量可发展出一系列高淬透性高碳铬轴承钢:例如德国的100Cr6、100CrMo,瑞典的SKF2、SKF3,美国的52100.3、52100.4,日本的SUJ2、SUJ3、SUJ4、SUJ5等,适用于马氏体淬火,也适于超厚壁轴承零件的贝氏体淬火,它们之间的化学成分有细微差异,如表1两者的对比,其实这些钢种都可以看作是GCr15的变种。



尽管其品种相对比较单一,但它也是结构钢(齿轮钢、轴承钢、弹簧钢、非调质钢、冷镦钢)中质量要求苛刻的品种。苛刻的是需要提高钢材的纯净度严格降低O、S、Ca、N、Ti等微量元素的含量,还需控制包括冶炼、浇铸、轧制、锻造等冶金成材过程中可能造成的缺陷,例如常采用真空脱气、电渣重熔、炉外精炼等冶炼工艺。降低氧含量可以明显延长轴承的疲劳寿命是业届内一个不争的事实,下图给出了氧含量与轴承相对寿命的关系曲线图。在国标GB/T 18254—2002中,对高碳铬轴承钢的O含量做了明确规定:模铸钢≤15ppm、连铸钢≤12ppm,实际生产中随着冶金设备及工艺的开发控制更严,低至5ppm的水平。另外,标准或技术协议中对冶炼方法、非金属夹杂物、偏析、脱碳层、低倍组织、显微组织、碳化物不均匀性、表面质量、尺寸允许公差等都有相关限定,钢厂及轴承生产企业在钢材进出厂时,必须严加检测和严格管理,马虎不得。



需补充说明的是,汽车轴承除了绝大部分为滚动轴承外,只有曲轴轴瓦、连杆瓦、活塞衬套、减震器用导向座、变速箱倒挡齿轮衬套等为滑动轴承,它们不涉及到热处理,主要依靠粉末冶金烧结+滚压的方式成型,材料一般是背面采用wC≤0.15%的钢制造(如08Al)、主轴瓦为合金层(如Al-Sn20Cu或常见的锡基、铅基、铜基或铝基类轴承合金)。后文所讨论的热处理针对的也是汽车滚动轴承。


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