滾動軸承鋼簡稱軸承鋼，主要用于制作滾動軸承的內外套圈及滾動體的鋼種。 1)性能要求 滾動軸承工作時，滾動體和套圈呈點或線接觸，承受高達3000～5000 N/mm2的交變接觸應力和極大的摩擦力，還將受到大氣、水及潤滑劑的侵蝕，其主要損壞形式有接觸疲勞(麻點剝落)、磨損和腐蝕等。故對滾動軸承鋼的主要性能要求有： (1)高的接觸疲勞強度和彈性極限； (2)高的硬度和耐磨性； (3)對于制造承受沖擊載荷如汽車、礦山機械的軸承的材料應有足夠的強度和沖擊韌度。 (4)一定的耐蝕性。 2)成分特點 (1)高碳 常用的軸承鋼碳質量分數一般為wc＝0.95%～1.15%，以保證熱處理后鋼的高硬度和高耐磨性； (2)低合金 常用的軸承鋼一般是低合金鋼，主加合金元素是鉻，且wCr＝0.40%～1.65%，它的主要作用是增加鋼的淬透性、形成合金滲碳體(Fe、Cr)3C，細化奧氏體晶粒，淬火后得到隱晶馬氏體，提高接觸疲勞強度和耐磨性，但當wCr>1.65％時，會增加殘留奧氏體量，降低強度硬度。輔加合金元素是Si、Mn、Mo等，能進一步提高淬透性，其中Si還能提高回火穩定性，用于制造大型軸承的材料；對無鉻軸承鋼還應加入V、RE等元素，形成VC以保證耐磨性并細化鋼基體晶粒。 (3)鋼的純凈度及組織的均勻性 滾動軸承的失效分析結果表明，由原材料質量問題引起的失效約占65％，其中，鋼的純凈度不高和組織均勻性不好是引起失效的兩個主要原因。 ①鋼的純凈度 研究表明，滾動軸承的接觸疲勞壽命與鋼中非金屬夾雜物的數量、類型有很大關系。鋼中存在夾雜物時，由于它們和基體交界處的彈塑性變形不協調，引起應力集中，在夾雜物邊緣處最易產生微裂紋，從而降低接觸疲勞壽命。通過嚴格控制鋼中雜質元素質量分數(ws＜0.020%、wp＜0.025% )、采用真空精煉等新的先進技術來降低鋼中夾雜物數量，控制夾雜物類型、尺寸、形態和分布，可減輕非金屬夾雜物對滾動軸承鋼的危害。 ②鋼的組織均勻性 主要是碳化物均勻性。 在軸承鋼退火前原始組織中可能出現的碳化物分布不均勻的缺陷有網狀碳化物、帶狀碳化物等。網狀碳化物是軸承鋼在鍛軋后的冷卻過程中形成的，隨后的退火、淬火、回火都不能把它完全消除而會存在于最終組織中嚴重降低鋼的力學性能。帶狀碳化物是由于鋼錠在結晶時所產生的枝晶偏析引起的，熱塑性變形后偏析區被拉長，一些富鉻和碳的偏析區將析出較多的碳化物而形成碳化物的帶狀分布。 碳化物具有高的硬度和脆性，它們的存在使軸承鋼的組織和性能不均勻，增加內應力，并使疲勞裂紋易于形成，嚴重降低軸承鋼的韌性和接觸疲勞抗力，使軸承鋼的耐用度大為下降。此外，還增加鋼淬火變形的傾向等。一般通過改進冶煉、澆注、鍛軋工藝可降低碳化物的不均勻性。 3)熱處理特點 (1)預備熱處理 滾動軸承零件一般采用球化退火作為預備熱處理。滾動軸承鋼屬過共析鋼，球化退火的目的一是使鍛造組織中片狀的碳化物球化，降低鋼的硬度(180～207HBW)，改善切削性能。如鍛造后的珠光體片厚或存在網狀滲碳體，則在球化退火之前進行一次正火來消除網狀碳化物；二是為最終熱處理作好組織準備。 (2)最終熱處理 滾動軸承零件的最終熱處理為淬火+低溫回火。淬火溫度在Acl和Accm之間，即不完全奧氏體化，保證獲得的淬火組織為隱晶馬氏體+細小均勻的球狀碳化物+少量殘留奧氏體。其硬度為64～66HRC。 低溫回火需在淬火后及時進行，回火溫度為150～160℃，目的是穩定組織，消除淬火應力�；鼗鸾M織為回火馬氏體+均勻分布的細小球狀碳化物+少量殘留奧氏體，硬度為61～65HRC。 由于低溫回火不能徹底消除內應力及殘留奧氏體，在長期使用中會發生應力松弛和組織轉變，引起尺寸變化，所以對于精密軸承零件，在淬火后應立即進行一次冷處理(-60℃～-80℃)，并分別在低溫回火和磨削加工后再進行120℃～130℃保溫5～10h的低溫時效處理，以進一步減少殘留奧氏體和消除內應力，保證尺寸穩定。 一般滾動軸承的加工工藝路線為：軋制或鍛造→球化退火→機加工→淬火→低溫回火→磨削→成品。 精密軸承的加工工藝路線為：軋制或鍛造→球化退火→機加工→淬火→冷處理→低溫回火→時效處理→磨削→時效處理→成品。 熱處理應用舉例：某GCr15鋼制精密微型軸承要求硬度≥62HRC，其熱處理工藝如圖5-4所示。
a) 球化退火 b) 淬火、回火及時效處理 4)常用滾動軸承鋼 (1) 高碳鉻軸承鋼 具有良好的使用性能和良好的工藝性能及較低價格，同時，其冶煉工藝及熱處理等加工工藝均比較成熟，是制造套圈和滾動體的首選鋼種，適用于工作溫度低于200℃的軸承，列入GB/T18254—2002中的牌號有GCr4、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo等，主要差別是淬透性，其它性能差別不大，其中GCr15是我國應用最廣泛的軸承鋼。對于尺寸較大的軸承(如鐵路軸承)可采用鉻錳硅鋼，如GCr15SiMn鋼等。為提高軸承的沖擊韌度和斷裂韌度、尺寸穩定性、延長接觸疲勞壽命、減小淬火變形可采用貝氏體等溫淬火。GCr4為新研制的限制淬透性軸承鋼，用于制造工作溫度低于100℃、壁厚大于14mm，承受較大沖擊負荷的軸承套圈。 順便指出，由于GCr15與低鉻工具鋼在化學成分上相近，因此它也可作為工具鋼，用于制造形狀復雜的刃具、精密量具、冷沖模及某些精密零件(如精密絲杠等)。 高碳鉻軸承鋼的熱處理及應用范圍見表5-6。 (2)滲碳軸承鋼 低碳的合金滲碳鋼如G20CrMo、G20CrNiMo、G20Cr2Mn2Mo等，經滲碳淬火和低溫回火后，表層堅硬耐磨，心部保持高的強韌性，同時表面處于壓應力狀態，對提高疲勞壽命有利，主要用于制造工作溫度低于100℃的大型軋機、發電機及礦山機械等上的、在極高的接觸應力下工作，頻繁地經受沖擊和磨損的大型(外徑大于450mm)軸承。 (3)不銹軸承鋼 在各種腐蝕環境中工作的軸承必須有高的耐蝕性能，一般鉻質量分數的軸承鋼已不能勝任，因此發展了高碳高鉻不銹軸承鋼。鉻是此類鋼的主要合金元素，如9Cr18、9Cr18Mo等。它是適應現代化學、石油、造船等工業發展而研制的。 (4)高溫軸承鋼 GCr15鋼的最高工作溫度不超過180℃，含Si、Mo、V、A1的低合金軸承鋼的工作溫度也只能在250℃以下，如果溫度再升高，則會導致硬度急劇下降而失效。而航空發動機、航天飛行器、燃氣輪機等裝置中的軸承是在高溫高速和高負荷條件下工作的，其工作溫度在300℃以上，具有足夠高的高溫硬度、高溫耐磨性、高溫接觸疲勞強度及高的抗氧化性、高溫抗沖擊性能和高溫尺寸穩定性等。目前高溫軸承鋼有兩類： 一是高速鋼類軸承鋼。用高速鋼W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2制作的軸承可以在430℃下長期工作，此時的高溫硬度大于57HRC。Cr4Mo4V是性能較好的高溫軸承鋼，其熱處理工藝與性能具有高速鋼的特點。因含合金元素少，其高溫硬度不如高速鋼，但加工性能優于高速鋼。Cr4Mo4V主要用于航空發動機，可以在315℃長期工作(此時高溫硬度大于57HRC)，短時可用到430℃(高溫硬度大于54HRC)。 二是高鉻馬氏體不銹鋼。Cr14Mo4V是在9Cr18Mo的基礎上升Mo降Cr并加人少量V而形成，提高了鋼的高溫性能，鋼的高溫硬度較高，耐蝕性良好，因V量較少(wV≈0.15％)，其耐磨性比Cr4Mo4V稍差，但加工性能更好。Cr14Mo4V適于制作承受中、低負荷，在300℃下長期工作的軸承。 表5-6 常用高碳鉻軸承鋼的牌號、熱處理、性能及應用范圍
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