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汽車軸承材料及性能要求
目前汽車正朝著輕型化、舒適、堅(jiān)實(shí)、功率大、結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)久耐用、加速性能好、可靠性能高等方面發(fā)展。另外，由于電子控制技術(shù)的進(jìn)步，汽車也朝著耗能低、簡易方便、操作性強(qiáng)等實(shí)用性能方向發(fā)展，所以滾動軸承作為汽車支撐用的重要部件，必須適應(yīng)這種趨勢。
汽車軸承在服役過程中，滾動體和套圈表面的單位面積上要承受很大的壓力，經(jīng)計(jì)算高達(dá)5000N/mm2，軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時除了有滾動還有滑動，除受到高頻、交變的接觸應(yīng)力之外，還受離心力的作用，如圖所示。據(jù)文獻(xiàn)記載，汽車軸承的主要失效模式有剝落、點(diǎn)蝕、粘著、拉傷、斷裂、精度喪失、振動噪聲超標(biāo)等，因此，對軸承鋼的性能有如下幾點(diǎn)要求：①高的純凈度。②低的氧含量。③高的硬度和耐磨性。④良好的尺寸穩(wěn)定性。⑤足夠的抗壓強(qiáng)度和抗變形能力。⑥良好的工藝性能。
軸承鋼作為重要的特鋼品種之一，其質(zhì)量優(yōu)劣和性能高低很大程度上反映著一個國家的冶金水平，汽車軸承鋼占年產(chǎn)軸承鋼的40%左右，用量很大。汽車軸承的壽命與可靠性固然與初設(shè)計(jì)、加工制造、潤滑、安裝和維護(hù)保養(yǎng)等有一定的關(guān)系，但原材料才是關(guān)鍵。
由上可知，在汽車軸承總成的幾大構(gòu)件中，除了保持架由原始的沖壓用鋼改為普及的尼龍材料（如注塑成型的PA66+30%GF）和密封件較常采用橡膠材料（如ACM+SPCC、NBR+SUS430）外，我國汽車軸承的滾動體及內(nèi)外圈大量使用的是這類含wC=0.95%~1.05%、wCr=1.40%~1.65%的高碳含鉻軸承鋼，為提高淬透性以適應(yīng)零件壁厚變化的需要，增加Mo含量可發(fā)展出一系列高淬透性高碳鉻軸承鋼：例如德國的100Cr6、100CrMo，瑞典的SKF2、SKF3，美國的52100.3、52100.4，日本的SUJ2、SUJ3、SUJ4、SUJ5等，適用于馬氏體淬火，也適于超厚壁軸承零件的貝氏體淬火，它們之間的化學(xué)成分有細(xì)微差異，如表1兩者的對比，其實(shí)這些鋼種都可以看作是GCr15的變種。
盡管其品種相對比較單一，但它也是結(jié)構(gòu)鋼（齒輪鋼、軸承鋼、彈簧鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、冷鐓鋼）中質(zhì)量要求苛刻的品種。苛刻的是需要提高鋼材的純凈度嚴(yán)格降低O、S、Ca、N、Ti等微量元素的含量，還需控制包括冶煉、澆鑄、軋制、鍛造等冶金成材過程中可能造成的缺陷，例如常采用真空脫氣、電渣重熔、爐外精煉等冶煉工藝。降低氧含量可以明顯延長軸承的疲勞壽命是業(yè)屆內(nèi)一個不爭的事實(shí)，下圖給出了氧含量與軸承相對壽命的關(guān)系曲線圖。在國標(biāo)GB/T 18254—2002中，對高碳鉻軸承鋼的O含量做了明確規(guī)定：模鑄鋼≤15ppm、連鑄鋼≤12ppm，實(shí)際生產(chǎn)中隨著冶金設(shè)備及工藝的開發(fā)控制更嚴(yán)，低至5ppm的水平。另外，標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)協(xié)議中對冶煉方法、非金屬夾雜物、偏析、脫碳層、低倍組織、顯微組織、碳化物不均勻性、表面質(zhì)量、尺寸允許公差等都有相關(guān)限定，鋼廠及軸承生產(chǎn)企業(yè)在鋼材進(jìn)出廠時，必須嚴(yán)加檢測和嚴(yán)格管理，馬虎不得。
需補(bǔ)充說明的是，汽車軸承除了絕大部分為滾動軸承外，只有曲軸軸瓦、連桿瓦、活塞襯套、減震器用導(dǎo)向座、變速箱倒擋齒輪襯套等為滑動軸承，它們不涉及到熱處理，主要依靠粉末冶金燒結(jié)+滾壓的方式成型，材料一般是背面采用wC≤0.15%的鋼制造（如08Al）、主軸瓦為合金層（如Al-Sn20Cu或常見的錫基、鉛基、銅基或鋁基類軸承合金）。后文所討論的熱處理針對的也是汽車滾動軸承。
