滚动轴承钢在汽车和各种产业机械中的作用是使旋转运动顺畅化,减少动力损失。由于轴承经常在恶劣的环境下工作所以轴承的原材料轴承钢是特殊钢中质量要求最严格的钢类之一。对轴承钢的要求有高硬度、保证高的静态、动态强度和具备高韧性的微观组织、减少作为滚动疲劳源的内部缺陷等。此外,在轴承长期使用中,在各种应力作用下不发生组织变化和尺寸变化也很重要。
轴承钢中使用最多的是JIS SUJ2为代表的高碳铬轴承钢,有一些类型的轴承也使用渗碳钢和高频淬火的中碳钢,但在市场上说到轴承钢一般就是指高碳铬轴承钢。
1. 高碳铬轴承钢的发展变化
高碳铬轴承钢作为特殊钢在JIS G4805(2008)中有4个钢号:SUJ2~SUJ5。由于各个钢号的淬透性不同,分别用于不同规格的轴承,其中占产量90%以上的是SUJ2,虽然其成分系列比较简单为1%C-1.5%Cr,但可以满足轴承的各种特性要求,而且还具有使生产稳定高效的优点。所以,1%C-1.5%Cr轴承钢在欧洲开发后在长达一个世纪的时间内基本成分没有变化,一直延用至今。
当然,在这期间轴承钢的质量有了很大进步。在20世纪50年代末,人们知道了轴承的使用寿命受钢中氧化物等非金属夹杂物的影响很大。于是将钢中的含氧量作为轴承钢的质量指标,努力提高钢的洁净度。从有关数据可知,由于真空脱气等精炼设备的使用和操作条件的改善,使轴承钢的滚动疲劳寿命大大提高,滚动疲劳寿命可达非脱气钢的几十倍。
近年来,随着对环境问题的日益关注,提高汽车燃料效率成为比过去任何时候都重要的问题。机械设备整体的小型轻量化对提高燃料效率有很大作用,因此轴承部件的小型轻量化就是必然的趋势。为此,对更高洁净度的轴承钢进行了开发,在低含氧量的基础上,对非金属夹杂物的组成、形态和分布进行了控制。