高性能轴承钢的开发与试验分析
热处理专科毕业设计GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析
GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。
钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。
热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。
关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。
缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。
图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。
常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。
轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。
当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。
为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。
滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。
在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。
力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。
在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。
滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。
滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。
在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。
轴承钢棒材超快速冷却的试验研究
７８０ ７００
将冷却到室温后的棒材取中间部位制成试样 进行显微组织观察和显微硬度测试以及能谱线扫 描分析 ，并对其进行淬回火 （８３０ ℃ 保温 １ ｈ 后油 淬 ，１５０ ℃ 回火 ２ ｈ） ，按照 ＪＢ／Ｔ１２５５ — ２００１ 标准 挑选网状 碳 化 物 最 严 重 区 域 进 行 网 状 碳 化 物 评
级［７
］
·
２ 试验结果与分析
２ ．１ 超快速冷却对钢显微组织的影响 生产现场采用工艺 １ ，工艺 ２ 超快速冷却后
第 ７ 期 赵宪明等 ： 轴承钢棒材超快速冷却的试验研究
９４９
的横断面 不 同 位 置 室 温 显 微 组 织 照 片 分 别 如 图 ２ ，图 ３ 所示·
Ｃｏｍｍｅｒｃｉａｌ Ｔｅｓｔ ｏｆ Ｕｌｔｒａ－Ｆａｓｔ Ｃｏｏｌｉｎｇ ｆｏｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｔｅｅｌ Ｂａｒ
ＺＨＡ Ｏ Ｘ ｉａｎ－ｍｉｎｇ１ ， Ｓ Ｕ Ｎ Ｙ ａｎ－ｋｕｎ１ ， Ｗ Ａ ＮＧ Ｙ ｏｎｇ－ｈｏｎｇ２
（１ ．Ｔｈｅ Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｒｏｌｌｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１０００４ ，Ｃｈｉｎａ ；２ ． Ｈｅｂｅｉ Ｙｏｎｇｙａｎｇ Ｉｒｏｎ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｃｏ ．，Ｌｔｄ ．，Ｈａｎｄａｎ ０５７１５０ ，Ｃｈｉｎａ ．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｔ ：ＺＨＡＯ Ｘｉａｎ－ｍｉｎｇ ，Ｅ－ｍａｉｌ ： ｚｈａｏｘｍ ＠ ｒａｌ ．ｎｅｕ ．ｅｄｕ ．ｃｎ）
足 ，造成轴承钢生产过程中经常出现网状碳化物 超标 ，严重影响其产品质量·在不改变原有热连轧 生产工艺的基础上 ，在连轧机后安装超快速冷却 系统 ，进行轴承钢棒材高温终轧后超快速冷却批 量工业化生产试验·通过高温终轧后超快速冷却 ， 获得了具有理想组织 、性能 ，而其工艺能够为生产
轴承钢球标准(一)
轴承钢球标准(一)轴承钢球标准1. 引言轴承钢球作为轴承的核心部件，起着支撑和传递载荷的重要作用。
为了确保轴承的质量和性能稳定，制定了一系列的轴承钢球标准。
2. 国家标准以下是国家针对轴承钢球制定的标准： - GB/T 轴承钢轧制品 - GB/T 高碳铬轴承钢球 - GB/T 轴承钢中频感应炉加热设备3. 标准内容GB/T 轴承钢轧制品此标准规定了轴承钢轧制品的分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装和贮存。
- 分类：根据轧制品的外观、尺寸和用途将其分为不同的等级。
- 要求：包括化学成分、机械性能、硬度、金相组织等方面的要求。
- 试验方法：通过对轧制品进行硬度试验、拉伸试验、冲击试验等来评估其性能。
- 检验规则：对轧制品进行抽样检验和批量接收检验的规定。
- 标志、包装和贮存：对轧制品的标志、包装和贮存条件进行规定。
GB/T 高碳铬轴承钢球此标准规定了高碳铬轴承钢球的分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装和贮存。
- 分类：根据轴承钢球的精度等级将其分为不同的等级。
- 要求：包括化学成分、硬度、尺寸偏差、精度等方面的要求。
- 试验方法：通过对高碳铬轴承钢球进行硬度试验、尺寸测量等来评估其质量。
- 检验规则：对高碳铬轴承钢球进行抽样检验和批量接收检验的规定。
- 标志、包装和贮存：对高碳铬轴承钢球的标志、包装和贮存条件进行规定。
GB/T 轴承钢中频感应炉加热设备此标准规定了轴承钢中频感应炉加热设备的分类、要求、试验方法、检验规则、标志、包装和贮存。
- 分类：根据中频感应炉加热设备的工作方式和功能将其分为不同的等级。
- 要求：包括功率、加热温度、加热效率、工作稳定性等方面的要求。
- 试验方法：通过对中频感应炉加热设备进行功率测试、温度均匀性测试等来评估其性能。
- 检验规则：对中频感应炉加热设备进行抽样检验和批量接收检验的规定。
- 标志、包装和贮存：对中频感应炉加热设备的标志、包装和贮存条件进行规定。
高速超精密轴承尺寸稳定性与疲劳寿命试验
中图分 类号 ：Ｈ１３３ ；Ｇ ５ ；Ｇ １ ．７ Ｔ ３ ．３ Ｔ １６ Ｔ １５５ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ：０ ０— ７ ２ ２０ ） ３ ０ ２ ０ １０ ３ ６ （０ ７ ０ — ０２— ４
Ｅ ｐ ｒｍ ｅ ｔ ｌＳ ｕ ｙ ｏ ｍ ｅ ｓｏ ａ ｔ ｂ ｌ ｙ ａ ｄ Ｆ ｔ ｕ ｉｅ ｏ ｘ ｅ ｉ ｎ ａ ｔ ｄ ｎ Ｄｉ ｎ ｉ ｎ ｌＳ ａ ｉ ｔ ｎ ａ ｉ ｅ Ｌ ｆ ｆ ｉ ｇ
gcr15临界淬火直径
gcr15临界淬火直径1.引言1.1 概述概述部分的内容：钢材的淬火是一种常见的热处理工艺，可以提高钢材的硬度和强度。
在淬火过程中，钢材会经历从高温快速冷却的过程，使其组织发生变化，从而获得优异的力学性能。
而GCr15是一种常见的高碳铬轴承钢，具有良好的耐磨性和高强度。
在工业领域中，GCr15钢材广泛应用于制造轴承等高负荷和高速运动部件。
在淬火工艺中，临界淬火直径是一个重要的参数。
临界淬火直径是指钢材在淬火过程中最小的直径，该直径决定了钢材的淬透性和淬火效果。
如果直径小于临界淬火直径，钢材能够完全淬透，获得均匀的组织和优异的力学性能。
而如果直径大于临界淬火直径，钢材的淬透性会下降，组织不均匀，可能导致性能下降甚至失效。
因此，研究和确定GCr15临界淬火直径对于保证钢材的质量和性能是非常重要的。
通过实验和理论分析，可以确定不同条件下GCr15钢材的临界淬火直径，为工程实践提供指导和依据。
在本文中，我们将讨论GCr15临界淬火直径的相关理论和研究进展，并分析其对GCr15钢材淬火质量的影响。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：2. 正文本部分将详细介绍关于gcr15临界淬火直径的相关信息。
主要包括以下两个要点：2.1 第一个要点在这个要点中，我们将探讨gcr15临界淬火直径的定义和意义。
首先，我们将解释什么是临界淬火直径，它是用来衡量gcr15钢材在淬火过程中的性能的一个重要指标。
然后，我们将阐述为什么临界淬火直径对于gcr15钢材的应用至关重要，它直接关系到钢材的强度、硬度和韧性等性能指标。
最后，我们将讨论如何根据实际需求确定gcr15临界淬火直径的合适范围，以确保钢材具有良好的性能和可靠性。
2.2 第二个要点在这个要点中，我们将探讨gcr15临界淬火直径的影响因素和调控方法。
首先，我们将分析影响临界淬火直径的主要因素，如钢材成分、冷却介质、淬火工艺参数等，以及它们之间的相互关系和作用机制。
然后，我们将介绍当前常用的调控方法，包括合金元素调控、表面处理和热处理等，以提高gcr15临界淬火直径的可调性和稳定性。
浅谈热处理工艺对高碳铬轴承钢组织和性能的影响
浅谈热处理工艺对高碳铬轴承钢组织和性能的影响摘要：本文主要研究了不同热处理工艺对RE复合变质高碳高铬合金钢的显微组织和力学性能的影响。
研究结果表明：经热处理后组织内残余奥氏体完全分解，转变为粒状珠光体+M7C3型碳化物。
高温固溶处理会对共晶碳化物的形态产生影响，随着固溶温度的提高，连续网状的共晶碳化物转变为杆状和块状，使材料的冲击韧性得到提高，球化处理促使基体内大量二次碳化物的析出，大大提高了材料的硬度。
适合于高碳高铬合金钢的热处理工艺为1200℃加热1h固溶水冷，然后750℃x5h球化处理。
经此热处理后，与铸态实验钢相比硬度提高了30.8%,达到HRC53.9,冲击性提高了25%，达到9.5J/cm2。
关键词：热处理工艺；高碳铬；轴承钢组织；研究分析高铬铸钢球芯复合轧辊由于具有优良的抗热裂性能和高耐磨性能，在热连轧粗轧使用时，比较成功的解决了传统轧辊易出现的“热疲劳裂纹严重”、“压痕”、“磨损严重”、“掉块”等问题。
因此，在热轧机粗轧机架推广速度非常快，已逐步取代半钢轧辊、高铬铸铁轧辊，成为热轧机粗轧及中厚板粗轧工作辊的主要轧辊品种。
这种高铬铸钢球芯复合轧辊采用离心铸造而成，芯部为高强度合金球墨铸铁，其外层材料是高铬合金钢。
轧辊用高铬钢铸态组织一般为奥氏体和网状原始共晶碳化物，或奥氏体+珠光体+原始碳化物。
但随着C和Cr含量的增大，在凝固冷却过程中，高铬钢组织中容易出现粗大的原始网状碳化物，对轧辊性能不利。
因此，改变共晶碳化物的形态和分布，是提高其综合力学性能的有效手段。
稀土复合变质剂的加入，能够起到细化晶粒、净化和强化晶界等作用，但是对碳化物的分布和形态的改善并不理想。
为此本文研究采用稀土复合变质处理后，不同的热处理方式对高碳高铬钢碳化物的形状和分布的影响，以期达到提高其综合力学性能的目的。
1.试验方法为了保证整体的实验效果，应采用“废钢”、“高碳铬铁”、“镍”、“钒铁”等进行配料后，在“KGPT20-25型50kg中频感应电炉中进行熔炼[1]。
滚动轴承的刚度分析方法与试验测定
滚动轴承的刚度分析方法与试验测定任红军【摘要】本文基于Hertz接触理论建立轴承零件模型,在分析轴承零件受力的基础上,给出了轴承内部零件相互作用的具体表达式,分析了轴承载荷(轴向、径向、力矩载荷)对轴承接触应力和接触变形的影响,获得了滚动轴承整体五自由度刚度矩阵的表达形式.在滚动轴承加载试验台上,通过测量不同载荷作用下轴承的轴向位移与径向位移,获得了轴承的刚度特性,与轴承刚度理论计算结果对比,验证模型正确性.【期刊名称】《动力学与控制学报》【年(卷),期】2018(016)006【总页数】6页(P575-580)【关键词】滚动轴承;刚度分析;Hertz接触;位移【作者】任红军【作者单位】辽宁科技大学机械工程与自动化学院,鞍山 114051【正文语种】中文引言滚动轴承的刚度分析是进行轴承设计与优化的基础,对于分析滚动轴承-转子系统的动力学特性具有重要意义,主要涉及滚动体与滚道间的弹性接触问题和轴承整体变形与平衡问题.面向工程设计需求,如何方便有效地确定轴承刚度十分重要. Stribeck[1]首先通过大量试验对钢球及滚道的弹、塑性接触问题进行了研究,确定球轴承的许用接触载荷,给出了球轴承在径向外载荷作用下滚动体最大接触载荷的经验计算公式.Sjovall[2]和Lundberg[3]进行了径向、轴向载荷以及弯矩载荷的滚动轴承滚动体变形与载荷分布规律研究,给出了滚动轴承在联合载荷作用下的套圈位移及载荷分布的计算方法.此外,目前有限元方法广泛应用于滚动轴承刚度分析中,包括计算轴承刚度[4]、接触应力[5,6]、变形[7],有限元模型中可以考虑轴承、轴以及轴承支承结构[8,9].采用有限元法对轴承组件整体分析,存在节点数量与计算精度的矛盾,一般情况下计算量大且费时.对于高速运行下的滚动体等零件惯性力影响,其计算精度更不能满足.Jones[10]假定滚动体与滚道之间的切向接触问题符合Coulomb摩擦定律,并采用滚道控制理论作为滚动体的运动边界条件.Jedrzejewski和Kwasny[11]考虑滚动体离心力、陀螺力矩对接触角影响,建立角接触球轴承力学模型,分析了离心力和陀螺力矩效应对轴承刚度及变形的影响.Noel等[12]在Jones模型基础上提出五自由度角接触球轴承刚度矩阵计算方法.Yi等[13]研究不同轴向预紧力、转速条件下角接触球轴承刚度,并通过试验测量内圈、外圈的位移验证模型准确性.赵春江等[14]研究高速条件下角接触球轴承钢球的陀螺力矩和外部负载以及摩擦系数的关系. 本文基于Hertz接触理论,系统给出了滚动轴承力学模型的建立方法,获得滚动轴承五自由度刚度模型的解析表达式,为滚动轴承的动力学分析与优化设计奠定基础.1 滚动轴承的力学分析滚动轴承的力学模型如图1所示,在该模型中,不计轴承的质量,轴承座及其基础视为刚性,轴承外圈全约束固定,内圈与转轴过盈配合.建立固定坐标系为OXYZ,其坐标原点O为固定点,位于滚动轴承外圈中心点处,X为轴向坐标,Y、Z为径向坐标.作用在滚动轴承上的外载荷和相应的滚动轴承的弹性变形分别为:图1 滚动轴承简化力学模型示意图Fig.1 Simplified mechanical model of rolling bearing假设滚动轴承共有m个滚动体(在这里指滚珠个数).每个滚珠与内外圈接触并相互作用,存在力平衡关系.其力学模型如图2所示.图2 单个滚珠受力学模型图Fig.2 Mechanical model of one ball设滚珠与内外圈的接触满足Hertz接触应力理论,第j个滚珠对轴承内圈沿法线方向的接触力Qj与其变形δj之间的关系为：(1)其中,Kn为滚珠与内外圈之间总的载荷-变形系数(单位N/mn),n是接触指数,对于滚珠轴承可以设为n=1.5.在安装预紧力作用下,产生变形后的滚珠与内外圈的变形示意如图3所示.图中αj 为受负荷后的接触角,为受负荷后内圈沟曲率的中心位置.因外圈固定,受负荷后外圈沟曲率的中心位置仍在Oo处.Aj为和Oo之间的距离,δj为第j个滚珠在接触法向方向上的总接触变形量,δxj为滚珠在轴向的弹性变形量,δrj为滚珠在径向的弹性变形量.图3 滚珠与内外圈的相对变形示意图Fig.3 Relative deformation of inner and outer raceway and ball第j个滚珠在轴向的弹性变形量δxj和在径向的弹性变形量δrj与滚珠轴承的位移q之间的关系如图4所示,其中,总接触变形量δj的两个方向上的分量分别为：δxj=δx+Rj(φysinφj-φzcosφj)(2)δrj=δycosφj+δzsinφj(3)其中,Rj为内滚道沟曲率中心轨迹半径,φj为第j个滚珠的位置角.图4 第j个滚珠与内外圈的相对变形示意图Fig.4 Inner and outer raceway andjth ball deformation式(1)中的滚珠与内外圈之间总载荷-变形系数Kn,是由内圈和外圈的载荷-变形系数Ki、Ko综合求得,即：(4)其中,滚珠内圈和外圈的载荷-变形系数Ki、Ko的计算式为(5)其中,分别是滚珠与内滚道和外滚道的相对趋近量常数,η为综合弹性常数,滚珠与内外套圈接触的曲率和这样,在得到式(1)中的一个滚珠与内外圈之间的载荷-变形系数Kn和接触变形量δj 后,即可得到其弹性接触作用力Qj.2 滚动轴承刚度矩阵的推导滚动轴承的整体载荷-位移关系具有如下关系.即将上面得到的任意位置角φj处的任一滚珠j的弹性接触作用力Qj按轴承总体5个自由度方向进行分解,得:Fxj=QjsinαjFyj=QjcosαjcosφjFzj=QjcosαjsinφjMyj=RjQjsinαjsinφjMzj=-RjQjsinαjcosφj(6)将轴承所有滚珠的接触力进行求和,再根据滚动轴承内圈的平衡条件, 即作用在轴承上的外力与所有钢球对内圈的作用力平衡,可得如下轴承整体平衡方程：(7)在受小载荷作用时,滚珠与套圈之间的接触变形一般是微米级的.在微小变形情况下,滚动轴承各方向上的刚度可近似为线性刚度,即滚动轴承的外载荷与轴承位移之间的关系可记为F=Kq(8)其中K为滚动轴承刚度矩阵,为5×5阶的矩阵,其定义为:(9)其中Kij是刚度矩阵元素,是外载荷分量对弹性位移分量的偏导数.若忽略交叉刚度,只考虑5个方向的主刚度,滚动轴承刚度矩阵K可记为：(10)在已知轴承外载荷F的情况下,通过求解式(10)组成的非线性方程组,得出该轴承载荷作用下的轴承位移提供求得的位移向量估算轴承刚度矩阵元素Kij,进而确定刚度矩阵K.3 结果与分析3.1 轴承参数以71807AC角接触球轴承为例加以分析,所采用轴承的内外圈及滚动体所采用的材料均为GCr15轴承钢,轴承基本参数如表1所示.表1 71807AC角接触球轴承基本参数Table 1 Basic parameters of angular contact ball bearings 71807ACParameterValueDiameter of inner ringDi35.0mmDiameter of outer ring Do47.0mmBall diameter D3.14mmCo ntact angle25°Width7mmCount of ball m25Load-deformation index n3/2Young′s modulus2.07e11 PaPoisson′s ratio0.3Load deformation coefficient1.0649e10 N/mnAxial preload1000N3.2 轴承刚度测试滚动轴承刚度测试试验台如图5所示.被测滚动轴承安装在轴上,其内圈与轴过盈配合,外圈固定在轴承支座上.加载装置分别位于轴向和径向两个方向上,通过力传感器数显装置读取施加的载荷大小,数显千分表分别位于滚动轴承左端轴向方向和靠近轴承的转轴水平方向,用以近似轴承的轴向和径向位移.图5 滚动轴承性能测试原理性试验器Fig.5 Test rig for performances of ball bearing3.3 测试结果对比分析将试验结果与仿真分析的计算结果进行比较.图6表示了不同轴向负荷作用下,轴承的轴向变形情况.图6 不同轴向载荷作用下轴承的轴向位移Fig.6 Axial displacement of ball bearing vs. axial preload由图6可以看出,试验具有很好的重复性,四次测试的结果基本一致.此外,仿真分析结果与试验测试结果在趋势上表现出一致性.轴承轴向测试刚度和仿真计算的轴承轴向刚度比较如图7所示.由图7可以看出,在给定的轴向载荷范围内(500～3500N),试验所得的轴承轴向刚度出现波动,仿真分析结果随着轴向载荷的增大而增大.测试所得轴向刚度较小,由于考虑了试验装置中轴、轴承座和轴承的串联后的刚度.在固定的轴向预载(2800N)条件下,不同径向载荷作用下,轴承的径向位移变化规律和径向刚度变化,分别如图8和9所示.图7 不同轴向载荷作用下轴承的轴向刚度Fig.7 Axial stiffness of ball bearing vs. axial preload图8 不同径向载荷作用下轴承径向位移Fig.8 Radial displacement of ball bearing vs. radial preload图9 不同径向载荷作用下轴承径向刚度Fig.9 Radialstiffness of ball bearing vs. radial preload由图8可以看出,试验具有良好的重复性,六次测试的结果基本一致.此外,仿真分析结果与试验测试结果在趋势上表现出一致性,随着径向载荷的增大,径向位移均呈线性增大趋势.由图9可以看出,在给定的径向载荷范围内(500～3000N),试验所得的轴承径向刚度呈现先减小后增大的趋势,仿真分析结果随着轴向载荷的增大而增大.试验测试所得轴承刚度较小,由于该刚度为考虑了试验装置中轴、轴承座和轴承的串联后的综合刚度.该试验测试结果与仿真分析结果在整体趋势上表现出了相似性,一定程度上验证了仿真计算模型的有效性.4 结论(1)本文给出了小变形下,基于Hertz接触理论滚动轴承五自由度刚度矩阵的计算方法；(2)轴承内圈位移整体上随着载荷的增大而呈线性增大；(3)利用刚度模型获得的理论分析结果与试验测试结果在趋势上表现出良好的一致性.参考文献【相关文献】1Stribeck R. Ball bearings for various loads. Trans ASME, 1907,29:420～4632Sjoväll H. The load distribution within ball and roller bearings under given exte rnal radial and axial load. Teknisk Tidskrift, Mek, 1933,19(3):72～753Lundberg G, Palmgren A. Dynamic capacity of roller bearings. Journal of Applied Mechanics-Transactions of the ASME, 1949,16(2):165～1724Guo Y, Parker R G. Stiffness matrix calculation of rolling element bearings using a finite element/contact mechanics model. Mechanism and Machine Theory, 2012,51(5):32～45 5Lostado R, García R E, Martinez R F. Optimization of operating conditions for a double-row tapered roller bearing. International Journal of Mechanics and Materials in Design, 2016, 12(3): 1～216Lostado R, Martinez R F, Donald B J M. Determination of the contact stresses in double-row tapered roller bearings using the finite element method, experimental analysis and analytical models. Journal of Mechanical Science and Technology, 2015,29(11):4645～46567Nataraj C, Harsha S P. The effect of bearing cage run-out on the nonlinear dynamics of a rotating shaft. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation,2008,13(4):822～8388Cao L, Brouwer M D, Sadeghi F, et al. Effect of housing support on bearing dynamics. Journal of Tribology, 2015,138(1):0111059George B, Prasad N S. Finite element analysis of squirrel cage ball bearingsfor gas turbine engines. Defence Science Journal, 2007,57(2):165～17110 Jones A. Ball motion and sliding friction in ball bearings. Journal of Basic Engineering, 1959,81(3):1～1211 Jedrzejewski J, Kwasny W. Modelling of angular contact ball bearings and axial displacements for high-speed spindles. CIRP Annals-Manufacturing Technology, 2010,59(1):377～38212 Noel D, Ritou M, Furet B, et al. Complete analytical expression of the stiffness matrix of angular contact ball bearings. Journal of Tribology, 2013,135(4):04110113 Yi D, Yang Y, Zhuo X, et al. An improved dynamic model for angular contact ball bearings under constant preload. 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轴承关键共性技术研究现状和发展趋势
轴承关键共性技术研究现状和发展趋势轴承关键共性技术研究现状和发展趋势河南科技大学机电工程学院副院长 邱明发展轴承关键共性技术的意义1发展轴承关键共性技术的意义轴承共性技术是指在轴承研发设计制造领域内已经或未来可能被广泛采用，研发成果可共享，并对轴承产业及轴承企业产生深刻影响的一类技术。
轴承共性技术通常在整个轴承产业技术链条中处于基础性的地位，其发展对国家技术进步和轴承产业竞争力提升具有重要的支撑作用。
目前我国轴承行业虽然取得了较大的发展，但和国际先进水平还有较大差距，具体体现在：自主创新能力薄弱，多数产品的研发仍然停留在经验设计上；轴承产品研发的投入明显不足，投入力度低于主机行业；关键核心技术缺失，重要技术装备领域关键配套轴承的一些设计研发技术还未完全掌握；多数关键轴承处于技术模仿、技术跟踪阶段，轴承精度、性能、寿命和可靠性达不到主机的要求。
归根到底，导致目前我国轴承行业落后的原因是轴承产品研发技术基础薄弱，共性技术研发体系缺失，基础性和共性技术研究弱化。
因此，为使我国轴承行业能够取得长足的进步，要大力发展轴承设计制造的关键共性技术。
亟需解决的几项轴承关键共性技术2亟需解决的几项轴承关键共性技术轴承设计方法技术2.1轴承设计方法技术（1）轴承设计理论轴承力学模型经历静力学分析模型、拟静力学分析模型、拟动力学分析模型及动力学分析模型等几个发展阶段。
早期仅根据理想的运动状态和简单的运动关系建立静力学分析模型，很难准确预测和描述轴承运动状态。
拟静力学分析模型相对完善，可有效预测滚动体转速、轴承疲劳寿命、轴承变形和刚度等运动参数，可基本满足工程需要，但不能分析轴承瞬态不稳定现象，也不能完整描述轴承动态性能。
动力学分析模型不仅可有效分析轴承的载荷和转速随时间变化时的工作状态及滚动体和保持架的稳定性等，而且可更真实准确地描述轴承的动态和稳态运动，所以近些年动力学分析方法成为轴承设计理论的一项关键共性技术，拟动力学分析方法和动力学分析方法的研究和发展应该得到广大轴承科研工作者的重视。
M50轴承钢旋弯断口分析
Interna l Combustion Engine &Parts 0引言M50轴承钢是国外研发的一种钼系高速钢，其基体组织为α-Fe 合金。
随着航天器发动机的推重比、高铁运营速度的逐年提升，轴承的服役条件愈发苛刻，这对轴承材料强度、抗疲劳性能提出了更高的要求。
M50轴承钢因其优良的机械性能和耐高温性能受到广泛应用。
M50轴承钢是航空发动机、高铁的关键零部件，但轴承件在工作过程中往往需要承受很大扭转载荷的作用，常因发生疲劳损坏进而影响到机械稳定性和与之相关的经济效应。
通过对发动机轴承不同热处理试样的断口分析，确定其失效的基本特征[1]。
观察GCr15轴承钢由非金属夹杂物引起的旋弯疲劳失效试样，在疲劳源处发现“鱼眼区”[2]。
在光学显微镜下疲劳源附近出现衬度不同的暗区，称之为光学暗区（ODA ）[3]。
对GCr15钢超高周疲劳断口进行观察，发现约90%的疲劳寿命由ODA 的形成寿命所占有[4]。
本文重点讨论双真空冶炼M50轴承钢的旋弯疲劳性能，并通过疲劳断口观察，分析M50轴承钢旋弯疲劳失效模型。
为提高高温轴承钢疲劳寿命提供一定的理论与实验依据。
1实验材料及方法实验所用的M50轴承钢成分为如表1所述，采用（VIM+VAR ）双真空超高纯净度熔炼工艺制备，实验钢的组织为回火马氏体，内部碳化物主要是Mo 2C 和VC ，显微硬度达到716HV 。
具体工艺实验方案如下，将其制成旋弯疲劳试样，试验方法按照国标GB/T 4337-2008《金属旋弯疲劳试验方法》加工成Φ14.5mm 的圆棒状试样毛坯。
采用PQ1-6型室温旋弯疲劳试验机，转速为5000r/min ，试验温度控制在25℃左右进行试验。
使用HITACHI S-4300扫描电镜观察旋弯疲劳断口起裂源的微观形貌。
2M50轴承钢疲劳性能与断口形貌2.1M50轴承钢室温旋弯疲劳S-N 曲线M50轴承钢室温旋弯疲劳试验的S -N 曲线如图1所示，曲线由两部分组成，整体呈现连续下降趋势。
GCr15轴承钢加热温度与碳化物的溶解扩散
上述试验说明, GC r15轴承钢加热到 1200 时, 碳化 物液析完全溶解, 但还存在碳化物的高浓度区, 这也说明 提高加热温度, 延长加热时间, 可以消除液析, 但成品钢 材上碳化物带状很难消除, 只能在一定程度上得到改善。
2 现场加热工艺改进及效果
根据轴承钢加热温度与碳化物溶解扩散试验研究 的结果, 对轧制前的加热工艺进行了改进。将改进前
碳化物液析属于三角晶系碳化物, 硬度极高, 它的 纹。在使用过程中, 处于表面层的液析碳化物容易剥
存在会使轴承零件在热处理过程中容易产生淬火裂
落成为磨损的起源, 显著降低轴承零件的耐磨性; 处于
作者简介: 刘 靖 ( 1965 08 ), 女, 副 教授, 博士, 主 要从 事轧 制过程组织 性能控制及复合板 轧制研究, 已发表论文 20余篇。 联 系 电 话: 010 62332572, 13520330657 E m ai:l liu jing @
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ＩＳＳＮ １００（）一３７６２ＣＮ４１一１１４８／ＴＹ－Ｉ轴承
Ｂｅａｒｉｎｇ２（Ｘ万年１０期
２００６，Ｎｏ．１０２８一３０
高性能轴承钢的开发与试验分析仇亚军，梅亚莉，叶健熠，高元安，梁林霞（洛阳轴承研究所，河南洛阳４７１０３９）
摘要：针对ＧＣｒ１５钢经常出现一定粗大的共晶碳化物，从而造成其疲劳寿命和强韧性显著降低的弊端，开发了高性能轴承钢。与ＧＣｒ１５钢相比，其Ｃ，Ｃｒ含量有所降低，Ｍｎ和Ｓｉ含量有所提高。由试验分析得知，高性能轴承钢的碳化物分布较为均匀，其冲击韧度比ＧＣｒ１５钢提高了３３％以上，接触疲劳寿命也有所提高。关键词：滚动轴承；轴承钢；接触疲劳；碳化物；寿命中图分类号：１Ｉ－Ｉ１３３．３３；＇ＰＧ１４２文献标识码：Ｂ文章编号：１００１）一３７６２（２００６）１０一ｙ｝Ｌ；一０３
ＧＣｒ１５钢是一百多年来各国使用最多的轴承钢种，其具有硬度高、耐磨性好及良好的抗疲劳性能但ＧＧｒ１５钢的结晶组织中有一定粗大的共晶碳化物，往往造成钢的接触疲劳寿命和强韧性显著降低，故需对钢进行长时间高温扩散退火处理，使共晶碳化物固溶后再进行热加工。目前我国生产的连铸ＧＣｒ１５轴承钢由于受生产设备的限制，高温扩散退火时间远远不足，故轴承钢的带状碳化物往往都在ＧＢ／Ｔ１８２５４一２００２标准要求的上限，甚至严重超标，严重制约着我国轴承的使用寿命和可靠性。 为了改善目前我国ＧＣｒ１５钢经常出现的严重带状碳化物，提高碳化物的均匀性，降低生产成本，开发了高性能轴承钢。１试验用材料 试验用热轧未退火高性能轴承钢与ＧＣｒ１５轴承钢冶金质量均符合ＧＢ／Ｔ１８２５４标准要求。经观察２００个视场统计结果可知，高性能轴承钢Ｂ类及Ｄ类脆性夹杂物的数量要比ＧＣｒ１５轴承钢略多，但碳化物分布比较均匀，带状碳化物小于２级，而ＧＣｒ１５轴承钢带状碳化物则达３级（ＧＢ／Ｔ１８２５４一２００２标准规定的上限），两种钢碳化物照片见图１。在相同冶炼条件下，高性能轴承钢比ＧＣｒ１５轴承钢碳化物的均匀性好。
１．１化学成分． 本项目研制的高性能轴承钢采用５０ ｋｇ电炉冶炼，其化学成分见表１。高性能轴承钢与ＧＣｒ１５钢相比，除Ｃ含量略微降低外，Ｃｒ含量也大大降低，而Ｍｎ和Ｓｉ含量则有不同程度的提高。 表１两种轴承钢化学成分对比表（质且分数）％２碳化物颗拉大小及形态分析 用图像分析仪（放大１０００倍）对淬回火后金相试样的碳化物颗粒进行测量，结果见图２、图３和表２。由检验结果知，高性能轴承钢与ＧＣｒ１５轴承钢碳化物尺寸比较接近，但高性能轴承钢碳化物颗粒总数少，主要是由于高性能轴承钢的含碳量比ＧＣｒ１５轴承钢低０．２％以上。 表２两种轴承钢碳化物尺寸 项目｝ＧＣｒ１５轴承钢｝高性能轴承钢最小直径／ｒ｝最大直径／！｝平均直径八朋牌号ＣＳｉＭｎＣｒＭｏＰＳ．ＮｉＣｕ
ＧＣｒ１５０．９６０．２９０．３９１．５４０．仪ｇ０．０１４０．００５０．田７０．０１２
高性能钢０．刀０．６１１．０５０．６，５０．田７０．０１２０．００５０．０６０．０１０
总颗粒数３ ６４２２ ７２１
１．２材料冶金质量收稿日期二２００６ － ０４ － ０７；修回日期二２００６ － ＯＳ － ２４作者简介：仇亚军，男，洛阳轴研科技股份有限公司金属材料开发部工程师。
３性能试验结果３．１淬透性试验 将高性能轴承钢加工成厚度分别为８，１２和１５ ｍｍ的试样，在Ｎ３２机械油中进行淬透性试验。结果表明，１５ ｍｍ厚的高性能轴承钢仍能淬透，其心部硬度达６１ ＨＲＣ以上，与其表面硬度基本一仇亚军等：高性能轴承钢的开发与试验分析轴承钢相比，冲击韧度提高３３％以上。高性能轴承钢因含碳量低于ＧＣｒ１５钢，淬回火组织中板条马氏体数量较多，韧度好，故冲击韧度得以大幅度的提高。 表３冲击韧度Ｊ／ｃｒｒ｝
钢种冲击韧度平均值ＧＣｒ１５４２４０４５４０４２高性能钢５０６２４９麟５６
（ａ） Ｇ Ｃｒ１５轴承钢４接触疲劳寿命试验 接触疲劳寿命试验在ｒｎ尸接触疲劳试验机上进行，试验最大接触应力为４ ５０８ ＭＰａ，主轴转速为２ ０４０ ｒ／ｍｉｎ。其接触疲劳寿命结果见表４。高性能轴承钢比ＧＣｒ１５轴承钢额定寿命Ｌ，。提高６％，中值寿命Ｌ，提高２１％０ 表４接触疲劳寿命
钢种Ｗｅ｝ｂｕｌ斜率额定寿命中值寿命特征寿命寿命比值Ｌｌｏ／（ ｘ １０＇ｒ）Ｌａｍ／（ ｘ １０＇日ＶＳ／（ ｘ １０＇ｒ）Ｌｅｏ场
ＧＣｒ１５１．９０３ ４０．４５９ ５１．？３６ ３１．４９８８１１
高性能钢１．６８５ １０．４８８ ８１．４９５ ０１．８５８ ２１．０６１．２１
（ｂ）高性能轴承钢图１钢中带状破化物照片（４００ ｘ ）丫一，２７ｙ３－－ －一：一＿一二一：二二二二二二二二二二二二—．一．＿｝８ ．．．．．．＿．－口二．二．－＂｝｝ －１５９－０：７－５－９：２１－０：１２－０：１３－
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分布尺寸范围／４ｕｎ
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分布尺寸范围／ｄｕｎ
图３高性能抽承钢破化物颖杜尺寸分布图致，心部也未发现屈氏体组织存在，可见其淬透性与ＧＣｒ１５轴承钢相当。３．２冲击韧度试验 高性能轴承钢与ＧＣｒ１５轴承钢淬回火后的冲击韧度试验结果见表３。高性能轴承钢与ＧＣｒ１５
５试验结果分析ｓ．１高性能轴承钢化学成分分析 高性能轴承钢是为了解决高碳铬轴承钢碳化物分布不均匀、节约铬资源而采取降低碳和铬含量而研制的改型轴承钢。将碳含量降低到ｏ． ｝ｏ％一ｏ．ｓｏ％，使得碳化物偏析减少，带状碳化物级数降低，可降低生产成本，提高轴承的疲劳寿命。 铬是碳化物形成元素，主要作用是提高钢的淬透性和耐腐蚀性，但铬含量的降低也使球化退火的温度范围变窄，故球化退火温度应严格控制。在高碳铬轴承钢中，锰是作为脱氧元素，而在高性能轴承钢中，锰是作为合金元素加人的。钢中加人少量的锰能提高钢的淬透性和纯洁度，当锰含量达１．００％一１．２０％时，钢的强度随锰含量增加而继续提高，且塑性不受影响，若锰含量过高，会使钢中残余奥氏体增加，钢的过热敏感性和裂纹倾向性增加。另外增加硅含量也可提高钢的强度，改善抗回火软化的性能。但硅应控制在０．８０％以下，以免影响钢在球化退火状态下的切削和冷加工性能。５．２高性能轴承钢接触疲劳寿命分析 试验证明：高性能轴承钢与ＧＣｒ１５轴承钢相ＬＳＳＮ １０００￣｝｝ｃＮ４１一１１４８／＇Ｉｆｌ轴承Ｂｅ时ｎｇ［７ｌ ｌ年１０期
２００６，Ｎｏ．１０３０一３４
叫浏童与仪器卜外球面球轴承成品外径尺寸测量及误差分析
陈洛娴’，肖红阳２（１．东莞市１Ｒ轴承有限公司，广东东莞ｓ２３００９；２．东莞市计量所，广东东莞ｓ２３０００）
摘要：通过对专用球面外径标准件的不确定度以及用Ｄ７？Ａ仪比较测量球面外径尺寸的不确定度和测量能力的计算分析，得知对测量精度影响最大的是球面外径标准件的球形偏差，其次是温度；校准测量专用外球面外径标准件的最佳测量能力为。． ｓ ｆｉｍ， Ｄ７２ｒ３仪的最佳测量能力为１．４ ｌｕｎ，均能满足外球面外径测量精度要求。关键词：外球面球轴承；外径；测量；标准件；测量仪；误差中图分类号：ＴＨ１３３．３３；１Ｐ８０６．１、文献标识码：Ｂ文章编号：１０００一３７６２（２００６）１０一００３０一Ｏｓ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｅｒｒｏｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｄｉａｍｅｔｅｒ ｆｏｒ Ｉｎｓｅｒｔ Ｂｅａｒｉｎｇｓｃｘａｖ ｉｕｏ一ｘ｝｝ｔ ， ｘｒＡＯ ｘｏｔ｝－ｙ｝（１． ｎｏｎｇｇｕａｎ ＴＲ Ｂｅａｒｉｎｇ ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ， Ｄｏｎｇｇｕａｎ ｓ２３００９， ｃｈｉｎａ； ｚ． Ｄｏｎｇｇｕａｎ Ｌ｝ｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ， Ｄｏｎｇｇｕａｎ ｓ２３０００， ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｕｎｃｅｔｔａｉｎｔｙ ｏｆ ｓｐｈｅｒｅ ｍａｊｏｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｓｔａｎｄａｒｄ ｐｉｅｃｅ ａｎｄ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｓｈｉｒｔｙ ｏｆ Ｄ７２４ ｍｅｔｅｒ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．＇Ｉｈｅｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｄｅｖｉａｔｉｏｎ ａｆ＇ ｍａｊｏｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅｏｔｈｅｒ ｉｓ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．＇ｌｈｅ ｏｐｔｉｍｕｍ ｍｅａｓｕｎｅａ｝ｎｔ ａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ ｓｔａｎｄａｒｄｐｅｃｅ
ｔ ｐｅｃｉｓｉｏｎ ｏｆ ｓｐｈｅｒｅ ｍａｊｏｒ ｄｉｕｓｅｄ ｔｏ ｔａｋｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆｍｅａｓｕｒｅｍｅ
ａｍｅｔｅｒ， ａｎｄ ｔｈｅ
ｅｘｔｅｒｎａｌ ｓｐｈｅｒｅｍａｊｏｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｉｓ ０． ｓ Ｅｎｎ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｔｏ １．４ ｌｅｍ ｆｏｒ Ｄ７２ａ ｍｅｔｅｒ， ｂｏｔｈ ｏｆ ｗｈｉｃｈ ａｒｅ ｓｕｉｌｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｐｒｅｓｃｒｉｂｅｄ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｎｓｅｃｔ ｂｅａｒｉｎｇ； ｍａｊｏｒ ｄｉａｍｅｔｅｒ； ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ； ｓｔａｎｄａｒｄ ｐｉｅｃｅ； ｍｅｔｅｒ； ｄｅｖｉａｔｉｏｎ
外球面球轴承具有外圈外表面为球面和内圈宽度大于外圈宽度的结构特征，外圈外球面作为与轴承座内球孔的配合基准表面，对保证带座外球面轴承的调心性能至关重要。要求具有较高的尺寸精度，球径在４０一１５０ ｔ；ｍ时，公差为ｈ５；球径在１ｓ０一３００ ｍｍ时，其公差为ｈ６。以Ｕｃ２１１／Ｏｌ为例，外径尺寸偏差要求在一０．０１５一。｝［ｔｌ，高收稿日期：２００６ － ０７ － ２６；修回日期二２００６ － ０８ － ０７精度的尺寸要求需要足够的测量精度来保证。 基于外球面球轴承的结构特征，其成品外径尺寸的检测也具有一定的特殊性。因内圈宽度大于外圈宽度，无法采用普通的轴承外径测量仪测量，目前国内尚无外球面轴承外径专用测量仪器。我公司采用｝｝＼｝｝圆锥滚子轴承内圈滚道测量仪进行外球面成品外径检测，其易于调整，测量方便，可满足ＩＩＧ２１８以下的外径尺寸检测。 现以在Ｄ７２４上用比较法测量ＵＣ２１１成品外
比接触疲劳寿命略高。这主要与钢中碳化物分布均匀性有关。高性能轴承钢的研制关键是降低了碳含量，从而改善了带状碳化物，其带状碳化物小于２级，而ＧＣｒ１５轴承钢带状碳化物已达３级。如果采取措施，改善高性能轴承钢的纯洁度，接触疲劳寿命将比ＧＣｒ１５钢更高。
６结论 （１）高性能轴承钢与ＧＣｒ１５轴承钢碳化物颗
粒大小接近，但带状碳化物明显改善。 ｝２）高性能轴承钢的淬透性与ＧＣｒ１５轴承钢相当。 （３）高性能轴承钢的冲击韧度比ＧＧｒ１５轴承钢提高３３％以上。 （４）高性能轴承钢的接触疲劳寿命略高于ＧＣｒ１５轴承钢，额定寿命Ｌ１。提高６％，中值寿命Ｌ，提高２１％。 《编辑：温朝杰）