四、滚动轴承钢
滚动轴承钢是指用来制造各种滚动轴承的内外套圈及滚动体的专用钢种。
(一)滚动轴承的工作条件及性能要求
滚动轴承的工作条件非常苛刻，因此对轴承钢的性能要求非常严格。首先，滚动轴承工作时，轴承套圈与滚动体之间接触面积很小，接触部位所承受的压应力极大(可达1500～5000MPa)，因此轴承钢必须具有非常高的抗压强度和很高的硬度(61～65HRC);为了防止轴承工件表面产生接触疲劳破坏和磨损，轴承钢还要求很高的接触疲劳强度及很高的耐磨性;此外，还应具有一定的韧性及良好的耐蚀性(大气和润滑油)。为了在热处理后获得良好的力学性能，轴承钢还应具有足够的淬透性。
(二)滚动轴承钢的化学成分
最常的滚动用轴承钢是高碳铬轴承钢。其碳含量一般为wC=0．95%～1．15%，较高的碳含量是轴承钢获得高硬度及高耐磨性的保证。轴承钢中的合金元素主要有铬、硅、锰、钼等。
铬是高碳铬轴承钢中的主加元素，其主要作用是提高淬透性并在钢中形成合金渗碳体，使钢中的碳化物细小而均匀，从而大大提高钢的耐磨性和接触疲劳强度;此外，铬还可以提高钢的耐蚀性。但铬含量不宜过高，否则将使钢淬火后的残余奥氏体量增多，导致硬度和零件的尺寸稳定性降低;此外铬量过高还会使钢中碳化物的不均匀性增大，降低钢的韧性和疲劳强度。因此滚动轴承钢的铬含量一般控制在wCr≤1．65%。用于制造大型轴承的轴承钢，除加铬以外，往往还同时加入硅、锰、钼进一步提高钢的淬透性和强度。
(三)滚动轴承钢的热处理
滚动轴承钢的预先热处理和最终热处理都有非常严格的要求。下面以常用的GCr15钢为例加以说明。GCr15钢的加工工艺路线为:锻造→正火+球化退火→机械加工→淬火+冷处理→低温回火→磨削→稳定化处理。
滚动轴承钢常用预先热处理球化退火，其目的有二:①降低硬度，改善钢的切削加工性能，GCr15钢球化退火后的硬度应在179～207HBW;②获得分布均匀的细粒状珠光体，为最终热处理做好组织准备。高碳铬钢中碳化物的形态、大小、数量和分布对钢最终热处理后的性能影响很大，而碳化物的组织形态基本上是由球化退火决定的，在淬火、回火过程中一般很难改变，所以高碳铬轴承钢应对球化退火质量严格控制。如钢中存在粗大块状碳化物或较严重的带状或网状碳化物，应在球化退火前先进行正火处理。
滚动轴承钢的最终热处理为淬火+低温回火。淬火组织要求为极细小的隐晶马氏体+细小均匀分布的碳化物+少量的残留奥氏体。为此，GCr15钢的淬火温度应严格控制在840±10℃范围。淬火后应及时回火，以消除内应力，提高韧性，稳定组织和尺寸。回火温度为150～160℃，回火组织为极细的回火马氏体+细小而均匀分布的碳化物+少量的残余奥氏体，回火后的硬度应为61～65HRC。
轴承加工过程中，为了消除零件在磨削加工时产生的磨削应力并进一步稳定尺寸，可在磨削加工后再进行一次附加回火，回火温度为120～150℃，回火时间3～5h。
对于精密轴承，为了保证其在存放和使用过程中的尺寸稳定性，淬火后还应立即进行冷处理(－70～－80℃)，然后再进行低温回火。在磨削加工后最终再进行一次稳定化处理(加热至120～150℃，保温10～20h)。
(四)常用轴承钢
GCr15是滚动轴承钢的代表钢种，热处理后具有高而均匀的硬度，良好的耐磨性和高的接触疲劳寿命，综合性能好，热加工性能和切削加工性均好。GCr15钢常用于制造壁厚≤12mm，外径≤250mm的各种轴承套圈;也可用于尺寸范围较宽的滚动体，如滚珠、圆锥滚子、圆柱滚子、球面滚子、滚针等。除此以外，GCr15钢还被广泛用于制造模具、精密量具以及其他要求高耐磨性、高弹性极限和高接触疲劳强度的机械零件。如冷冲模、机床丝杠和油泵油嘴等。但GCr15钢焊接性较差，对白点形成较敏感，有回火脆性倾向。
GCr15SiMn常用于制造较大型的滚动轴承;对于承受很大冲击或特大尺寸的轴承，可选用合金渗碳钢制造，目前常用的渗碳轴承钢有20Cr2Ni4等;要求耐腐蚀的轴承，可选用马氏体型不锈钢制造，常用的不锈轴承钢有8Cr17等。
常用高碳铬轴承钢的牌号、化学成分、热处理及性能见表7-14所列。
表7-14 高碳铬轴承钢的牌号、化学成分、热处理和性能(GB/T18254—2002)
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