1.3 滚动轴承服役条件及性能要求

滚动轴承是机械零件中常用的精密部件之一，其结构一般由内圈、外圈（合称套圈）及滚动体和保持架四部分组成。轴承钢主要用来制造轴承内圈、外圈和滚动体，保持架一般用低碳钢、有色金属合金或塑料等制成。

滚动轴承工作时，通常内圈和滚动体发生转动和滚动，载荷经滚动体传递给套圈，当承受径向载荷时，套圈和滚动体将会周期性地进入载荷带，如图1-3所示，所受载荷由零增至最大，然后再降为零。滚动轴承内圈、外圈和滚动体在接触点上产生接触应力而使轴承发生接触变形，接触应力最大可达3000～5000MPa。且滚动轴承在运转过程中，滚动体与套圈和保持架之间还存在相对滑动，产生相应的摩擦和磨损。另外，在某些工况下滚动轴承还要承受复杂的扭矩、冲击载荷、腐蚀等。

图1-3 球轴承载荷分布图

由以上分析可知，轴承通常在十分复杂的条件下工作，经过一段时间运行后发生失效，其失效形式是各种各样的，常见的有疲劳剥落、磨损、卡死、断裂、锈蚀、精度丧失、电蚀等。

孔子曰“工欲善其事，必先利其器”，作为轴承钢应具备以下性能：

1）高的接触疲劳强度，确保轴承在承受较大载荷下能够长时间使用。滚动体在轴承内、外圈间滚动时，接触部分承受周期载荷，表面层发生疲劳破坏而剥落，使轴承噪声、振动增大，工作温度升高而导致不能使用。其额定寿命常用L₁₀表示，中值寿命常用L₅₀表示。

2）高的淬硬性和一定的淬透性，确保在热处理后获得高且均匀的硬度和高的耐磨性。高碳铬轴承钢制轴承零件热处理后的硬度应满足GB/T34891—2017的规定。马氏体套圈淬回火后硬度一般为58～65HRC，钢球硬度一般为58～66HRC，滚子硬度一般为58～66HRC。轴承零件马氏体淬回火后，同一零件的硬度差一般不大于2HRC，当套圈外径大于400mm时，硬度差不大于3HRC。有效壁厚不大于25mm的套圈贝氏体等温淬火后硬度一般为58～62HRC。轴承工作时除发生滚动摩擦外，还有滑动摩擦。在滚动体和滚道的接触面、滚动体和保持架兜孔的接触面、保持架引导和套圈引导的接触面、滚子的端面和套圈挡边的接触面都会发生滑动摩擦。轴承工作时，零件的磨损是不可避免的。如果高碳铬轴承钢的耐磨性差，轴承便会过早地出现磨损，使精度丧失，从而降低轴承寿命。

3）高的弹性极限和一定的韧性，减小或避免由于高的应力作用导致永久变形。轴承工作时，滚动体与内、外圈的接触面积很小，但承受载荷大。为了防止在高载荷作用下发生过大的塑性变形，以致破坏轴承的精度和引起表面裂纹，要求轴承钢热处理后具有高的弹性极限。轴承在工作时，还承受一定的冲击载荷，因此要求轴承钢热处理后要有一定的韧性，以保证不因承受冲击载荷而破坏。

4）良好的尺寸稳定性。滚动轴承是精密零件，其精度以微米为计算单位。在长时间的保存及使用中，要求其尺寸不发生变化，尤其是对于精密级和超精密级轴承，因此，轴承钢应具有良好的尺寸稳定性。

5）一定的防锈能力。由于滚动轴承的生产工序繁多，周期长，而成品有的需要长期存放，易与空气和其他介质接触，故要求轴承钢具有一定的抗锈蚀性能，以便轴承零件在生产和存放过程中不致锈蚀。

6）良好的工艺性能。轴承生产过程中要经过多道冷、热加工工序，因此轴承钢还应具有良好的工艺性能。如冷、热成型性能，切削性能，磨削性能，热处理性能等，以适应大批量、高效率、高质量的生产需要。

7）其他性能。对于特殊条件下工作的轴承，还需要满足特殊的要求。如：高温下工作的轴承要耐高温（航空发动机主轴轴承）；强腐蚀环境下工作的轴承要具有耐蚀能力；强磁场下工作的轴承要具有强的抗磁性能。

为满足轴承使用的工况条件，首先应该选择正确的轴承钢成分，然后进行可靠的冶炼、加工、热处理，确保轴承在服役条件下具有较好的组织和性能，满足不同工况下的服役要求。一般轴承金相组织和性能包括：钢纯净度、晶粒度、硬度/强度、显微组织（贝氏体、铁素体、马氏体、珠光体、残留奥氏体）、残余应力、韧性。