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轴承套圈和滚子用新钢种
及淬火方法
前言
瓦轴集团公司把铁路轴承改型作为今年产品结构调整的头等大事，特别是应用GCr4钢生产铁路轴承内圈已列入攻关计划。为此我们翻译了前苏联有关ШX4PП钢热处理方面的试验报告，对ШX4PП（GCr4）的热处理和处理后的机械性能方面的优越性都做了系统阐述，供领导和广大工程技术人员参考。
报告内容
穿透表面淬火
1.基本原理。
2.铁路客车轴箱轴承内圈的穿透表面淬火。
3.渗碳炉/轧机等用轴承的大套圈的穿透表面淬火。
4.对滚子进行穿透表面淬火。
5.空心滚子的穿透表面淬火。
标准的淬透轴承钢制的轴承套圈的低变形感应淬火
一、穿透表面淬火
在经过穿透加热和快速冷却之后，使用限制淬透性钢可得马氏体的表面层和具有屈氏体——索氏体的心部组织。
1.工艺原理：
（1）通过感应或炉内加热
（2）快速流动水（汽、喷淋）淬火
（3）钢应具有一定的淬透性以提供马氏体表面层所需的深度。
图1所示为部件在穿透表面淬火时骤冷的截面图形，并利用利用快速流动的水（汽流或喷淋）进行非常彻底的冷却。
图1部件截面图图2在不同介质中的冷却曲线
图3在穿透表面淬火时的感应加热
（发生器功率系数为0.05——0.2KWt/cm2）
图4轴承钢和高碳钢工件的等温加热
可以用透热或深层感应加热。深层加热的加热层厚度应大于所需淬硬层厚度的3—5倍。
表1感应淬火后ShKh4钢（GOST801—78）组织和性能
组织参数性能
加热方法
淬火温度，℃
780
850
950
等温保温时间
15
45
300
15
45
300
15
45
300
表面淬火硬度（HRC）
64
65
65
65
66
66
64
63
63
马氏体中的
碳含量，（%）
0.50
0.54
0.64
0.57
0.62
0.67
0.73
0.76
0.78
残余奥氏体百分比
6
7
8
9
10
16
15
16
17
奥氏体晶粒尺寸
12
12
11-12
11-12
11-12
11-12
10-11
9-10
8
临界冷却速度
（℃/秒）
250
230
180
200
170
130
170
120
120
在实验室试验时的接触寿命
（百万次）*
53
87
208
90
140
273
430
293
293
抗弯强度**
4400
4200
3000
4050
3900
2300
2600
2050
1300
（*）直径为6mm、180℃回火两小时的圆柱体试样。试验条件：接触应力5000Mpa：试样转速2900r/min；油润滑。
（**）直径为8mm：长度为100mm，经过180℃回火两小时的试样
被淬火的内圈；2.拼合心轴；3.楔块；
4.衬套；5.盖；6.外室（箭头为水流）。
a）用于铁路客车轴承的内圈b）用于大型轴承的内圈
图5冷却装置简图
图6高速水流冷却时，钢板横截面上的冷却速度分布图
（在温度为720—550℃范围内的冷却速度）
t0=800-850℃tc=20℃a=46400W/（m2k）λ=31.4W/（MK）
表2限制淬透性轴承钢
材料等级
ShKh4
GOST801-78
ShKh4
TU14-19-33-87
ShKh2
（实验室熔炼）
表3化学成分（%）
C
0.95-1.05
0.95-0.15
1.15-1.25
Si
0.15-0.30
0.15-0.30
0.15-0.30
Mn
0.15-0.30
0.15-0.30
0.15-0.30
Cr
0.35-0.50
0.35-0.50
0.27-0.42
0.20-0.35
≤0.15
Ni
≤0.30
≤0.1
0.08-0.20
0.18-0.30
≤0.10
Cu
≤0.25
≤0.25
≤0.12
表4用途
套圈壁厚（mm）
≥18
≥14.5
≥10
滚子直径（mm）
≥30
≥25
≥20
2.铁路客车轴箱轴承内圈的穿透表面淬火
图7轴箱内圈的机械性能
到外圈表面的距离（mm）
图9用传统的和穿透表面淬火方法淬火的铁路客车轴承内圈的疲劳试验结果
TH—淬透；CARB–渗碳；TSH穿透表面淬火。
图10用传统的和穿透表面淬火方法淬火的铁路客车轴承内圈的特性
到外圈表面的距离
图11残余应力特性曲线
表5静载和冲击——试验结果
淬火方法
试验温度
（℃）
在静载试验时的破坏载荷（KN）
在冲击试验时的载荷
（KI）
TH
+20
-16
1530
—
1.05
0.67
CARB
-20
-60
1190
—
0.95
0.78
TSH
-20
-20
-20
1270
1680
—
＞1.8
—
1.45
3.滚轧机、渗碳炉和轧机等用大型轴承套圈的穿透表面淬火
图12套圈的标准形状及尺寸
传统的工艺：
0kh2N4钢
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