CN102459679B - 轴承部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及含钢的轴承部件(10)，所述钢包含以重量计的10‑30ppmCa、最大20ppmS和最大15ppmO以及所述钢包含硫化物夹杂物以及小于5％的硫化物夹杂物含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物。

Description

轴承部件
技术领域
本发明涉及轴承部件(bearing component)，即构成下述中的一种的至少部分的部件：滚珠轴承(ball bearing)、滚柱轴承(roller bearing)、止推滚珠轴承(ball thrustbearing)、止推滚柱轴承(roller thrust bearing)、锥形止推滚柱轴承(tapered rollerthrust bearing)、滚珠螺杆(ball screw)或用于经受交变赫兹应力(alternatingHertzian stress)如滚动接触或结合的滚动和滑动(combined rolling and sliding)的部件。
背景技术
对轴承钢的质量已经建立了严格的要求，特别是涉及其非-金属夹杂物(inclusion)的含量。轴承部件可以遭受接触疲劳，即经受了交变赫兹应力如滚动接触或结合的滚动和滑动的表面发生裂纹和后续的点蚀(pitting)，以及已发现非-金属夹杂物，例如一些硫化物夹杂物引发表面下损坏(sub-surface damage)，其可能导致裂纹发展和剥落。另外，由于轴承钢中的硫化物呈经拉伸的形状，它们倾向于形成为取向的，从而使钢成为各向异性的。
虽然为了避免所述这些硫化物带来的问题，但是减少轴承钢的硫含量使其尽可能接近零并非是有利的，因为这将导致熔体(melt)中的镁和钙进入呈铝酸盐形式的氧化物夹杂物中并形成不期望的复合铝酸盐夹杂物。纯铝酸盐是硬且脆性的；它们在轧制期间将折断从而不会给制备具有高度成形变形(high degrees of forming deformation)的轴承部件带来根本性的问题。而复合铝酸盐是硬的但是它们不是脆性的，因此它们在轧制期间将保持完整且因此将结合入成品轴承部件中。当复合铝酸盐夹杂物位于经受重负荷的轴承部件区域中时，在该区域处将开始疲劳断裂。
欧洲专利申请EP 1 094 124涉及超洁净钢，其用于在所有方向上经受重负荷的物体。该专利申请公开的钢包含8ppm至12ppm S(以重量计)。8ppm或更大浓度的硫含量和来自炉渣的钙释放中和(counteract)，从而形成球状氧化物夹杂物，小于12ppm的硫含量减小了铸件中危险硫化物的富集。
发明内容
本发明的目的是提供具有改进的疲劳特性的轴承部件。
本发明的目的通过含钢的轴承部件实现，所述钢包含10-30ppm Ca、最大20ppmS和最大15ppmO(以重量计)。钢优选包含10-30ppmCa、最大20ppmS和最大10ppmO，或钢最优选包含10-30ppmCa、最大20ppmS和最大8ppmO。
在常规轴承钢中，主要的夹杂物类型是硫化物，其基于如下事实：硫含量通常高于氧含量。大量的硫化物夹杂物包含嵌入的(embedded)或包封的(encapsulated)氧化物夹杂物，通常在硫化物夹杂物的终端处。当这些嵌入的或包封的氧化物夹杂物和基体接触时，这些氧-硫化物将起着裂纹引发剂的作用。轴承部件的寿命将极大地受到含氧夹杂物的影响，也受到如含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物的硫化物夹杂物的影响。
在硫含量已经减小至基本上和氧含量相同数量级的水平后，向轴承钢(即适用于轴承部件的钢)中加入钙，将减少钢中残留的硫化物夹杂物的总量以及它将改变残留夹杂物的形状，使其形成为对最终轴承部件的机械性能造成更小损害的形状。已发现向轴承部件钢中加入钙，将导致硫化物夹杂物中的小于5％是含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物的。加入钙也将导致所有的硫化物夹杂物具有的长宽比(aspect ratio)小于3∶1(即夹杂物的最大直径对夹杂物的最小直径的比率)以及在约减变量(Reduced Variate)等于3时硫化物夹杂物的最大长度为125μm，使用ASTM E2283-03极值分析标准(Extreme Value AnalysisStandard)评估。这样的硫化物夹杂物就其疲劳特性方面而言对轴承部件的损害更小。另外，不存在长宽比大于3∶1和具有的最大长度大于125μm的硫化物夹杂物赋予钢在所有方向上更加均匀的性能，并且由此减小钢中的方向各向异性。
根据本发明一实施方案，轴承部件包含钢，所述钢包含0.70至1.20％C。钢的实例可以是ASTM A295/A295M-09型，如ISO 683-17：1999 ASTMA-295-98，或任何其他适用于经受交变赫兹应力的高碳全硬化钢(high-carbon through hardened steel)，该交变赫兹应力例如滚动接触或结合的滚动和滑动。
根据本发明的一实施方案，轴承部件构成下述中的一种的至少部分：滚珠轴承、滚柱轴承、止推滚珠轴承、止推滚柱轴承、锥形止推滚柱轴承、滚珠螺杆或用于经受交变赫兹应力如滚动接触或结合的滚动和滑动的部件，例如：滚柱轴承应用、线性运动应用、齿轮箱应用或扭矩传递应用。
附图说明
下文将通过非-限制性实施例且参考附图对本发明进一步进行说明，其中：
图1图示了根据本发明一实施方案的轴承部件，
图2示出了在标准钢中，含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物的硫化物夹杂物的百分比，以及
图3示出了在根据本发明的轴承部件的钢中，含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物的硫化物夹杂物的百分比。
应该注意到附图不是按比例绘制的，且为了清楚起见，已放大了一些特征的尺寸。
具体实施方案
图1图示了轴承部件10的实例，即尺寸范围可为10mm直径至几米直径且具有的承载力为几十克至几千吨的滚珠轴承。根据本发明的轴承部件可以具有任意尺寸且具有任意承载力。轴承部件10具有内圈(inner race)12和外圈(outer race)14以及一组滚珠16。内圈12，外圈14和/或滚珠轴承10的滚珠16，以及所有滚珠轴承10的滚动接触部分优选由以下钢制备，所述钢包含、以重量计、10-30ppmCa、最大20ppmS和最大15ppmO，优选包含10-30ppmCa、最大20ppmS和最大8ppmO。钢中所含的硫化物夹杂物中的小于5％含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物。所有的硫化物夹杂物具有的长宽比小于3∶1，以及当约减变量等于3时硫化物夹杂物的最大长度为125μm(使用ASTME2283-03极值分析测定)。
由钢制备滚珠轴承10的至少部分，该钢可以例如包含0.70至1.20％碳。例如钢可以具有以下组成：
0.70-0.95重量％碳
0.05-1.5重量％硅
0.15-0.50重量％锰
0.5-2.5重量％铬
0.10-1.5重量％钼
最大0.25重量％钒
余量为Fe，且通常杂质包含10-30ppmCa、最大20ppmS和最大15ppmO，优选最大10ppmO或最优选最大8ppmO。
图2和3分别示出了在标准钢中和在根据本发明的轴承部件的钢中的含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物的硫化物夹杂物的百分比。从中可见，仅约1％的根据本发明的轴承部件的钢的硫化物夹杂物，含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物。相反，在标准钢中，约80％的钢的硫化物夹杂物含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物。已发现根据本发明的轴承部件的钢的疲劳强度(于950MPa时的转杆式测试(rotating beam test)进行测量)大大高于标准钢的疲劳强度。

Claims (16)

1.含钢的轴承部件(10)，其特征在于，所述钢包含以重量计的10-30ppm Ca、最大20ppmS和最大15ppm O，以及所述钢包含硫化物夹杂物，以及小于5％的硫化物夹杂物含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物，
其中所述钢通过如下得到：
(i)将钢中的硫含量减小至基本上和钢中的氧含量相同数量级的水平，和
(ii)然后，向钢中加入钙。
2.根据权利要求1的轴承部件(10)，其特征在于所述钢包含硫化物夹杂物，以及所述硫化物夹杂物在约减变量等于3时的最大长度是125μm。
3.根据权利要求1或2的轴承部件(10)，其特征在于所述钢包含10-30ppm Ca、最大20ppm S和最大10ppm O。
4.根据权利要求3的轴承部件(10)，其特征在于所述钢包含10-30ppm Ca、最大20ppm S和最大8ppm O。
5.根据权利要求1或2的轴承部件(10)，其特征在于所述钢包含硫化物夹杂物，以及所有所述硫化物夹杂物具有的长宽比小于3:1。
6.根据权利要求1或2的轴承部件(10)，其特征在于所述钢包含0.70～1.20％C。
7.根据权利要求1或2的轴承部件(10)，其特征在于其构成用于经受交变赫兹应力的部件的至少部分。
8.根据权利要求7的轴承部件(10)，其特征在于其构成用于经受滚动接触或结合的滚动和滑动的部件的至少部分。
9.根据权利要求1或2的轴承部件(10)，其特征在于其构成滚珠轴承、滚柱轴承或滚珠螺杆的至少部分。
10.根据权利要求9的轴承部件(10)，其特征在于所述滚珠轴承为止推滚珠轴承。
11.根据权利要求9的轴承部件(10)，其特征在于所述滚柱轴承为止推滚柱轴承。
12.根据权利要求9的轴承部件(10)，其特征在于所述滚柱轴承为锥形止推滚柱轴承。
13.根据权利要求1或2的轴承部件(10)，其中该轴承部件由钢制备，所述钢具有以下组成：
0.70-0.95重量％碳
0.05-1.5重量％硅
0.15-0.50重量％锰
0.5-2.5重量％铬
0.10-1.5重量％钼
最大0.25重量％钒
余量为Fe，且杂质包含10-30ppm Ca、最大20ppm S和最大15ppm O。
14.根据权利要求13的轴承部件(10)，其中杂质包含最大10ppm O。
15.根据权利要求13的轴承部件(10)，其中杂质包含最大8ppm O。
16.根据权利要求1或2的轴承部件(10)，其中约1％的硫化物夹杂物含有包封的或嵌入的氧化物夹杂物。
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