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軸承用于旋轉設備以承受軸向和徑向載荷并減少運行摩擦。軸承部件承受反復的重應力載荷，必須能夠承受這些載荷，同時保持旋轉精度和材料完整性。為實現(xiàn)這一目標，軸承由高硬度材料制成，同時還具有良好的尺寸穩(wěn)定性、耐磨性和抗?jié)L動疲勞性。

這些軸承以兩種不同的方式硬化。最常見的方法是通過硬化，但表面硬化用于特別困難的應用。

一、通過硬化(TH)

淬硬軸承正如它們聽起來的那樣，軸承組件通過零件具有相同的硬度。用于全硬化軸承的最常見軸承鋼是AISI 52100或同等材料。這是一種高碳鋼（約1.0%），通過馬氏體或貝氏體工藝硬化。由52100鋼制成的完全硬化軸承的最終硬度約為60HRC。滾子通常比環(huán)硬1-2 HRC，以實現(xiàn)最長的疲勞壽命。

整體淬硬軸承是標準軸承，在所有行業(yè)的大多數(shù)應用中都得到成功應用，但在一些特別嚴苛的應用中，整體淬硬軸承無法勝任。

二、表面硬化(CH)

表面硬化軸承具有大約60HRC的類似表面硬度，但保留了更柔軟、更堅韌的核心。這些軸承由低碳鋼（約0.2%）制成，并通過在烤箱中將碳擴散到零件中進行硬化。

這種柔軟、堅韌的核心和高硬度表面的結合使Case Hard軸承非常適合必須抵抗彎曲、扭轉和沖擊載荷的最嚴苛應用，并且比完全硬化的同類軸承使用壽命更長。表面硬化軸承通常經(jīng)過滲碳處理，但如果采用碳氮共滲處理，它們的表面硬度約為64HRC，甚至可以進一步提高耐磨性、抗疲勞性和軸承壽命。

三、通過硬化與表面硬化

與典型的硬質(zhì)零件相比，表面硬化工藝所需的工藝時間增加確實會增加成本。在這些嚴苛的應用中，表面硬化軸承具有的許多優(yōu)點遠遠超過了成本的小幅增加。

四、沖擊載荷和韌性

表面硬化軸承通常具有高殘留奧氏體，而通過硬化軸承則很少。殘余奧氏體柔軟但非常堅韌，具有高延展性。與相對較脆的完全硬化軸承相比，這些特性極大地改善了疲勞壽命和沖擊強度。表面硬化軸承在沖擊載荷應用中的使用壽命更長。

五、抗碎屑

表面硬化軸承中堅硬的核心和高殘留奧氏體可大大延長受污染環(huán)境中的使用壽命。由于韌性，這種情況下硬質(zhì)部分上的碎屑凹痕更淺更窄(c)，而且該凹痕兩側的山丘半徑(r)更大，可最大限度地減少額外損壞。

六、裂性

完全硬化的軸承容易因開裂而失效。通過硬化軸承在表面上具有中性到拉伸的殘余應力。當您將由于軸配合和設計載荷而產(chǎn)生的環(huán)向應力添加到此時，它可能接近打開軸承裂縫所需的總力。在風力應用中，有許多未知和可變的載荷也會施加到軸承上，這些載荷很容易超過材料的強度并引發(fā)這種故障。

在這里，表面硬化軸承的好處是它們在表面具有壓縮殘余應力，這會在該方程中引入更多的服務系數(shù)，并可以消除裂紋萌生。然而，如果裂紋確實開始形成，則壓縮殘余應力將用于保持零件中的裂紋閉合。

如上所述，有兩種不同的表面硬化方法適用于軸承；表面滲碳和表面碳氮共滲。堅韌鋼材系列將外殼碳氮共滲熱處理與特殊鋼合金配方相結合，可最大限度地延長軸承在惡劣條件下的使用壽命。

七、風能應用的結論

在普通應用中，滾動疲勞是唯一需要考慮的問題，因為硬化軸承和表面硬化軸承可以互換使用。一般來說，只有3-5%的軸承故障是由于負載循環(huán)引起的材料疲勞，而50%是由污染引起的。再加上風力渦輪機應用中的高波動載荷、速度和環(huán)境條件，您會發(fā)現(xiàn)表面硬化軸承可顯著延長軸承壽命。