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中碳轴承钢的构造革新和机能提拔

2015-7-18 14:59:49      点击:

跟着中国设备背下质量和下周详生长,用于制造滚动轴承的滚珠、滚柱和套筒等的正日趋遭到正视。伴随着轴承制造业的连续、较快生长,轴承钢市场前景看好。而且,周详轴承等根蒂根基机器锻造业已经成为国度“十二五”时期重点生长的行业。因而,有必要加大对轴承钢的研讨,进步轴承钢的质量。

近期,俄罗斯学者G.S.Vodovozova和P.A.Zhdanov等人研讨了中碳轴承钢的构造和机械性能,并经由过程实行取ShKh15类轴承钢停止了对照剖析,得出了正在硬度、均质性和晶粒巨细方面的结论,为中碳轴承钢的现实消费供应了理论依据。

构造不均匀成“瓶颈”

一般来说,轴承钢的机能要求是下硬度、优越的弹性机能和抗委靡性,特别是抗打仗委靡生效性。关于下碳合金钢,当碳含量正在0.95%~1.15%时能够知足上述要求;而碳含量为0.10%~0.20%的低碳轴承钢则一般需求停止碳氮共渗工艺才气到达以上要求。轴承钢抗打仗委靡生效的机能,重要取决于钢中非金属混合粗颗粒聚积、碳化物不均量性、晶体巨细的差别等身分。这些缺点的综合感化形成轴承钢正在运用历程中微应力集中和过早脆裂(剥落、切口构成和龟裂等)。

现在普遍运用的ShKh15类轴承钢显现出来的显着瑕玷就是由构造不均量性形成的。那是过共析化学组成的一个特性,即正在下碳含量(0.95%~1.10%)下,因为碳和碳化物不均量性致使熔析的生长。为制止不均量性这类状态的发作或对这种情况停止改进,接纳延伸工夫的均质化退火是需要的。

经由过程增加适宜的合金元素,接纳低碳含量能够到达钢种要求的硬度程度。尽人皆知,作为轴承钢,可运用低碳和中碳铬-镍、铬-锰和铬-硅-锰钢。这些钢没有下碳过共析钢的重要瑕玷———碳化物不均量性。

考虑到以上身分,需求开辟供应节省能源和延伸轴承使用寿命的轴承钢生产技术。

显微构造微小匀称

近来研讨的钢种是立异型轴承钢,可以或许知足越发致密的薄板部件,并运用越发经济的质料去进步质量,削减消费周期而且具有和ShKh15钢一样或更好的运用机能。川崎钢铁公司(日本)和NTN(日本)钢铁公司曾经开辟并投产了一类中碳轴承钢。这类中碳轴承钢的碳含量削减到0.75%~0.80%,使得正在浇铸阶段钢中去除了共晶身分碳化物的构成,而且不必接纳散布退火。别的,正在削减碳含量状态下的钢,工艺上越发有利于冲压和剪切。

为评价该钢种的化学成分、微观构造和机械性能,俄罗斯学者们正在实验室条件下对一般轴承钢ShKh15钢和中碳轴承钢的抗断裂机能停止了差别炉次的轧制实行和其他磨练。

气体剖析的效果显现,只正在第2炉次钢中发明氧含量上升,但整体氧含量正在允许范围内,其他炉次钢中氧含量均相符GOST901技术标准(不超过0.0015%)。为研讨宏观构造和微观构造,从实行炉次里拔取了用于显微镜视察的试样。同时预备了直径为5毫米的圆柱状试样停止抗推实行(凭据GOST1497-84);预备带V形坡口(凭据GOST9454第二类)10毫米×10毫米×55毫米的试样用于静态蜿蜒实行;接纳委靡龟裂裂纹最大深度2毫米的试样停止断裂韧性实行(凭据GOST9454第二类)。

中碳轴承钢的终究热处理接纳广泛接管的ShKh15类轴承钢范例:正在840℃~845℃加热软化,均热35分钟~40分钟后正在M2M-16油中冷却,油温正在30℃~60℃,随后正在155℃下回火3.5小时。凭据GOST9013(61.5HRC~62.5HRC),终究回火后的硬度为62HRC。热轧状况下低倍构造由不存在游离铁素体夹层的珠光体组成,晶粒巨细不低于7级(凭据GOST5639),没有粗的碳化物析出,低倍构造匀称微小,有益于钢的进一步粗整加工。

为供应优越的切削性和软化前的预备,钢需求停止中央热处理,即正在800℃~690℃下球化退火17小时,正在退火状况下,球状珠光体的晶粒度级别为2,钢的实行炉次的低倍构造知足GOST801技术规范要求。纵向显微断面评价了显微构造的带状构造。钢试样从850℃软化,然后再冷却,正在150℃回火1小时,实行钢显微构造的带状构造不超过1级~2级,这些值完整知足GOST801关于热轧钢ShKh15的技术规范要求。统一试样用来评价实行钢的残留碳化物网络,确认不超过3级,实行钢的构造越发匀称。因而考虑到碳化物熔析指数和构造的不均量性,实行钢知足一切尺度的技术规范要求而且显着凌驾ShKh15类轴承钢。

机械性能优越

评价非金属混合物的试样挑选和实行按GOST1778-80制备。非金属混合物主要为碳化物和氧化物,险些不存在球状混合,硅酸盐有延性单项混合,显现有1.5级巨细,存在于第2炉次钢里,并因为氧化物混合净化而报废。正在热轧状况下,实验室炉次钢接纳碳氮共渗工艺停止微合金化的硬度为35HRC~38HRC。为实现球状珠光体的退火,实验室炉次钢接纳碳氮共渗进止微合金化的硬度为195HB~217HB,其值稍高于GOST801技术规范硬度的179HB~207HB。正在新软化状况下,所实行钢硬度为65HRC~67HRC。

回火对淬火钢硬度的影响显现,关于实行炉次钢正在回火温度为160℃时几乎没有低落淬火钢的硬度,即正在65HRC的程度。

正在软化和轻度回火状况下钢的机器实行效果注解,所有的断裂案例都是由于脆性机理而至,断裂应力值和屈就强度值险些相称,他们是624~920N/mm2,相干延长率和面积削减靠近整。断裂韧性实行试样规格为10毫米×10毫米55毫米,并停止集中折弯,试样先期要开锋利切口和委靡裂纹。正在软化和150℃~180℃下回火后,对接纳V和Nb微合金化的试样停止了实行。从构造状况和数据剖析注解,断裂韧性关于实行钢(中碳轴承钢)和ShKh15钢是类似的,回火温度从150℃降到180℃时没有低落钢的断裂韧性。

经由过程对实行钢化学成分、宏观构造和微观构造的剖析,对硬度、机械性能和抗断裂机能的周全研讨得出,新型实行炉次的轴承钢的机械性能程度取ShKh15类轴承钢相称,64HRC~65HRC的硬度程度优于GOST801技术规范要求,实行炉次钢和ShKh15类轴承钢的断裂韧性值类似。而接纳V和Nb微合金化的轴承钢知足了GOST801技术规范要求,实行钢越发纯洁。同时,低倍构造碳化物不均质性低,不存在碳化物网格残留。因而,新型的微合金化中碳轴承钢具有比ShKh15类轴承钢越发优越的机能。