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        滾動軸承材料熱處理及其新技術應用研究祝溪明

        時間:2017-10-18 13:21:00   來源:中國軸承網   添加人:admin

          滾動軸承作為重要的機械基礎連接件在機械工業得到了廣泛的應用。在實際使用過程中往往要在拉伸、壓縮、彎曲、剪切、交變等復雜應力狀態和高應力值條件下,高速長時間工作。其材料選擇及熱處理方法是影響軸承壽命的兩大重要因素。其損傷機理可分為接觸疲勞失效、摩擦磨損失效、斷裂失效、變形失效、腐蝕失效和游隙變化失效等幾種基本方式,其中接觸疲勞失效為最典型的失效方式。因此根據滾動軸承典型失效原因及我國滾動軸承發展現狀,對高碳鉻滾動軸承材料熱處理的基本方法進行闡述,并對熱處理技術、熱處理缺陷及其工藝改進的措施進行說明,旨在延長滾動軸承使用壽命,對指導生產實踐起到借鑒作用。

          2滾動軸承接觸疲勞失效分析2.1接觸疲勞是滾動軸承失效最主要方式接觸疲勞失效是指軸承工作表面受循環應力作用產生的失效。接觸疲勞剝落發生在軸承工作表面,往往伴隨著疲勞裂紋,首先從接觸表面以下最大循環應力處產生,然后擴展到表面,形成不同的剝落形狀,點狀的稱為點蝕,小片狀的稱淺層剝落。由于剝落面的逐漸擴大,往往向深處擴展,形成深層剝落。出現剝落后會引起軸承的振動、噪音增大,工作溫度不斷上升,致使軸承最終疲勞破壞而不能使用。接觸疲勞破壞是滾動軸承破壞的主要形式。

          2.2原材料缺陷與熱處理組織對疲勞失效影響我國軸承材料大量使用的是G15鋼和GCr15SiMn鋼。修訂的GB/T18254標準,增加了“優質高碳鉻軸承鋼”標準,理論上對其中碳化物、偏析、含量和夾雜物等要求有所提升。隨著真空脫氣的廣泛應用,我國軸承鋼在含量控制方面有很大提高,但在碳化物均勻性、網狀碳化物控制、夾雜物控制等方面仍與國外有較大差距。材料機體的缺陷、疏松、偏析及非金屬夾雜物是造成疲勞失效的根源M.熱處理后的組織狀態和疲勞失效也有著緊密關系,如球化退火后碳化物顆粒粗大或成網狀組織;淬火回火后馬氏體組織成粗針葉狀,碳化物顆粒粗大、不均勻且存在網狀碳化物;滲碳鋼硬度不均勻,存在軟點,表面脫碳,使接觸疲勞強度下降。上述情況均容易發生疲勞失效。

          3滾動軸承材料及熱處理技術要求3.1滾動軸承材料與冶金質量滾動軸承的使用壽命和可靠性很大程度上與其材料冶金質量有著密切的關系。滾動軸承用鋼的冶金質量對材料的化學成分、鋼材尺寸精度、純潔度、低倍與顯微組織、表面與內部缺陷、碳化物的均勻性及表面脫碳層具有嚴格的質量要求。一般滾動軸承用鋼主要是高碳鉻軸承鋼,即含碳量1%左右,加入1.5%左右的鉻,并含有少量的錳、硅元素的過共析鋼。絕大部分軸承零件都要經過壓力加工成型,通過精確的計算下料尺寸和重量,保證軸承零來稿日期:2012-02-23件的產品質量。軸承鋼中的化物、硅酸鹽等有害夾雜物是導致軸承早期疲勞剝落的主要原因。脆性夾雜物由于在磨加工過程中容易從金屬基體上剝落下來,嚴重影響軸承零件精加工后的表面質量。

          軸承鋼的低倍組織是指般疏松、中心疏松和偏析,顯微組織包括軸承鋼的退火組織、碳化物網狀、帶狀和液析等。組織的優劣對滾動軸承的性能和使用壽命有很大的影響。表面缺陷包括表面裂紋、表面夾渣、毛刺、折疊、結疤、化皮等,內部缺陷包括縮孔、氣泡、白點、過燒、嚴重的疏松和偏析、顯微孔隙等在軸承鋼材料標準中明文規定不允許出現這些缺陷。如果出現碳化物分布不均勻,在熱處理加工過程中容易造成組織和硬度的不均勻,容易使軸承零件在淬火冷卻時產生裂紋,導致軸承壽命的降低。在碳化物分布較少的區域,形成馬氏體針狀組織,硬度偏低。表面脫碳層超出標準的規定范圍,在熱處理前的加工過程中沒有將其全部清除掉,那么在熱處理淬火過程中容易產生淬火裂紋,造成零件的報廢。

          3.2滾動軸承熱處理的基本要求滾動軸承所使用的材料多種多樣,根據其理化和機械性能不同,而具有不同的特性,以適應各種不同工況和環境下工作的要求。

          根據軸承的材料、結構要求,提出相應的熱處理的基本要求。

          3.2.1滾動軸承材料工作條件需要考慮滾動軸承的工作溫度、承受沖擊載荷的大小、接觸介質及工況條件。一般常溫條件下采用鉻軸承鋼,工作溫度在(150~25T時,需要經過高于工作溫度50T回火處理。在重要場合或高溫下應選用高溫軸承。用于鐵路貨車等軸承,沖擊載荷較大時多選用優質滲碳結構鋼。石油鉆具軸承選擇耐沖擊工具鋼或調質結構鋼,腐蝕介質中選用耐蝕鋼。當工況要求軸承不能導磁時選無磁鋼或陶瓷材料。

          3.2.2滾動軸承結構特點滾動軸承零件結構復雜如外圈帶安裝擋邊、承受較高軸向沖擊載荷的圓錐軸承等,宜選用耐沖擊性能良好的優質滲碳鋼。

          對高鉻軸承鋼的使用,應考慮軸承零件的有效壁厚。常用高鉻軸承鋼的淬透性和使用范圍,如表1所示。

          鋼號淬透性60/mm有效壁厚/mm矣35矣40矣90 3.2.3滾動軸承熱處理的基本要求提高滾動軸承材料熱處理質量必須結合軸承的特點而進行。滾動軸承表面在經過基本熱處理工藝后,還需進行碳化、碳氮共滲、氮化、氮碳共滲、化、磷化、鍍鋅等表面熱處理,目的是為了改變其表面特性。目前比較先進的軸承表面熱處理方法有:表面離子注入、表面氣相沉積、表面涂層等方法;比較成熟的有發藍、發黑、磷化、表面涂層等表面處理方法。滾動軸承熱處理后的基本性能要求有:較高接觸疲勞強度;高硬度、高耐磨性;低摩擦系數;高彈性極限;良好的沖擊韌性和斷裂韌性;良好的尺寸穩定性;良好的防銹性能;良好的冷、熱加工性能。

          4滾動軸承熱處理新技術4.1貝氏體熱處理貝氏體等溫淬火是近年來國內軸承行業研究的熱點。貝氏體組織的突出特點是沖擊韌性、斷裂韌性、耐磨性、尺寸穩定性好,表面殘余應力為壓應力。軸承,2002張偉。國內外軸承熱處理裝備現狀及展望。金屬熱處理,2004張增歧,劉耀中,樊志強。貝氏體等溫淬火及其在軸承上的應用。材料熱處理學報,2002.張增歧,劉耀中,樊志強,等。高碳鉻軸承鋼貝氏體等溫淬火。軸承,姜躍華。貝氏體等溫淬火工藝在GCr15鋼制柱塞套上的應用。無錫職業技術學院學報,2012(1.

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