超高碳型軸承鋼研究與開發
軸承是重要的機械基礎件,它在很大程度上決定了裝備的性能、壽命與可靠性等。隨著社會的發展與進步,人們對它的壽命提出了越來越高的要求。經過幾十年的發展,中國已經發展成為軸承鋼的生產大國。產量已基本能滿足國內市場的需求。但是國產軸承鋼的質量與瑞典SKF、日本山陽等先進廠家相比還存在一定差距。迫切要求提高其疲勞壽命。延長軸承鋼壽命的嘗試主要包括降低氧含量與提高鋼的潔凈度;表面改性處理;以及通過探索新的熱處理工藝來提高軸承鋼的疲勞壽命。然而通過以上方法獲得的較長壽命并不總是能夠滿足要求的,特別是在高負載荷等嚴酷條件下使用時,更是如此,所以一直有需求開發一種具有更長使用壽命的鋼材。 當鋼的含碳量大于0.77%以后成為過共析鋼,過共析鋼在鑄造態、退火態與正火態的正常組織為網狀二次滲碳體與珠光體。滲碳體的硬度高,耐磨性好,增加滲碳體明顯可以提高材料的硬度與耐磨性。但以網狀形態存在是導致鋼變脆的主要原因,為了減少脆性,避免較多的網狀滲碳體,軸承鋼的含碳量一般都小于1.0左右,高于此含碳量將導致后續鍛造、軋制難以將大的網狀滲碳體破碎,將使鋼的性能變脆。為了破碎網狀滲碳體,在軋制與鍛造工藝中都增加了變形量同時降低變形溫度,這樣都增加了工藝成本,浪費了能源。本項目得到了一種無網狀滲碳體的高碳鋼,這個鋼比較容易球化,經850C°加熱15min,1 C°/min冷卻到750 C°出爐后就得到了理想的球化組織,見圖1。這將大大節省球化處理的時間,可以提高功效,節約能源。 該材料經840℃加熱淬火,155±5℃回火,組織為馬氏體和殘余奧氏體加剩余碳化物,見圖2。圖3為對照GCr15經同樣熱處理后的組織,比較看出,本項目的組織明顯比較細,殘余奧氏體量也比較奧少,這些特征都十分有利于提高軸承鋼的性能。 該材料和對照材料GCr15進行耐磨實驗和接觸疲勞實驗,結果見圖4和5,.結果表明本發明的材料比典型的軸承鋼GCr15有更高的耐磨性和更長的接觸疲勞壽命。 該材料的成本與GCr15相當,熱處理工藝也相同,所以不增加額外成本。
西安交通大學
2021-04-11