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剖析滚动轴承材料及热处理的发展方向
由于轴承零件应具备长寿命、高精度、低发热量、高速度、高刚性、低噪声、高耐磨等特性要求,因此要求轴承钢制零件硬度高、硬度均匀、弹性极限高、接触疲劳强度高、具有一定的韧性等。轴承钢还应具有一定的淬透性和耐蚀性能,轴承钢的洁净度高,要求含氧量在6×10-6以下,用真空重熔冶炼,使钢中的非金属夹杂物和磁化物细小而分布均匀。
在重庆热处理方面,提高球化退火质量,获得细小、均匀、球形的碳化物及缩短退火时间、连续球化退火热处理技术是轴承钢热处理发展的方向。GCr15SiMo轴承钢是我国开发的高淬透性和高淬硬性轴承钢,其淬硬性≥60HRC,淬透性J60≥25mm(60HRC/J25),接触疲劳寿命L10和L50分别比GCr15SiMn钢提高73%和68%。在相同使用条件下,GCr15SiMo钢制轴承的寿命是GCr15SiMn钢的两倍。另一个用于重载高速列车的轴承钢GCr4和GCr15相比冲击韧度提高了66%~104%,断裂韧度(KIc)提高了67%,接触疲劳寿命L10提高12%。可实现表面感应加热的快速淬火。
轴承零件推广的热处理新工艺是:
贝氏体淬火:经贝氏体等温淬火处理的轴承零件冲击韧度好,表面为压应力。由于降低了滚子边缘的应力集中现象,使用过程中外套挡边掉块、内套碎裂的倾向大大减少。其平均寿命及可靠性明显提高,该工艺广泛用于铁路轴承和轧机轴承。GCr18Mo是贝氏体淬火专用钢,常在900℃左右加热保温60min,在220~240℃盐浴中等温8h后再在250~260℃回火4~6h,使硬度达到58~63HRC,组织为下贝氏体。GCr4钢的热处理工艺参数是在820~840℃左右淬入油中再进行低温回火。GCr15SiMo钢的淬火加热温度在830~850℃范围,淬入油中。它们的性能和组织都应达到JB/T1255-2001标准的具体要求。
表面碳氮共渗处理:高碳轴承钢表面碳氮共渗处理后,淬火后表面残留奥氏体量增加,可改善表面应力状态,提高轴承在无润滑条件下的疲劳寿命和可靠性。
表面改性技术:利用气相沉积技术在轴承滚道上涂覆金刚石薄膜可实现减摩、耐磨的效果。在家电轴承、计算机硬盘驱动轴承中应用广泛。在轴承表面渗硫或沉积MoS2可达到减摩和润滑作用。在轴承外圈外柱面上涂覆氧化铝陶瓷可防止电击伤和电绝缘性能。
减少滚子、钢球变形的热处理措施:是采用旋转法淬火、压模淬火、控制零件入油方式等。研究表明由蒸气膜阶段向沸腾期的转变温度过高时,冷速过高会产生大的热应力使低屈服点的奥氏体发生变形而导致零件畸变。同时,在Ms点的冷速对变形起决定性作用,在Ms点以下可采用低的冷速可减少变形。马氏体淬火、回火后零件的尺寸稳定性主要受三种不同转变的影响,它们是碳从马氏体晶格中迁移形成?-碳化物、残留奥氏体分解和Fe3C的形成。这三种转变相互叠加,使变形加剧。轴承零件回火温度常高于使用温度50℃左右,采用较高的回火温度、降低残留奥氏体量都有利于减少变形。
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