軸承鋼是用來制造滾珠、滾柱和軸承套圈的鋼。軸承在工作是承受著極大的壓力和摩擦力，所以要求軸承鋼有高而均勻的硬度和耐磨性，以及高的彈性極限。對(duì)軸承鋼的化學(xué)成分的均勻性、非金屬夾雜物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分嚴(yán)格，是所有鋼鐵生產(chǎn)中要求最嚴(yán)格的鋼種之一。
中國軸承鋼的制造在熱處理方面，在提高球化退火質(zhì)量，在獲得細(xì)小、均勻、球形的碳化物以及縮短退火時(shí)間或取消球化退火工序的研究方面有了進(jìn)展，即盤條生產(chǎn)采用兩次組織退火，將拉拔后的720℃～730℃再結(jié)晶退火改為760℃的組織退火。這樣可以得到硬度低、球化好、無網(wǎng)狀碳化物的組織，關(guān)鍵要保證中間拉拔減面率≥14％。該工藝使熱處理爐的效率提高25％～30％。連續(xù)式球化退火熱處理技術(shù)是軸承鋼熱處理的發(fā)展方向。
各國都在研究和開發(fā)新型軸承鋼，擴(kuò)大應(yīng)用和代替?zhèn)鹘y(tǒng)的軸承鋼。如快速滲碳軸承鋼，通過改變化學(xué)成分來提高滲碳速度，其中碳含量由傳統(tǒng)的0.08％～0.20％提高到0.45％左右，滲碳時(shí)間由7小時(shí)縮短到30分鐘。開發(fā)了高頻淬火軸承鋼，用普通中碳鋼或中碳錳、鉻鋼，通過高頻加熱淬火來代替普通軸承鋼，既簡化了生產(chǎn)工序又降低了成本，并提高了使用壽命。
日本研制的GCr465、SCM465疲勞壽命比SUJ—2高2～4倍。由于在高溫、腐蝕、潤滑條件惡劣的環(huán)境下使用軸承愈來愈多，過去使用的M50(CrMo4V)、440C(9Cr18Mo)等軸承鋼已不能滿足使用要求，急需研制加工性能好、成本低、疲勞壽命長、能適合不同目的和用途的軸承用鋼，如高溫滲碳鋼M50NiL、易加工不銹軸承鋼50X18M以及陶瓷軸承材料等。針對(duì)GCr15SiMn鋼淬透性低的弱點(diǎn)，我國開發(fā)了高淬透性和淬硬性軸承鋼GCr15SiMo，其淬硬性HRC≥60，淬透性J60≥25mm。GCr15SiMo的接觸疲勞壽命L10和L50分別比GCr15SiMn提高73％和68％，在相同使用條件下，用G015SiMo鋼制造的軸承的使用壽命是GCr15SiMo鋼的兩倍。
近年來，我國還開發(fā)了能節(jié)約能源、節(jié)約資源和抗沖擊的GCr4軸承鋼。與GCr15相比，GCr4的沖擊值提高了66％～104％，斷裂韌性提高了67％，接觸疲勞壽命L10提高了12％。GCr4鋼軸承采用高溫加熱—表面淬火熱處理工藝。與全淬透的GCr15鋼軸承相比，GCr4鋼軸承的壽命明顯提高，可用于重載高速列車軸承。今后軸承鋼主要向高潔凈度和性能多樣化兩個(gè)方向發(fā)展。提高軸承鋼的潔凈度，特別是降低鋼中的氧含量，可以明顯延長軸承的壽命。氧含量由28ppm降低到5ppm，疲勞壽命可以延長1個(gè)數(shù)量級(jí)。為了延長軸承鋼的壽命，人們多年來一直致力于開發(fā)應(yīng)用精煉技術(shù)來降低鋼中的氧含量。
通過不懈的努力，軸承鋼中的最低氧含量已從20世紀(jì)60年代的28ppm降低到90年代的5ppm。目前，我國可以將軸承鋼中的最低氧含量控制在10ppm左右。軸承使用環(huán)境的變化要求軸承鋼必須具備性能的多樣化。如設(shè)備轉(zhuǎn)速的提高，需要準(zhǔn)高溫用(200℃以下)軸承鋼(通常采用在SUJ2鋼的基礎(chǔ)上提高Si含量、添加V和Nb的方法來達(dá)到抗軟化和穩(wěn)定尺寸的目的)；腐蝕應(yīng)用場(chǎng)合，需要開發(fā)不銹軸承鋼；為了簡化工藝，應(yīng)該開發(fā)高頻淬火軸承鋼和短時(shí)滲碳軸承鋼；為了滿足航空航天的需要，應(yīng)開發(fā)高溫軸承鋼。
隨著中國工程機(jī)械行業(yè)兩大巨頭─三一重工和中聯(lián)重科先后公布H股上市計(jì)劃，享有“中國工程機(jī)械之都”美譽(yù)的湖南正式吹響該省機(jī)械工業(yè)國際化 的號(hào)角。
湖南省機(jī)械行業(yè)管理辦公室主任黃東紅向本報(bào)記者展望未來五年發(fā)展藍(lán)圖，“十二五”期間，湖南將以建設(shè)具有國際影響力的先進(jìn)裝備制造業(yè)基地為目標(biāo)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)向技術(shù)自主化、制造集約化、產(chǎn)品高端化、市場(chǎng)柄際化方向發(fā)展，爭取到2015年全省機(jī)械行業(yè) 以上企業(yè)主營業(yè)務(wù)收入破萬億。
爭取2015年收入破萬億
作為湖南省堡業(yè)產(chǎn)業(yè)中首個(gè)產(chǎn)值過千億元的支柱優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，湖南機(jī)械工業(yè)近年來注重集聚式調(diào)整，形成長沙工程機(jī)械、株洲軌道交通設(shè)備、長株潭汽車、衡陽輸變電設(shè)備、湘潭風(fēng)電裝備等初具 的產(chǎn)業(yè)集群。同時(shí)，混凝土機(jī)械、挖掘機(jī)械、樁工機(jī)械、大功率電力機(jī)車、大功率風(fēng)電機(jī)組、高壓和特高壓電抗器等一大批產(chǎn)品提升至國內(nèi)第一品牌。
據(jù)了解，去年湖南機(jī)械工業(yè) 企業(yè)的總產(chǎn)值、工業(yè)增加值、主營收入分別增長311%、310%和331%。其中，工程機(jī)械行業(yè)的主營業(yè)務(wù)收入高達(dá)715億元人民幣，總量已居全國第一。
工業(yè)增加值年增310%
在經(jīng)濟(jì)全球化的形勢(shì)下，黃東紅表示，通過引進(jìn) 投資者和實(shí)施國際化發(fā)展 ，湖南機(jī)械工業(yè)開放水平得到不斷的提高。以汽車及零部件產(chǎn)業(yè)為例，福田長汽、湖南吉利、眾泰江南、廣汽集團(tuán)、廣汽菲亞特、北汽南方基地、長沙比亞迪等先后落戶，湖南的汽車工業(yè)正式進(jìn)入開放式發(fā)展新時(shí)期。
近年來風(fēng)電工程、高速鐵路迅猛發(fā)展,在這些工程中大量使用各類軸承,對(duì)軸承壽命提出越來越高的要求。本文以通過熱處理提高軸承鋼性能為目標(biāo),首先測(cè)定幾種國產(chǎn)與進(jìn)口軸承鋼試樣的組織和力學(xué)性能,利用XRD測(cè)定試樣的殘余奧氏體含量,利用SEM分析國內(nèi)外軸承鋼組織的差別。
在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了細(xì)化軸承鋼中的碳化物顆粒的熱處理工藝,并測(cè)定處理后各試樣的組織與性能。通過不同的熱處理工藝,使軸承鋼中殘余奧氏體量處在不同范圍,測(cè)定處理后試樣的力學(xué)性能,從而得出殘余奧氏體含量對(duì)軸承鋼性能的影響規(guī)律。對(duì)軸承鋼進(jìn)行了貝氏體等溫淬火研究,分析了貝氏體轉(zhuǎn)變規(guī)律以及貝氏體轉(zhuǎn)變量對(duì)軸承性能的影響及貝氏體組織與馬氏體組織的斷裂機(jī)理,并利用XRD測(cè)定馬氏體淬回火與貝氏體等溫淬火處理后試樣的殘余應(yīng)力。
經(jīng)過研究分析、歸納,得到以下結(jié)論:進(jìn)口軸承中對(duì)軸柱與軸套馬氏體數(shù)量分別控制在不同范圍,與國產(chǎn)軸承鋼相比,進(jìn)口軸承中馬氏體針、碳化物細(xì)小、分布均勻,殘余奧氏體含量低,有些甚至完全消除殘余奧氏體。進(jìn)口軸承耐磨性能優(yōu)于國產(chǎn)軸承。GCr15經(jīng)完全奧氏體化后貝氏體等溫淬火和完全奧氏體化后馬氏體等溫淬火再中溫回火預(yù)處理的碳化物細(xì)化效果佳,終處理后的碳化物細(xì)小、均勻、分布彌散,同時(shí)細(xì)化了奧氏體晶粒。但由于熱處理后的殘余奧氏體含量也偏高,碳化物含量降低,以及碳化物不圓整的原因,軸承試樣的綜合力學(xué)性能反而略有下降。預(yù)處理為球化退火的軸承試樣綜合性能最佳。進(jìn)行碳化物細(xì)化處理工藝必須同時(shí)控制好碳化物的圓整度和殘余奧氏體含量。GCr15經(jīng)870℃奧氏體化后淬火160℃鹽浴中等溫20min后空冷,奧氏體產(chǎn)生熱穩(wěn)定化,最終回火后殘余奧氏體量增加至14.2%,等溫時(shí)間延長至60min,殘余奧氏體含量不再繼續(xù)增加。馬氏體淬火后立即進(jìn)行冷處理能有效消除試樣中的殘余奧氏體,使之降低到5%以下。殘余奧氏體含量過多,則顯著降低試樣的強(qiáng)度和硬度。并且其對(duì)軸承試樣的沖擊韌性也無明顯改善。試樣馬氏體等溫60min后,少量殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈葴伛R氏體,使軸承試樣的耐磨損性能提高了32.1%。軸承試樣經(jīng)冷處理減少其殘余奧氏體量后,試樣強(qiáng)度、韌性有所下降,但硬度、耐磨性能均有提高,耐磨損性能比未經(jīng)冷處理試樣提高了35.7%。GCr15經(jīng)870℃奧氏體化后,于240℃以不同時(shí)間等溫油冷或空冷后得到的組織組成為針狀馬氏體+下貝氏體+殘余奧氏體+殘余碳化物。等溫初期,貝氏體轉(zhuǎn)變較快,下貝氏體隨等溫時(shí)間延長而長大,等溫到一定時(shí)間后下貝氏體轉(zhuǎn)變速率下降,貝氏體不再繼續(xù)長大。貝氏體轉(zhuǎn)變量在45.1%左右時(shí),軸承試樣的綜合性能最佳。耐磨性能比馬氏體淬回火試樣提高了47.5%。GCr15經(jīng)馬氏體淬回火處理,試樣斷裂機(jī)制為微孔聚集型斷裂,而經(jīng)貝氏體等溫淬火處理后,斷裂機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)榻饫頂嗔?。貝氏體轉(zhuǎn)變后試樣表面的殘余壓應(yīng)力高于馬氏體淬回火組織。
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