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            主營:軸承回收、回收軸承
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            原材料因素對軸承壽命的影響及控制方法

            [ 關鍵詞:原材料 軸承壽命  發表日期:2020-07-22 11:04:42 ]

              小編在大批量的回收軸承現貨中挑選不同種類、狀態的軸承拆解分析,發現軸承原材料的理化性能(如:化學成分、顯微組織和內應力等)與軸承使用壽命有密切關系。

              通過查閱資料,詢問客戶,分析大量的理化性能測試和壽命試驗、金相組織檢查結果,同時根據材料科學相關性原理,綜合分析軸承壽命與結構、性能之間的關系,在綜合分析研究結果的基礎上,總結出了原材料因素對軸承壽命的影響及控制方法

            一、原材料因素對軸承壽命的影響

              滾動軸承的早期失效形成,主要有斷裂、塑性變形、磨損、腐蝕、疲勞剝落等形式,在正常條件下,主要是接觸疲勞。軸承零件的失效除了服役條件外,主要受鋼的硬度、強度、韌性、耐磨性、抗蝕性和內應力狀態等因素制約。影響這些性能和狀態的主要內在因素有如下幾種。

            1、淬火鋼中的馬氏體

              馬氏體是高碳鉻鋼淬回火后的最基本組織,其性能取決于馬氏體中碳和合金元素的含量以及馬氏體的形態和粗細程度。高碳鉻鋼原始退火組織為細小、均勻分布的球化珠光體組織時,淬火低溫回火狀態下,淬火馬氏體的含碳量,明顯影響鋼的力學性能。它對強度、韌性、壓潰抗力和接觸疲勞壽命都有直接的影響。從很多資料和實驗數據可知,各力學性能具有最高值時,淬火馬氏體的含碳量不盡相同。強度、韌性在 0.5%左右,接觸疲勞壽命在 0.52%左右,抗壓潰能力再 0.45%左右,即 GCr15鋼淬火馬氏體含碳量為 0.48%~ 0.52%時,可以獲得抗失效能力最強的綜合力學性能。

            2、淬回火鋼中的殘留奧氏體

              高碳鉻軸承鋼正常淬火后,可含有 8%~20%的 Ar( 殘留奧氏體) 。殘留奧氏體是不穩定組織,它有利也有弊,它使軸承在長期使用過程中尺寸發生變化而降低精度,它的強度、硬度較低,具有較高的沖擊韌性,能提高軸承耐磨性和疲勞壽命。為了興利除弊,Ar 的含量應適當。許多研究表明,硬度最大值出現在 17%Ar左右,接觸疲勞壽命出現在 10%Ar左右。應當指出,Ar 的有利作用必須在 Ar 穩定狀態下,如果自發轉變成馬氏體,將使影響鋼的韌性急劇降低而脆化。

            3、淬火鋼中的未溶碳化物

              淬火鋼中的未溶碳化物的數量、形貌、大小、分布,即受到鋼的化學成分和淬火前原始組織的影響,又受到奧氏體化條件的影響。有關未溶碳化物對軸承壽命的影響已經有了很多研究,文件記載和研究表明:未溶碳化物增加,硬度升高,但當未溶碳化物超過一定數量后,對硬度的影響明顯降低,在馬實體含量相同,硬度較高的情況下,未溶碳化物少量增加對硬度增高值不大,而反映強度和韌性的壓潰載荷有所降低,對應力集中敏感的接觸疲勞壽命則明顯降低。因此淬火未溶碳化物過多對鋼的綜合力學性能和失效抗力是有害的。適當降低鋼的含碳量是提高軸承使用壽命的途徑之一。

              未溶碳化物一般控制在 0.60%~ 0.65%之間,未溶碳化物的形態和數量也必須加以控制。未溶碳化物應小(顆粒細小,平均直徑< 0.5μ m)、少(數量要少、勻(大小彼此相差很小,而且分布均勻) 、圓(碳化物顆粒呈圓形) 。如此,軸承的使用壽命會很高。

            4、淬回火后的殘余應力

              軸承零件淬回火后,依然具有較大的內應力。零件中的殘余內應力有利和弊兩種情況。表面殘余壓應力的增加,鋼的疲勞強度也隨之增加;表面殘余應力為拉應力時,鋼的疲勞強度降低。這是因為零件的疲勞失效出現在承受過大拉應力的時候,當表面有較大壓應力殘余時,會抵消同等數值的拉應力,而使鋼的實際承受拉力數值減小,使疲勞強度極限值增高,當表面有較大拉應力殘存時,會與承受的拉應力載荷疊加,而使鋼實際承受的拉應力明顯增大,使疲勞強度值降低。因此,使軸承零件淬火回火后表面殘留較大的壓應力,也是提高軸承使用壽命的措施之一。

            5、鋼中的雜質含量

              鋼中的雜質主要指非金屬夾雜物(硫化物、氧化物、硅酸鹽、點狀不變形夾雜物)和有害元素(氧、氮),它們對鋼性能的危害往往是相互助長的。軸承鋼中雜質對力學性能和軸承的失效能力的影響與雜質的類型、性質、數量、大小及形狀有很大關系。隨著夾雜物尺寸的增大,疲勞強度隨之降低,鋼中氧含量增高 ( 氧化物夾雜增多 ),彎曲疲勞和接觸疲勞壽命,在高應力作用下也隨之降低。減少夾雜物的含量、使夾雜物和碳化物成細小、彌散、均勻分布,是軸承高精度、高使用壽命和高可靠性的有效途徑。

            二、應對措施

              為了使上述因素處于最近狀態,首先需要控制淬火前軸承鋼的原始組織,可以采取的措施有:1040℃奧氏體化后速冷至 630℃等溫正火,獲得細粒狀珠光體組織,或者冷至 420℃等溫處理,獲得貝氏體組織;采用鍛造余熱快速退火,獲得細粒狀珠光體,以保證鋼中的碳化物細小和均勻分布。也可自 1040℃直接油淬,然后再在 600℃~650℃回火使之球化。

              鋼中的原始組織一定時,淬火馬氏體的含碳量 (即淬火加熱后的奧氏體含碳量),殘留奧氏體量和未溶碳化物量,主要取決于淬火加熱溫度和保溫時間。隨著淬火加熱溫度增高(時間一定),鋼中未溶碳化物數量減少 (淬火馬氏體含碳量增高),殘留奧氏體數量增多,硬度則隨著溫度的增高而增加,達到峰值后又隨著溫度的升高而降低。當淬火加熱溫度一定時,隨著奧氏體化時間的延長,未溶碳化物的數量減少,殘留奧氏體數量增多,硬度增高,時間較長時,這種趨勢減緩。當原始組織中碳化物細小時,因碳化物易溶于奧氏體,故使淬火后的硬度峰移向較低溫度和出現在較短的奧氏體化時間。總之,GCr15鋼淬火未溶碳化物在 0.62%左右,殘留奧氏體在 10%左右(隱晶馬氏體的含碳量在 0.50%),為最佳組織。而且,當原始組織中碳化物細小、分布均勻時,在可靠的控制上述水平的顯微組織時,有利于獲得高的綜合力學性能,從而具有高的使用壽命。應該說明的是,具有細小彌散分布碳化物的原始組織,即退火組織為欠熱組織,淬火加熱保溫時,未溶的細小碳化物會聚集長大,使其粗化。因此原始欠熱組織淬火時,加熱時間不宜過長,加熱溫度應適當降低,才能獲得更高的綜合力學性能。采用可控氣氛淬火,淬火加熱時進行短時間表面滲碳或滲氮的處理工藝,使得表面的碳含量高于心部,零件表面能保留較大殘余壓應力。

            三、結論

              影響軸承壽命的材料因素及控制措施有:

            1、軸承鋼在淬火前的原始組織中的碳化物,要求細小、彌散。可采用多種方法進行細化。

            2、對于 GCr15鋼淬火后,要獲得平均含碳量 0.50%的隱晶馬氏體組織,10%的殘留奧氏體,0.62%左右的大小均勻、分布均勻、呈圓形的顯微組織,利用調整加熱溫度和時間的方法可以得到這種組織。

            3、零件淬火低溫回火后要求表面殘留較大的壓應力,這有助于疲勞抗力的提高。可利用淬火加熱時進行短時間表面滲碳或滲氮的處理工藝,使得表面殘留較大的壓應力。

            4、采用完全符合 GB/T18254-2002 要求的軸承鋼制造軸承的內外圈和滾動體,確保鋼的純潔度,減少 O2、N2、P、氧化物、和磷化物的含量,利用電渣重熔、爐外真空精煉等技術,可使鋼材的純潔度達到要求。

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