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國(guó)外機(jī)械行業(yè)的軸承熱處置辦法(中)
來(lái)源:軸承網(wǎng) 時(shí)間:2013-12-16
3。1 貝氏體淬火的安排與力學(xué)功能
高碳鉻軸承鋼經(jīng)下貝氏體淬火后；其安排由下貝氏體、馬氏體和剩余碳化物組成.其間貝氏體為不規(guī)則相交的條片；條片為碳過(guò)飽和的α布局；其上散布著與片的長(zhǎng)軸成55~60°的粒狀或短桿狀的碳化物；空間形狀為凸透鏡狀；亞布局為位錯(cuò)纏結(jié)；未發(fā)現(xiàn)有孿晶亞布局.貝氏體的數(shù)量及形狀因工藝條件不相同而各異.隨淬火溫度的升高；貝氏體條變長(zhǎng)，等溫溫度升高；貝氏體條變寬；碳化物顆粒變大；且貝氏體條之間的相交的視點(diǎn)變.鵯饗蠐諂叫信帕校恍緯衫嗨樸肷媳詞咸宓慕峁梗詞咸遄涫且桓鲇氳任倫涫奔溆泄氐墓蹋壞任麓慊鷙蟮謀詞咸辶克嫻任率奔淶難映ざ黽[5,19].
高碳鉻軸承鋼下貝氏體安排能進(jìn)步鋼的份額極限、屈從強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和斷面縮短率；與淬回火馬氏體安排比較；具有更高的沖擊耐性、斷裂耐性及尺度安穩(wěn)性；外表應(yīng)力狀況為壓應(yīng)力.
高的門坎值ΔKth和低的裂紋擴(kuò)展速度da/dN則代表貝氏體安排不易萌發(fā)裂紋；已有的裂紋或新萌發(fā)的裂紋也不易擴(kuò)展[2,19,20].
通常以為,全貝氏體或馬/貝復(fù)合安排的耐磨性和觸摸疲憊功能低于淬火低溫回火馬氏體；與附近溫度回火的馬氏體安排的耐磨性和觸摸疲憊功能附近或略高.但光滑不良條件下(如煤漿或水這類介質(zhì))；全BL安排呈現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性；具有比低溫回火的M安排還要高的觸摸疲憊壽數(shù)；如水光滑時(shí)全BL安排的L10=168h；回火M安排的L10=52h[21].
3。2出產(chǎn)運(yùn)用
3。2。5運(yùn)用效果
BL安排的杰出特點(diǎn)是沖擊耐性、斷裂耐性、耐磨性、尺度安穩(wěn)性好；外表剩余應(yīng)力為壓應(yīng)力.因而適用于裝置過(guò)盈量大、執(zhí)役條件差的軸承；如接受大沖擊負(fù)荷的鐵路、軋機(jī)、起重機(jī)等軸承；光滑條件不良的礦山運(yùn)送機(jī)械或礦山裝卸體系、煤礦用軸承等.高碳鉻軸承鋼BL等溫淬火工藝已在鐵路、軋機(jī)軸承上得到成功運(yùn)用；取得了較好效果.
(1)擴(kuò)展了GCr15鋼運(yùn)用規(guī)模；通常地GCr15鋼M淬火時(shí)套圈有用壁厚在12mm以下；但BL淬火時(shí)因?yàn)橄觖}冷卻才能強(qiáng)；若選用拌和、串動(dòng)、加水等辦法；套圈有用壁厚可擴(kuò)展至28mm左右.
(2)硬度安穩(wěn)、均勻性好:因?yàn)锽L轉(zhuǎn)變是一個(gè)緩慢進(jìn)程；通常GCr15鋼需4h；GCr18Mo鋼需5h；套圈在硝鹽中長(zhǎng)時(shí)刻等溫；外表心部安排轉(zhuǎn)變簡(jiǎn)直一起進(jìn)行；因而硬度安穩(wěn)、均勻性好；通常GCr15鋼BL淬火后硬度在59～61HRC,均勻性≤1HRC；不象M 淬火時(shí)套圈壁厚稍大一些就呈現(xiàn)硬度低、軟點(diǎn)、均勻性差等難題.
(3)削減淬火、磨削裂紋:在鐵路、軋機(jī)軸承出產(chǎn)中；因?yàn)樘兹Τ叨却蟆⒎至恐兀挥痛慊饡r(shí)M安排脆性大；為使淬火后取得高硬度常采納強(qiáng)冷卻辦法；效果招致淬火微裂紋，因?yàn)镸淬火后外表為拉應(yīng)力；在磨加工時(shí)磨削應(yīng)力的疊加使全體應(yīng)力水平進(jìn)步；易構(gòu)成磨削裂紋；構(gòu)成批量廢品.而B(niǎo)L淬火時(shí)；因?yàn)锽L安排比M安排耐性好得多；一起外表構(gòu)成高達(dá)-400～-500MPa的壓應(yīng)力；極大地減小了淬火裂紋傾向[19]，在磨加工時(shí)外表壓應(yīng)力抵消了有些磨削應(yīng)力；使全體應(yīng)力水平下降；大大削減了磨削裂紋.
（4）軸承運(yùn)用壽數(shù)進(jìn)步:關(guān)于接受大沖擊載荷的鐵路、軋機(jī)軸承等；經(jīng)M淬火后運(yùn)用時(shí)首要失效方式為：裝置時(shí)內(nèi)套開(kāi)裂；運(yùn)用進(jìn)程中受沖擊外圈擋邊掉塊、內(nèi)圈碎裂；而等溫淬火軸承因?yàn)闆_擊耐性好、外表壓應(yīng)力；無(wú)論裝置時(shí)內(nèi)套開(kāi)裂；仍是運(yùn)用進(jìn)程中外套擋邊掉塊、內(nèi)套碎裂傾向性大大減.銥山檔凸鱟擁謀咴滌α.因而；經(jīng)等溫淬火后比M淬火后平均壽數(shù)及牢靠性進(jìn)步.
SKF公司把高碳鉻軸承鋼貝氏體等溫淬火工藝首要運(yùn)用于鐵路軸承、軋機(jī)軸承以及在特別工況下運(yùn)用的軸承；一起開(kāi)發(fā)了適合于貝氏體淬火的鋼種（SKF24、SKF25、100Mo7）[19].其淬火時(shí)選用較長(zhǎng)的等溫時(shí)刻；淬后得到全下貝氏體安排.邇來(lái)SKF又研制出一種新鋼種775V[22]；并經(jīng)過(guò)特別的等溫淬火得到更均勻的下貝氏體；淬后硬度添加的一起其耐性比慣例等溫淬火進(jìn)步60%；耐磨性進(jìn)步了3倍；處置的套圈壁厚超越100mm.有些等溫后得到M/BL復(fù)合安排的功能尚有爭(zhēng)議；如BL的含量多少為最佳等.即便有一最佳含量；在出產(chǎn)實(shí)踐中怎么操控；且復(fù)合安排在等溫后還需進(jìn)行一次附加回火；添加了出產(chǎn)本錢.FAG公司首要選用貝氏體分級(jí)淬火工藝；其詳細(xì)的工藝狀況不詳.
4 滲碳、滲氮及碳氮共滲
4。1 低碳鋼滲碳、滲氮及碳氮共滲
滲碳是傳統(tǒng)的外表化學(xué)熱處置工藝；滲碳鋼（低碳低合金鋼、低碳高合金高溫滲碳鋼）經(jīng)滲碳淬火后外表高硬耐磨、心部強(qiáng)韌.滲碳工藝展開(kāi)一方面是滲碳介質(zhì)的改進(jìn)；如參加添加滲速的添加劑；選用強(qiáng)滲--分散的替換循環(huán)工藝進(jìn)步滲速、改進(jìn)滲層安排等.
跟著真空技能的展開(kāi)；呈現(xiàn)了真空低壓滲碳及等離子滲碳.易普森等公司[23]開(kāi)發(fā)的乙炔低壓滲碳工藝是在10mbar以下的低壓下；以乙炔為滲碳介質(zhì)在真空爐內(nèi)進(jìn)行.其特點(diǎn)是滲速快、滲層均勻、碳黑少、滲后工件亮光，別的；對(duì)滲層需求較薄的沖壓滾針軸承類零件碳氮共滲或滲碳而言；滲層深度、成分的操控及怎么進(jìn)步滲速更是一大難題；選用真空低壓滲碳技能將有運(yùn)用處置這些難題.
對(duì)高合金滲碳鋼進(jìn)行等離子滲碳可進(jìn)步滲速、削減外表粗大碳化物的構(gòu)成[24].對(duì)低碳鋼制滾針軸承內(nèi)外圈及堅(jiān)持架選用滲氮或碳氮共滲；可進(jìn)步其耐磨性及耐蝕性、下降摩擦系數(shù).
4。2高碳鉻軸承鋼的滲碳或碳氮共滲
高碳鉻軸承鋼通常是全體淬硬；淬后的剩余應(yīng)力為外表拉應(yīng)力狀況；易構(gòu)成淬火裂紋、下降軸承的運(yùn)用功能.經(jīng)過(guò)對(duì)其進(jìn)行滲碳、滲氮或碳氮共滲；進(jìn)步表層的碳、氮含量；下降外表層的Ms點(diǎn)；在淬火進(jìn)程中外表后發(fā)作轉(zhuǎn)變而構(gòu)成外表壓應(yīng)力；進(jìn)步耐磨性及翻滾觸摸疲憊功能[25；26].比來(lái)的研討還標(biāo)明：高碳鉻軸承鋼經(jīng)滲碳或碳氮共滲后還可進(jìn)步軸承在污染條件下的觸摸疲憊壽數(shù)[25~27].通常；在淬火加熱時(shí)；經(jīng)過(guò)操控氣氛的碳（氮）勢(shì)；可到達(dá)以上意圖.但若是對(duì)高碳鉻軸承鋼進(jìn)行超凡滲碳（碳勢(shì)>2%）；則有必要加大加工余量；去掉滲碳淬火后表層的粗大碳化物.
4。3 工藝操控
滲碳（滲氮或碳氮共滲）氣氛的檢測(cè)和操控是要害參數(shù)；最早是選用露點(diǎn)儀、CO2紅外分析儀；當(dāng)前首要選用氧探頭來(lái)檢測(cè)碳勢(shì)（或氮?jiǎng)荩黄浞错懰俣瓤欤豢蛇M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；合作CO2紅外分析儀或其他丈量辦法（如易普森開(kāi)發(fā)的HydroNit探頭[28]）可對(duì)碳勢(shì)（或氮?jiǎng)荩⿲?shí)施準(zhǔn)確操控.
工藝操控的另一方面是滲碳（滲氮或碳氮共滲）進(jìn)程的核算機(jī)模仿操控.碳在鋼中傳遞和分散的核算機(jī)模仿開(kāi)端于20世紀(jì)80年代；之后進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了人機(jī)對(duì)話軟件（Carb-o-Prof）；使大家能夠現(xiàn)場(chǎng)核算不相同鋼種在滲碳進(jìn)程中任一時(shí)刻碳的傳遞與分散速度.該軟件思考了溫度、碳勢(shì)等工藝參數(shù)改變的影響；能夠完結(jié)所需的外表碳含量及滲層深度的工藝參數(shù)的核算；并能依據(jù)工藝進(jìn)程中的參數(shù)發(fā)作的改變或呈現(xiàn)的攪擾主動(dòng)調(diào)整碳勢(shì)、滲碳時(shí)刻等工藝參數(shù)；以到達(dá)工件預(yù)訂的需求.比來(lái)；又推出了“Carb-o-Prof-Expert”專家體系.該軟件集成了大多數(shù)滲碳鋼及滲碳淬火的物理冶金常識(shí)、設(shè)備功能、工件的技能需求等數(shù)據(jù)；只要向核算機(jī)輸入工件的鋼種、分量、幾許尺度、淬透性、滲層需求及爐型等數(shù)據(jù)；核算機(jī)便會(huì)輸出一個(gè)滲碳工藝；并主動(dòng)完結(jié)該工藝[29].
5外表改性技能
5。2 離子寫入
離子注人與其他外表強(qiáng)化技能比較；具有以下的顯著長(zhǎng)處：(1)離子注人后的零件；能很好地堅(jiān)持原有的尺度精度和外表粗糙度；不需求再做其它外表加工處置,很適合于航空軸承等精細(xì)零件出產(chǎn)的最終一道工序，(2)原則上不受冶金學(xué)或平衡相圖的約束；可依據(jù)零件的作業(yè)條件和技能需求；挑選需求的任何注人元素；注人劑量和能量；取得預(yù)期的高耐磨性或耐腐蝕性等特別需求的軸承外表；靈活性大；實(shí)用性強(qiáng)；對(duì)基體資料的挑選也能夠恰當(dāng)放寬；然后可節(jié)約寶貴的高合金鋼材和其它寶貴金屬資料，(3)寫入層與基體資料聯(lián)系結(jié)實(shí)牢靠、無(wú)顯著界面；在運(yùn)用中不會(huì)發(fā)作掉落和剝皮表象；這對(duì)進(jìn)步軸承壽數(shù)和作業(yè)牢靠性來(lái)說(shuō)非常重要，(4)離子注人是一個(gè)非高溫進(jìn)程；能夠在較低的溫度下完結(jié)；零件不會(huì)發(fā)作回火、變形和外表氧化，（5）具有很好的可控性和重復(fù)性.歐美等國(guó)對(duì)離子寫入進(jìn)行了很多的研討[30~37].
美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室從1979年起進(jìn)行了軸承零件離子寫入的研討；英國(guó)、丹麥和葡萄牙等國(guó)從1989年開(kāi)端進(jìn)行與美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室類似的作業(yè).效果標(biāo)明：寫入鉻離子能顯著進(jìn)步M50鋼的抗腐蝕功能；而且抗觸摸疲憊功能也有所進(jìn)步，此外還用注人硼離子來(lái)進(jìn)步外表軸承的抗磨損才能，對(duì)軸承鋼52100進(jìn)行氮等離子源離子寫入（PSⅡ）后在外表構(gòu)成薄層氮化物；可進(jìn)步軸承鋼的耐蝕性；用于替代貴重的不銹鋼，對(duì)SUS440C不銹鋼球軸承進(jìn)行氮、硼離子寫入可減小球軸承細(xì)微搖擺的微振磨損及軸承的塵埃排放；別的；對(duì)不銹鋼進(jìn)行（Ti+N）或（Ta+N）等離子體浸沒(méi)離子寫入（PSⅢ）可顯著進(jìn)步其顯微硬度、耐磨性和壽數(shù).
5。2 外表涂覆
外表涂覆技能包含：物理氣相堆積（PVD）、化學(xué)氣相堆積（CVD）、射頻濺射（RF）、離子噴涂（Plasma spraying coating, PSC）、化學(xué)鍍等[38~42].PVD與CVD比較；其工藝進(jìn)程中被處置工件的溫生低；鍍后不需再進(jìn)行熱處置；再軸承零件的外表處置中得到較廣泛的運(yùn)用.100Cr6、440C等鋼制軸承零件經(jīng)PVD、CVD或RF鍍TiC、TiN、TiAlN等后；可進(jìn)步軸承零件的耐磨性、觸摸疲憊抗力；下降外表摩擦系數(shù).
SKF公司這些年開(kāi)發(fā)了兩種涂鍍技能：一是選用PVD在軸承套圈及翻滾體外表鍍硬度極高的金剛石布局的碳（Diamond-Like Carbon, DLC）；外表硬度比淬硬軸承鋼高40~80%、摩擦系數(shù)類似于PTFE或MoS2；具有自光滑特性；且與基體聯(lián)系杰出、無(wú)脫落；軸承壽數(shù)、耐磨性大幅度進(jìn)步；在斷油的狀況下仍可正常作業(yè)；被稱為“NoWear bearing”[38]; 二是選用PSC在軸承的外圈外圓面噴涂一層100μm后的氧化鋁；使軸承的絕緣才能高達(dá)1000V以上；經(jīng)過(guò)添加氧化鋁的厚度使軸承具有更高絕緣才能.涂鍍的氧化鋁與基體聯(lián)系結(jié)實(shí)；還可進(jìn)步軸承的耐蝕性；鍍后的軸承（INSOCOATTM bearing）可像通常軸承相同進(jìn)行裝置[39].
低溫離子滲硫是20世紀(jì)80年代后期呈現(xiàn)的外表改性技能.其基本原理與離子滲氮類似；在必定的真空度下；運(yùn)用高壓直流電使含硫氣體電離；生成的硫離子轟擊工件外表；在工件外表與鐵反響生成以FeS為主的10μm左右厚的硫化物層.硫化物是杰出的固體光滑劑；有用地下降鋼件觸摸外表的摩擦系數(shù)；且隨載荷增大；摩擦系數(shù)進(jìn)一步下降；因而能夠大大進(jìn)步重載下軸承的耐磨性；軸承的壽數(shù)可進(jìn)步3倍左右.
低溫磷化與滲硫的效果類似.經(jīng)過(guò)把工件放置于40℃的TAP溶液（磷酸十三烷酸脂）中浸滲4h可在工件外表取得0。05~0。25μm厚的Fe2O3和Fe4(P2O7)3的外表層；下降摩擦系數(shù)、進(jìn)步耐磨性.經(jīng)磷化的M50鋼軸承在短期斷油的狀況下不呈現(xiàn)卡死；進(jìn)步了軸承的牢靠性[36].
分散滲鉻是用氣體辦法（粉末法）在850~1100℃進(jìn)行；時(shí)刻為1~9h；依據(jù)零件所用鋼種（ШХ15、95Х18、55СМ5Ф.┘靶閱芐枰∮孟嚶Φ奈露群褪奔洌輝謚岢猩靶薷粗芯墑褂.滲后分散層由Cr2(NC)3、(Cr,Fe)23C6及(Cr,Fe)7C3組成；層深16~27μm；硬度1650~1900HV.滲鉻并進(jìn)行慣例熱處置后；耐熱性、耐蝕性、耐磨性及觸摸疲憊強(qiáng)度均顯著進(jìn)步[42].
6 外表加熱淬火
感應(yīng)加熱外表淬火是運(yùn)用較為廣泛的辦法之一；原蘇聯(lián)對(duì)對(duì)這一工藝的理論和出產(chǎn)運(yùn)用展開(kāi)了較多的研討[43~48]；其首要運(yùn)用場(chǎng)合分兩類：一是鐵路軸承的外表感應(yīng)加熱淬火；選用新資料ШХ4鋼制的套圈經(jīng)感應(yīng)加熱淬火后；外表為硬而耐磨的馬氏體安排；心部為耐性較好的索氏體、屈氏體；外表為高達(dá)500Mpa的壓應(yīng)力；其運(yùn)用壽數(shù)比ШХ15СГ制軸承高1倍；而且徹底消除了套圈運(yùn)用時(shí)俄然脆斷的表象；進(jìn)步了軸承的牢靠性；功能與低碳鋼滲碳淬火類似；但本錢遠(yuǎn)低于后者.一起；也開(kāi)宣布相應(yīng)的專用感應(yīng)器和淬火設(shè)備；并把這一資料及感應(yīng)淬火的效果推行到需求耐磨和高耐性的軋機(jī)軸承等重載軸承，感應(yīng)加熱外表淬火的另一運(yùn)用是特大型軸承的熱處置；削減大型軸承套圈的淬火變形和硬度不均勻性；一起節(jié)約設(shè)備的出資費(fèi)用.日本[47]把外表感應(yīng)加熱淬火成功地運(yùn)用于汽車等速完向節(jié)的熱處置；包含階梯軸、殼體內(nèi)外表及滾道的淬火均由特制的感應(yīng)圈一次加熱完結(jié).高頻熱處置和冷鍛技能的運(yùn)用使出產(chǎn)本錢大大下降；產(chǎn)物的牢靠性也大幅度進(jìn)步.
激光等高能束外表熱處置是這些年開(kāi)發(fā)的新的熱處置辦法[49~50]；運(yùn)用較多的CO2激光束.經(jīng)過(guò)激光加熱可取得0。25~2。0mm的硬化層；與其他外表硬化辦法比較；其具有硬化層深度及方位操控準(zhǔn)確、無(wú)變形等長(zhǎng)處.高碳鉻軸承鋼零件經(jīng)外表激光硬化后淬硬層的馬氏體極細(xì)微、碳化物散布更均勻、剩余奧氏體很少；比通常淬回火具有更高硬度和滑動(dòng)耐磨性.別的；激光等高能束還可作為外表涂覆工藝的熱源；一次可完結(jié)外表淬火和涂覆進(jìn)程；尤其是這些年納米技能的展開(kāi)；這一復(fù)合工藝進(jìn)程在精細(xì)軸承零件的外表處置中將有寬廣的運(yùn)用遠(yuǎn)景.
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