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材料热处理对轧机轴承寿命的影响(2)-ZWZ瓦轴

    1.4淬火和低温回火后,淬火回火后的残余应力ZWZ瓦轴轴承件仍有较大的内应力。零件的残余内应力有其优缺点。热处理后,钢的疲劳强度随着表面残余压应力的增加而增加,相反,当表面残余内应力为拉伸应力时,钢的疲劳强度降低。这是由于零件在承受过大的拉伸应力时会发生疲劳失效。当表面存在较大的残余压应力时,等效拉应力将被抵消,钢的实际拉应力值将减小,从而提高疲劳强度的极限值。当表面存在较大的残余拉应力时,钢的实际拉应力将明显地与拉应力载荷叠加。增加,即使疲劳强度极限值降低。因此,淬火回火后瓦轴轴承零件表面的残余压应力也是提高使用寿命的措施之一(当然,过量的残余应力会引起零件的变形甚至开裂,应该引起足够的重视)。
    1.5钢中的杂质包括非金属杂质和有害元素(酸溶性)。它们对钢材性能的危害往往是相互加强的。例如,含氧量越高,氧化物夹杂越多。杂质对零件力学性能和失效抗力的影响与杂质的种类、性能、数量、尺寸和形状有关,但通常会降低材料的韧性、塑性和疲劳寿命。随着夹杂物尺寸的增大,疲劳强度降低,钢的拉伸强度越高,疲劳强度下降的趋势越大。在高应力作用下,钢中氧含量的增加(氧化物夹杂物的增加)、弯曲疲劳和接触疲劳寿命也随之降低。因此,有必要降低制造高应力轴承零件用钢的含氧量。一些研究表明,钢中的MnS夹杂物由于其椭圆的形状可以从宽度控制,并且可以包封具有较大损害的氧化物夹杂物,因此它们对疲劳寿命的减少几乎没有或甚至有益的影响。
    2。控制影响ZWZ瓦轴轴承寿命的材料因素。为了使上述影响轴承寿命的材料因素处于最佳状态,应首先控制淬火前钢的原始组织。可采取的技术措施有:高温(1050C)奥氏体化快速冷却至630 C等温正火获得准共析细珠光体组织,或冷至420 C等温处理获得贝氏体组织。通过锻造和轧制废热的快速退火,也可以获得细珠光体组织,以保证碳化物在钢中的细化和均匀分布。在淬火和加热的奥氏体化过程中,除碳化物溶解在奥氏体中外,原始组织会聚集成细晶粒。当钢的原始组织固定时,淬火马氏体的碳含量(即淬火加热后奥氏体的碳含量)、残余奥氏体的数量和未溶解碳化物的数量主要取决于淬火加热温度和保温时间。随着淬火加热温度(一定时间)的升高,钢中未溶碳化物的数量减少(淬火马氏体的碳含量增加),残余奥氏体的数量增加。硬度随淬火温度的升高而增大,随温度的升高而降低。
    综上所述,GCRL5钢淬火后的最佳组织是约7%的未溶碳化物和9%的残余奥氏体(约为隐晶态马氏体平均含碳量的0.55%)。此外,当原始结构中的碳化物细小均匀分布时,当上述水平的组织成分得到可靠控制时,有利于获得较高的综合力学性能,从而具有较高的使用寿命。需要指出的是,原始组织中的细小弥散碳化物在淬火和加热时会使未溶出的细小碳化物团聚和粗化。因此,这种原结构ZWZ瓦轴轴承零件的淬火加热时间不宜太长,采用快速加热奥氏体淬火工艺可获得较高的综合力学性能。为了使ZWZ瓦轴轴承零件表面淬火回火后残余较大的压应力,在淬火和加热过程中可渗透渗碳或渗氮气氛,并可短时进行表面渗碳或渗氮。由于淬火加热时奥氏体的实际碳含量不高,远低于相图所示的平衡浓度,因此可以吸附碳(或氮)。当奥氏体中含有较高的碳或氮时,与内层和芯子相比,其MS值降低,淬火时表层发生马氏体转变,导致残余压应力较大。在渗碳气氛和非渗碳气氛(均为低温回火)加热淬火后,接触疲劳试验表明,表面渗碳的寿命是未渗碳钢的1.5倍。其原因是渗碳件表面存在较大的残余压应力。
    结论影响高碳铬钢滚动轴承零件使用寿命的主要材料因素和控制程度如下:
    (1)淬火前钢原结构中的碳化物应细小分散。可通过高温奥氏体化630℃或420℃,或通过锻造和轧制余热快速退火工艺来实现。
    (2)对于淬火后的GCR15钢,要求获得平均含碳量约为0.55%的隐晶态马氏体组织,平均含碳量约为9%Ar,平均含碳量约为7%Ar的均匀圆形碳化物组织。显微组织可以通过淬火温度和时间来控制。
    (3)零件经低温调质后,表面应留有较大的残余压应力,有助于提高其抗疲劳性能。在淬火和加热过程中,表面渗碳或渗氮过程可以进行较短的时间,从而使表面残留物具有较大的压应力。
    (四)轴承件用钢要求纯度高,主要是降低氧、氮、磷、氧化物和磷化物的含量。电渣重熔、真空熔炼等技术措施可用于使材料的氧含量为15ppm。

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