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【FAG軸承一級(jí)代理】影響軸承壽命的材料因素及控制

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文章出處:www.www.sdjatyqc.com/?liwen0112網(wǎng)責(zé)任編輯:作者:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2016-01-21 16:00:00

  濟(jì)南市鴻慷機(jī)電設(shè)備有限公司位于交通便利的泉城濟(jì)南,是全球生產(chǎn)滾動(dòng)軸承和直線運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)---德國舍弗勒集團(tuán)在山東的授權(quán)代理商。公司專營舍弗勒集團(tuán)旗下兩大品牌INA軸承和FAG軸承,是一家順應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要而誕生的專業(yè)化新型高端軸承公司。多年來一直從事軸承的銷售和售后技術(shù)支持,在機(jī)械行業(yè)技術(shù)方面有著非常豐富的經(jīng)驗(yàn),今天濟(jì)南鴻慷機(jī)電進(jìn)口軸承專家為大家介紹一下影響軸承壽命的材料因素及控制。

軸承鋼

 

  1.影響軸承壽命的材料因素

 

  滾動(dòng)軸承的早期失效形式,主要有破裂、塑性變形、磨損、腐蝕和疲勞,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之外,主要受鋼的硬度、強(qiáng)度、韌性、耐磨性、抗蝕性和內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)制約。影響這些性能和狀態(tài)的主要內(nèi)在因素有如下幾項(xiàng)。

 

  1.1淬火鋼中的馬氏體

 

  高碳鉻鋼原始組織為粒狀珠光體時(shí),在淬火低溫回火狀態(tài)下,淬火馬氏體含碳量,明顯影響鋼的力學(xué)性能。強(qiáng)度、韌性在0.5%左右,接觸疲勞壽命在0.55%左右,抗壓潰能力在0.42%左右,當(dāng)GCr15鋼淬火馬氏體含碳量為0.5%~0.56%時(shí),可以獲得抗失效能力最強(qiáng)的綜合力學(xué)性能。應(yīng)該指出,在這種情況下獲得的馬氏體是隱晶馬氏體,測得的含碳量是平均含碳量。實(shí)際上,馬氏體中的含碳量在微區(qū)內(nèi)是不均勻的,靠近碳化物周圍的碳濃度高于遠(yuǎn)離碳化物原鐵素體部分,因而它們開始發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度不同,從而抑制了馬氏體晶粒的長大和顯微形態(tài)的顯示而成為隱晶馬氏體。它可避免高碳鋼淬火時(shí)易出現(xiàn)的顯微裂紋,而且其亞結(jié)構(gòu)為強(qiáng)度與韌性均高的位錯(cuò)型板條狀馬氏體。因此,只有當(dāng)高碳鋼淬火時(shí)獲得中碳隱晶馬氏體時(shí)軸承零件才可能獲得抗失效能力最佳的基體。 

 

  1.2淬火鋼中的殘留奧氏體

 

  高碳鉻鋼經(jīng)正常淬火后,可含有8%~20%Ar(殘留奧氏體)。軸承零件中的Ar有利也有弊,為了興利除弊,Ar含量應(yīng)適當(dāng)。由于Ar量主要與淬火加熱奧氏體化條件有關(guān),它的多少又會(huì)影響淬火馬氏體的含碳量和未溶碳化物的數(shù)量,較難正確反映Ar量對(duì)力學(xué)性能的影響。為此,固定奧氏條件,利用奧氏體體化熱穩(wěn)定化處理工藝,以獲得不同Ar量,在此研究了淬火低溫回火后Ar含量對(duì)GCr15鋼硬度和接觸疲勞壽命的影響。隨著奧氏體含量的增多,硬度和接觸疲勞壽命均隨之而增加,達(dá)到峰值后又隨之而降低,但其峰值的Ar含量不同,硬度峰值出現(xiàn)在17%Ar左右,而接觸疲勞壽命峰值出現(xiàn)在9%左右。當(dāng)試驗(yàn)載荷減小時(shí),因Ar量增多對(duì)接觸疲勞壽命的影響減小。這是由于當(dāng)Ar量不多時(shí)對(duì)強(qiáng)度降低的影響不大,而增韌的作用則比較明顯。原因是載荷較小時(shí),Ar發(fā)生少量變形,既消減了應(yīng)力峰,又使已變形的Ar加工強(qiáng)化和發(fā)生應(yīng)力應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變而強(qiáng)化。但如載荷大時(shí),Ar較大的塑性變形與基體會(huì)局部產(chǎn)生應(yīng)力集中而破裂,從而使壽命降低。應(yīng)該指出,Ar的有利作用必須是在Ar穩(wěn)定狀態(tài)之下,如果自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,將使鋼的韌性急劇降低而脆化。

 

  1.3淬火鋼中的未溶碳化物

 

  淬火鋼中未溶碳化物的數(shù)量、形貌、大小、分布,既受到鋼的化學(xué)成分和淬火前原始組織的影響,又受奧氏體化條件的影響,有關(guān)未溶碳化物對(duì)軸承壽命的影響研究較少。碳化物是硬脆相,除了對(duì)耐磨性有利之外,承載時(shí)因會(huì)(特別是碳化物呈非球形)與基體引起應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋,從而會(huì)降低韌性和疲勞抗力。淬火未溶碳化物除了自身對(duì)鋼的性能產(chǎn)生影響之外,還影響淬火馬氏體的含碳量和Ar含量及分布,從而對(duì)鋼的性能產(chǎn)生附加影響。為了揭示未溶碳化物對(duì)性能的影響,采用不同含碳量的鋼,淬火后使其馬氏體含碳量和Ar含量相同而未溶碳化物含量不同的狀態(tài),經(jīng)150℃回火后,由于馬氏體含碳量相同,而且硬度較高,因而未溶碳化物少量增高對(duì)硬度增高值不大,反映強(qiáng)度和韌性的壓潰載荷則有所降低,對(duì)應(yīng)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(duì)鋼的綜合力學(xué)性能和失效抗力是有害的。適當(dāng)降低軸承鋼的含碳量是提高制件使用壽命的途徑之一。

  淬火未溶碳化物除了數(shù)量對(duì)材料性能有影響之外,尺寸、形貌、分布也對(duì)材料性能產(chǎn)生影響。為了避免軸承鋼中未溶碳化物的危害,要求未溶碳化物少(數(shù)量少)、?。ǔ叽缧。?、勻(大小彼此相差很小,而且分布均勻)、圓(每粒碳化物皆呈球形)。應(yīng)該指出,軸承鋼淬火后有少量未溶碳化物是必要的,不僅可以保持足夠的耐磨性,而且也是獲得細(xì)晶粒隱晶馬氏體的必備條件。 

 

  1.4淬火回火后的殘留應(yīng)力

 

  軸承零件經(jīng)淬火低溫回火后,仍具有較大的內(nèi)應(yīng)力。零件中的殘留內(nèi)應(yīng)力有利和弊兩種狀態(tài)。鋼件熱處理后,隨著表面殘留壓應(yīng)力的增大,鋼的疲勞強(qiáng)度隨之增高,反之表面殘留內(nèi)應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí),則使鋼的疲勞強(qiáng)度降低。這是由于零件的疲勞失效出現(xiàn)在承受過大拉應(yīng)力的時(shí)候,當(dāng)表面有較大壓應(yīng)力殘存時(shí),會(huì)抵消同等數(shù)值的拉應(yīng)力,而使鋼的實(shí)際承受拉應(yīng)力數(shù)值減小,使疲勞強(qiáng)度極限值增高,當(dāng)表面有較大拉應(yīng)力殘存時(shí),會(huì)與承受的拉應(yīng)力載荷疊加而使鋼的實(shí)際承受的拉應(yīng)力明顯增大,即使疲勞強(qiáng)度極限值降低。因此,使軸承零件淬火回火后表面殘留較大的壓應(yīng)力,也是提高使用壽命的措施之一(當(dāng)然過大的殘留應(yīng)力可能引起零件的變形甚至開裂,應(yīng)給予足夠重視)。

 

  1.5鋼的雜質(zhì)含量

 

  鋼中的雜質(zhì)包括非金屬夾雜物和有害元素(酸溶)含量,它們對(duì)鋼性能的危害往往是相互助長的,如氧含量越高,氧化物夾雜物就越多。鋼中雜質(zhì)對(duì)力學(xué)性能和制件抗失效能力的影響與雜質(zhì)的類型、性質(zhì)、數(shù)量、大小及形狀有關(guān),但通常都有降低韌性、塑性和疲勞壽命的作用。 

  隨著夾雜物尺寸的增大,疲勞強(qiáng)度隨之而降低,而且鋼的抗拉強(qiáng)度越高,降低趨勢加大。鋼中含氧量增高(氧化物夾雜增多),彎曲疲勞和接觸疲勞壽命在高應(yīng)力作用下也隨之降低。因此,對(duì)于在高應(yīng)力下工作的軸承零件,降低制造用鋼的含氧量是必要的。一些研究表明,鋼中的MnS夾雜物,因形狀呈橢球狀,而且能夠包裹危害較大的氧化物夾雜,故其對(duì)疲勞壽命降低影響較小甚至還可能有益,故可從寬控制。

 

  2.影響軸承壽命的材料因素的控制

 

  為了使上述影響軸承壽命的材料因素處于最佳狀態(tài),首先需要控制淬火前鋼的原始組織,可以采取的技術(shù)措施有:高溫(1050℃)奧氏體化速冷至630℃等溫正火獲得偽共析細(xì)珠光體組織,或者冷至420℃等溫處理,獲得貝氏體組織。也可采用鍛軋余熱快速退火,獲得細(xì)粒狀珠光體組織,以保證鋼中的碳化物細(xì)小和均勻分布。這種狀態(tài)的原始組織在淬火加熱奧氏體化時(shí),除了溶入奧氏體中的碳化物外,未溶碳化物將聚集成細(xì)粒狀。

  當(dāng)鋼中的原始組織一定時(shí),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持時(shí)間,隨著淬火加熱溫度增高(時(shí)間一定),鋼中未溶碳化物數(shù)量減少(淬火馬氏體含碳量增高)、殘留奧氏體數(shù)量增多,硬度則先隨著淬火溫度的增高而增加,達(dá)到峰值后又隨著溫度的升高而降低。當(dāng)淬火加熱溫度一定時(shí),隨著奧氏體化時(shí)間的延長,未溶碳化物的數(shù)量減少,殘留奧氏體數(shù)量增多,硬度增高,時(shí)間較長時(shí),這種趨勢減緩。當(dāng)原始組織中碳化物細(xì)小時(shí),因碳化物易于溶入奧氏體,故使淬火后的硬度峰移向較低溫度和出現(xiàn)在較短的奧氏體化時(shí)間。 

  綜上所述,GCrl5鋼淬火后未溶碳化物在7%左右,殘留奧氏體在9%左右(隱晶馬氏體的平均含碳量在0.55%左右)為最佳組織組成。而且,當(dāng)原始組織中碳化物細(xì)小,分布均勻時(shí),在可靠地控制上述水平的顯微組織組成時(shí),有利于獲得高的綜合力學(xué)性能,從而具有高的使用壽命。應(yīng)該指出,具有細(xì)小彌散分布碳化物的原始組織,淬火加熱保溫時(shí),未溶的細(xì)小碳化物會(huì)聚集長大,使其粗化。因此,對(duì)于具有這種的原始組織軸承零件淬火加熱時(shí)間不宜過長,采用快速加熱奧氏體化淬火工藝,將可獲得更高的綜合力學(xué)性能。 

  為了使軸承零件淬回火后表面殘留較大的壓應(yīng)力,可在淬火加熱時(shí)通入滲碳或滲氮的氣氛,進(jìn)行短時(shí)間的表面滲碳或滲氮。由于這種鋼淬火加熱時(shí)奧氏體實(shí)際含碳量不高,遠(yuǎn)低于相圖上示出的平衡濃度,因此可以吸碳(或氮)。當(dāng)奧氏體含有較高的碳或氮后,其Ms降低,淬火時(shí)表層較內(nèi)層和心部后發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變,產(chǎn)生了較大的殘留壓應(yīng)力。GCrl5鋼以滲碳?xì)夥蘸头菨B碳?xì)夥占訜岽慊?均經(jīng)低溫回火)處理后,經(jīng)接觸疲勞試驗(yàn)可以看出,表面滲碳的壽命比未滲碳的提高了1.5倍。其原因就是滲碳的零件表面具有較大的殘留壓應(yīng)力。

 

  3.結(jié)論

 

  影響高碳鉻鋼滾動(dòng)軸承零件使用壽命的主要材料因素及控制程度為:

?。?)鋼在淬火前的原始組織中的碳化物要求細(xì)小、彌散??刹捎酶邷貖W氏體化630℃、或420℃高溫,也可利用鍛軋余熱快速退火工藝來實(shí)現(xiàn)。

 (2)對(duì)于GCr15鋼淬火后,要求獲得平均含碳量為0.55%左右的隱晶馬氏體、9%左右Ar和7%左右呈勻、圓狀態(tài)的未溶碳化物的顯微組織??衫么慊鸺訜釡囟群蜁r(shí)間來控制得到這種顯微組織。

?。?)零件淬火低溫回火后要求表面殘留有較大的壓應(yīng)力,這有助于疲勞抗力的提高??刹捎迷诖慊鸺訜釙r(shí)進(jìn)行表面短時(shí)間滲碳或滲氮的處理工藝,使得表面殘留有較大的壓應(yīng)力。

?。?)制造軸承零件用鋼,要求具有較高的純凈度,主要是減少O2、N2、P、氧化物和磷化物的含量??刹捎秒娫厝?,真空冶煉等技術(shù)措施使材料含氧量≤15PPM為宜。 

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