滾動(dòng)軸承材料及熱處理技術(shù)展望
滾動(dòng)軸承材料及熱處理技術(shù)展望
- 2020/5/19 20:37:03
1、現(xiàn)有鋼種的新應(yīng)用
現(xiàn)有鋼種中，GCr15SiMn，GCr15SiMo具有較高的淬透性，一般用于制造大型軸承零件，以獲得足夠的淬硬層和硬度，根據(jù)目前軸承使用工況的變化，這兩種鋼可用于制造準(zhǔn)高溫或重載工況下使用的中小型軸承，以提高其承載能力及抗高溫性能；GCr18Mo為貝氏體淬火開(kāi)發(fā)的鋼種，原用于制造經(jīng)貝氏體淬火處理的鐵路、軋機(jī)軸承，現(xiàn)可開(kāi)展用于帶電環(huán)境下工作的脂潤(rùn)滑軸承的研究，以提高抗白色組織疲勞剝落的性能。
2、開(kāi)發(fā)新鋼種
開(kāi)發(fā)不同淬透性的軸承鋼以適應(yīng)不同尺寸軸承零件的要求，避免為保證零件的淬硬層而采取過(guò)度加熱和激烈冷卻而帶來(lái)的不利影響（淬火裂紋、變形等），解決我國(guó)軸承鋼種單一的問(wèn)題。
開(kāi)發(fā)不同用途的軸承鋼以適應(yīng)不同軸承用途的要求。如：開(kāi)發(fā)新型馬氏體不銹鋼、準(zhǔn)高溫用鋼、耐水系列軸承鋼、耐污染軸承鋼、抗白色組織疲勞剝落的鋼種、高氮鋼HNS（X30、ESI）等。
3、提高現(xiàn)有材料的質(zhì)量
改善夾雜物的性質(zhì)、分布及尺寸均勻性，提高軸承的壽命及可靠性。在氧含量較低的水平下，夾雜物的總量較低，但偶爾有個(gè)別大尺寸的氧化物碰巧出現(xiàn)在滾道面或次表面最大應(yīng)力區(qū)，會(huì)造成軸承壽命非常短，從而使整批軸承的可靠性大大下降。因此，在降低氧含量的同時(shí)要嚴(yán)格控制夾雜物的均勻性。如嚴(yán)格選取煉鋼原料、改進(jìn)冶煉工藝及軋鋼工藝等。
改善碳化物及成分均勻性。國(guó)產(chǎn)軸承鋼的碳濃度分布不均勻，碳化物尺寸大且分布不均勻，出現(xiàn)大顆粒、帶狀碳化物等。破壞了基體的連續(xù)性，變形協(xié)調(diào)能力及碳化物的有益作用，影響加工質(zhì)量?？赏ㄟ^(guò)鋼水澆注增加電磁攪拌，加大鋼坯尺寸和軋制比，并進(jìn)行1 200～1 250 ℃的長(zhǎng)時(shí)間高溫退火等措施，均勻成分，改善碳化物的分布。
4、改進(jìn)常規(guī)馬氏體淬火技術(shù)
目前，軸承零件的常規(guī)馬氏體淬火多采用鑄鏈爐、網(wǎng)帶爐、輥底爐等連續(xù)淬火設(shè)備，淬火后的組織、硬度等指標(biāo)很容易控制在所期望的范圍內(nèi)。此類淬火工藝今后的發(fā)展方向有以下兩方面。
4.1 淬火變形的控制
淬火加熱設(shè)備基本采用了保護(hù)氣氛或可控氣氛，可以保證不脫碳或根據(jù)需要進(jìn)行復(fù)碳、滲碳，從而大大壓縮熱處理后的加工余量。但加工余量的可壓縮程度往往受到淬火變形的制約。目前，淬火變形（尤其是畸變）成為控制加工余量的主要因素。例如對(duì)于密封防塵軸承的套圈，淬火畸變將影響防塵蓋的壓入，進(jìn)而影響密封性能。因此，減小淬火畸變或?qū)崿F(xiàn)零畸變將是常規(guī)馬氏體淬火需要解決的主要問(wèn)題。影響淬火畸變的因素繁多，變形機(jī)理較為復(fù)雜，因此，每個(gè)生產(chǎn)廠家應(yīng)根據(jù)自身設(shè)備和產(chǎn)品特點(diǎn)，從生產(chǎn)實(shí)踐中探索出一些有效控制畸變的措施，如控制工件的擺放、入油方式、淬火油及油溫、攪拌等，從而實(shí)現(xiàn)少或無(wú)畸變淬火。
4.2 殘余應(yīng)力及殘余奧氏體的控制和評(píng)定
我國(guó)目前的熱檢標(biāo)準(zhǔn)中，增加了殘余奧氏體含量控制及相應(yīng)檢測(cè)方法，但還沒(méi)有殘余應(yīng)力的評(píng)定指標(biāo)限制。大量的研究表明：殘余應(yīng)力影響零件的接觸疲勞性能、韌性和磨削裂紋，適當(dāng)?shù)臍堄鄩簯?yīng)力可以提高接觸疲勞壽命，防止磨削及安裝裂紋的產(chǎn)生；殘余奧氏體降低尺寸穩(wěn)定性，其影響程度與殘余奧氏體本身的穩(wěn)定性、數(shù)量和存在部位有關(guān)。但適量的殘余奧氏體可以提高斷裂韌性和接觸疲勞性能。
多家國(guó)外的著名軸承公司已把殘余應(yīng)力和殘余奧氏體列入熱處理控制指標(biāo)。因此，進(jìn)一步開(kāi)展殘余應(yīng)力和殘余奧氏體對(duì)熱處理后性能的影響及其機(jī)理的研究，開(kāi)展淬回火工藝對(duì)殘余應(yīng)力和殘余奧氏體影響的研究，進(jìn)而根據(jù)軸承的工況提出殘余應(yīng)力和殘余奧氏體的控制指標(biāo)等，將是我國(guó)軸承行業(yè)熱處理研究的主要方向之一。
5、開(kāi)發(fā)貝氏體等溫淬火新鋼種及新工藝
就貝氏體等溫淬火而言，雖然對(duì)其工藝、組織、性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，但在大力推廣此工藝的同時(shí)，應(yīng)注意該工藝的限制，并非所有的軸承零件均適合貝氏體等溫淬火。
同時(shí)，應(yīng)開(kāi)展納米貝氏體等溫淬火用鋼的開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步提高貝氏體等溫淬火后的性能。另外，需開(kāi)展貝氏體等溫淬火介質(zhì)和相關(guān)技術(shù)研究，一方面開(kāi)發(fā)控制鹽浴含水量的技術(shù)以保證鹽浴的冷卻性能；另一方面尋求替代介質(zhì)和技術(shù)以減少環(huán)境污染，如采用無(wú)毒鹽浴代替硝鹽或采用其他冷卻方式代替鹽浴（控制噴水冷卻）；三是開(kāi)展貝氏體淬火工藝研究，縮短等溫時(shí)間。
6、進(jìn)一步開(kāi)展碳氮共滲及滲碳熱處理技術(shù)研究
近年來(lái)，洛陽(yáng)軸承研究所與有關(guān)單位合作，開(kāi)展了高碳鉻軸承鋼的碳氮共滲或滲碳熱處理工藝研究，同時(shí)還獨(dú)家開(kāi)展了中碳合金鋼特殊熱處理工藝的研究。研究結(jié)果表明：通過(guò)碳氮共滲或滲碳熱處理可以顯著提高接觸疲勞壽命。這一工藝在軸承行業(yè)具有重大的推廣價(jià)值，已在不少企業(yè)得到應(yīng)用。但仍有許多問(wèn)題需要研究，如對(duì)不同工況的軸承零件，如何得到最佳的滲層深度和組織，并進(jìn)一步細(xì)化碳氮化物，增加其數(shù)量；如何改變鋼的成分在滲后得到氮化硅、碳化釩等特殊化合物從而進(jìn)一步提高零件性能等。
對(duì)于滲碳鋼常規(guī)滲碳，國(guó)內(nèi)目前主要控制滲層深度、表面碳含量及碳化物形態(tài)，國(guó)外先進(jìn)企業(yè)還控制碳濃度及殘余應(yīng)力沿深度的分布趨勢(shì)。應(yīng)針對(duì)不同零件開(kāi)展碳濃度及殘余應(yīng)力沿深度分布的研究，以優(yōu)化滲后性能。
7、表面改性技術(shù)
軸承零件主要工作表面為滾動(dòng)接觸面，進(jìn)行表面涂層及其他改性處理可大幅提高軸承性能。我國(guó)軸承行業(yè)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始離子注入，涂覆MoS2類軟膜等在軸承上的應(yīng)用研究，并成功應(yīng)用于航空、航天領(lǐng)域，取得了良好的效果。近年來(lái)，在軸承外圈涂覆陶瓷絕緣涂層也成功應(yīng)用于鐵路牽引電機(jī)軸承。但其他硬涂層的研究和應(yīng)用相對(duì)落后，應(yīng)開(kāi)展DLC，GLC，TiN，TiAlN等硬膜涂層的相關(guān)研究。
另外，應(yīng)大力開(kāi)展其他表面改性技術(shù)的研究，如高能束（如激光）表面淬火、表面熔覆、表面織構(gòu)處理等，改善表面性能及形貌，提高耐磨性及潤(rùn)滑性能。