由于減速機速度快,重量輕,軸承的工作條件要求更高,軸承的性能要求越來越高,如體積更小,重量更輕,承載能力更大,壽命更長,可靠性更高. .性等等.其中,國產軸承的壽命和可靠性近年來已成為越來越突出的問題.新型熱處理技術的發展和熱處理質量的提高一直是國內外軸承制造商及相關企業和機構關注的主題.本文回顧了近年來熱處理技術的進展,以借鑒中國軸承行業相關人員的經驗教訓.

    1.高碳鉻軸承鋼的退火

    高碳鉻軸承鋼的理想退火結構是一種結構,其中細小,均勻和圓形的碳化物顆粒分布在鐵素體基體上,并為隨后的冷加工和最終淬火和回火做好準備.目前,除少數使用周期設備的企業外,通常使用沒有保護氣氛的單通道推進式等溫退火爐.退火的顯微組織和硬度控制相對成熟可靠,退火結構可以很容易地控制在JB1255標準的第2到第3或細點結構.問題是能量消耗高,退火后氧化脫碳嚴重.近年來,從節能的角度出發,開發了用于油電復合加熱等溫退火爐和雙室頭尾并置(水平或上下)的等溫退火爐.節能效果顯著,應大力推廣.同時,隨著坯料的精密成形工藝隨著設備的出現,氮氣保護氣氛等溫退火爐已被用于減少退火過程中的氧化脫碳,降低原材料消耗和加工成本.

    2.高碳鉻軸承鋼的馬氏體淬火和回火

    常規高碳鉻軸承鋼馬氏體淬火回火工藝的發展主要分為三個方面:一,淬火回火工藝參數對淬火回火過程中組織和性能影響的基本研究,如淬火回火過程中的結構轉變,淬火回火后殘余奧氏體的分解,韌性和疲勞性能;二,研究淬火和回火的性能,如淬火條件對尺寸和變形的影響,尺寸穩定性等;第三,禁止氧化或保護大氣被加熱以促進受控氣氛加熱.

    2.1絆腳石組織和業績

    常規馬氏體淬火后的顯微組織由馬氏體,殘余奧氏體和未溶解(殘余)碳化物組成.在軸承鋼淬火后,馬氏體基體的碳含量約為0.55%.微觀結構通常是板條和片狀馬氏體的混合結構,或者是兩個 - 棗核馬氏體之間的中間形式.軸承工業中所謂的隱晶馬氏體和結晶馬氏體;其子結構主要是位錯糾纏和少量雙胞胎.隨著淬火溫度的升高或保溫時間的延長,組織的形態逐漸從隱晶質變為細晶針狀.通常,淬火后的正常結構是隱晶+晶體+細針狀馬氏體的混合物.一旦存在大量不同的針狀馬氏體,組織就不合格,應該避免.國內外對淬火和回火對性能的影響進行了大量研究.洛陽軸承研究所在20世紀80年代開展了GCr15鋼熱處理工藝的研究.結果表明,當淬火加熱溫度為835~865℃,回火溫度為150~180℃時,可以獲得更好的綜合力學性能和接觸疲勞壽命.在845℃淬火時,破碎載荷最高,疲勞壽命最長.回火溫度升高,保持時間延長,硬度降低,強度和韌性得到改善.對于有特殊要求的零件或使用較高溫度回火來提高軸承溫度,或在淬火和回火之間在-40~-78℃之間以提高軸承的尺寸穩定性,或馬氏體分級淬火以穩定殘余奧氏體的結果高尺寸穩定性和高韌性.淬火和加熱后,軸承鋼在250℃下進行短時分級等溫空氣冷卻,然后進行180℃回火,或等溫馬氏體相變(馬氏體等溫度),以獲得淬火后馬氏體中的碳濃度.與傳統的淬火和回火相比,更均勻,增加穩定的殘余奧氏體的量和沖擊韌性加倍.

    目前,國外軸承一般采用所謂的個性化設計,即軸承供應前的軸承狀況,針對工況進行有針對性的設計,對目標質量要求.還提出了熱處理,軸承壽命最長. .根據JB1255統一控制軸承零件的國內熱處理要求,JB1255相對粗糙且不個性化.應改進對軸承狀態的要求,并應匹配內圈和外圈以及滾動體的硬度.

    2.2常規馬氏體淬火的發展趨勢

    目前,傳統的軸承零件馬氏體淬火大多采用鏈式爐和網帶式爐等連續淬火設備,淬火后的顯微組織和硬度等指標容易控制在所需范圍內.對于這種淬火工藝,未來的發展方向有以下兩個方面:

    2.3.1淬火變形的控制

    淬火加熱設備基本上采用保護氣氛或受控氣氛,可以保證不脫碳,或根據需要進行碳或滲碳,從而可以大大壓縮熱處理后的加工余量.然而,加工余量的可壓縮性通常受到淬火變形的限制.目前,淬火變形(特別是變形)成為控制加工余量的主要因素;對于密封防塵軸承的套圈,淬火變形會影響防塵罩的壓緊,從而影響密封性能.因此,減少淬火變形或實現零變形將是傳統馬氏體淬火中要解決的主要問題.由于影響淬火變形的因素很多,變形機理更加復雜.因此,每個制造商應根據自身設備和產品特性等各種因素,探索一些有效措施來控制生產實踐中的變形.如控制工件的放置,輸入油的方法,淬火油和油溫,攪拌等,實現較少,不失真淬火.

    2.3.2殘余應力以及殘余奧氏體的控制和評估在中國目前的熱檢驗標準中,殘余應力和殘余奧氏體沒有限制.大量研究表明,殘余應力會影響零件的接觸疲勞性能,韌性和磨削裂紋.適當的殘余壓應力可以提高接觸疲勞壽命,防止磨削和安裝裂縫;殘余奧氏體降低了尺寸穩定性.影響程度與殘余奧氏體本身的穩定性,數量和位置有關.然而,適量的殘余奧氏體可以改善斷裂韌性和接觸疲勞性能.許多國外知名軸承公司在熱處理控制指標中都包括殘余應力和殘余奧氏體.因此,進一步研究殘余應力和殘余奧氏體對熱處理后的性能及其機理的影響,研究淬火回火工藝對殘余應力和殘余奧氏體的影響,并根據軸承狀況提出殘余應力.殘余奧氏體等的控制指標將成為我國軸承行業熱處理研究的主要方向之一.

    貝氏體等溫度

    貝氏體等溫淬火是近年來國內軸承行業研究的熱點.自20世紀80年代以來,洛陽軸承研究所與重慶軸承廠合作,開始對鐵路軸承進行貝氏體等溫淬火應用研究,然后對沙河軋機軸承廠進行貝氏體等溫軋機軸承的等溫淬火.應用研究取得了良好的效果,JB1255-1991介紹了貝氏體等溫淬火的推薦技術要求.與此同時,軸承行業也開始了貝氏體等溫淬火的推廣和應用.在國家"八五"重點企業技術開發項目"鐵路客車軸承"的幫助下,有關單位對貝氏體等溫淬火的組織和性能進行了系統研究,并成功應用于準生產.高速鐵路軸承.在2001年JB1255的修訂中,貝氏體等溫淬火的技術含量正式列入標準正式規定.貝氏體淬火工藝已廣泛應用于軋機,機車和鐵質乘客.

    貝氏體組織的突出特點是沖擊韌性,斷裂韌性,耐磨性,尺寸穩定性,表面殘余應力是壓應力.因此,它適用于組裝干擾大,使用條件差的軸承,如鐵路,軋機,起重機和承受大沖擊載荷的其他軸承,礦山運輸機械或潤滑條件差的礦山處理系統,以及煤礦.高碳鉻軸承鋼BL等溫淬火工藝已成功應用于鐵路和軋機軸承,取得了良好的效果.在鐵路和軋機軸承的生產中,由于套圈的大尺寸和重量大,在油淬火過程中馬氏體結構是脆性的.為了在淬火后獲得高硬度,通常采取強冷卻措施,導致淬火微裂紋;由于馬氏體淬火后,表面是拉應力.磨削過程中磨削應力的疊加增加了整體應力水平,容易形成磨削裂紋并導致批量浪費.當貝氏體淬火時,貝氏體組織比M結構好得多,表面形成的壓應力高達-400~-500MPa,大大降低了淬火裂紋的傾向[16];壓縮應力抵消了部分磨削應力,從而降低了整體應力水平并大大減少了磨削裂紋.

    SKF公司主要將高碳鉻軸承鋼貝氏體等溫淬火工藝應用于鐵路軸承,軋機軸承和特殊工況下使用的軸承,并開發出適用于貝氏體淬火的鋼種(SKF24,SKF25,100Mo7). ).當淬火時,使用更長的等溫時間,并且在淬火之后,獲得總的下貝氏體結構.最近,SKF開發了一種新的775V鋼種,并通過特殊的等溫淬火以獲得更均勻的下貝氏體,淬火后的硬度提高,而韌性比傳統的等溫淬火高60%,并且耐磨性得到改善.經處理的套圈壁厚超過100毫米.

    部分等溫處理后馬氏體/貝氏體復合結構的性能仍存在爭議,如BL的含量最佳.即使存在最佳含量,如何控制實際生產,并且復合結構在等溫后需要額外的回火,增加了生產成本.此外,就貝氏體等溫淬火而言,盡管已經系統地研究了它的工藝,組織和性能,但在推動這一過程的同時,應該注意該過程的局限性.并非所有軸承零件都適合貝類.奧氏體的等溫淬火.還應進行貝氏體等溫淬火鋼的開發,以進一步提高等溫淬火后貝氏體的性能;開發用于替代硝酸鹽等溫的熱處理設備,減少環境污染等.

    4.特殊熱處理

    高碳鉻軸承鋼一般硬化,淬火后的殘余應力為表面拉應力狀態,容易引起淬火裂紋,降低軸承性能.一種特殊的熱處理方法是通過高碳鉻軸承鋼的滲碳,氮化或碳氮共滲來增加表面層的碳和氮含量,降低表面層的Ms點,并在表面改變后形成表面.淬火過程.壓縮應力,改善的耐磨性和滾動接觸疲勞性能[17,18].另一方面,通過某種方法,在熱處理的軸承部件中保留一定量的穩定的殘余奧氏體,并且通過可變形的殘余奧氏體減小了壓痕的邊緣效應,使得表面疲勞源起源于獲得壓痕邊緣.它不易形成和膨脹,從而改善了軸承在污染條件下的接觸疲勞壽命.通常,通過在淬火加熱期間控制氣氛的碳(氮)電位可以實現上述目的. NSK的NSJ2鋼[19]和KOYO的SH技術[20]是基于這一理論開發的.另一種特殊類型的熱處理是使用高韌性滲碳鋼,碳含量高(0.4%),并進行特殊滲碳或碳氮共滲熱處理.首先,調整滲碳鋼的成分:增加基體碳含量,在保證韌性的同時提高基體強度,增加Si和Mn含量,提高殘余奧氏體的穩定性,并添加Mo.細化碳化物.碳氮化物.第二是嚴格控制滲碳或碳氮共滲工藝,以便在加工零件后,在表面上獲得更多的殘余奧氏體(約30%至35%)和大量的細碳化物和碳氮化物.一方面,大量的細碳化物和碳氮化物可以保證表面的硬度和耐磨性,使壓痕難以形成;另一方面,即使形成壓痕,更穩定的殘余奧氏體也會降低邊緣效應.防止疲勞源的形成和擴展.基于這一理論,NSK和KOYO分別開發了TF系列技術(HTF,STF,NTF)和KE技術,大大提高了受污染潤滑條件下軸承的使用壽命.例如,NSK使用HTF技術生產的圓錐滾子軸承在污染潤滑條件下的疲勞壽命是普通軸承的10倍[21]. NSK等公司在各種新開發的軸承產品中使用特殊的熱處理技術.

    近年來,洛陽軸承研究所與有關單位合作開展高碳鉻軸承鋼特殊熱處理工藝的研究,并對中碳合金鋼的特殊熱處理工藝進行了研究.初步結果表明,通過特殊熱處理可以顯著地實現接觸疲勞壽命.該工藝在軸承行業具有重要的推廣價值,將成為中國軸承行業研究和應用的熱門技術.

    5.表面改性技術

    5.1離子注入

    自1979年以來,美國海軍實驗室對軸承零件的離子注入進行了研究,自1989年以來,英國,丹麥和葡萄牙等國家的工作方式與美國海軍實驗室的工作方式類似.結果表明注入鉻離子可以顯著提高M50鋼的耐腐蝕性,并提高了接觸疲勞性能.另外,添加硼離子以改善儀器軸承的耐磨性;氮等離子體源離子應用于軸承鋼52100.注入(PSII)后,在表面上形成一層薄薄的氮化物,以提高軸承鋼的耐腐蝕性,并用昂貴的不銹鋼代替. SUS440C不銹鋼滾珠軸承上的氮硼離子注入可以減少滾珠軸承的微振動.軸承的磨損和粉塵排放.此外,(Ti + N)或(Ta + N)等離子體浸沒離子注入(PSIII)在不銹鋼上可以顯著提高其顯微硬度,耐磨性和壽命.

    自20世紀80年代以來,中國軸承行業已在軸承上應用離子注入,并已成功應用于航空航天領域,取得了良好的效果.

    5.2表面涂層表面涂覆技術包括:物理氣相沉積(PVD),化學氣相沉積(CVD),射頻濺射(RF),離子噴涂(PSC),化學鍍等.與CVD相比,PVD在加工過程中具有低溫,并且在電鍍之后不需要進行熱處理.它廣泛用于軸承零件的表面處理. 100Cr6和440C等鋼軸承部件可以提高TiC,TiN,TiAlN硬膜或MoS2型軟膜的PVD,CVD或RF鍍層后軸承部件的耐磨性,接觸疲勞性和表面摩擦系數.

    近年來,SKF開發了兩種涂層技術:一種是使用PVD涂覆軸承套圈表面,另一種是使用具有極高硬度的金剛石(Diamond-Like Carbon,DLC)涂層.表面硬度高于硬化軸承鋼. 40%~80%,摩擦系數與PTFE或MoS2相似,具有自潤滑性能,與基體粘接性好,無剝離,軸承壽命和耐磨性大大提高,仍能正常工作在減油的情況下.它被稱為"無磨損軸承";二是利用PSC在軸承外圈的外圓周上噴一層100μm厚的氧化鋁,使軸承絕緣能力達到1000V,通過增加氧化鋁的厚度使軸承具有更高的絕緣性.能力.涂覆的氧化鋁牢固地粘合到基底上并改善軸承的耐腐蝕性.后電鍍軸承(INSOCOATTM軸承)可以像普通軸承一樣安裝.

    六,結論

    在國內外軸承熱處理技術的發展過程中,中國軸承行業與國外發達國家的熱處理技術之間仍存在較大差距,嚴重制約了我國軸承的質量,尤其是提高了壽命和可靠性.整個軸承行業應重視熱處理基礎理論和新技術的研究,大力推動研究成果在實際生產中的應用,盡快提高我國的??熱處理水平.

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