滾動軸承材料及熱處理技術(shù)展望
滾動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)可開展用于帶電環(huán)境下工作的脂潤滑軸承的研究，以提高抗白色組織疲勞剝落的性能。
2、開發(fā)新鋼種
開發(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度加熱和激烈冷卻而帶來的不利影響（淬火裂紋、變形等），解決我國軸承鋼種單一的問題。
開發(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^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)少或無畸變淬火。
4.2 殘余應(yīng)力及殘余奧氏體的控制和評定
我國目前的熱檢標(biāo)準(zhǔn)中，增加了殘余奧氏體含量控制及相應(yīng)檢測方法，但還沒有殘余應(yīng)力的評定指標(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)一步開展殘余應(yīng)力和殘余奧氏體對熱處理后性能的影響及其機(jī)理的研究，開展淬回火工藝對殘余應(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，將是我國軸承行業(yè)熱處理研究的主要方向之一。
5、開發(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)開展納米貝氏體等溫淬火用鋼的開發(fā)，進(jìn)一步提高貝氏體等溫淬火后的性能。另外，需開展貝氏體等溫淬火介質(zhì)和相關(guān)技術(shù)研究，一方面開發(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）；三是開展貝氏體淬火工藝研究，縮短等溫時(shí)間。
6、進(jìn)一步開展碳氮共滲及滲碳熱處理技術(shù)研究
近年來，洛陽軸承研究所與有關(guān)單位合作，開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。但仍有許多問題需要研究，如對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。
對于滲碳鋼常規(guī)滲碳，國內(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。應(yīng)針對不同零件開展碳濃度及殘余應(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。我國軸承行業(yè)從20世紀(jì)80年代開始離子注入，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，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)用相對落后，應(yīng)開展DLC，GLC，TiN，TiAlN等硬膜涂層的相關(guān)研究。
另外，應(yīng)大力開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，提高耐磨性及潤滑性能。