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国外机械行业的轴承热处置办法(中)

来源:轴承网时间:2013-12-16

3。贝氏体等温淬火
3。1 贝氏体淬火的安排与力学功能
高碳铬轴承钢经下贝氏体淬火后；其安排由下贝氏体、马氏体和剩余碳化物组成.其间贝氏体为不规则相交的条片；条片为碳过饱和的α布局；其上散布着与片的长轴成55~60°的粒状或短杆状的碳化物；空间形状为凸透镜状；亚布局为位错缠结；未发现有孪晶亚布局.贝氏体的数量及形状因工艺条件不相同而各异.随淬火温度的升高；贝氏体条变长，等温温度升高；贝氏体条变宽；碳化物颗粒变大；且贝氏体条之间的相交的视点变.鹎飨蛴谄叫信帕校恍纬衫嗨朴肷媳词咸宓慕峁梗词咸遄涫且桓鲇氲任伦涫奔溆泄氐墓蹋坏任麓慊鸷蟮谋词咸辶克娴任率奔涞难映ざ黾[5,19].
高碳铬轴承钢下贝氏体安排能进步钢的份额极限、屈从强度、抗弯强度和断面缩短率；与淬回火马氏体安排比较；具有更高的冲击耐性、断裂耐性及尺度安稳性；外表应力状况为压应力.
高的门坎值ΔKth和低的裂纹扩展速度da/dN则代表贝氏体安排不易萌发裂纹；已有的裂纹或新萌发的裂纹也不易扩展[2,19,20].
通常以为,全贝氏体或马/贝复合安排的耐磨性和触摸疲惫功能低于淬火低温回火马氏体；与附近温度回火的马氏体安排的耐磨性和触摸疲惫功能附近或略高.但光滑不良条件下(如煤浆或水这类介质)；全BL安排呈现出显着的优越性；具有比低温回火的M安排还要高的触摸疲惫寿数；如水光滑时全BL安排的L10=168h；回火M安排的L10=52h[21].
3。2出产运用
3。2。5运用效果
BL安排的杰出特点是冲击耐性、断裂耐性、耐磨性、尺度安稳性好；外表剩余应力为压应力.因而适用于装置过盈量大、执役条件差的轴承；如接受大冲击负荷的铁路、轧机、起重机等轴承；光滑条件不良的矿山运送机械或矿山装卸体系、煤矿用轴承等.高碳铬轴承钢BL等温淬火工艺已在铁路、轧机轴承上得到成功运用；取得了较好效果.
(1)扩展了GCr15钢运用规模；通常地GCr15钢M淬火时套圈有用壁厚在12mm以下；但BL淬火时因为硝盐冷却才能强；若选用拌和、串动、加水等办法；套圈有用壁厚可扩展至28mm左右.
(2)硬度安稳、均匀性好:因为BL转变是一个缓慢进程；通常GCr15钢需4h；GCr18Mo钢需5h；套圈在硝盐中长时刻等温；外表心部安排转变简直一起进行；因而硬度安稳、均匀性好；通常GCr15钢BL淬火后硬度在59～61HRC,均匀性≤1HRC；不象M 淬火时套圈壁厚稍大一些就呈现硬度低、软点、均匀性差等难题.
(3)削减淬火、磨削裂纹:在铁路、轧机轴承出产中；因为套圈尺度大、分量重；油淬火时M安排脆性大；为使淬火后取得高硬度常采纳强冷却办法；效果招致淬火微裂纹，因为M淬火后外表为拉应力；在磨加工时磨削应力的叠加使全体应力水平进步；易构成磨削裂纹；构成批量废品.而BL淬火时；因为BL安排比M安排耐性好得多；一起外表构成高达-400～-500MPa的压应力；极大地减小了淬火裂纹倾向[19]，在磨加工时外表压应力抵消了有些磨削应力；使全体应力水平下降；大大削减了磨削裂纹.
（4）轴承运用寿数进步:关于接受大冲击载荷的铁路、轧机轴承等；经M淬火后运用时首要失效方式为：装置时内套开裂；运用进程中受冲击外圈挡边掉块、内圈碎裂；而等温淬火轴承因为冲击耐性好、外表压应力；无论装置时内套开裂；仍是运用进程中外套挡边掉块、内套碎裂倾向性大大减.铱山档凸鲎拥谋咴涤α.因而；经等温淬火后比M淬火后平均寿数及牢靠性进步.
SKF公司把高碳铬轴承钢贝氏体等温淬火工艺首要运用于铁路轴承、轧机轴承以及在特别工况下运用的轴承；一起开发了适合于贝氏体淬火的钢种（SKF24、SKF25、100Mo7）[19].其淬火时选用较长的等温时刻；淬后得到全下贝氏体安排.迩来SKF又研制出一种新钢种775V[22]；并经过特别的等温淬火得到更均匀的下贝氏体；淬后硬度添加的一起其耐性比惯例等温淬火进步60%；耐磨性进步了3倍；处置的套圈壁厚超越100mm.有些等温后得到M/BL复合安排的功能尚有争议；如BL的含量多少为最佳等.即便有一最佳含量；在出产实践中怎么操控；且复合安排在等温后还需进行一次附加回火；添加了出产本钱.FAG公司首要选用贝氏体分级淬火工艺；其详细的工艺状况不详.
4 渗碳、渗氮及碳氮共渗
4。1 低碳钢渗碳、渗氮及碳氮共渗
渗碳是传统的外表化学热处置工艺；渗碳钢（低碳低合金钢、低碳高合金高温渗碳钢）经渗碳淬火后外表高硬耐磨、心部强韧.渗碳工艺展开一方面是渗碳介质的改进；如参加添加渗速的添加剂；选用强渗--分散的替换循环工艺进步渗速、改进渗层安排等.
跟着真空技能的展开；呈现了真空低压渗碳及等离子渗碳.易普森等公司[23]开发的乙炔低压渗碳工艺是在10mbar以下的低压下；以乙炔为渗碳介质在真空炉内进行.其特点是渗速快、渗层均匀、碳黑少、渗后工件亮光，别的；对渗层需求较薄的冲压滚针轴承类零件碳氮共渗或渗碳而言；渗层深度、成分的操控及怎么进步渗速更是一大难题；选用真空低压渗碳技能将有运用处置这些难题.
对高合金渗碳钢进行等离子渗碳可进步渗速、削减外表粗大碳化物的构成[24].对低碳钢制滚针轴承内外圈及坚持架选用渗氮或碳氮共渗；可进步其耐磨性及耐蚀性、下降摩擦系数.
4。2高碳铬轴承钢的渗碳或碳氮共渗
高碳铬轴承钢通常是全体淬硬；淬后的剩余应力为外表拉应力状况；易构成淬火裂纹、下降轴承的运用功能.经过对其进行渗碳、渗氮或碳氮共渗；进步表层的碳、氮含量；下降外表层的Ms点；在淬火进程中外表后发作转变而构成外表压应力；进步耐磨性及翻滚触摸疲惫功能[25；26].比来的研讨还标明：高碳铬轴承钢经渗碳或碳氮共渗后还可进步轴承在污染条件下的触摸疲惫寿数[25~27].通常；在淬火加热时；经过操控气氛的碳（氮）势；可到达以上意图.但若是对高碳铬轴承钢进行超凡渗碳（碳势>2%）；则有必要加大加工余量；去掉渗碳淬火后表层的粗大碳化物.
4。3 工艺操控
渗碳（渗氮或碳氮共渗）气氛的检测和操控是要害参数；最早是选用露点仪、CO2红外分析仪；当前首要选用氧探头来检测碳势（或氮势）；其反响速度快；可进行实时监控；合作CO2红外分析仪或其他丈量办法（如易普森开发的HydroNit探头[28]）可对碳势（或氮势）实施准确操控.
工艺操控的另一方面是渗碳（渗氮或碳氮共渗）进程的核算机模仿操控.碳在钢中传递和分散的核算机模仿开端于20世纪80年代；之后进一步开发了人机对话软件（Carb-o-Prof）；使大家能够现场核算不相同钢种在渗碳进程中任一时刻碳的传递与分散速度.该软件思考了温度、碳势等工艺参数改变的影响；能够完结所需的外表碳含量及渗层深度的工艺参数的核算；并能依据工艺进程中的参数发作的改变或呈现的搅扰主动调整碳势、渗碳时刻等工艺参数；以到达工件预订的需求.比来；又推出了“Carb-o-Prof-Expert”专家体系.该软件集成了大多数渗碳钢及渗碳淬火的物理冶金常识、设备功能、工件的技能需求等数据；只要向核算机输入工件的钢种、分量、几许尺度、淬透性、渗层需求及炉型等数据；核算机便会输出一个渗碳工艺；并主动完结该工艺[29].
5外表改性技能
5。2 离子写入
离子注人与其他外表强化技能比较；具有以下的显着长处：(1)离子注人后的零件；能很好地坚持原有的尺度精度和外表粗糙度；不需求再做其它外表加工处置,很适合于航空轴承等精细零件出产的最终一道工序，(2)原则上不受冶金学或平衡相图的约束；可依据零件的作业条件和技能需求；挑选需求的任何注人元素；注人剂量和能量；取得预期的高耐磨性或耐腐蚀性等特别需求的轴承外表；灵活性大；实用性强；对基体资料的挑选也能够恰当放宽；然后可节约宝贵的高合金钢材和其它宝贵金属资料，(3)写入层与基体资料联系结实牢靠、无显着界面；在运用中不会发作掉落和剥皮表象；这对进步轴承寿数和作业牢靠性来说非常重要，(4)离子注人是一个非高温进程；能够在较低的温度下完结；零件不会发作回火、变形和外表氧化，（5）具有很好的可控性和重复性.欧美等国对离子写入进行了很多的研讨[30~37].
美国海军实验室从1979年起进行了轴承零件离子写入的研讨；英国、丹麦和葡萄牙等国从1989年开端进行与美国海军实验室类似的作业.效果标明：写入铬离子能显着进步M50钢的抗腐蚀功能；而且抗触摸疲惫功能也有所进步，此外还用注人硼离子来进步外表轴承的抗磨损才能，对轴承钢52100进行氮等离子源离子写入（PSⅡ）后在外表构成薄层氮化物；可进步轴承钢的耐蚀性；用于替代贵重的不锈钢，对SUS440C不锈钢球轴承进行氮、硼离子写入可减小球轴承细微摇摆的微振磨损及轴承的尘埃排放；别的；对不锈钢进行（Ti+N）或（Ta+N）等离子体浸没离子写入（PSⅢ）可显着进步其显微硬度、耐磨性和寿数.
5。2 外表涂覆
外表涂覆技能包含：物理气相堆积（PVD）、化学气相堆积（CVD）、射频溅射（RF）、离子喷涂（Plasma spraying coating, PSC）、化学镀等[38~42].PVD与CVD比较；其工艺进程中被处置工件的温生低；镀后不需再进行热处置；再轴承零件的外表处置中得到较广泛的运用.100Cr6、440C等钢制轴承零件经PVD、CVD或RF镀TiC、TiN、TiAlN等后；可进步轴承零件的耐磨性、触摸疲惫抗力；下降外表摩擦系数.
SKF公司这些年开发了两种涂镀技能：一是选用PVD在轴承套圈及翻滚体外表镀硬度极高的金刚石布局的碳（Diamond-Like Carbon, DLC）；外表硬度比淬硬轴承钢高40~80%、摩擦系数类似于PTFE或MoS2；具有自光滑特性；且与基体联系杰出、无脱落；轴承寿数、耐磨性大幅度进步；在断油的状况下仍可正常作业；被称为“NoWear bearing”[38]; 二是选用PSC在轴承的外圈外圆面喷涂一层100μm后的氧化铝；使轴承的绝缘才能高达1000V以上；经过添加氧化铝的厚度使轴承具有更高绝缘才能.涂镀的氧化铝与基体联系结实；还可进步轴承的耐蚀性；镀后的轴承（INSOCOATTM bearing）可像通常轴承相同进行装置[39].
低温离子渗硫是20世纪80年代后期呈现的外表改性技能.其基本原理与离子渗氮类似；在必定的真空度下；运用高压直流电使含硫气体电离；生成的硫离子轰击工件外表；在工件外表与铁反响生成以FeS为主的10μm左右厚的硫化物层.硫化物是杰出的固体光滑剂；有用地下降钢件触摸外表的摩擦系数；且随载荷增大；摩擦系数进一步下降；因而能够大大进步重载下轴承的耐磨性；轴承的寿数可进步3倍左右.
低温磷化与渗硫的效果类似.经过把工件放置于40℃的TAP溶液（磷酸十三烷酸脂）中浸渗4h可在工件外表取得0。05~0。25μm厚的Fe2O3和Fe4(P2O7)3的外表层；下降摩擦系数、进步耐磨性.经磷化的M50钢轴承在短期断油的状况下不呈现卡死；进步了轴承的牢靠性[36].
分散渗铬是用气体办法（粉末法）在850~1100℃进行；时刻为1~9h；依据零件所用钢种（ШХ15、95Х18、55СМ5Ф.┘靶阅苄枰∮孟嘤Φ奈露群褪奔洌辉谥岢猩靶薷粗芯墒褂.渗后分散层由Cr2(NC)3、(Cr,Fe)23C6及(Cr,Fe)7C3组成；层深16~27μm；硬度1650~1900HV.渗铬并进行惯例热处置后；耐热性、耐蚀性、耐磨性及触摸疲惫强度均显着进步[42].
6 外表加热淬火
感应加热外表淬火是运用较为广泛的办法之一；原苏联对对这一工艺的理论和出产运用展开了较多的研讨[43~48]；其首要运用场合分两类：一是铁路轴承的外表感应加热淬火；选用新资料ШХ4钢制的套圈经感应加热淬火后；外表为硬而耐磨的马氏体安排；心部为耐性较好的索氏体、屈氏体；外表为高达500Mpa的压应力；其运用寿数比ШХ15СГ制轴承高1倍；而且彻底消除了套圈运用时俄然脆断的表象；进步了轴承的牢靠性；功能与低碳钢渗碳淬火类似；但本钱远低于后者.一起；也开宣布相应的专用感应器和淬火设备；并把这一资料及感应淬火的效果推行到需求耐磨和高耐性的轧机轴承等重载轴承，感应加热外表淬火的另一运用是特大型轴承的热处置；削减大型轴承套圈的淬火变形和硬度不均匀性；一起节约设备的出资费用.日本[47]把外表感应加热淬火成功地运用于汽车等速完向节的热处置；包含阶梯轴、壳体内外表及滚道的淬火均由特制的感应圈一次加热完结.高频热处置和冷锻技能的运用使出产本钱大大下降；产物的牢靠性也大幅度进步.
激光等高能束外表热处置是这些年开发的新的热处置办法[49~50]；运用较多的CO2激光束.经过激光加热可取得0。25~2。0mm的硬化层；与其他外表硬化办法比较；其具有硬化层深度及方位操控准确、无变形等长处.高碳铬轴承钢零件经外表激光硬化后淬硬层的马氏体极细微、碳化物散布更均匀、剩余奥氏体很少；比通常淬回火具有更高硬度和滑动耐磨性.别的；激光等高能束还可作为外表涂覆工艺的热源；一次可完结外表淬火和涂覆进程；尤其是这些年纳米技能的展开；这一复合工艺进程在精细轴承零件的外表处置中将有宽广的运用远景.

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