随着中国装备制造业向高质量和高精密发展,用于制造滚动轴承的滚珠、滚柱和套筒等的轴承钢正日益受到重视。伴随着轴承制造业的持续、较快发展,轴承钢市场前景看好。并且,精密轴承等基础机械铸造业已经成为国家“十二五”期间重点发展的行业。因此,有必要加大对轴承钢的研究,提高轴承钢的质量。
近期,俄罗斯学者G.S.Vodovozova和P.A.Zhdanov等人研究了中碳轴承钢的结构和机械性能,并通过实验与ShKh15类轴承钢进行了对比分析,得出了在硬度、均质性和晶粒大小方面的结论,为中碳轴承钢的实际生产提供了理论依据。
组织不均匀成“瓶颈”
一般来说,轴承钢的性能要求是高硬度、良好的弹性性能和抗疲劳性,特别是抗接触疲劳失效性。对于高碳合金钢,当碳含量在0.95%~1.15%时可以满足上述要求;而碳含量为0.10%~0.20%的低碳轴承钢则通常需要进行碳氮共渗工艺才能达到以上要求。轴承钢抗接触疲劳失效的性能,主要取决于钢中非金属夹杂粗颗粒堆积、碳化物不均质性、晶体大小的差异等因素。这些缺陷的综合作用造成轴承钢在使用过程中微应力集中和过早脆裂(剥落、切口形成和龟裂等)。
目前广泛使用的ShKh15类轴承钢显示出来的明显缺点就是由结构不均质性造成的。这是过共析化学构成的一个特点,即在高碳含量(0.95%~1.10%)下,由于碳和碳化物不均质性导致熔析的发展。为避免不均质性这种状况的发生或对这种情况进行改善,采用延长时间的均质化退火是必要的。
通过添加合适的合金元素,采用低碳含量可以达到钢种要求的硬度水平。众所周知,作为轴承钢,可使用低碳和中碳铬-镍、铬-锰和铬-硅-锰钢。这些钢没有高碳过共析钢的主要缺点———碳化物不均质性。
考虑到以上因素,需要开发提供节省能源和延长轴承使用寿命的轴承钢生产技术。
显微组织细小均匀
最近研究的钢种是创新型轴承钢,能够满足更加致密的薄板部件,并应用更加经济的材料来提高质量,减少生产周期并且具有和ShKh15钢一样或更好的使用性能。川崎钢铁公司(日本)和NTN(日本)钢铁公司已经开发并投产了一类中碳轴承钢。这类中碳轴承钢的碳含量减少到0.75%~0.80%,使得在浇铸阶段钢中去除了共晶成分碳化物的形成,并且无须采用扩散退火。另外,在减少碳含量状况下的钢,工艺上更加有利于冲压和剪切。
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