Следвайте ме на:
Материални фактори, влияещи върху живота на лагера
Ранните режими на повреда на лагерите включват главно напукване, пластична деформация, износване, корозия и умора. При нормални условия повредата на лагера се дължи предимно на контактна умора. В допълнение към условията на експлоатация, повредата на лагера се ограничава главно от твърдостта, здравината, издръжливостта, устойчивостта на износване, устойчивостта на корозия и вътрешното напрежение на стоманата. Основните фактори, причиняващи повреда поради материалите на лагера, са следните.
Лагерна стомана （AISI 52100 и GCr15） е един от основните фактори, които влияят на живота на лагерите. Той използва главно избор на материал, гаранция за материал и топлинна обработка, за да гарантира подобряването на живот на лагера. Търкалящите лагери обикновено са изработени от високовъглеродна хромирана стомана и техният химически състав остава почти непроменен. Различните методи на топене обаче водят до различна чистота на материалите, което оказва голямо влияние върху продължителността на живота. При същите условия на контактно напрежение, животът на контактна умора на керамични лагери е по-добър от този на стоманените лагери; в случай на висока скорост, леко натоварване и малък ударен товар могат да се предпочитат керамични сачмени лагери. Може да се види, че влиянието на материалите върху живота на лагерите е много значително.
Мартензитно състояние на лагерната стомана
Когато първоначалната структура на високовъглеродната хромова стомана е гранулиран перлит, в състояние на закаляване при ниска температура след охлаждане, съдържанието на въглерод в охладения мартензит значително ще повлияе на механичните свойства на стоманата. Якостта и издръжливостта са около 0.5%, издръжливостта на контактна умора е около 0.55%, а устойчивостта на смачкване е около 0.42%. Когато въглеродното съдържание на GCr15 стоманен закален мартензит е 0.5% ~ 0.56%, най-силната устойчивост на повреда може да се получи цялостни механични свойства.
Полученият в този случай мартензит е криптокристален мартензит и измереното въглеродно съдържание е средното въглеродно съдържание. Всъщност съдържанието на въглерод в мартензита не е еднакво в рамките на микрорегиона. Концентрацията на въглерод близо до карбида е по-висока от тази на оригиналния ферит далеч от карбида. Следователно температурите, при които те започват да претърпяват мартензитна трансформация, са различни. Това инхибира растежа на мартензитните зърна и показването на микроскопична морфология и се превръща в криптокристален мартензит. Той може да избегне микропукнатини, които лесно възникват, когато високовъглеродната стомана се охлажда, а неговата подструктура е лентов мартензит с висока якост и издръжливост. Следователно, само когато средно въглероден криптокристален мартензит се получи по време на закаляването на високовъглеродна стомана, лагеруващите части могат да постигнат най-доброто състояние на устойчивост на повреда.
Остатъчен аустенит в лагерна стомана
След закаляване високовъглеродната хромова стомана може да съдържа 8%~20% Ar (задържан аустенит). Ar в лагерните части има предимства и недостатъци. За да се настрои към най-добро състояние, съдържанието на Ar трябва да е подходящо. Тъй като количеството на Ar е свързано главно с условията на аустенизация при охлаждане и нагряване, неговото количество също ще повлияе на съдържанието на въглерод в охладения мартензит и количеството неразтворени карбиди. Трудно е да се отрази точно влиянието на количеството Ar върху механичните свойства. За тази цел аустенитните условия бяха фиксирани и процесът на аустенизираща термична стабилизация беше използван за получаване на различни количества Ar. Изследван е ефектът на съдържанието на Ar върху твърдостта и издръжливостта на контактна умора на стомана GCr15 след закаляване и ниска температура. Тъй като съдържанието на аустенит се увеличава, твърдостта и животът на контактна умора се увеличават и след това намаляват след достигане на пика, но пиковото съдържание на Ar е различно. Пикът на твърдост се появява при около 17% Ar, докато контактният живот на умора се появява при около 9%.
Когато изпитвателното натоварване намалее, въздействието върху контактната умора поради увеличаването на съдържанието на Ar намалява. Това е така, защото когато количеството Ar е малко, то има малък ефект върху намаляването на якостта, но ефектът на заздравяване е очевиден. Причината е, че когато натоварването е малко, Ar претърпява малко количество деформация, което не само намалява пика на напрежението, но също така укрепва деформирания Ar чрез обработка и мартензитна трансформация, предизвикана от напрежение. Въпреки това, ако натоварването е голямо, голямата пластична деформация на Ar и матрицата ще предизвика локална концентрация на напрежение и разкъсване, като по този начин ще намали експлоатационния живот. Трябва да се отбележи, че благоприятният ефект на Ar трябва да бъде в стабилното състояние на Ar. Ако спонтанно се трансформира в мартензит, якостта на стоманата ще бъде рязко намалена и стоманата ще стане крехка.
Неразтворени карбиди в лагерна стомана
Количеството, морфологията, размерът и разпределението на неразтворените карбиди в закалената стомана се влияят не само от химичния състав на стоманата и оригиналната структура преди охлаждането, но и от условията на аустенизиране. По отношение на влиянието на неразтворените карбиди върху живота на лагера, има по-малко проучвания за въздействието. Карбидът е твърда и крехка фаза. Освен че е полезен за устойчивостта на износване, той ще доведе до концентрация на напрежение в матрицата по време на носенето на натоварване (особено ако карбидът не е сферичен) и ще причини пукнатини, което ще намали якостта и устойчивостта на умора. В допълнение към собственото си въздействие върху свойствата на стоманата, закалените неразтворени карбиди също влияят върху съдържанието на въглерод и съдържанието на Ar и разпределението на закаления мартензит, като по този начин оказват допълнително въздействие върху свойствата на стоманата.
За да се разкрие влиянието на неразтворените карбиди върху работата, беше използвана стомана с различно съдържание на въглерод. След закаляването съдържанието на въглерод в мартензита и съдържанието на Ar бяха еднакви, но съдържанието на неразтворен карбид беше различно. След темпериране при 150°C, тъй като мартензитът има същото въглеродно съдържание и по-висока твърдост, малкото увеличение на неразтворените карбиди няма да увеличи много твърдостта. Натоварването при натиск, отразяващо якостта и издръжливостта, ще намалее, но животът на контактна умора, който е чувствителен към концентрацията на напрежение, ще се увеличи значително. намалявам. Следователно прекомерното закаляване на неразтворените карбиди е вредно за цялостните механични свойства и устойчивостта на повреда на стоманата. Подходящото намаляване на съдържанието на въглерод в лагерната стомана е един от начините за увеличаване на експлоатационния живот на лагерите.
Модерно оборудване за термична обработка от Aubearing
В допълнение към количеството закалени неразтворени карбиди, влияещи върху свойствата на материала, размерът, морфологията и разпределението също влияят върху свойствата на материала. За да се избегне вредата от неразтворените карбиди в лагерната стомана, се изисква неразтворените карбиди да бъдат малки (малко количество), малки (малък размер), еднакви (разликата в размера е много малка един спрямо друг и равномерно разпределени), кръгли (всеки карбид е сферичен). Трябва да се отбележи, че малко количество неразтворени карбиди в лагерната стомана след закаляване е необходимо не само за поддържане на достатъчна устойчивост на износване, но и за получаване на финозърнест криптомартензит.
Остатъчно напрежение след закаляване и отвръщане
Частите на лагера все още имат голямо вътрешно напрежение след закаляване и отвръщане при ниска температура. Остатъчното вътрешно напрежение в частите има както предимства, така и недостатъци. След термична обработка на лагерна стомана, тъй като остатъчното напрежение на натиск върху повърхността се увеличава, якостта на умора на стоманата се увеличава. Напротив, когато остатъчното вътрешно напрежение на повърхността намалява, якостта на умора на лагерната стомана намалява. Това е така, защото повредата от умора на лагера възниква, когато е подложен на прекомерно напрежение на опън. Когато на повърхността остане голямо напрежение на натиск, то ще компенсира напрежението на опън със същата стойност и действителната стойност на напрежението на опън на лагерната стомана ще бъде намалена, причинявайки умора. Когато граничната стойност на якостта се увеличи, когато остане голямо напрежение на опън на повърхността, то ще бъде насложено с натоварването на напрежението на опън и действителното напрежение на опън на лагерната стомана ще се увеличи значително, дори ако граничната стойност на якостта на умора бъде намалена. Следователно, оставянето на голямо напрежение на натиск върху повърхността на лагерните части след закаляване и темпериране също е една от мерките за подобряване на експлоатационния живот (разбира се, прекомерното остатъчно напрежение може да причини деформация на лагера или дори напукване, така че трябва да се обърне достатъчно внимание) .
Съдържание на примеси в лагерната стомана
Примесите в лагерната стомана включват неметални включвания и съдържание на вредни елементи (разтворими в киселина). Техните вреди върху представянето често се подсилват взаимно. Например, колкото по-високо е съдържанието на кислород, оксидните включвания. Въздействието на примесите в лагерната стомана върху механичните свойства и устойчивостта на повреда на частите е свързано с вида, природата, количеството, размера и формата на примесите, но обикновено има ефект на намаляване на якостта, пластичността и живота на умора.
С увеличаването на размера на включванията, якостта на умора намалява и колкото по-висока е якостта на опън на лагерната стомана, толкова по-голяма е тенденцията на намаляване. Тъй като съдържанието на кислород в лагерната стомана се увеличава (увеличават се оксидните включвания), умората при огъване и контактната умора също намаляват под действието на голямо напрежение. Следователно, за лагерни части, работещи под голямо напрежение, е необходимо да се намали съдържанието на кислород в лагерната стомана, използвана в производството. Някои проучвания показват, че включванията на MnS в стоманата имат елипсоидална форма и могат да обвият вредни оксидни включвания, така че имат по-малко въздействие върху намаляването на живота при умора и дори могат да бъдат полезни, така че могат да бъдат снизходително контролирани.
Контрол на материалните фактори, влияещи върху живота на лагера
За да се запазят гореспоменатите материални фактори, които влияят на живота на лагера, в най-добро състояние, първо е необходимо да се контролира оригиналната структура на стоманата преди закаляване. Техническите мерки, които могат да бъдат предприети, включват: високотемпературна (1050°C) аустенизация и бързо охлаждане до 630°C изотермична нормализация за получаване на псевдоевтектоидна фина перлитна структура или изотермична обработка при 420°C за получаване на бейнитна структура. Бързото отгряване, използващо отпадната топлина от коване и валцуване, може също да се използва за получаване на финозърнеста перлитна структура, за да се гарантира, че карбидите в стоманата са фини и равномерно разпределени. Когато първоначалната структура в това състояние се аустенизира чрез охлаждане и нагряване, в допълнение към карбидите, разтворени в аустенита, неразтворените карбиди ще се агрегират във фини частици.
Когато първоначалната структура в стоманата е постоянна, съдържанието на въглерод в охладения мартензит (т.е. съдържанието на въглерод в аустенита след охлаждане и нагряване), количеството задържан аустенит и количеството неразтворени карбиди зависят главно от температурата на охлаждане и нагряване задържане на време. , тъй като температурата на закаляване на нагряване се повишава (за определено време), броят на неразтворените карбиди в стоманата намалява (съдържанието на въглерод в охладения мартензит се увеличава), количеството на задържания аустенит се увеличава и твърдостта първо се увеличава с увеличаване на охлаждането температура. След достигане на пиковата стойност, тя намалява с повишаване на температурата. Когато температурата на закаляване на нагряване е постоянна, с увеличаване на времето за аустенизация, количеството на неразтворените карбиди намалява, количеството на задържания аустенит се увеличава и твърдостта се увеличава. Когато времето е по-дълго, тази тенденция се забавя. Когато карбидите в оригиналната структура са фини, карбидите лесно се разтварят в аустенит, така че пикът на твърдостта след охлаждане се премества към по-ниска температура и се появява за по-кратко време за аустенитизация.
За да обобщим, след закаляване на стомана GCrI5 оптималният структурен състав е около 7% неразтворени карбиди и около 9% задържан аустенит (средното съдържание на въглерод в криптокристалния мартензит е около 0.55%). над, когато карбидите в оригиналната структура са малки и равномерно разпределени, когато микроструктурният състав на горното ниво е надеждно контролиран, е полезно да се получат високи всеобхватни механични свойства и по този начин да има дълъг експлоатационен живот. Трябва да се отбележи, че когато първоначалната структура с фини диспергирани карбиди се охлажда, нагрява и поддържа топла, неразтворените фини карбиди ще се агрегират и ще растат, правейки я груба. Следователно времето за охлаждане и нагряване на лагерните части с тази оригинална структура не трябва да бъде твърде дълго. Използването на процес на бързо загряване на аустенитизиращо закаляване ще постигне по-високи цялостни механични свойства.
За да се остави голямо напрежение на натиск върху повърхността на лагерните части след закаляване и темпериране, може да се въведе атмосфера на карбуризиране или азотиране по време на охлаждане и нагряване и може да се извърши повърхностно карбуризиране или азотиране за кратък период от време. Тъй като действителното съдържание на въглерод в аустенита не е високо, когато този вид стомана се охлажда и нагрява, което е много по-ниско от равновесната концентрация, показана на фазовата диаграма, тя може да абсорбира въглерод (или азот). Когато аустенитът съдържа по-високо съдържание на въглерод или азот, неговият Ms намалява. По време на закаляването повърхностният слой претърпява мартензитна трансформация зад вътрешния слой и сърцевината, което води до по-голямо остатъчно напрежение на натиск. След като стоманата GCrl5 беше нагрята и охладена в карбуризираща атмосфера и некарбуризираща атмосфера (и двете бяха темперирани при ниска температура), тестът за контактна умора показа, че експлоатационният живот на повърхностно карбуризираната стомана е 1.5 пъти по-дълъг от този на некарбюризираната стомана. Причината е, че повърхността на карбуризираните части има голямо остатъчно напрежение на натиск.
Заключение
Основните материални фактори и степента на контрол, които влияят на експлоатационния живот на търкалящите лагерни части от високовъглеродна хромирана стомана са:
(1) Карбидите в оригиналната структура на стоманата преди закаляване трябва да бъдат фини и диспергирани. Може да се постигне чрез използване на високотемпературна аустенизация от 630 ℃ или 420 ℃ или чрез използване на отпадната топлина от коване и валцуване за бързо отгряване.
(2) След закаляване на стомана GCr15 е необходимо да се получи микроструктура на криптокристален мартензит със средно съдържание на въглерод от около 0.55%, около 9% Ar и около 7% неразтворени карбиди в еднородно и кръгло състояние. Тази микроструктура може да се получи чрез контролиране на температурата и времето на нагряване при охлаждане.
(3) След като частите са закалени и темперирани при ниска температура, е необходимо голямо остатъчно напрежение на натиск върху повърхността, което спомага за подобряване на устойчивостта на умора. Повърхността може да бъде карбуризирана или азотирана за кратък период от време по време на закаляване и нагряване, така че върху повърхността да остане голямо напрежение на натиск.
(4) Стоманата, използвана за производство на лагерни части, изисква висока чистота, главно за намаляване на съдържанието на O2, N2, P, оксиди и фосфиди. Могат да се използват електрошлаково претопяване, вакуумно топене и други технически мерки, за да се гарантира, че съдържанието на кислород в материала е ≤15PPM.