Factors materials que afecten la vida útil del coixinet

Factors materials que afecten la vida útil del coixinet

Els primers modes de fallada dels coixinets inclouen principalment esquerdes, deformació plàstica, desgast, corrosió i fatiga. En condicions normals, la fallada dels coixinets es deu principalment a la fatiga de contacte. A més de les condicions de servei, la fallada dels coixinets està restringida principalment per la duresa, la resistència, la tenacitat, la resistència al desgast, la resistència a la corrosió i l'estat de tensió interna de l'acer. Els principals factors que causen fallades a causa dels materials dels coixinets són els següents.

L'acer del coixinet afecta la vida del coixinet

Coixinet d'acer (AISI 52100 i GCr15) és un dels principals factors que afecta la vida útil dels coixinets. Utilitza principalment la selecció de materials, la garantia del material i el tractament tèrmic per garantir la millora portant vida. Els coixinets de rodament generalment estan fets d'acer de crom d'alt carboni i la seva composició química es manté gairebé sense canvis. No obstant això, els diferents mètodes de fosa condueixen a una puresa diferent dels materials, la qual cosa té un gran impacte en la vida útil. En les mateixes condicions d'estrès de contacte, la vida de fatiga de contacte de coixinets de ceràmica és millor que el dels coixinets d'acer; en el cas d'alta velocitat, càrrega lleugera i càrrega d'impacte petit, es poden preferir els coixinets de boles de ceràmica. Es pot veure que l'impacte dels materials en la vida a fatiga dels coixinets és molt important.

AISI-52100-Coixinets d'acer

Estat martensita de l'acer del coixinet

Quan l'estructura original de l'acer al crom d'alt carboni és perlita granular, en l'estat de temperat a baixa temperatura després de l'extinció, el contingut de carboni de la martensita templada afectarà significativament les propietats mecàniques de l'acer. La força i la tenacitat són al voltant del 0.5%, la vida útil a la fatiga de contacte és al voltant del 0.55% i la resistència a l'aixafament és al voltant del 0.42%. Quan el contingut de carboni de GCr15 La martensita templada d'acer és del 0.5% ~ 0.56%, la resistència més forta a la fallada es pot obtenir propietats mecàniques completes.

La martensita obtinguda en aquest cas és la martensita criptocristal·lina i el contingut de carboni mesurat és el contingut mitjà de carboni. De fet, el contingut de carboni a la martensita no és uniforme dins de la microregió. La concentració de carboni prop del carbur és més alta que la de la ferrita original lluny del carbur. Per tant, les temperatures a les quals comencen a patir transformació martensítica són diferents. Això inhibeix el creixement dels grans de martensita i la visualització de la morfologia microscòpica i es converteix en martensita criptocristal·lina. Pot evitar les microesquerdes que es produeixen fàcilment quan s'apaga l'acer amb alt contingut de carboni, i la seva subestructura és de martensita de tira d'alta resistència i tenacitat. Per tant, només quan s'obté martensita criptocristal·lina de carboni mitjà durant l'extinció d'acers alts en carboni, les peces del coixinet poden aconseguir el millor estat de resistència a la fallada.

Estat martensita de l'acer del coixinet

Austenita residual en acer de rodaments

Després de l'extinció, l'acer al crom d'alt carboni pot contenir un 8% ~ 20% d'Ar (austenita retinguda). Ar a les peces del coixinet té avantatges i desavantatges. Per tal d'ajustar-se a les millors condicions, el contingut d'Ar ha de ser adequat. Atès que la quantitat d'Ar està relacionada principalment amb les condicions d'austenització d'extinció i escalfament, la seva quantitat també afectarà el contingut de carboni de la martensita apagada i la quantitat de carburs no dissolts. És difícil reflectir amb precisió l'impacte de la quantitat d'Ar sobre les propietats mecàniques. Per a això, es van fixar les condicions austenítiques i es va utilitzar el procés d'estabilització tèrmica austenititzant per obtenir diferents quantitats d'Ar. Es va estudiar l'efecte del contingut d'Ar sobre la duresa i la vida útil de la fatiga de contacte de l'acer GCr15 després de l'extinció i la baixa temperatura. A mesura que augmenta el contingut d'austenita, la duresa i la vida útil de la fatiga de contacte augmenten, i després disminueixen després d'arribar al pic, però el contingut màxim d'Ar és diferent. El pic de duresa apareix al voltant del 17% Ar, mentre que la vida a la fatiga de contacte El pic es produeix al voltant del 9%.

Austenita residual en acer de rodaments

When the test load decreases, the impact on the contact fatigue life due to the increase in Ar content decreases. This is because when the amount of Ar is small, it has little effect on strength reduction, but the toughening effect is obvious. The reason is that when the load is small, Ar undergoes a small amount of deformation, which not only reduces the stress peak, but also strengthens the deformed Ar through processing and stress-strain-induced martensitic transformation. However, if the load is large, the large plastic deformation of Ar and the matrix will cause local stress concentration and rupture, thereby reducing the service life. It should be pointed out that the beneficial effect of Ar must be in the stable state of Ar. If it spontaneously transforms into martensite, the toughness of the steel will be sharply reduced and the steel will become embrittled.

Carburs no dissolts en acer de rodaments

La quantitat, la morfologia, la mida i la distribució dels carburs no dissolts en l'acer tret es veuen afectades no només per la composició química de l'acer i l'estructura original abans de l'extinció, sinó també per les condicions d'austenització. Pel que fa a l'impacte dels carburs no dissolts en la vida útil del coixinet, hi ha menys estudis sobre l'impacte. El carbur és una fase dura i trencadissa. A més de ser beneficiós per a la resistència al desgast, provocarà la concentració de tensions amb la matriu durant la càrrega (especialment si el carbur no és esfèric) i provocarà esquerdes, que reduiran la tenacitat i la resistència a la fatiga. A més del seu propi impacte en les propietats de l'acer, els carburs no dissolts templats també afecten el contingut de carboni i el contingut d'Ar i la distribució de la martensita templada, tenint així un impacte addicional en les propietats de l'acer.

Carburs no dissolts en acer de rodaments

Per tal de revelar l'impacte dels carburs no dissolts en el rendiment, es va utilitzar acer amb diferents continguts de carboni. Després de l'extinció, el contingut de carboni de martensita i el contingut d'Ar eren els mateixos, però el contingut de carbur no dissolt era diferent. Després de temperar a 150 ° C, com que la martensita té el mateix contingut de carboni i una duresa més alta, un petit augment dels carburs no dissolts no augmentarà gaire la duresa. La càrrega de pressió que reflecteix la força i la duresa disminuirà, però la vida a la fatiga de contacte, que és sensible a la concentració d'estrès, augmentarà significativament. reduir. Per tant, l'excessiva extinció dels carburs no dissolts és perjudicial per a les propietats mecàniques completes i la resistència a la fallada de l'acer. Reduir adequadament el contingut de carboni de l'acer dels coixinets és una de les maneres d'augmentar la vida útil dels coixinets.

TRENTMENT DE CALOR
PORTANT MATERIAL PRIMERA
tractament tèrmic 1

Equips avançats de tractament tèrmic d'Aubearing

A més de la quantitat de carburs no dissolts apagats que afecten les propietats del material, la mida, la morfologia i la distribució també afecten les propietats del material. Per evitar el dany dels carburs no dissolts a l'acer dels coixinets, cal que els carburs no dissolts siguin petits (petites quantitats), petits (petites mida), uniformes (la diferència de mida és molt petita entre elles i uniformement distribuïda), rodó (cada carbur és esfèric). Cal assenyalar que una petita quantitat de carburs no dissolts a l'acer dels coixinets després de l'extinció és necessària no només per mantenir una resistència suficient al desgast, sinó també per obtenir criptomartensita de gra fi.

Tensió residual després de trempat i tremp

Les peces dels coixinets encara tenen una gran tensió interna després de l'extinció i el tremp a baixa temperatura. La tensió interna residual a les peces té avantatges i desavantatges. Després del tractament tèrmic de l'acer del coixinet, a mesura que augmenta la tensió de compressió residual a la superfície, augmenta la resistència a la fatiga de l'acer. Per contra, quan la tensió interna residual a la superfície disminueix, la resistència a la fatiga de l'acer del coixinet disminueix. Això es deu al fet que la fallada per fatiga del coixinet es produeix quan està sotmès a un esforç de tracció excessiu. Quan es mantingui una gran tensió de compressió a la superfície, compensarà la tensió de tracció del mateix valor, i el valor de tensió de tracció real de l'acer del coixinet es reduirà, provocant fatiga. Quan augmenta el valor límit de resistència, quan es manté una gran tensió de tracció. a la superfície, es superposarà amb la càrrega de tensió de tracció i la tensió de tracció real de l'acer del coixinet augmentarà significativament, fins i tot si es redueix el valor límit de resistència a la fatiga. Per tant, deixar una gran tensió de compressió a la superfície de les peces del coixinet després de l'extinció i el tremp també és una de les mesures per millorar la vida útil (per descomptat, la tensió residual excessiva pot provocar deformacions del coixinet o fins i tot esquerdes, per la qual cosa s'ha de prestar prou atenció). .

Contingut d'impuresa de l'acer del coixinet

Impurities in bearing steel include non-metallic inclusions and harmful element (acid-soluble) content. Their harm to performance is often mutually reinforcing. For example, the higher the oxygen content, the oxide inclusions. The impact of impurities in bearing steel on the mechanical properties and failure resistance of parts is related to the type, nature, quantity, size and shape of the impurities, but usually has the effect of reducing toughness, plasticity and fatigue life.
As the size of inclusions increases, the fatigue strength decreases, and the higher the tensile strength of the bearing steel, the greater the decrease trend. As the oxygen content in bearing steel increases (oxide inclusions increase), the bending fatigue and contact fatigue life also decreases under the action of high stress. Therefore, for bearing parts operating under high stress, it is necessary to reduce the oxygen content of the bearing steel used in manufacturing. Some studies have shown that MnS inclusions in steel have an ellipsoidal shape and can wrap up harmful oxide inclusions, so they have less impact on reducing fatigue life and may even be beneficial, so they can be leniently controlled.

Contingut d'impuresa de l'acer del coixinet

Control dels factors materials que afecten la vida del coixinet

Per mantenir els factors materials esmentats anteriorment que afecten la vida del coixinet en el millor estat, primer cal controlar l'estructura original de l'acer abans de l'extinció. Les mesures tècniques que es poden prendre inclouen: austenitització a alta temperatura (1050 °C) i refredament ràpid a 630 °C normalització isotèrmica per obtenir una estructura de perlita fina pseudo eutectoide, o tractament isotèrmic a 420 °C per obtenir estructura bainita. El recuit ràpid mitjançant la calor residual de forja i laminació també es pot utilitzar per obtenir una estructura de perlita de gra fi per garantir que els carburs de l'acer estiguin fins i es distribueixin uniformement. Quan l'estructura original en aquest estat s'austenitza mitjançant l'extinció i l'escalfament, a més dels carburs dissolts a l'austenita, els carburs no dissolts s'agregaran en partícules fines.

Quan l'estructura original de l'acer és constant, el contingut de carboni de la martensita apagada (és a dir, el contingut de carboni de l'austenita després de l'apagada i l'escalfament), la quantitat d'austenita retinguda i la quantitat de carburs no dissolts depenen principalment de la temperatura d'escalfament d'extinció i temps de retenció. , a mesura que augmenta la temperatura d'escalfament d'extinció (durant un temps determinat), el nombre de carburs no dissolts a l'acer disminueix (augmenta el contingut de carboni de la martensita trempada), augmenta la quantitat d'austenita retinguda i la duresa augmenta primer amb l'augment de l'extinció. temperatura. Després d'arribar al valor màxim, disminueix a mesura que augmenta la temperatura. Quan la temperatura d'escalfament d'extinció és constant, a mesura que augmenta el temps d'austenització, la quantitat de carburs no dissolts disminueix, la quantitat d'austenita retinguda augmenta i la duresa augmenta. Quan el temps és més llarg, aquesta tendència disminueix. Quan els carburs de l'estructura original estan bé, els carburs són fàcils de dissoldre en austenita, de manera que el pic de duresa després de l'extinció es mou a una temperatura més baixa i apareix en un temps d'austenitització més curt.

nou sobre 5

En resum, després d'apagar l'acer GCrI5, la composició estructural òptima és d'un 7% de carburs no dissolts i d'un 9% d'austenita retinguda (el contingut mitjà de carboni de la martensita criptocristal·lina és d'uns 0.55%). A més, quan els carburs de l'estructura original són petits i uniformement distribuïts, quan la composició microestructural al nivell anterior es controla de manera fiable, és beneficiós obtenir propietats mecàniques completes i, per tant, tenir una vida útil elevada. Cal assenyalar que quan l'estructura original amb carburs dispersos fins s'apaga, s'escalfa i es manté calenta, els carburs fins no dissolts s'agregaran i creixeran, fent-la gruixuda. Per tant, el temps d'extinció i escalfament de les peces de coixinets amb aquesta estructura original no hauria de ser massa llarg. L'ús d'un procés d'extinció austenititzant d'escalfament ràpid aconseguirà propietats mecàniques completes més elevades.

Per tal de deixar una gran tensió de compressió a la superfície de les peces del coixinet després de l'extinció i el tremp, es pot introduir una atmosfera de cementació o nitruració durant l'extinció i l'escalfament, i la cementació o nitruració superficial es pot dur a terme durant un curt període de temps. Com que el contingut real de carboni de l'austenita no és elevat quan aquest tipus d'acer s'apaga i s'escalfa, que és molt inferior a la concentració d'equilibri que es mostra al diagrama de fases, pot absorbir carboni (o nitrogen). Quan l'austenita conté carboni o nitrogen més alt, la seva Ms disminueix. Durant l'extinció, la capa superficial experimenta una transformació martensítica darrere de la capa interior i el nucli, donant lloc a un esforç de compressió residual més gran. Després d'escalfar i apagar l'acer GCrl5 en atmosfera de carburació i atmosfera no carburant (tots dos es van temperar a baixa temperatura), la prova de fatiga de contacte va mostrar que la vida útil de l'acer carburitzat superficial era 1.5 vegades més llarga que la de l'acer no carburat. El motiu és que la superfície de les peces cementades té un gran esforç de compressió residual.

Conclusió

Els principals factors materials i el grau de control que afecten la vida útil de les peces de rodaments d'acer al crom d'alt carboni són:

(1) Els carburs de l'estructura original de l'acer abans de l'extinció han de ser fins i dispersos. Es pot aconseguir mitjançant l'ús d'austenitització a alta temperatura de 630 ℃ o 420 ℃, o utilitzant la calor residual de forja i laminació per a un recuit ràpid.

(2) Després d'apagar l'acer GCr15, cal obtenir una microestructura de martensita criptocristal·lina amb un contingut mitjà de carboni d'aproximadament un 0.55%, un 9% d'Ar i un 7% de carburs no dissolts en un estat uniforme i rodó. Aquesta microestructura es pot obtenir controlant la temperatura i el temps d'escalfament.

(3) Després d'apagar i temperar les peces a baixa temperatura, es requereix una gran tensió de compressió residual a la superfície, que ajuda a millorar la resistència a la fatiga. La superfície es pot carburar o nitrurar durant un curt període de temps durant l'extinció i l'escalfament, de manera que es mantingui una gran tensió de compressió a la superfície.

(4) L'acer utilitzat per fabricar peces de coixinets requereix una puresa elevada, principalment per reduir el contingut d'O2, N2, P, òxids i fosfurs. Es poden utilitzar la refusió d'electroescòries, la fosa al buit i altres mesures tècniques per garantir que el contingut d'oxigen del material sigui ≤15PPM.