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असर जीवन को प्रभावित करने वाले भौतिक कारक
बीयरिंगों की शुरुआती विफलता के तरीकों में मुख्य रूप से क्रैकिंग, प्लास्टिक विरूपण, घिसाव, संक्षारण और थकान शामिल हैं। सामान्य परिस्थितियों में, बीयरिंग की विफलता मुख्य रूप से संपर्क थकान के कारण होती है। सेवा शर्तों के अलावा, बीयरिंग की विफलता मुख्य रूप से स्टील की कठोरता, ताकत, क्रूरता, पहनने के प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध और आंतरिक तनाव की स्थिति से प्रतिबंधित होती है। असर सामग्री के कारण विफलता का कारण बनने वाले मुख्य कारक इस प्रकार हैं।
असर स्टील (एआईएसआई 52100 और जीसीआर15） बीयरिंग के जीवन को प्रभावित करने वाले मुख्य कारकों में से एक है। यह सुधार सुनिश्चित करने के लिए मुख्य रूप से सामग्री चयन, सामग्री गारंटी और गर्मी उपचार का उपयोग करता है जीवन धारण करना. रोलिंग बीयरिंग आम तौर पर उच्च-कार्बन क्रोमियम असर वाले स्टील से बने होते हैं, और उनकी रासायनिक संरचना लगभग अपरिवर्तित रहती है। हालाँकि, अलग-अलग गलाने के तरीकों से सामग्रियों की शुद्धता अलग-अलग होती है, जिसका जीवनकाल पर बहुत प्रभाव पड़ता है। एक ही संपर्क तनाव की स्थिति के तहत, संपर्क थकान जीवन की सिरेमिक बियरिंग्स स्टील बीयरिंग की तुलना में बेहतर है; उच्च गति, हल्के भार और छोटे प्रभाव भार के मामले में, सिरेमिक बॉल बेयरिंग को प्राथमिकता दी जा सकती है। यह देखा जा सकता है कि बियरिंग्स के थकान जीवन पर सामग्रियों का प्रभाव बहुत महत्वपूर्ण है।
बेयरिंग स्टील की मार्टेंसाइट अवस्था
जब उच्च-कार्बन क्रोमियम स्टील की मूल संरचना दानेदार पर्लाइट होती है, तो शमन के बाद कम तापमान वाली टेम्परिंग अवस्था में, बुझी हुई मार्टेंसाइट की कार्बन सामग्री स्टील के यांत्रिक गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित करेगी। ताकत और क्रूरता लगभग 0.5% है, संपर्क थकान जीवन लगभग 0.55% है, और क्रश प्रतिरोध लगभग 0.42% है। जब कार्बन की मात्रा GCr15 स्टील शमन मार्टेंसाइट 0.5% ~ 0.56% है, विफलता के लिए सबसे मजबूत प्रतिरोध व्यापक यांत्रिक गुण प्राप्त किया जा सकता है।
इस मामले में प्राप्त मार्टेंसाइट क्रिप्टोक्रिस्टलाइन मार्टेंसाइट है और मापी गई कार्बन सामग्री औसत कार्बन सामग्री है। वास्तव में, मार्टेंसाइट में कार्बन सामग्री सूक्ष्म क्षेत्र के भीतर एक समान नहीं है। कार्बाइड के पास कार्बन सांद्रता कार्बाइड से दूर मूल फेराइट की तुलना में अधिक है। इसलिए, जिस तापमान पर वे मार्टेंसिटिक परिवर्तन से गुजरना शुरू करते हैं वह अलग-अलग होता है। यह मार्टेंसाइट अनाज के विकास और सूक्ष्म आकारिकी के प्रदर्शन को रोकता है और क्रिप्टोक्रिस्टलाइन मार्टेंसाइट बन जाता है। यह उच्च कार्बन स्टील के बुझने पर आसानी से होने वाले माइक्रोक्रैक से बच सकता है, और इसकी उपसंरचना उच्च शक्ति और क्रूरता के साथ स्ट्रिप मार्टेंसाइट है। इसलिए, केवल जब उच्च-कार्बन स्टील के शमन के दौरान मध्यम-कार्बन क्रिप्टोक्रिस्टलाइन मार्टेंसाइट प्राप्त होता है, तो असर वाले हिस्से विफलता के प्रतिरोध की सर्वोत्तम स्थिति प्राप्त कर सकते हैं।
बेयरिंग स्टील में अवशिष्ट ऑस्टेनाइट
शमन के बाद, उच्च कार्बन क्रोमियम स्टील में 8% ~ 20% Ar (बरकरार रखा गया ऑस्टेनाइट) हो सकता है। असर वाले हिस्सों में एआर के फायदे और नुकसान हैं। सर्वोत्तम स्थिति में समायोजित करने के लिए, Ar सामग्री उपयुक्त होनी चाहिए। चूंकि Ar की मात्रा मुख्य रूप से शमन और तापन की सहायक स्थितियों से संबंधित है, इसलिए इसकी मात्रा शमन किए गए मार्टेंसाइट की कार्बन सामग्री और अघुलनशील कार्बाइड की मात्रा को भी प्रभावित करेगी। यांत्रिक गुणों पर Ar राशि के प्रभाव को सटीक रूप से प्रतिबिंबित करना कठिन है। इस प्रयोजन के लिए, ऑस्टेनिटिक स्थितियां तय की गईं और Ar की विभिन्न मात्रा प्राप्त करने के लिए ऑस्टेनिटिक थर्मल स्थिरीकरण प्रक्रिया का उपयोग किया गया। शमन और कम तापमान के बाद GCr15 स्टील की कठोरता और संपर्क थकान जीवन पर Ar सामग्री के प्रभाव का अध्ययन किया गया। जैसे-जैसे ऑस्टेनाइट सामग्री बढ़ती है, कठोरता और संपर्क थकान जीवन बढ़ता है, और फिर चरम पर पहुंचने के बाद कम हो जाता है, लेकिन शिखर Ar सामग्री अलग होती है। कठोरता का शिखर लगभग 17% Ar पर दिखाई देता है, जबकि संपर्क थकान जीवन का शिखर लगभग 9% पर होता है।
जब परीक्षण भार कम हो जाता है, तो Ar सामग्री में वृद्धि के कारण संपर्क थकान जीवन पर प्रभाव कम हो जाता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि जब Ar की मात्रा कम होती है, तो यह ताकत में कमी पर बहुत कम प्रभाव डालता है, लेकिन सख्त प्रभाव स्पष्ट होता है। इसका कारण यह है कि जब भार छोटा होता है, तो Ar थोड़ी मात्रा में विरूपण से गुजरता है, जो न केवल तनाव शिखर को कम करता है, बल्कि प्रसंस्करण और तनाव-तनाव-प्रेरित मार्टेंसिटिक परिवर्तन के माध्यम से विकृत Ar को भी मजबूत करता है। हालांकि, यदि भार बड़ा है, तो Ar और मैट्रिक्स का बड़ा प्लास्टिक विरूपण स्थानीय तनाव एकाग्रता और टूटना का कारण बनेगा, जिससे सेवा जीवन कम हो जाएगा। यह बताया जाना चाहिए कि Ar का लाभकारी प्रभाव Ar की स्थिर अवस्था में होना चाहिए। यदि यह स्वचालित रूप से मार्टेंसाइट में बदल जाता है, तो स्टील की कठोरता तेजी से कम हो जाएगी और स्टील भंगुर हो जाएगा।
बीयरिंग स्टील में अघुलनशील कार्बाइड
बुझी हुई स्टील में अघुलनशील कार्बाइड की मात्रा, आकारिकी, आकार और वितरण न केवल स्टील की रासायनिक संरचना और बुझाने से पहले की मूल संरचना से प्रभावित होते हैं, बल्कि ऑस्टेनिटाइजिंग स्थितियों से भी प्रभावित होते हैं। असर जीवन पर अघुलनशील कार्बाइड के प्रभाव के संबंध में, प्रभाव पर कम अध्ययन हुए हैं। कार्बाइड एक कठोर एवं भंगुर चरण है। पहनने के प्रतिरोध के लिए फायदेमंद होने के अलावा, यह लोड-असर के दौरान मैट्रिक्स के साथ तनाव एकाग्रता का कारण बनेगा (विशेषकर यदि कार्बाइड गैर-गोलाकार है) और दरारें पैदा करेगा, जिससे कठोरता और थकान प्रतिरोध कम हो जाएगा। स्टील के गुणों पर अपने स्वयं के प्रभाव के अलावा, बुझी हुई अघुलनशील कार्बाइड कार्बन सामग्री और एआर सामग्री और बुझी हुई मार्टेंसाइट के वितरण को भी प्रभावित करती है, जिससे स्टील के गुणों पर अतिरिक्त प्रभाव पड़ता है।
प्रदर्शन पर अघुलनशील कार्बाइड के प्रभाव को प्रकट करने के लिए, विभिन्न कार्बन सामग्री वाले स्टील का उपयोग किया गया था। शमन के बाद, मार्टेंसाइट कार्बन सामग्री और एआर सामग्री समान थी लेकिन अघुलनशील कार्बाइड सामग्री अलग थी। 150°C पर तड़का लगाने के बाद, चूंकि मार्टेंसाइट में कार्बन की मात्रा समान होती है और कठोरता अधिक होती है, अघुलनशील कार्बाइड में थोड़ी सी वृद्धि से कठोरता में अधिक वृद्धि नहीं होगी। ताकत और कठोरता को प्रतिबिंबित करने वाला दबाव भार कम हो जाएगा, लेकिन संपर्क थकान जीवन, जो तनाव एकाग्रता के प्रति संवेदनशील है, काफी बढ़ जाएगा। कम करना। इसलिए, अघुलनशील कार्बाइड का अत्यधिक शमन स्टील के व्यापक यांत्रिक गुणों और विफलता प्रतिरोध के लिए हानिकारक है। बीयरिंग स्टील की कार्बन सामग्री को उचित रूप से कम करना बीयरिंग की सेवा जीवन को बढ़ाने के तरीकों में से एक है।
ऑबियरिंग के उन्नत ताप उपचार उपकरण
भौतिक गुणों को प्रभावित करने वाले बुझे हुए अघुलनशील कार्बाइड की मात्रा के अलावा, आकार, आकारिकी और वितरण भी भौतिक गुणों को प्रभावित करते हैं। बेयरिंग स्टील में अघुलनशील कार्बाइड के नुकसान से बचने के लिए, यह आवश्यक है कि अघुलनशील कार्बाइड छोटे (छोटी मात्रा), छोटे (छोटे आकार), एक समान (आकार का अंतर एक दूसरे से बहुत छोटा हो, और समान रूप से वितरित हो) हों। गोल (प्रत्येक कार्बाइड गोलाकार है)। यह बताया जाना चाहिए कि शमन के बाद असर वाले स्टील में अघुलनशील कार्बाइड की थोड़ी मात्रा न केवल पर्याप्त पहनने के प्रतिरोध को बनाए रखने के लिए आवश्यक है, बल्कि बारीक दाने वाले क्रिप्टोमार्टेंसाइट प्राप्त करने के लिए भी आवश्यक है।
बुझाने और तड़का लगाने के बाद बचा हुआ तनाव
शमन और कम तापमान वाले तड़के के बाद भी असर वाले हिस्सों में बड़ा आंतरिक तनाव होता है। भागों में अवशिष्ट आंतरिक तनाव के फायदे और नुकसान दोनों हैं। बेयरिंग स्टील के ताप उपचार के बाद, जैसे-जैसे सतह पर अवशिष्ट संपीड़न तनाव बढ़ता है, स्टील की थकान शक्ति बढ़ती है। इसके विपरीत, जब सतह पर अवशिष्ट आंतरिक तनाव कम हो जाता है, तो असर वाले स्टील की थकान शक्ति कम हो जाती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि बेयरिंग की थकान विफलता तब होती है जब यह अत्यधिक तन्य तनाव के अधीन होता है। जब एक बड़ा संपीड़न तनाव सतह पर रहता है, तो यह उसी मूल्य के तन्य तनाव को ऑफसेट कर देगा, और असर वाले स्टील का वास्तविक तन्य तनाव मूल्य कम हो जाएगा, जिससे थकान होगी। जब ताकत सीमा मूल्य बढ़ जाता है, जब एक बड़ा तन्य तनाव रहता है सतह पर, इसे तन्य तनाव भार के साथ आरोपित किया जाएगा और असर वाले स्टील का वास्तविक तन्य तनाव काफी बढ़ जाएगा, भले ही थकान शक्ति सीमा मूल्य कम हो जाए। इसलिए, शमन और तड़के के बाद असर वाले भागों की सतह पर एक बड़ा संपीड़न तनाव छोड़ना भी सेवा जीवन को बेहतर बनाने के उपायों में से एक है (बेशक, अत्यधिक अवशिष्ट तनाव से असर विरूपण या यहां तक कि दरार भी हो सकती है, इसलिए पर्याप्त ध्यान दिया जाना चाहिए) .
बेयरिंग स्टील की अशुद्धता सामग्री
असर स्टील में अशुद्धियों में गैर-धात्विक समावेशन और हानिकारक तत्व (एसिड-घुलनशील) सामग्री शामिल हैं। प्रदर्शन के लिए उनका नुकसान अक्सर परस्पर प्रबल होता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन की मात्रा जितनी अधिक होगी, ऑक्साइड समावेशन उतना ही अधिक होगा। असर स्टील में अशुद्धियों का यांत्रिक गुणों और भागों के विफलता प्रतिरोध पर प्रभाव अशुद्धियों के प्रकार, प्रकृति, मात्रा, आकार और आकार से संबंधित है, लेकिन आमतौर पर कठोरता, प्लास्टिसिटी और थकान जीवन को कम करने का प्रभाव होता है।
जैसे-जैसे समावेशन का आकार बढ़ता है, थकान शक्ति कम होती जाती है, और असर स्टील की तन्य शक्ति जितनी अधिक होती है, कमी की प्रवृत्ति उतनी ही अधिक होती है। जैसे-जैसे असर स्टील में ऑक्सीजन की मात्रा बढ़ती है (ऑक्साइड समावेशन बढ़ता है), उच्च तनाव की क्रिया के तहत झुकने की थकान और संपर्क थकान जीवन भी कम होता जाता है। इसलिए, उच्च तनाव के तहत काम करने वाले असर वाले हिस्सों के लिए, विनिर्माण में उपयोग किए जाने वाले असर स्टील की ऑक्सीजन सामग्री को कम करना आवश्यक है। कुछ अध्ययनों से पता चला है कि स्टील में MnS समावेशन का आकार दीर्घवृत्ताकार होता है और यह हानिकारक ऑक्साइड समावेशन को लपेट सकता है, इसलिए थकान जीवन को कम करने पर उनका प्रभाव कम होता है और वे फायदेमंद भी हो सकते हैं, इसलिए उन्हें उदारतापूर्वक नियंत्रित किया जा सकता है।
असर जीवन को प्रभावित करने वाले भौतिक कारकों का नियंत्रण
बीयरिंग जीवन को प्रभावित करने वाले उपर्युक्त भौतिक कारकों को सर्वोत्तम स्थिति में रखने के लिए, शमन से पहले स्टील की मूल संरचना को नियंत्रित करना आवश्यक है। जो तकनीकी उपाय किए जा सकते हैं उनमें शामिल हैं: उच्च तापमान (1050 डिग्री सेल्सियस) ऑस्टेनिटाइजेशन और 630 डिग्री सेल्सियस तक तेजी से ठंडा करना, स्यूडो यूटेक्टॉइड फाइन पर्लाइट संरचना प्राप्त करने के लिए इज़ोटेर्मल सामान्यीकरण, या बैनाइट संरचना प्राप्त करने के लिए 420 डिग्री सेल्सियस पर इज़ोटेर्मल उपचार। फोर्जिंग और रोलिंग की अपशिष्ट गर्मी का उपयोग करके तेजी से एनीलिंग का उपयोग एक महीन दाने वाली पर्लाइट संरचना प्राप्त करने के लिए भी किया जा सकता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि स्टील में कार्बाइड ठीक और समान रूप से वितरित हैं। जब इस अवस्था में मूल संरचना को शमन और गर्म करके ऑस्टेनिटाइज़ किया जाता है, तो ऑस्टेनाइट में घुले कार्बाइड के अलावा, अघुलनशील कार्बाइड बारीक कणों में एकत्र हो जाएंगे।
जब स्टील में मूल संरचना स्थिर होती है, तो बुझती मार्टेंसाइट की कार्बन सामग्री (अर्थात, बुझने और गर्म करने के बाद ऑस्टेनाइट की कार्बन सामग्री), बरकरार ऑस्टेनाइट की मात्रा और अघुलनशील कार्बाइड की मात्रा मुख्य रूप से शमन ताप तापमान पर निर्भर करती है और अपने पास रखने की अवधि। जैसे-जैसे शमन ताप तापमान बढ़ता है (एक निश्चित समय के लिए), स्टील में अघुलनशील कार्बाइड की संख्या कम हो जाती है (बुझी हुई मार्टेंसाइट की कार्बन सामग्री बढ़ जाती है), बरकरार ऑस्टेनाइट की मात्रा बढ़ जाती है, और कठोरता सबसे पहले शमन की वृद्धि के साथ बढ़ती है तापमान। चरम मान पर पहुंचने के बाद, तापमान बढ़ने पर यह घट जाता है। जब शमन ताप तापमान स्थिर होता है, जैसे-जैसे ऑस्टेनिटाइजेशन का समय बढ़ता है, अघुलनशील कार्बाइड की मात्रा कम हो जाती है, बरकरार ऑस्टेनाइट की मात्रा बढ़ जाती है, और कठोरता बढ़ जाती है। समय अधिक होने पर यह प्रवृत्ति धीमी हो जाती है। जब मूल संरचना में कार्बाइड ठीक होते हैं, तो कार्बाइड को ऑस्टेनाइट में घोलना आसान होता है, इसलिए शमन के बाद कठोरता का शिखर कम तापमान पर चला जाता है और कम ऑस्टेनिटाइजेशन समय में दिखाई देता है।
संक्षेप में, GCrI5 स्टील को बुझाने के बाद, इष्टतम संरचनात्मक संरचना लगभग 7% अघुलनशील कार्बाइड और लगभग 9% बरकरार ऑस्टेनाइट है (क्रिप्टोक्रिस्टलाइन मार्टेंसाइट की औसत कार्बन सामग्री लगभग 0.55% है)। इसके अलावा, जब मूल संरचना में कार्बाइड छोटे होते हैं और समान रूप से वितरित होते हैं, जब उपरोक्त स्तर पर माइक्रोस्ट्रक्चरल संरचना को विश्वसनीय रूप से नियंत्रित किया जाता है, तो उच्च व्यापक यांत्रिक गुण प्राप्त करना फायदेमंद होता है और इस प्रकार उच्च सेवा जीवन होता है। यह बताया जाना चाहिए कि जब मूल संरचना को बारीक बिखरे हुए कार्बाइड के साथ बुझाया जाता है, गर्म किया जाता है और गर्म रखा जाता है, तो अघुलनशील बारीक कार्बाइड एकत्र हो जाएंगे और बढ़ जाएंगे, जिससे यह मोटा हो जाएगा। इसलिए, इस मूल संरचना वाले भागों के शमन और तापन का समय बहुत लंबा नहीं होना चाहिए। तीव्र हीटिंग ऑस्टेनिटाइजिंग शमन प्रक्रिया का उपयोग करने से उच्च व्यापक यांत्रिक गुण प्राप्त होंगे।
शमन और तड़के के बाद असर वाले हिस्सों की सतह पर एक बड़ा संपीड़न तनाव छोड़ने के लिए, शमन और हीटिंग के दौरान एक कार्बराइजिंग या नाइट्राइडिंग वातावरण पेश किया जा सकता है, और थोड़े समय के लिए सतह कार्बराइजिंग या नाइट्राइडिंग किया जा सकता है। चूंकि इस प्रकार के स्टील को बुझाने और गर्म करने पर ऑस्टेनाइट की वास्तविक कार्बन सामग्री अधिक नहीं होती है, जो कि चरण आरेख पर दिखाए गए संतुलन एकाग्रता से बहुत कम है, यह कार्बन (या नाइट्रोजन) को अवशोषित कर सकता है। जब ऑस्टेनाइट में अधिक कार्बन या नाइट्रोजन होता है, तो इसका एमएस कम हो जाता है। शमन के दौरान, सतह परत आंतरिक परत और कोर के पीछे मार्टेंसिटिक परिवर्तन से गुजरती है, जिसके परिणामस्वरूप बड़ा अवशिष्ट संपीड़न तनाव होता है। GCrl5 स्टील को कार्बराइजिंग वातावरण और गैर-कार्बराइजिंग वातावरण (दोनों को कम तापमान पर टेम्पर्ड किया गया था) में गर्म करने और बुझाने के बाद, संपर्क थकान परीक्षण से पता चला कि सतह कार्बराइज्ड स्टील का सेवा जीवन गैर-कार्बराइज्ड स्टील की तुलना में 1.5 गुना अधिक था। इसका कारण यह है कि कार्बराइज्ड भागों की सतह पर बड़े अवशिष्ट संपीड़न तनाव होते हैं।
निष्कर्ष
उच्च कार्बन क्रोमियम स्टील रोलिंग बियरिंग भागों के सेवा जीवन को प्रभावित करने वाले मुख्य भौतिक कारक और नियंत्रण की डिग्री हैं:
(1) शमन से पहले स्टील की मूल संरचना में कार्बाइड को बारीक और फैलाना आवश्यक है। इसे 630℃ या 420℃ के उच्च तापमान ऑस्टेनिटाइजेशन का उपयोग करके, या तेजी से एनीलिंग के लिए फोर्जिंग और रोलिंग की अपशिष्ट गर्मी का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है।
(2) जीसीआर15 स्टील को बुझाने के बाद, एक समान और गोल अवस्था में लगभग 0.55%, लगभग 9% एआर, और लगभग 7% अघुलनशील कार्बाइड की औसत कार्बन सामग्री के साथ क्रिप्टोक्रिस्टलाइन मार्टेंसाइट की एक माइक्रोस्ट्रक्चर प्राप्त करना आवश्यक है। यह सूक्ष्म संरचना शमन ताप तापमान और समय को नियंत्रित करके प्राप्त की जा सकती है।
(3) भागों को कम तापमान पर बुझाने और तड़का लगाने के बाद, सतह पर एक बड़े अवशिष्ट संपीड़न तनाव की आवश्यकता होती है, जो थकान प्रतिरोध में सुधार करने में मदद करता है। शमन और तापन के दौरान सतह को थोड़े समय के लिए कार्बराइज्ड या नाइट्राइड किया जा सकता है, ताकि सतह पर एक बड़ा संपीड़न तनाव बना रहे।
(4) असर वाले हिस्सों के निर्माण के लिए उपयोग किए जाने वाले स्टील को उच्च शुद्धता की आवश्यकता होती है, मुख्य रूप से O2, N2, P, ऑक्साइड और फॉस्फाइड की सामग्री को कम करने के लिए। इलेक्ट्रोस्लैग रीमेल्टिंग, वैक्यूम स्मेल्टिंग और अन्य तकनीकी उपायों का उपयोग यह सुनिश्चित करने के लिए किया जा सकता है कि सामग्री की ऑक्सीजन सामग्री ≤15PPM है।