Ikuti saya di:
Faktor Material yang Mempengaruhi Kehidupan Bantalan
Mode kegagalan awal bantalan terutama mencakup retak, deformasi plastis, keausan, korosi, dan kelelahan. Dalam kondisi normal, kegagalan bantalan terutama disebabkan oleh kelelahan kontak. Selain kondisi servis, kegagalan bantalan terutama dibatasi oleh kekerasan, kekuatan, ketangguhan, ketahanan aus, ketahanan korosi, dan kondisi tegangan internal baja. Faktor utama penyebab kegagalan akibat material bantalan adalah sebagai berikut.
Baja bantalan （AISI 52100 & GCr15） adalah salah satu faktor utama yang mempengaruhi umur bearing. Ini terutama menggunakan pemilihan material, jaminan material dan perlakuan panas untuk memastikan peningkatan menanggung kehidupan. Bantalan gelinding umumnya terbuat dari baja bantalan kromium karbon tinggi, dan komposisi kimianya hampir tidak berubah. Namun, metode peleburan yang berbeda menyebabkan kemurnian bahan berbeda, yang berdampak besar pada umur pakai. Di bawah kondisi tegangan kontak yang sama, umur kelelahan kontak adalah bantalan keramik lebih baik dari pada bantalan baja; dalam hal kecepatan tinggi, beban ringan dan beban tumbukan kecil, bantalan bola keramik dapat lebih disukai. Terlihat bahwa pengaruh material terhadap umur kelelahan bantalan sangat signifikan.
Keadaan baja bantalan martensit
Jika struktur asli baja kromium karbon tinggi adalah perlit granular, dalam keadaan temper suhu rendah setelah pendinginan, kandungan karbon dari martensit yang dipadamkan akan mempengaruhi sifat mekanik baja secara signifikan. Kekuatan dan ketangguhannya sekitar 0.5%, umur kelelahan kontak sekitar 0.55%, dan ketahanan terhadap benturan sekitar 0.42%. Ketika kandungan karbon GCr15 martensit baja yang dipadamkan adalah 0.5%~0.56%, ketahanan terkuat terhadap kegagalan dapat diperoleh sifat mekanik yang komprehensif.
Martensit yang diperoleh dalam hal ini adalah martensit kriptokristalin dan kandungan karbon yang diukur adalah kandungan karbon rata-rata. Faktanya, kandungan karbon dalam martensit tidak seragam di wilayah mikro. Konsentrasi karbon di dekat karbida lebih tinggi dibandingkan dengan ferit asli yang jauh dari karbida. Oleh karena itu, suhu saat mereka mulai mengalami transformasi martensit berbeda-beda. Hal ini menghambat pertumbuhan butiran martensit dan tampilan morfologi mikroskopis dan menjadi martensit kriptokristalin. Hal ini dapat menghindari retakan mikro yang mudah terjadi ketika baja karbon tinggi dipadamkan, dan substrukturnya adalah strip martensit dengan kekuatan dan ketangguhan tinggi. Oleh karena itu, hanya jika martensit kriptokristalin karbon sedang diperoleh selama pendinginan baja karbon tinggi, suku cadang bantalan dapat mencapai tingkat ketahanan terbaik terhadap kegagalan.
Sisa austenit pada baja bantalan
Setelah pendinginan, baja kromium karbon tinggi dapat mengandung 8%~20% Ar (austenit sisa). Ar pada bagian bearing mempunyai kelebihan dan kekurangan. Untuk menyesuaikan dengan kondisi terbaik, kandungan Ar harus sesuai. Karena jumlah Ar terutama berkaitan dengan kondisi austenitisasi pendinginan dan pemanasan, jumlahnya juga akan mempengaruhi kandungan karbon martensit yang dipadamkan dan jumlah karbida yang tidak larut. Sulit untuk secara akurat mencerminkan dampak jumlah Ar terhadap sifat mekanik. Untuk tujuan ini, kondisi austenitik ditetapkan dan proses stabilisasi termal austenitisasi digunakan untuk memperoleh jumlah Ar yang berbeda. Pengaruh kandungan Ar terhadap kekerasan dan umur kelelahan kontak baja GCr15 setelah quenching dan suhu rendah dipelajari. Dengan bertambahnya kandungan austenit maka kekerasan dan umur kelelahan kontak meningkat, kemudian menurun setelah mencapai puncak, namun kandungan puncak Ar berbeda. Puncak kekerasan muncul pada sekitar 17% Ar, sedangkan umur kelelahan kontak Puncaknya terjadi pada sekitar 9%.
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.
Karbida yang tidak larut dalam baja bantalan
Kuantitas, morfologi, ukuran dan distribusi karbida yang tidak larut dalam baja yang dipadamkan tidak hanya dipengaruhi oleh komposisi kimia baja dan struktur asli sebelum pendinginan, tetapi juga oleh kondisi austenisasi. Mengenai dampak karbida yang tidak larut terhadap umur bantalan, penelitian mengenai dampaknya masih sedikit. Karbida adalah fase keras dan rapuh. Selain bermanfaat terhadap ketahanan aus, hal ini juga akan menyebabkan konsentrasi tegangan pada matriks selama menahan beban (terutama jika karbida tidak berbentuk bola) dan menyebabkan retakan, yang akan mengurangi ketangguhan dan ketahanan lelah. Selain dampaknya terhadap sifat-sifat baja, karbida tak larut yang dipadamkan juga mempengaruhi kandungan karbon dan kandungan Ar serta distribusi martensit yang dipadamkan, sehingga mempunyai dampak tambahan pada sifat-sifat baja.
Untuk mengungkap dampak karbida yang tidak larut terhadap kinerja, digunakan baja dengan kandungan karbon berbeda. Setelah dilakukan quenching, kandungan karbon martensit dan kandungan Ar sama namun kandungan karbida yang tidak larut berbeda. Setelah temper pada suhu 150°C, Karena martensit memiliki kandungan karbon yang sama dan kekerasan yang lebih tinggi, sedikit peningkatan pada karbida yang tidak larut tidak akan banyak meningkatkan kekerasan. Beban tekanan yang mencerminkan kekuatan dan ketangguhan akan berkurang, namun umur kelelahan kontak, yang sensitif terhadap konsentrasi tegangan, akan meningkat secara signifikan. mengurangi. Oleh karena itu, pendinginan berlebihan karbida yang tidak larut akan merusak sifat mekanik menyeluruh dan ketahanan kegagalan baja. Mengurangi kandungan karbon pada baja bantalan secara tepat adalah salah satu cara untuk meningkatkan masa pakai bantalan.
Peralatan perlakuan panas canggih dari Aubearing
Selain jumlah karbida tak larut yang dipadamkan mempengaruhi sifat material, ukuran, morfologi, dan distribusi juga mempengaruhi sifat material. Untuk menghindari bahaya karbida yang tidak larut pada baja bantalan, karbida yang tidak larut harus berukuran kecil (jumlah kecil), kecil (ukuran kecil), seragam (perbedaan ukuran satu sama lain sangat kecil, dan merata), bulat (setiap karbida berbentuk bulat). Perlu dicatat bahwa sejumlah kecil karbida yang tidak larut dalam baja bantalan setelah pendinginan diperlukan tidak hanya untuk mempertahankan ketahanan aus yang cukup, tetapi juga untuk mendapatkan kriptomartensit berbutir halus.
Stres sisa setelah quenching dan tempering
Bagian bantalan masih mengalami tekanan internal yang besar setelah pendinginan dan temper suhu rendah. Tegangan internal sisa pada beberapa bagian memiliki kelebihan dan kekurangan. Setelah perlakuan panas pada baja bantalan, seiring dengan meningkatnya tegangan tekan sisa pada permukaan, kekuatan lelah baja meningkat. Sebaliknya, ketika tegangan internal sisa pada permukaan berkurang, maka kekuatan lelah baja bantalan menurun. Hal ini karena kegagalan kelelahan pada bantalan terjadi ketika bantalan tersebut mengalami tegangan tarik yang berlebihan. Apabila tegangan tekan yang besar tetap berada pada permukaan maka akan mengimbangi tegangan tarik yang besarnya sama, dan nilai tegangan tarik sebenarnya dari baja bantalan akan berkurang sehingga menyebabkan kelelahan. Ketika nilai batas kekuatan meningkat, ketika tegangan tarik yang besar tetap ada di permukaan akan ditumpangkan pada beban tegangan tarik, dan tegangan tarik aktual baja bantalan akan meningkat secara signifikan, meskipun nilai batas kekuatan lelahnya diturunkan. Oleh karena itu, meninggalkan tegangan tekan yang besar pada permukaan bagian bantalan setelah pendinginan dan temper juga merupakan salah satu tindakan untuk meningkatkan masa pakai (tentu saja, tegangan sisa yang berlebihan dapat menyebabkan deformasi bantalan atau bahkan retak, sehingga perhatian yang cukup harus diberikan) .
Kandungan pengotor baja bantalan
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.
Pengendalian faktor material yang mempengaruhi umur bantalan
Untuk menjaga faktor material yang disebutkan di atas yang mempengaruhi umur bantalan dalam kondisi terbaik, struktur asli baja harus dikontrol terlebih dahulu sebelum pendinginan. Upaya teknis yang dapat dilakukan antara lain: austenitisasi suhu tinggi (1050°C) dan pendinginan cepat hingga 630°C, normalisasi isotermal untuk memperoleh struktur perlit halus pseudo Eutektoid, atau perlakuan isotermal pada suhu 420°C untuk memperoleh struktur bainit. Anil cepat menggunakan limbah panas penempaan dan penggulungan juga dapat digunakan untuk mendapatkan struktur perlit berbutir halus untuk memastikan bahwa karbida dalam baja halus dan merata. Ketika struktur asli dalam keadaan ini diaustenisasi dengan pendinginan dan pemanasan, selain karbida yang terlarut dalam austenit, karbida yang tidak larut akan beragregasi menjadi partikel halus.
Ketika struktur asli baja konstan, kandungan karbon martensit yang dipadamkan (yaitu, kandungan karbon austenit setelah pendinginan dan pemanasan), jumlah austenit yang tertahan, dan jumlah karbida yang tidak larut terutama bergantung pada suhu pemanasan pendinginan dan waktu penahanan. , dengan meningkatnya suhu pemanasan pendinginan (untuk waktu tertentu), jumlah karbida yang tidak larut dalam baja berkurang (kandungan karbon martensit yang dipadamkan meningkat), jumlah austenit yang tertahan meningkat, dan kekerasan pertama kali meningkat seiring dengan peningkatan pendinginan. suhu. Setelah mencapai nilai puncak, nilainya menurun seiring dengan meningkatnya suhu. Ketika suhu pemanasan quenching konstan, seiring dengan bertambahnya waktu austenitisasi, jumlah karbida yang tidak larut berkurang, jumlah austenit yang tertahan meningkat, dan kekerasan meningkat. Ketika waktunya lebih lama, tren ini melambat. Ketika karbida pada struktur aslinya baik-baik saja, karbida mudah larut menjadi austenit, sehingga puncak kekerasan setelah quenching berpindah ke suhu yang lebih rendah dan muncul dalam waktu austenitisasi yang lebih singkat.
Singkatnya, setelah pendinginan baja GCrI5, komposisi struktur optimal adalah sekitar 7% karbida yang tidak larut dan sekitar 9% austenit yang tertahan (kandungan karbon rata-rata martensit kriptokristalin adalah sekitar 0.55%). Selain itu, ketika karbida dalam struktur aslinya berukuran kecil dan terdistribusi secara merata, ketika komposisi mikrostruktur pada tingkat di atas dapat dikontrol dengan baik, akan bermanfaat untuk memperoleh sifat mekanik komprehensif yang tinggi dan dengan demikian memiliki masa pakai yang tinggi. Perlu diperhatikan bahwa ketika struktur asli dengan karbida halus terdispersi dipadamkan, dipanaskan dan dijaga tetap hangat, karbida halus yang tidak larut akan berkumpul dan tumbuh, menjadikannya kasar. Oleh karena itu, waktu pendinginan dan pemanasan untuk bagian bantalan dengan struktur asli ini tidak boleh terlalu lama. Menggunakan proses pendinginan austenitisasi pemanasan cepat akan mencapai sifat mekanik komprehensif yang lebih tinggi.
Untuk meninggalkan tegangan tekan yang besar pada permukaan bagian bantalan setelah pendinginan dan temper, atmosfer karburasi atau nitridasi dapat diterapkan selama pendinginan dan pemanasan, dan karburasi atau nitridasi permukaan dapat dilakukan dalam waktu singkat. Karena kandungan karbon sebenarnya dari austenit tidak tinggi ketika baja jenis ini dipadamkan dan dipanaskan, yang jauh lebih rendah dari konsentrasi kesetimbangan yang ditunjukkan pada diagram fasa, maka baja jenis ini dapat menyerap karbon (atau nitrogen). Ketika austenit mengandung karbon atau nitrogen yang lebih tinggi, Ms-nya menurun. Selama quenching, lapisan permukaan mengalami transformasi martensit di belakang lapisan dalam dan inti, sehingga menghasilkan tegangan tekan sisa yang lebih besar. Setelah baja GCrl5 dipanaskan dan dipadamkan dalam atmosfer karburasi dan atmosfer non-karburasi (keduanya ditempa pada suhu rendah), uji kelelahan kontak menunjukkan bahwa masa pakai baja karburasi permukaan 1.5 kali lebih lama dibandingkan baja non-karburasi. Alasannya adalah permukaan bagian karburasi mempunyai tegangan tekan sisa yang besar.
Kesimpulan
Faktor material utama dan tingkat pengendalian yang mempengaruhi masa pakai bagian bantalan gelinding baja karbon kromium tinggi adalah:
(1) Karbida dalam struktur asli baja sebelum pendinginan harus dihaluskan dan didispersikan. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan austenitisasi suhu tinggi 630℃ atau 420℃, atau dengan menggunakan limbah panas dari penempaan dan penggulungan untuk anil cepat.
(2) Setelah pendinginan baja GCr15, diperlukan struktur mikro martensit kriptokristalin dengan kandungan karbon rata-rata sekitar 0.55%, sekitar 9% Ar, dan sekitar 7% karbida tak larut dalam keadaan seragam dan bulat. Struktur mikro ini dapat diperoleh dengan mengontrol suhu dan waktu pemanasan quenching.
(3) Setelah bagian dipadamkan dan ditempa pada suhu rendah, diperlukan tegangan tekan sisa yang besar pada permukaan, yang membantu meningkatkan ketahanan lelah. Permukaan dapat dikarburasi atau dinitridasi dalam waktu singkat selama pendinginan dan pemanasan, sehingga tegangan tekan yang besar tetap ada pada permukaan.
(4) Baja yang digunakan untuk pembuatan bagian bantalan memerlukan kemurnian tinggi, terutama untuk mengurangi kandungan O2, N2, P, oksida dan fosfida. Peleburan kembali elektroslag, peleburan vakum, dan tindakan teknis lainnya dapat digunakan untuk memastikan kandungan oksigen dalam bahan ≤15PPM.