Medžiaginiai veiksniai, turintys įtakos guolio tarnavimo laikui

Medžiaginiai veiksniai, turintys įtakos guolio tarnavimo laikui

Ankstyvieji guolių gedimo būdai daugiausia apima įtrūkimus, plastines deformacijas, nusidėvėjimą, koroziją ir nuovargį. Įprastomis sąlygomis guolio gedimas pirmiausia atsiranda dėl kontaktinio nuovargio. Be eksploatavimo sąlygų, guolio gedimą daugiausia riboja plieno kietumas, stiprumas, kietumas, atsparumas dilimui, atsparumas korozijai ir vidinis įtempis. Pagrindiniai veiksniai, sukeliantys gedimą dėl guolių medžiagų, yra šie.

Guolių plienas turi įtakos guolio tarnavimo laikui

Guolių plienas (AISI 52100 ir GCr15) yra vienas iš pagrindinių veiksnių, turinčių įtakos guolių tarnavimo laikui. Jis daugiausia naudoja medžiagų pasirinkimą, medžiagų garantiją ir terminį apdorojimą, kad būtų užtikrintas tobulinimas nešantis gyvybę. Riedėjimo guoliai dažniausiai gaminami iš daug anglies turinčio chromo guolių plieno, o jų cheminė sudėtis beveik nesikeičia. Tačiau skirtingi lydymo būdai lemia skirtingą medžiagų grynumą, o tai turi didelę įtaką eksploatavimo trukmei. Esant tokioms pačioms kontaktinio streso sąlygoms, kontaktinio nuovargio tarnavimo laikas keraminiai guoliai yra geresnis nei plieniniai guoliai; Esant dideliam greičiui, nedidelėms apkrovoms ir mažoms smūginėms apkrovoms, pirmenybė teikiama keraminiams rutuliniams guoliams. Matyti, kad medžiagų įtaka guolių nuovargio trukmei yra labai reikšminga.

AISI-52100-Guolių plienas

Guolių plieno martensito būsena

Kai pradinė daug anglies turinčio chromo plieno struktūra yra granuliuotas perlitas, po gesinimo esant žemai temperatūrai grūdinimo būsenoje, gesinto martensito anglies kiekis labai paveiks plieno mechanines savybes. Stiprumas ir kietumas yra apie 0.5%, kontaktinis nuovargis yra apie 0.55%, o atsparumas gniuždymui yra apie 0.42%. Kai anglies kiekis GCr15 plieno grūdintas martensitas yra 0.5% ~ 0.56%, stipriausias atsparumas gedimui gali būti gautas išsamias mechanines savybes.

Šiuo atveju gautas martensitas yra kriptokristalinis martensitas, o išmatuotas anglies kiekis yra vidutinis anglies kiekis. Tiesą sakant, anglies kiekis martensite mikroregione nėra vienodas. Anglies koncentracija šalia karbido yra didesnė nei pradinio ferito, esančio toli nuo karbido. Todėl temperatūra, kurioje jie pradeda vykti martensitinė transformacija, skiriasi. Tai slopina martensito grūdelių augimą ir mikroskopinės morfologijos rodymą ir tampa kriptokristaliniu martensitu. Jis gali išvengti mikroįtrūkimų, kurie lengvai atsiranda gesinant daug anglies turintį plieną, o jo pagrindas yra didelio stiprumo ir kietumo juostelinis martensitas. Todėl tik tada, kai gesinant daug anglies turintį plieną gaunamas vidutinio anglies kriptokristalinis martensitas, guolių dalys gali pasiekti geriausią atsparumo gedimui būseną.

Guolių plieno martensito būsena

Austenito likutis guolių pliene

Po gesinimo didelio anglies chromo pliene gali būti 8% ~ 20% Ar (išlaikytas austenitas). Ar guolių dalyse turi privalumų ir trūkumų. Norint prisitaikyti prie geriausios būklės, Ar kiekis turėtų būti tinkamas. Kadangi Ar kiekis daugiausia susijęs su gesinimo ir šildymo austenitizacijos sąlygomis, jo kiekis taip pat turės įtakos anglies kiekiui gesintame martensite ir neištirpusių karbidų kiekiui. Sunku tiksliai atspindėti Ar kiekio įtaką mechaninėms savybėms. Šiuo tikslu buvo nustatytos austenitinės sąlygos ir naudojamas austenitizuojantis terminis stabilizavimo procesas, siekiant gauti skirtingus Ar kiekius. Ištirtas Ar kiekio poveikis GCr15 plieno kietumui ir kontaktiniam nuovargiui po grūdinimo ir žemoje temperatūroje. Didėjant austenito kiekiui, kietumas ir kontaktinis nuovargis didėja, o pasiekus piką sumažėja, tačiau didžiausias Ar kiekis skiriasi. Kietumo smailė pasiekiama esant maždaug 17 % Ar, o kontaktinio nuovargio tarnavimo laikas Didžiausias būna maždaug 9 %.

Austenito likutis guolių pliene

Kai bandymo apkrova mažėja, sumažėja įtaka kontaktinio nuovargio tarnavimo laikui dėl Ar kiekio padidėjimo. Taip yra todėl, kad kai Ar kiekis yra mažas, jis mažai veikia stiprumo mažinimą, tačiau kietinamasis poveikis yra akivaizdus. Priežastis ta, kad kai apkrova yra maža, Ar patiria nedidelę deformaciją, kuri ne tik sumažina įtempių smailę, bet ir sustiprina deformuotą Ar per apdorojimą ir įtempių deformaciją sukeltą martensitinę transformaciją. Tačiau, jei apkrova yra didelė, didelė plastinė Ar ir matricos deformacija sukels vietinę įtempių koncentraciją ir plyšimą, taip sumažinant tarnavimo laiką. Reikėtų pažymėti, kad teigiamas Ar poveikis turi būti stabilios Ar būsenos. Jei jis spontaniškai virsta martensitu, plieno kietumas smarkiai sumažės ir plienas taps trapus.

Neištirpę karbidai guolių pliene

Neištirpusių karbidų kiekiui, morfologijai, dydžiui ir pasiskirstymui grūdintame pliene turi įtakos ne tik plieno cheminė sudėtis ir pradinė struktūra prieš grūdinimą, bet ir austenitizacijos sąlygos. Kalbant apie neištirpusių karbidų poveikį guolių eksploatavimo trukmei, poveikio tyrimų atlikta mažiau. Karbidas yra kieta ir trapi fazė. Be to, kad jis yra naudingas atsparumui nusidėvėjimui, jis sukels įtempių koncentraciją matricoje nešančiosios apkrovos metu (ypač jei karbidas nėra sferinis) ir sukels įtrūkimus, o tai sumažins kietumą ir atsparumą nuovargiui. Be savo poveikio plieno savybėms, gesinti neištirpę karbidai taip pat turi įtakos anglies kiekiui ir Ar kiekiui bei gesinto martensito pasiskirstymui, taip darydami papildomą poveikį plieno savybėms.

Neištirpę karbidai guolių pliene

Siekiant atskleisti neištirpusių karbidų įtaką eksploatacinėms savybėms, buvo naudojamas skirtingo anglies kiekio plienas. Po gesinimo martensito anglies kiekis ir Ar kiekis buvo vienodi, tačiau neištirpusio karbido kiekis skyrėsi. Po grūdinimo 150°C temperatūroje, kadangi martensito anglies kiekis yra toks pat ir didesnis kietumas, nedidelis neištirpusių karbidų kiekio padidėjimas kietumo nedaug padidins. Slėgio apkrova, atspindinti stiprumą ir kietumą, sumažės, tačiau kontaktinis nuovargis, kuris yra jautrus įtempių koncentracijai, žymiai padidės. sumažinti. Todėl per didelis neištirpusių karbidų gesinimas kenkia visapusiškoms plieno mechaninėms savybėms ir atsparumui gedimams. Tinkamas anglies kiekio mažinimas guolių pliene yra vienas iš būdų pailginti guolių tarnavimo laiką.

ŠILUMOS PREKYMAS
GUOLINĖ ŽALIA
terminis apdorojimas 1

Pažangi terminio apdorojimo įranga iš Aubearing

Be atšaldytų neištirpusių karbidų kiekio, turinčio įtakos medžiagos savybėms, dydis, morfologija ir pasiskirstymas taip pat turi įtakos medžiagos savybėms. Siekiant išvengti neištirpusių karbidų guolių pliene, reikalaujama, kad neištirpę karbidai būtų maži (mažas kiekis), maži (mažo dydžio), vienodi (dydžių skirtumas vienas nuo kito labai mažas ir tolygiai pasiskirstytų), apvalus (kiekvienas karbidas yra sferinis). Pažymėtina, kad nedidelis neištirpusių karbidų kiekis guolių pliene po grūdinimo yra būtinas ne tik norint išlaikyti pakankamą atsparumą dilimui, bet ir norint gauti smulkiagrūdį kriptomartensitą.

Liekamoji įtampa po gesinimo ir grūdinimo

Guolių dalys vis dar turi didelį vidinį įtempį po gesinimo ir grūdinimo žemoje temperatūroje. Liekamasis vidinis įtempis dalyse turi ir privalumų, ir trūkumų. Po guolių plieno terminio apdorojimo, didėjant liekamajam paviršiaus gniuždymo įtempiui, didėja plieno atsparumas nuovargiui. Priešingai, mažėjant liekamajam vidiniam paviršiaus įtempiui, mažėja guolio plieno atsparumas nuovargiui. Taip yra todėl, kad guolio nuovargis sugenda, kai jį veikia per didelis tempimo įtempis. Kai paviršiuje išlieka didelis gniuždymo įtempis, jis kompensuos tos pačios vertės tempimo įtempį, o tikroji guolio plieno tempimo įtempio vertė sumažės, sukeldama nuovargį. Kai stiprio ribinė vertė padidėja, kai išlieka didelis tempiamasis įtempis ant paviršiaus, jis bus padengtas tempimo įtempių apkrova, o tikrasis guolio plieno tempiamasis įtempis žymiai padidės, net jei nuovargio stiprio ribinė vertė bus sumažinta. Todėl didelio gniuždymo įtempio palikimas guolio dalių paviršiuje po grūdinimo ir grūdinimo taip pat yra viena iš tarnavimo laiką pailginančių priemonių (žinoma, dėl per didelio liekamojo įtempimo gali atsirasti guolio deformacija ar net įtrūkimai, todėl reikia skirti pakankamai dėmesio). .

Guolių plieno priemaišų kiekis

Guolių plieno priemaišos apima nemetalinius intarpus ir kenksmingų elementų (tirpių rūgštyje) kiekį. Jų žala veikimui dažnai vienas kitą sustiprina. Pavyzdžiui, kuo didesnis deguonies kiekis, oksidų inkliuzai. Guolių plieno priemaišų įtaka dalių mechaninėms savybėms ir atsparumui gedimams yra susijusi su priemaišų tipu, pobūdžiu, kiekiu, dydžiu ir forma, bet paprastai sumažina tvirtumą, plastiškumą ir nuovargio tarnavimo laiką.
Didėjant inkliuzų dydžiui, nuovargio stipris mažėja, o kuo didesnis guolio plieno atsparumas tempimui, tuo didesnė mažėjimo tendencija. Didėjant deguonies kiekiui guolio pliene (padidėja oksidų intarpai), lenkimo nuovargis ir kontaktinis nuovargis taip pat mažėja veikiant dideliam įtempimui. Todėl guolių dalims, veikiančioms esant dideliam įtempimui, būtina sumažinti gamyboje naudojamo guolių plieno deguonies kiekį. Kai kurie tyrimai parodė, kad MnS inkliuzai pliene yra elipsoidinės formos ir gali apvynioti kenksmingus oksidų inkliuzus, todėl jie turi mažesnį poveikį nuovargio trukmei ir netgi gali būti naudingi, todėl juos galima švelniai kontroliuoti.

Guolių plieno priemaišų kiekis

Medžiagų, turinčių įtakos guolio tarnavimo laikui, kontrolė

Norint išlaikyti geriausius minėtus medžiagų veiksnius, turinčius įtakos guolio tarnavimo laikui, pirmiausia reikia sukontroliuoti pirminę plieno struktūrą prieš gesinant. Techninės priemonės, kurių galima imtis, yra: austenitizacija aukštoje temperatūroje (1050°C) ir greitas aušinimas iki 630°C izoterminis normalizavimas, kad būtų gauta pseudoeutektoidinė smulkaus perlito struktūra, arba izoterminis apdorojimas 420°C temperatūroje, kad būtų gauta bainito struktūra. Greitas atkaitinimas naudojant kalimo ir valcavimo šilumą taip pat gali būti naudojamas smulkiagrūdei perlito struktūrai gauti, siekiant užtikrinti, kad plieno karbidai būtų smulkūs ir tolygiai pasiskirstę. Kai pradinė šios būsenos struktūra austenitinama gesinant ir kaitinant, be austenite ištirpusių karbidų, neištirpę karbidai susikaups į smulkias daleles.

Kai pradinė plieno struktūra yra pastovi, gesinto martensito anglies kiekis (ty anglies kiekis austenite po gesinimo ir kaitinimo), sulaikyto austenito kiekis ir neištirpusių karbidų kiekis daugiausia priklauso nuo gesinimo kaitinimo temperatūros ir laikymo laikas. , didėjant gesinimo kaitinimo temperatūrai (tam tikram laikui), neištirpusių karbidų skaičius pliene mažėja (padidėja anglies kiekis gesintame martensite), didėja sulaikyto austenito kiekis, o didėjant grūdinimui pirmiausia didėja kietumas. temperatūros. Pasiekus didžiausią vertę, didėjant temperatūrai, jis mažėja. Kai gesinimo kaitinimo temperatūra yra pastovi, didėjant austenitizacijos laikui, mažėja neištirpusių karbidų kiekis, didėja sulaikyto austenito kiekis, didėja kietumas. Kai laikas ilgėja, ši tendencija sulėtėja. Kai pradinės struktūros karbidai yra gerai, karbidai lengvai ištirpsta į austenitą, todėl kietumo smailė po gesinimo pereina į žemesnę temperatūrą ir atsiranda per trumpesnį austenitizacijos laiką.

naujas apie 5

Apibendrinant galima teigti, kad atšaldžius GCrI5 plieną optimali struktūrinė sudėtis yra apie 7% neištirpusių karbidų ir apie 9% išlikusio austenito (vidutinis kriptokristalinio martensito anglies kiekis yra apie 0.55%). Be to, kai karbidai pradinėje struktūroje yra maži ir tolygiai pasiskirstę, kai aukščiau nurodyto lygio mikrostruktūrinė sudėtis yra patikimai kontroliuojama, naudinga išgauti aukštas visapusiškas mechanines savybes ir taip ilgai tarnauti. Reikėtų pažymėti, kad kai pradinė struktūra su smulkiais dispersiniais karbidais yra gesinama, kaitinama ir palaikoma šiltai, neištirpę smulkūs karbidai agreguosis ir augs, todėl ji taps šiurkšti. Todėl tokios originalios konstrukcijos guolių dalių gesinimo ir šildymo laikas neturėtų būti per ilgas. Naudojant greito šildymo austenitizuojantį gesinimo procesą, bus pasiektos didesnės visapusiškos mechaninės savybės.

Kad guolių dalių paviršiuje po gesinimo ir grūdinimo liktų didelis gniuždymo įtempis, gesinimo ir kaitinimo metu galima įvesti karbonizavimo arba nitridavimo atmosferą, o paviršių karburuoti arba nitriduoti trumpą laiką. Kadangi tikrasis anglies kiekis austenite nėra didelis, kai tokio tipo plienas gesinamas ir kaitinamas, o tai yra daug mažesnė už pusiausvyros koncentraciją, parodytą fazių diagramoje, jis gali absorbuoti anglį (arba azotą). Kai austenite yra daugiau anglies arba azoto, jo Ms mažėja. Gesinimo metu paviršinis sluoksnis už vidinio sluoksnio ir šerdies patiria martensitinę transformaciją, todėl susidaro didesnis liekamasis gniuždymo įtempis. Po to, kai GCrl5 plienas buvo kaitinamas ir gesinamas karbonizuojančioje atmosferoje ir nekarbonizuojančioje atmosferoje (abi grūdintos žemoje temperatūroje), kontaktinio nuovargio bandymas parodė, kad paviršinio anglies pluošto plieno eksploatavimo laikas buvo 1.5 karto ilgesnis nei nekarbiuruoto plieno. Priežastis ta, kad karbonizuotų dalių paviršius turi didelį liekamąjį gniuždymo įtempį.

Išvada

Pagrindiniai medžiagų veiksniai ir valdymo laipsnis, turintys įtakos didelio anglies chromo plieno riedėjimo guolių dalių eksploatavimo trukmei, yra šie:

(1) Karbidai pradinėje plieno struktūroje prieš gesinimą turi būti smulkūs ir išsisklaidę. Tai galima pasiekti naudojant aukštos temperatūros austenitizaciją 630 ℃ arba 420 ℃ arba naudojant kalimo ir valcavimo šilumą greitam atkaitinimui.

(2) Atšaldžius GCr15 plieną, reikia gauti vienodos ir apvalios būsenos kriptokristalinio martensito mikrostruktūrą, kurios vidutinis anglies kiekis yra apie 0.55 %, apie 9 % Ar ir apie 7 % neištirpusių karbidų. Šią mikrostruktūrą galima gauti kontroliuojant gesinimo kaitinimo temperatūrą ir laiką.

(3) Kai dalys gesinamos ir grūdinamos žemoje temperatūroje, paviršiui reikalingas didelis liekamasis gniuždymo įtempis, kuris padeda pagerinti atsparumą nuovargiui. Grūdinant ir kaitinant paviršių galima trumpą laiką karbonizuoti arba nitridinti, kad paviršiuje išliktų didelis gniuždymo įtempis.

(4) Plienas, naudojamas guolių dalims gaminti, reikalauja didelio grynumo, daugiausia siekiant sumažinti O2, N2, P, oksidų ir fosfidų kiekį. Norint užtikrinti, kad deguonies kiekis medžiagoje būtų ≤15 PPM, gali būti naudojamas elektrošlakų perlydymas, vakuuminis lydymas ir kitos techninės priemonės.