Materielle faktorer som påvirker lagerets levetid

Materielle faktorer som påvirker lagerets levetid

De tidlige sviktmodusene til lagre inkluderer hovedsakelig sprekker, plastisk deformasjon, slitasje, korrosjon og tretthet. Under normale forhold skyldes lagersvikt først og fremst kontakttretthet. I tillegg til driftsforhold, begrenses lagersvikt hovedsakelig av hardhet, styrke, seighet, slitestyrke, korrosjonsmotstand og indre spenningstilstand til stål. Hovedfaktorene som forårsaker feil på grunn av lagermaterialer er som følger.

Lagerstål påvirker lagrenes levetid

Lagerstål (AISI 52100 og GCr15) er en av hovedfaktorene som påvirker levetiden til lagrene. Den bruker hovedsakelig materialvalg, materialgaranti og varmebehandling for å sikre forbedring av bærende liv. Rullelagre er vanligvis laget av krombærende stål med høyt karbon, og deres kjemiske sammensetning forblir nesten uendret. Ulike smeltemetoder fører imidlertid til ulik renhet av materialer, noe som har stor innvirkning på levetiden. Under de samme kontaktspenningsforholdene vil kontaktutmattelsestiden til keramiske lagre er bedre enn stållagre; ved høy hastighet, lett belastning og liten støtbelastning kan keramiske kulelager foretrekkes. Det kan sees at innvirkningen av materialer på utmattingslevetiden til lagre er svært betydelig.

AISI-52100-lagerstål

Martensitt tilstand av lagerstål

Når den opprinnelige strukturen til høykarbon kromstål er granulær perlitt, i lavtemperaturtempereringstilstand etter bråkjøling, vil karboninnholdet i den bråkjølte martensitten påvirke stålets mekaniske egenskaper betydelig. Styrken og seigheten er rundt 0.5 %, kontakttretthetslevetiden er rundt 0.55 %, og knusningsmotstanden er rundt 0.42 %. Når karboninnholdet i GCr15 stål bråkjølt martensitt er 0.5% ~ 0.56%, den sterkeste motstanden mot svikt kan oppnås omfattende mekaniske egenskaper.

Martensitten oppnådd i dette tilfellet er kryptokrystallinsk martensitt og det målte karboninnholdet er det gjennomsnittlige karboninnholdet. Faktisk er karboninnholdet i martensitt ikke ensartet innenfor mikroregionen. Karbonkonsentrasjonen nær karbiden er høyere enn for den opprinnelige ferritten langt borte fra karbiden. Derfor er temperaturene der de begynner å gjennomgå martensittisk transformasjon forskjellige. Dette hemmer veksten av martensittkorn og visningen av mikroskopisk morfologi og blir til kryptokrystallinsk martensitt. Den kan unngå mikrosprekker som lett oppstår når høykarbonstål bråkjøles, og understrukturen er stripemartensitt med høy styrke og seighet. Derfor, bare når medium-karbon kryptokrystallinsk martensitt oppnås under bråkjøling av høykarbonstål, kan lagerdeler oppnå den beste tilstanden av motstand mot svikt.

Martensitt tilstand av lagerstål

Restaustenitt i lagerstål

Etter bråkjøling kan kromstål med høyt karbonholdig innhold inneholde 8% ~ 20% Ar (beholdt austenitt). Ar i lagerdeler har fordeler og ulemper. For å tilpasse seg best tilstand, bør Ar-innholdet være passende. Siden mengden av Ar hovedsakelig er relatert til austenitiseringsforholdene ved bråkjøling og oppvarming, vil mengden også påvirke karboninnholdet i bråkjølt martensitt og mengden av uoppløste karbider. Det er vanskelig å nøyaktig reflektere virkningen av Ar-mengde på mekaniske egenskaper. For dette formål ble de austenittiske forholdene fastsatt og den austenitiserende termiske stabiliseringsprosessen ble brukt for å oppnå forskjellige mengder Ar. Effekten av Ar-innhold på hardheten og kontakttretthetslevetiden til GCr15-stål etter bråkjøling og lav temperatur ble studert. Når austenittinnholdet øker, øker hardheten og kontakttretthetslevetiden, og avtar deretter etter å ha nådd toppen, men toppen Ar-innholdet er annerledes. Hardhetstoppen viser seg ved ca. 17 % Ar, mens kontaktutmattelseslevetiden Toppen forekommer ved ca. 9 %.

Restaustenitt i lagerstål

Når testbelastningen avtar, avtar påvirkningen på kontaktutmattingstiden på grunn av økningen i Ar-innhold. Dette er fordi når mengden Ar er liten, har det liten effekt på styrkereduksjonen, men den herdeeffekten er åpenbar. Årsaken er at når belastningen er liten, gjennomgår Ar en liten mengde deformasjon, som ikke bare reduserer spenningstoppen, men også styrker den deformerte Ar gjennom prosessering og stress-strain-indusert martensittisk transformasjon. Men hvis belastningen er stor, vil den store plastiske deformasjonen av Ar og matrisen forårsake lokal spenningskonsentrasjon og brudd, og dermed redusere levetiden. Det bør påpekes at den gunstige effekten av Ar må være i den stabile tilstanden til Ar. Hvis det spontant forvandles til martensitt, vil seigheten til stålet reduseres kraftig og stålet bli sprøtt.

Uoppløste karbider i lagerstål

Mengden, morfologien, størrelsen og fordelingen av uoppløste karbider i bråkjølt stål påvirkes ikke bare av stålets kjemiske sammensetning og den opprinnelige strukturen før bråkjøling, men også av austenitiseringsforholdene. Når det gjelder virkningen av uoppløste karbider på lagerets levetid, er det færre studier på virkningen. Karbid er en hard og sprø fase. I tillegg til å være gunstig for slitestyrken, vil det forårsake spenningskonsentrasjon med matrisen under lastbæring (spesielt hvis karbiden er ikke-sfærisk) og forårsake sprekker, som vil redusere seighet og utmattingsmotstand. I tillegg til sin egen innvirkning på stålets egenskaper, påvirker de bråkjølte uoppløste karbidene også karboninnholdet og Ar-innholdet og fordelingen av den bråkjølte martensitten, og har derved en ytterligere innvirkning på stålets egenskaper.

Uoppløste karbider i lagerstål

For å avsløre virkningen av uoppløste karbider på ytelsen, ble stål med forskjellig karboninnhold brukt. Etter bråkjøling var martensittkarboninnholdet og Ar-innholdet det samme, men innholdet av uoppløst karbid var forskjellig. Etter temperering ved 150°C, Siden martensitt har samme karboninnhold og høyere hardhet, vil en liten økning i uoppløste karbider ikke øke hardheten mye. Trykkbelastningen som reflekterer styrke og seighet vil avta, men kontakttretthetslevetiden, som er følsom for spenningskonsentrasjon, vil øke betydelig. redusere. Derfor er overdreven bråkjøling av uoppløste karbider skadelig for de omfattende mekaniske egenskapene og bruddmotstanden til stål. Passende reduksjon av karboninnholdet i lagerstål er en av måtene å øke levetiden til lagrene.

VARMETRENT
BÆRENDE RÅMATERIALE
varmebehandling 1

Avansert varmebehandlingsutstyr fra Aubearing

I tillegg til at mengden av bråkjølte uoppløste karbider påvirker materialegenskaper, påvirker størrelsen, morfologien og distribusjonen også materialegenskapene. For å unngå skaden av uoppløste karbider i lagerstål, kreves det at de uoppløste karbidene er små (liten mengde), liten (liten størrelse), jevn (størrelsesforskjellen er veldig liten fra hverandre og jevnt fordelt), rund (hver karbid er sfærisk). Det skal påpekes at en liten mengde uoppløste karbider i lagerstål etter bråkjøling er nødvendig ikke bare for å opprettholde tilstrekkelig slitestyrke, men også for å oppnå finkornet kryptomartensitt.

Reststress etter quenching og temperering

Lagerdeler har fortsatt stor indre spenning etter bråkjøling og lavtemperaturtempering. Gjenværende indre stress i deler har både fordeler og ulemper. Etter varmebehandling av lagerstål, ettersom gjenværende trykkspenning på overflaten øker, øker utmattingsstyrken til stålet. Tvert imot, når den gjenværende indre spenningen på overflaten avtar, reduseres utmattingsstyrken til lagerstålet. Dette er fordi utmattingssvikten i lageret oppstår når det utsettes for for stor strekkspenning. Når en stor trykkspenning forblir på overflaten, vil det oppveie strekkspenningen med samme verdi, og den faktiske strekkspenningsverdien til lagerstålet vil reduseres, noe som forårsaker tretthet Når styrkegrenseverdien øker, når en stor strekkspenning forblir på overflaten vil den overlappes med strekkspenningsbelastningen og den faktiske strekkspenningen til lagerstålet vil øke betydelig, selv om utmattelsesgrenseverdien reduseres. Derfor er det å etterlate en stor trykkspenning på overflaten av lagerdeler etter bråkjøling og herding også et av tiltakene for å forbedre levetiden (selvfølgelig kan overdreven restspenning forårsake lagerdeformasjon eller til og med sprekkdannelse, så tilstrekkelig oppmerksomhet bør vies) .

Urenhetsinnhold i lagerstål

Urenheter i lagerstål inkluderer ikke-metalliske inneslutninger og innhold av skadelige elementer (syreløselige). Deres skade på ytelsen er ofte gjensidig forsterkende. For eksempel, jo høyere oksygeninnhold, oksidinneslutninger. Virkningen av urenheter i lagerstål på de mekaniske egenskapene og bruddmotstanden til delene er relatert til typen, arten, mengden, størrelsen og formen på urenhetene, men har vanligvis effekten av å redusere seighet, plastisitet og utmattelseslevetid.
Når størrelsen på inneslutningene øker, reduseres utmattelsesstyrken, og jo høyere strekkstyrken til lagerstålet er, desto større er reduksjonstrenden. Etter hvert som oksygeninnholdet i lagerstål øker (oksydinneslutninger øker), reduseres også bøyeutmattelsen og kontaktutmattelsens levetid under påvirkning av høy spenning. Derfor, for lagerdeler som opererer under høy spenning, er det nødvendig å redusere oksygeninnholdet i lagerstålet som brukes i produksjonen. Noen studier har vist at MnS-inneslutninger i stål har en ellipseformet form og kan pakke inn skadelige oksidinneslutninger, slik at de har mindre innvirkning på å redusere utmattelsestiden og kan til og med være fordelaktige, slik at de kan kontrolleres skånsomt.

Urenhetsinnhold i lagerstål

Kontroll av materielle faktorer som påvirker lagerets levetid

For å holde de ovennevnte materialfaktorene som påvirker lagerets levetid i best mulig stand, er det først nødvendig å kontrollere den opprinnelige strukturen til stålet før bråkjøling. Tekniske tiltak som kan tas inkluderer: høytemperatur (1050°C) austenitisering og rask avkjøling til 630°C isotermisk normalisering for å oppnå pseudo Eutectoid fin perlittstruktur, eller isotermisk behandling ved 420°C for å oppnå bainittstruktur. Rask gløding ved bruk av spillvarmen fra smiing og valsing kan også brukes for å oppnå en finkornet perlittstruktur for å sikre at karbidene i stålet er fine og jevnt fordelt. Når den opprinnelige strukturen i denne tilstanden austenitiseres ved bråkjøling og oppvarming, i tillegg til karbidene som er oppløst i austenitten, vil de uoppløste karbidene aggregere til fine partikler.

Når den opprinnelige strukturen i stålet er konstant, avhenger karboninnholdet i bråkjølt martensitt (det vil si karboninnholdet i austenitt etter bråkjøling og oppvarming), mengden av tilbakeholdt austenitt og mengden uoppløste karbider hovedsakelig av bråkjølingsoppvarmingstemperaturen og ventetid. , når bråkjølingsoppvarmingstemperaturen øker (i en viss tid), reduseres antallet uoppløste karbider i stålet (karboninnholdet i bråkjølt martensitt øker), mengden av tilbakeholdt austenitt øker, og hardheten øker først med økningen av bråkjølingen temperatur. Etter å ha nådd toppverdien, synker den når temperaturen øker. Når bråkjølingsoppvarmingstemperaturen er konstant, ettersom austenitiseringstiden øker, reduseres mengden uoppløste karbider, mengden av tilbakeholdt austenitt øker, og hardheten øker. Når tiden er lengre, avtar denne trenden. Når karbidene i den opprinnelige strukturen er fine, er karbidene lette å løse opp til austenitt, slik at hardhetstoppen etter bråkjøling beveger seg til en lavere temperatur og vises i en kortere austenitiseringstid.

ny ca 5

For å oppsummere, etter bråkjøling av GCrI5-stål, er den optimale strukturelle sammensetningen ca. 7% uoppløste karbider og ca. 9% tilbakeholdt austenitt (gjennomsnittlig karboninnhold i kryptokrystallinsk martensitt er ca. 0.55%). over, når karbidene i den opprinnelige strukturen er små og jevnt fordelt, når den mikrostrukturelle sammensetningen på det ovennevnte nivået er pålitelig kontrollert, er det fordelaktig å oppnå høye omfattende mekaniske egenskaper og dermed ha en høy levetid. Det skal påpekes at når den opprinnelige strukturen med fint dispergerte karbider bråkjøles, varmes opp og holdes varm, vil de uoppløste fine karbidene aggregere og vokse, slik at de blir grove. Derfor bør bråkjølings- og oppvarmingstiden for lagerdeler med denne originale strukturen ikke være for lang. Ved å bruke en austenitiserende bråkjølingsprosess for hurtig oppvarming vil man oppnå høyere omfattende mekaniske egenskaper.

For å etterlate en stor trykkspenning på overflaten av lagerdeler etter bråkjøling og herding, kan en karburerende eller nitrerende atmosfære innføres under bråkjøling og oppvarming, og overflatekarburering eller nitrering kan utføres i en kort periode. Siden det faktiske karboninnholdet i austenitt ikke er høyt når denne typen stål bråkjøles og varmes opp, som er mye lavere enn likevektskonsentrasjonen vist på fasediagrammet, kan det absorbere karbon (eller nitrogen). Når austenitt inneholder høyere karbon eller nitrogen, reduseres Ms. Under bråkjøling gjennomgår overflatelaget martensittisk transformasjon bak det indre laget og kjernen, noe som resulterer i større gjenværende trykkspenning. Etter at GCrl5-stål var oppvarmet og bråkjølt i karburiserende atmosfære og ikke-karboniserende atmosfære (begge ble temperert ved lav temperatur), viste kontakttretthetstesten at levetiden til overflatekarbonisert stål var 1.5 ganger lengre enn for ikke-karburisert stål. Årsaken er at overflaten på forkullede deler har store gjenværende trykkspenninger.

konklusjonen

De viktigste materialfaktorene og graden av kontroll som påvirker levetiden til rullelagerdeler med høyt karbon kromstål er:

(1) Karbidene i den opprinnelige stålstrukturen før bråkjøling må være fine og spredte. Det kan oppnås ved å bruke høytemperaturaustenitisering på 630 ℃ eller 420 ℃, eller ved å bruke spillvarmen fra smiing og valsing for rask gløding.

(2) Etter bråkjøling av GCr15-stål er det nødvendig å oppnå en mikrostruktur av kryptokrystallinsk martensitt med et gjennomsnittlig karboninnhold på ca. 0.55 %, ca. 9 % Ar og ca. 7 % uoppløste karbider i en jevn og rund tilstand. Denne mikrostrukturen kan oppnås ved å kontrollere bråkjølingsoppvarmingstemperaturen og -tiden.

(3) Etter at deler er bråkjølt og temperert ved lav temperatur, kreves det en stor gjenværende trykkspenning på overflaten, noe som bidrar til å forbedre utmattelsesmotstanden. Overflaten kan karbureres eller nitreres i en kort periode under bråkjøling og oppvarming, slik at en stor trykkspenning forblir på overflaten.

(4) Stålet som brukes til å produsere lagerdeler krever høy renhet, hovedsakelig for å redusere innholdet av O2, N2, P, oksider og fosfider. Omsmelting av elektroslag, vakuumsmelting og andre tekniske tiltak kan brukes for å sikre at oksygeninnholdet i materialet er ≤15PPM.