高性能滲碳軸承鋼的組織與性能
2012-03-01 早期高速鐵路出現(xiàn)在日本,隨后在法國、德國、西班牙、意大利、瑞典、韓國等發(fā)達國家相繼發(fā)展,形成日本新干線、法國和德國等高速鐵路。高速鐵路是高新材料和高新技術(shù)在鐵路上的綜合應(yīng)用集成,是國家技術(shù)經(jīng)濟綜合實力的標志,其突出特點是:高速、平穩(wěn)、安全和舒適。中國高速鐵路要實現(xiàn)時速高速并免維修,對其行走部件尤其是軸承部件提出更高的要求。
高速鐵路軸承需要承受高載荷和強烈沖擊,要求軸承材料具有高耐磨性、抗疲勞性和良好的強韌性以及尺寸穩(wěn)定性。滲碳以及熱處理對材料性能具有顯著影響,國內(nèi)外采用正火和高溫回火、細化晶粒、均勻組織和降低應(yīng)力來獲得良好的強韌性配合。鋼淬火后,進行深冷處理,使殘余奧氏體更為徹底地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體,提高鋼的強度,保證鋼的尺寸穩(wěn)定性。深冷處理后進行低溫回火處理,消除應(yīng)力,穩(wěn)定新形成的馬氏體,并促進碳化物的析出。
鋼的強化手段主要有合金化、熱處理和形變強化等,其微觀強化機制主要為位錯強化、細晶強化、固溶強化、第二相沉淀或彌散強化以及相變強化等。鋼的韌化手段主要有細晶韌化、控制馬氏體與殘余奧氏體形態(tài)等。鋼的強韌化是幾種機制共同作用的結(jié)果,其主要影響因素有晶粒度和第二相的數(shù)量、形態(tài)及分布等。
工業(yè)上一般采用的G20Cr2Ni4滲碳鋼,在正火和高溫回火后,通常采用兩次淬火的方式,即先在高溫淬火,油冷后再進行較低溫度淬火,Z后回火,沒有深冷處理。兩次淬火的主要目的分別是對表層和心部進行淬火,雖然其強度基本可以達到較高值,但是沖擊吸收功較低,遠低于本試驗中的數(shù)值,而且淬火后不經(jīng)深冷處理,表面滲碳層中有大量的殘余奧氏體存在,不利于零件的尺寸穩(wěn)定性。
試驗采用雙真空的鉻鎳鉬滲碳軸承鋼,研究不同的熱處理工藝對其微觀組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律。
一定的熱處理后,試驗鋼的淬回火后的組織主要是細小的板條狀馬氏體、少量的殘余奧氏體和較多的細小彌散的碳化物,且隨著深冷和回火的進行,這種細小彌散的碳化物趨于圓整并且彌散程度增加。試驗鋼良好的強韌性配合主要來自于晶粒的細化、超細馬氏體板條和均勻彌散的細小碳化物的析出;尺寸穩(wěn)定性的效果主要是殘余奧氏體量的控制。
