隨著中國裝備制造業向高質量和高精密發展,用于制造滾動軸承的滾珠、滾柱和套筒等的軸承鋼正日益受到重視。伴隨著軸承制造業的持續、較快發展,軸承鋼市場前景看好。并且,精密軸承等基礎機械鑄造業已經成為國家“十二五”期間重點發展的行業。因此,有必要加大對軸承鋼的研究,提高軸承鋼的質量。
近期,俄羅斯學者G.S.Vodovozova和P.A.Zhdanov等人研究了中碳軸承鋼的結構和機械性能,并通過實驗與ShKh15類軸承鋼進行了對比分析,得出了在硬度、均質性和晶粒大小方面的結論,為中碳軸承鋼的實際生產提供了理論依據。
組織不均勻成“瓶頸”
一般來說,軸承鋼的性能要求是高硬度、良好的彈性性能和抗疲勞性,特別是抗接觸疲勞失效性。對于高碳合金鋼,當碳含量在0.95%~1.15%時可以滿足上述要求;而碳含量為0.10%~0.20%的低碳軸承鋼則通常需要進行碳氮共滲工藝才能達到以上要求。軸承鋼抗接觸疲勞失效的性能,主要取決于鋼中非金屬夾雜粗顆粒堆積、碳化物不均質性、晶體大小的差異等因素。這些缺陷的綜合作用造成軸承鋼在使用過程中微應力集中和過早脆裂(剝落、切口形成和龜裂等)。
目前廣泛使用的ShKh15類軸承鋼顯示出來的明顯缺點就是由結構不均質性造成的。這是過共析化學構成的一個特點,即在高碳含量(0.95%~1.10%)下,由于碳和碳化物不均質性導致熔析的發展。為避免不均質性這種狀況的發生或對這種情況進行改善,采用延長時間的均質化退火是必要的。
通過添加合適的合金元素,采用低碳含量可以達到鋼種要求的硬度水平。眾所周知,作為軸承鋼,可使用低碳和中碳鉻-鎳、鉻-錳和鉻-硅-錳鋼。這些鋼沒有高碳過共析鋼的主要缺點———碳化物不均質性。
考慮到以上因素,需要開發提供節省能源和延長軸承使用壽命的軸承鋼生產技術。
顯微組織細小均勻
最近研究的鋼種是創新型軸承鋼,能夠滿足更加致密的薄板部件,并應用更加經濟的材料來提高質量,減少生產周期并且具有和ShKh15鋼一樣或更好的使用性能。川崎鋼鐵公司(日本)和NTN(日本)鋼鐵公司已經開發并投產了一類中碳軸承鋼。這類中碳軸承鋼的碳含量減少到0.75%~0.80%,使得在澆鑄階段鋼中去除了共晶成分碳化物的形成,并且無須采用擴散退火。另外,在減少碳含量狀況下的鋼,工藝上更加有利于沖壓和剪切。
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