轴承钢热处理后的应用_图文

1、轴承钢热处理后的应用Clemons, C. Lorraine, G. Salgado, A. T aylor, J. Ogren, P. Umin, and O.S. Es-Said (提交2006年7月31日,在经修订的表格2006年8月29日AISI 52100,440C,REX20和CRU80这些钢样采用16种不同的热处理去更改的残余奥氏体的水平。洛氏C硬度测量,光学显微镜,用压缩试验来比较不同钢的特性。关键词先进的钢,轴承设备,压缩强度,热处理1.简介从历史上看,在过去四十年52100和440C钢材已被广泛应用于在空间系统轴承中。AISI52100是一个高碳铬合金钢,其发展专门为球轴承

2、所采用。它具有高抗磨损和塑性变形能力,无断裂,这就使这对球轴承钢的应用需要有高品质的选择(参考1。440C是一种高碳马氏体不锈钢,其合金显示出优异的韧性和耐腐蚀性(见表2。52100被广泛应用于许多空间系统,与440C相比有较高的强度和硬度,后者是因其腐蚀性能从而引起人们的关注。最近,氮化矽球混合轴承钢的纤维走向已经表明可改善其疲劳性能。在混合轴承系统的需要方面轴承钢比52100更难适用,这是为了在增加的优势同时不减少疲劳性能承载能力。与该混合轴承的承载能力系统相比,它降低了全系统的轴承钢承载力能力,这是因为同样大小的硅氮化物高模量球(3号所起的作用。这些球轴承将为涡轮泵的轴的移动提供一个滚动

3、,从而使液体氧和液态氢到达航天飞机的主发动机里(参4,5。该REX20或AISI M62是一种自由钴,超高速工具钢只能通过粉末冶金过程制造(参考3。REX20及其真空处理的钢,称为铁金刚CRU20已经出现了作为52100的替代品,其硬度大幅提高,人们正在开发CRU20在氮化硅球的混合轴承系统中的空间应用(参考文献3。最近,PM处理的CRU80钢是一种发展成为另一种潜在的钢从而替代440C,它增加的硬度超过了440C,同时保持与440C相同的耐腐蚀性。该CRU80仅仅是一个由四种元素组成的新钢,仍处于试验阶段,但它展出了许多良好的机械性能。REX20和CRU80得到他们的强度主要来自马氏体转变成

4、碳化物的矩阵,但细状碳化物分布对强度也贡献了作用。碳化物还提供良好的耐磨性。这些钢都包含一个相当大的碳比例,即使在奥氏体温度成型后,足够的碳含量在钢的矩阵结构中促进了马氏体的形成。这些高碳钢往往拥有所需的有关球轴承应用(3号的更多属性。在这项研究中,对加工,结构和性能的关系进行了研究,新的(REX20和CRU80轴承钢,并与基准的52100和440C相比。即使硬度值被广泛作为轴承的负荷能力的定性测量使用,它表明,压缩屈服强度是一个好的可说明迹象负载能力,而且影响残余奥氏体量的负载能力(3号。对于每个钢,四个不同的热处理时间表表明,不同的热处理产生不同的残余奥氏体含量,从而研究了硬度和抗压屈服强

5、度的相互关系,以及研究了残余奥氏体微观结构。2.实验方法作为实验的52100,440C,REX20,和CRU80如表1所示的名义组成。该钢条被切断成0.635厘米(0.25英寸厚的光盘。共得到48个试样,每组12个。在作热处理过程中316不锈钢丝网小篮子被作为样品架。得到16种不同的热处理时间表,4个钢热处理(见表2表。预热样本包括843ç(1550 F用Sybron Thermolyne30400炉处理,然后试样在843-1215摄氏度(1550至2220F的温度炉中处理; 紧接着采用高速48.9ç(120 F的油淬。预热的目的是使坡道样品在奥氏体化温度前,防止热冲击。每

6、进行钢的热处理与AT-48.9ç(-120 F的低温淬火后立即淬火马氏体(处理1。深冷淬火是用干冰淹没成制成乙醇。最后一步是回火,这是一个进行从135至537的c(275-1000 F的温度范围。一个Thermolyne烤箱9000系列是用于回火温度和Barnsted/ Thermolyne30400炉,样本被用来做回火样品从而必须达到很高的温度。52100和440C需要双重回火,这意味着对样品进行两次回火,并采取从烤箱取出来在空气中冷却,再回火,REX20和CRU80共进行三重回火。烧热后的处理方法为对样品进行了圆整抛光,其金相应符合标准(参8。用Olympus PME3显微镜测量

7、观察脱碳深度,为了研究微观结构还需要进行洛氏C硬度测量。采用压缩0.5英寸直径的标本进行检测,按照美国ASTM标准E9 -1176(参考文献9。表1化学成分对AISI52100(参考文献2,的440C(参考文献2,REX20(6号, 表2热处理时间表为52100,的440C,雷克斯20,80和CRU 3.结果与讨论光学显微镜,硬度测量,并对试样进行了压缩强度试验。结果如下:3.1脱碳作为热处理一个效应体现在脱碳层奥氏体化过程中,由于在热处理是在一个空气炉中进行的。钢中的碳是由马氏体淬火冷却成型的。钢的马氏体相强度取决于马氏体中的碳含量。热处理过程中,由于碳的热化学性质使其因为周围环境导致潜在可

8、能与原来钢的碳含量是不相同的。其结果是因为钢炉内气体导致碳扩散。钢的表面在脱碳后变得更柔和,因为不同的碳化物的形成,总体因为含碳量低(3号,5。对脱碳层深度的测量是从其经过热处理(HT的#3个样品中得到。图1显示了52100和440C的脱碳层深度,而图2显示是REX20和CRU80的。该REX20有最大的脱碳层而440C有最小的脱碳层。这个奥氏体化温度对PEX20为最高和对440C为最低。这种热处理是在空气中进行的,并占了脱碳层深度。供试样品脱碳深度的数值列于表3。这之间的区别在于最大深度为REX20,以及最少深度为440C,是175um或4.5倍。 图。1脱碳层52100(左和的440C(右

9、在200高温下热处理3的放大倍率。脱碳层是确定作为超薄区域位于1 / 4(右至左的图像。52100有一个深度为75um(3mil和440C有一个深度为50um(2mil。 图。2脱碳层REX20(左和CRU80(右在200高温下处理3的放大倍率。脱碳层是确定由于光区位于1 / 4(右至左的图像。REX有一个深度为225um(9mil和CRU80有一个深度125um(5mil。表3试样的脱碳深度 与52100钢相比440C有一个较低的脱碳深度。人们期望找到一个较大的CRU80脱碳层,因为它有最大数量的碳含量。然而,结果表明,REX20有最大的脱碳深度。一个这么大的脱碳层REX20可能的原因可以解

10、释为因为金属的合金成分。REX20显示有,如钼,钒,钨这可能增强碳合金元素的大量活动。或者在CRU80铬含量高可能解释的碳活性降低。活性的碳减少铬的存在。在碳含量高和低合金铬钢,碳化物析出含有铬样(铁,铬3C及(铬,铁7C3的情况。回火后,碳化物的铬含量的增加和减少,直至渗碳在最低限度的(Cr,Fe7C3作为唯一保持稳定的沉淀物。因此,含铬钢活动和碳的溶解度下降(参10。3.2硬度硬度测量标本,进行了比较基准与标准工业硬度值的值。还采取了硬度值后热处理,研究了不同的热处理和力学性能的残余奥氏体量的影响。表4显示,标准值和硬度实验硬度值。有人认为,从热处理的实验结果的440C2-4某些值,REX

11、20和CRU80人以上的标准硬度值略有下降值。总体而言,所有钢材热处理#1在标准硬度值以下。对于热处理#2,显示出的440C和REX2硬度比基线硬度值低。对于热处理#3,只有440C的硬度值已经比基线硬度值少。热处理#4显示出了一个与REX20和CRU80低的硬度值。在比每一个#4热处理的硬度值时,REX20达到了所有的钢材硬度最高。3.3压缩试验压缩测试的比较结果见表5和以及硬度值的比较。从压缩的测试结果中可知,除了热处理4号以外,在相同的流动应力热处理下REX20拥有压缩屈服强度和流变应力比其他所有合金高。虽然为52100合金的结果比对大多数热处理REX20低,硬度,抗压强度和流动应力值仍

12、具有可比性。有趣的是,从52100合金注意,不同的微观结构(不同量的残余奥氏体可以导致类似的硬度数字,但有不同的屈服强度和承载能力。因此,正如在先前的研究(参考文献3用轴承承载能力估算的传统做法进行硬度值是无效的。表罗克韦尔“”硬度值比较工业试验平均基线获得的研究 表对不同钢压缩数据 440C 440C 440C 440C RE X20 RE X20 RE X20 RE X20 CRU80 CRU80 CRU80 CRU80 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 59 57 51 54 66 65 66 62 64 61 62 59 2265(329 731(106 659(96 3

13、445(500 3075(446 1360(197 2319(336 2413(350 1818(264 3153(457 1380(200 1471(213 4103(595 4337(629 2373(344 3113(452 . 3310(480 2650(384 图。3 光学微结构的 REX20 和 CRU80 3.4 组织 这种微观结构，图 3，在热处理 CRU80 1 至 3 是互相比较和对 REX20（热处理）的。 据指出，在显微放大 1000 度是相似的。 最主要是奥氏体化温度提高到溶解成溶液时有更多的碳。就会有碳稳定的残余奥氏体。 这种性质被认为是相关的微观结构。 不幸的是光学显微镜没有发现不同的合金热处理之间的 差异明显在系统根据不同的合金或相同的热处理时，图 3。因此，相关的微结构，硬度压 试验值未获得。 4 结论 在这个局限性实验得出的结论如下： 1. 这表现在对热处理的钢的机械性能有重要