1、軸承鋼熱處理后的應(yīng)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,在經(jīng)修訂的表格2006年8月29日AISI 52100,440C,REX20和CRU80這些鋼樣采用16種不同的熱處理去更改的殘余奧氏體的水平。洛氏C硬度測量,光學(xué)顯微鏡,用壓縮試驗(yàn)來比較不同鋼的特性。關(guān)鍵詞先進(jìn)的鋼,軸承設(shè)備,壓縮強(qiáng)度,熱處理1.簡介從歷史上看,在過去四十年52100和440C鋼材已被廣泛應(yīng)用于在空間系統(tǒng)軸承中。AISI52100是一個(gè)高碳鉻合金鋼,其發(fā)展專門為球軸承

2、所采用。它具有高抗磨損和塑性變形能力,無斷裂,這就使這對(duì)球軸承鋼的應(yīng)用需要有高品質(zhì)的選擇(參考1。440C是一種高碳馬氏體不銹鋼,其合金顯示出優(yōu)異的韌性和耐腐蝕性(見表2。52100被廣泛應(yīng)用于許多空間系統(tǒng),與440C相比有較高的強(qiáng)度和硬度,后者是因其腐蝕性能從而引起人們的關(guān)注。最近,氮化矽球混合軸承鋼的纖維走向已經(jīng)表明可改善其疲勞性能。在混合軸承系統(tǒng)的需要方面軸承鋼比52100更難適用,這是為了在增加的優(yōu)勢同時(shí)不減少疲勞性能承載能力。與該混合軸承的承載能力系統(tǒng)相比,它降低了全系統(tǒng)的軸承鋼承載力能力,這是因?yàn)橥瑯哟笮〉墓璧锔吣Ａ壳?3號(hào)所起的作用。這些球軸承將為渦輪泵的軸的移動(dòng)提供一個(gè)滾動(dòng)

3、,從而使液體氧和液態(tài)氫到達(dá)航天飛機(jī)的主發(fā)動(dòng)機(jī)里(參4,5。該REX20或AISI M62是一種自由鈷,超高速工具鋼只能通過粉末冶金過程制造(參考3。REX20及其真空處理的鋼,稱為鐵金剛CRU20已經(jīng)出現(xiàn)了作為52100的替代品,其硬度大幅提高,人們正在開發(fā)CRU20在氮化硅球的混合軸承系統(tǒng)中的空間應(yīng)用(參考文獻(xiàn)3。最近,PM處理的CRU80鋼是一種發(fā)展成為另一種潛在的鋼從而替代440C,它增加的硬度超過了440C,同時(shí)保持與440C相同的耐腐蝕性。該CRU80僅僅是一個(gè)由四種元素組成的新鋼,仍處于試驗(yàn)階段,但它展出了許多良好的機(jī)械性能。REX20和CRU80得到他們的強(qiáng)度主要來自馬氏體轉(zhuǎn)變成

4、碳化物的矩陣,但細(xì)狀碳化物分布對(duì)強(qiáng)度也貢獻(xiàn)了作用。碳化物還提供良好的耐磨性。這些鋼都包含一個(gè)相當(dāng)大的碳比例,即使在奧氏體溫度成型后,足夠的碳含量在鋼的矩陣結(jié)構(gòu)中促進(jìn)了馬氏體的形成。這些高碳鋼往往擁有所需的有關(guān)球軸承應(yīng)用(3號(hào)的更多屬性。在這項(xiàng)研究中,對(duì)加工,結(jié)構(gòu)和性能的關(guān)系進(jìn)行了研究,新的(REX20和CRU80軸承鋼,并與基準(zhǔn)的52100和440C相比。即使硬度值被廣泛作為軸承的負(fù)荷能力的定性測量使用,它表明,壓縮屈服強(qiáng)度是一個(gè)好的可說明跡象負(fù)載能力,而且影響殘余奧氏體量的負(fù)載能力(3號(hào)。對(duì)于每個(gè)鋼,四個(gè)不同的熱處理時(shí)間表表明,不同的熱處理產(chǎn)生不同的殘余奧氏體含量,從而研究了硬度和抗壓屈服強(qiáng)

5、度的相互關(guān)系,以及研究了殘余奧氏體微觀結(jié)構(gòu)。2.實(shí)驗(yàn)方法作為實(shí)驗(yàn)的52100,440C,REX20,和CRU80如表1所示的名義組成。該鋼條被切斷成0.635厘米(0.25英寸厚的光盤。共得到48個(gè)試樣,每組12個(gè)。在作熱處理過程中316不銹鋼絲網(wǎng)小籃子被作為樣品架。得到16種不同的熱處理時(shí)間表,4個(gè)鋼熱處理(見表2表。預(yù)熱樣本包括843ç(1550 F用Sybron Thermolyne30400爐處理,然后試樣在843-1215攝氏度(1550至2220F的溫度爐中處理; 緊接著采用高速48.9ç(120 F的油淬。預(yù)熱的目的是使坡道樣品在奧氏體化溫度前,防止熱沖擊。每

6、進(jìn)行鋼的熱處理與AT-48.9ç(-120 F的低溫淬火后立即淬火馬氏體(處理1。深冷淬火是用干冰淹沒成制成乙醇。最后一步是回火,這是一個(gè)進(jìn)行從135至537的c(275-1000 F的溫度范圍。一個(gè)Thermolyne烤箱9000系列是用于回火溫度和Barnsted/ Thermolyne30400爐,樣本被用來做回火樣品從而必須達(dá)到很高的溫度。52100和440C需要雙重回火,這意味著對(duì)樣品進(jìn)行兩次回火,并采取從烤箱取出來在空氣中冷卻,再回火,REX20和CRU80共進(jìn)行三重回火。燒熱后的處理方法為對(duì)樣品進(jìn)行了圓整拋光,其金相應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)(參8。用Olympus PME3顯微鏡測量

7、觀察脫碳深度,為了研究微觀結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)行洛氏C硬度測量。采用壓縮0.5英寸直徑的標(biāo)本進(jìn)行檢測,按照美國ASTM標(biāo)準(zhǔn)E9 -1176(參考文獻(xiàn)9。表1化學(xué)成分對(duì)AISI52100(參考文獻(xiàn)2,的440C(參考文獻(xiàn)2,REX20(6號(hào), 表2熱處理時(shí)間表為52100,的440C,雷克斯20,80和CRU 3.結(jié)果與討論光學(xué)顯微鏡,硬度測量,并對(duì)試樣進(jìn)行了壓縮強(qiáng)度試驗(yàn)。結(jié)果如下:3.1脫碳作為熱處理一個(gè)效應(yīng)體現(xiàn)在脫碳層奧氏體化過程中,由于在熱處理是在一個(gè)空氣爐中進(jìn)行的。鋼中的碳是由馬氏體淬火冷卻成型的。鋼的馬氏體相強(qiáng)度取決于馬氏體中的碳含量。熱處理過程中,由于碳的熱化學(xué)性質(zhì)使其因?yàn)橹車h(huán)境導(dǎo)致潛在可

8、能與原來鋼的碳含量是不相同的。其結(jié)果是因?yàn)殇摖t內(nèi)氣體導(dǎo)致碳擴(kuò)散。鋼的表面在脫碳后變得更柔和,因?yàn)椴煌奶蓟锏男纬?總體因?yàn)楹剂康?3號(hào),5。對(duì)脫碳層深度的測量是從其經(jīng)過熱處理(HT的#3個(gè)樣品中得到。圖1顯示了52100和440C的脫碳層深度,而圖2顯示是REX20和CRU80的。該REX20有最大的脫碳層而440C有最小的脫碳層。這個(gè)奧氏體化溫度對(duì)PEX20為最高和對(duì)440C為最低。這種熱處理是在空氣中進(jìn)行的,并占了脫碳層深度。供試樣品脫碳深度的數(shù)值列于表3。這之間的區(qū)別在于最大深度為REX20,以及最少深度為440C,是175um或4.5倍。 圖。1脫碳層52100(左和的440C(右

9、在200高溫下熱處理3的放大倍率。脫碳層是確定作為超薄區(qū)域位于1 / 4(右至左的圖像。52100有一個(gè)深度為75um(3mil和440C有一個(gè)深度為50um(2mil。 圖。2脫碳層REX20(左和CRU80(右在200高溫下處理3的放大倍率。脫碳層是確定由于光區(qū)位于1 / 4(右至左的圖像。REX有一個(gè)深度為225um(9mil和CRU80有一個(gè)深度125um(5mil。表3試樣的脫碳深度 與52100鋼相比440C有一個(gè)較低的脫碳深度。人們期望找到一個(gè)較大的CRU80脫碳層,因?yàn)樗凶畲髷?shù)量的碳含量。然而,結(jié)果表明,REX20有最大的脫碳深度。一個(gè)這么大的脫碳層REX20可能的原因可以解

10、釋為因?yàn)榻饘俚暮辖鸪煞?。REX20顯示有,如鉬,釩,鎢這可能增強(qiáng)碳合金元素的大量活動(dòng)?；蛘咴贑RU80鉻含量高可能解釋的碳活性降低。活性的碳減少鉻的存在。在碳含量高和低合金鉻鋼,碳化物析出含有鉻樣(鐵,鉻3C及(鉻,鐵7C3的情況?；鼗鸷?碳化物的鉻含量的增加和減少,直至滲碳在最低限度的(Cr,Fe7C3作為唯一保持穩(wěn)定的沉淀物。因此,含鉻鋼活動(dòng)和碳的溶解度下降(參10。3.2硬度硬度測量標(biāo)本,進(jìn)行了比較基準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)硬度值的值。還采取了硬度值后熱處理,研究了不同的熱處理和力學(xué)性能的殘余奧氏體量的影響。表4顯示,標(biāo)準(zhǔn)值和硬度實(shí)驗(yàn)硬度值。有人認(rèn)為,從熱處理的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的440C2-4某些值,REX

11、20和CRU80人以上的標(biāo)準(zhǔn)硬度值略有下降值?？傮w而言,所有鋼材熱處理#1在標(biāo)準(zhǔn)硬度值以下。對(duì)于熱處理#2,顯示出的440C和REX2硬度比基線硬度值低。對(duì)于熱處理#3,只有440C的硬度值已經(jīng)比基線硬度值少。熱處理#4顯示出了一個(gè)與REX20和CRU80低的硬度值。在比每一個(gè)#4熱處理的硬度值時(shí),REX20達(dá)到了所有的鋼材硬度最高。3.3壓縮試驗(yàn)壓縮測試的比較結(jié)果見表5和以及硬度值的比較。從壓縮的測試結(jié)果中可知,除了熱處理4號(hào)以外,在相同的流動(dòng)應(yīng)力熱處理下REX20擁有壓縮屈服強(qiáng)度和流變應(yīng)力比其他所有合金高。雖然為52100合金的結(jié)果比對(duì)大多數(shù)熱處理REX20低,硬度,抗壓強(qiáng)度和流動(dòng)應(yīng)力值仍

12、具有可比性。有趣的是,從52100合金注意,不同的微觀結(jié)構(gòu)(不同量的殘余奧氏體可以導(dǎo)致類似的硬度數(shù)字,但有不同的屈服強(qiáng)度和承載能力。因此,正如在先前的研究(參考文獻(xiàn)3用軸承承載能力估算的傳統(tǒng)做法進(jìn)行硬度值是無效的。表羅克韋爾“”硬度值比較工業(yè)試驗(yàn)平均基線獲得的研究 表對(duì)不同鋼壓縮數(shù)據(jù) 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 圖。3 光學(xué)微結(jié)構(gòu)的 REX20 和 CRU80 3.4 組織 這種微觀結(jié)構(gòu)，圖 3，在熱處理 CRU80 1 至 3 是互相比較和對(duì) REX20（熱處理）的。 據(jù)指出，在顯微放大 1000 度是相似的。 最主要是奧氏體化溫度提高到溶解成溶液時(shí)有更多的碳。就會(huì)有碳穩(wěn)定的殘余奧氏體。 這種性質(zhì)被認(rèn)為是相關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)。 不幸的是光學(xué)顯微鏡沒有發(fā)現(xiàn)不同的合金熱處理之間的 差異明顯在系統(tǒng)根據(jù)不同的合金或相同的熱處理時(shí)，圖 3。因此，相關(guān)的微結(jié)構(gòu)，硬度壓 試驗(yàn)值未獲得。 4 結(jié)論 在這個(gè)局限性實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論如下： 1. 這表現(xiàn)在對(duì)熱處理的鋼的機(jī)械性能有重要