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高性能渗碳轴承钢的组织特征与强韧性研究

作　者: 刘刚
导　师: 王胜民
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料工程
关键词: 渗碳轴承钢组织特征强韧性动态再结晶摩擦磨损
分类号: TG142.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

渗碳轴承钢是优质低碳合金结构钢,轴承零件渗碳处理后,表面具有高的强度,心部具备足够的韧性。本文采用双真空(VIM+VAR)冶炼低碳CrNMo渗碳轴承钢作为实验材料,通过改变淬火回火温度,确定了实验钢具有最佳强韧配合性能的热处理工艺；通过OM(金相显微镜)、SEM(扫描电镜)、TEM(透射电镜)等显微分析手段及热模拟实验,分析了实验钢心部和渗碳层的组织特征、动态再结晶及强韧性提高的原因；通过摩擦磨损实验研究了实验钢的耐磨性能,初步探索出渗碳轴承钢不同摩擦条件下的磨损机理。低碳CrNMo渗碳轴承钢热处理实验表明,其组织是板条马氏体加少量残余奥氏体和细小碳化物。随着淬火温度的升高,晶粒长大,碳化物析出长大,断口韧窝由细小变大；而随着回火温度的升高,板条马氏体逐渐分解,晶界固溶消失,韧窝变细小,高温回火时板条中的第二相长大,碳化物沿晶界成链状分布。制定最佳热处理制度为：910℃加热保温1h后油淬,再进行2h+180℃低温回火空冷,此时冲击功达到170J,抗拉强度达到1260Mpa,能够具备好的组织结构和渗碳效果。低碳CrNMo渗碳轴承钢热变形应力应变规律表明,高变形温度、低应变速率和大变形量有利于材料动态再结晶发生,实验钢在温度1050℃,变形量50%,变形速率1s-1条件下得到细小等轴再结晶晶粒,平均晶粒尺寸为14.97μm；形变激活能及静态持续加热分别提供再结晶所需热力学和动力学条件,计算出实验钢变形量大于30%后形变激活能降速缓慢,50%变形量激活能为436.016kJ/mol;900℃,1s-1,50%变形量时材料达到动态再结晶热力学条件,静态保温加热,临界再结晶时间为5min；由应力应变关系绘制的热加工工艺图与实验结果符合。低碳CrNMo渗碳轴承钢渗层组织观察研究表明,实验钢经过910℃渗碳后进行直接淬火和180℃低温回火,表层组织显微硬度达到750HV以上,为高碳针状马氏体,碳化物(M23C6、M6C或MC)和5.6%左右残余奥氏体。过渡层组织由针状马氏体与板条马氏体组成,随着渗层深度的增加马氏体中碳化物变得细小；硬度法测得渗层小于1.6mm时,显微硬度大于550HV,说明渗碳层厚度大于1.6mm,而心部组织为板条马氏体,显微硬度达到400HV。。低碳CrNiMo渗碳轴承钢渗碳后在无润滑和脂润滑条件下分别进行点线面三种接触方式摩擦磨损实验。从摩擦系数上看,实验钢无润滑摩擦点线面平均摩擦系数分别为0.50、0.65、0.55；从磨损机理上看,无润滑点摩擦以粘着磨损为主,伴随磨粒磨损,线摩擦以磨粒磨损为主,面摩擦以磨粒磨损和粘着磨损为主。脂润滑摩擦点线面平均摩擦系数分别为0.09、0.10、0.11,磨损机理点摩擦以疲劳磨损为主要磨损形式,线摩擦两端疲劳磨损,心部磨粒磨损,面摩擦以磨粒磨损为主。体现到磨损量上,无润滑线面磨损量较多达到0.002g,无润滑点磨损量较少为0.001g,而脂润滑条件下点线面磨损量均小于0.0005g且相差不大。无润滑摩擦磨屑通过能谱及颜色判定为铁的氧化物,而润滑摩擦磨屑为铁基体。无润滑点线面磨痕深度分别为51.4μm、28.2μm及19.51μm,而脂润滑磨痕更浅,这说明摩擦实验均未对渗层表面造成严重破坏,实验钢具备较高的耐磨性能。

高性能渗碳轴承钢的组织特征与强韧性研究

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