G23Cr2Ni2Si1Mo纳米贝氏体轴承钢的滚动接触疲劳及磨损行为研究

发布时间：2020-05-21 20:31

【摘要】：纳米贝氏体渗碳轴承钢因优异的强韧性和滚动接触疲劳性能而受到轴承行业的广泛关注,现已用于大型风电机组主轴轴承和轧机轴承等重载轴承的制造中。轴承在服役过程中的主要失效形式是滚动接触疲劳和磨损。为此,深入了解轴承在滚动接触疲劳和摩擦磨损过程中组织微观结构的变化规律,掌握组织对疲劳性能的影响,明确滚动接触疲劳失效的机理是非常重要的。本文以新型纳米贝氏体渗碳轴承钢G23Cr2-Ni2Si1Mo钢为研究对象,探讨了不同组织对疲劳性能及其耐磨性的影响;系统地研究了线接触滚动疲劳过程中的组织演变规律及其疲劳机理。研究发现:在滚动接触疲劳过程中,贝氏体铁素体板条逐渐变细;富碳的薄膜状残余奥氏体比块状残余奥氏体稳定,在长时间和较大载荷下才能转变成马氏体,使表层体积膨胀,残余压应力和硬度增大;未溶碳化物部分发生回溶,使碳原子扩散到残余奥氏体中,增大了残余奥氏体的稳定性和基体的硬度;马氏体组织增加了基体硬度,同时承担部分应力,保护附近残余奥氏体转变成马氏体,提高基体的强度和韧性。在滚动接触疲劳过程中,裂纹起源于亚表层的相界面和碳化物等夹杂物颗粒周围的薄弱区域,在这些地方形成微孔,然后随着滚动循环周次的增大,微孔逐渐长大形成裂纹,并向接触表面扩展;裂纹在扩展过程中会受到未溶球状碳化物颗粒的阻碍,停止或者改变传播方向。由细小纳米贝氏体铁素体、薄膜状残余奥氏体、未溶球状碳化物和少量马氏体组成的混合组织的耐磨性最好。在磨损过程中表层组织严重细化,碳化物回溶,亚表层材料在摩擦热的作用下发生过回火,使碳化物逐渐长大,硬度降低,在表层0.4mm以下残余奥氏体转变成马氏体,使基体硬度增加。
【图文】：

均匀分布,电装,总容量,发展趋势

可以看出中国所占比例之大，已经具有引领全球风电发展风向标的能力。中国近年来风电装机容量如图1-1 所示[1]。根据《风电发展“十三·五”规划》目标，到 2020 年底，我国应该大力发展清洁、安全、能够持续发展的新型清洁能源，风电累计并网装机容量必须要达到2.1 亿千瓦以上。所以，就目前我国的风电装机容量而言，未来两年，我国还将新增4132 万千瓦风电并网容量[2]。我国风电行业之所以发展迅猛，是因为能源供应越来越紧张，，风能的开发和利用能减缓自然能源的日益枯竭，可以有效降低环境的污染。风电产业的快速崛起带动了相关轴承行业的发展，中国已经成为风电设备领域的“世界制造中心”。但在核心技术上，我国还处于引进和跟踪阶段。在轴承等核心零部件的研发，可靠性和寿命，材料及热处理等技术方面与国外著名轴承制造公司相比仍有一定的差距[3]。为了尽快实现大功率机组轴承的国产化，不断降低该行业对外技术的依存度。我国制定了一些优质轴承钢的生产标准，对轴承钢中的成分偏析、碳化物尺寸、夹杂物种类和氧含量进行了限制，使生产水平得到提高，与国外水平基本持平。但在碳化物的均匀分布、网状碳化物等微观控制方面仍然存在较大差距，这些因素的共同作用导致了我国风电轴承质量的不足，另外风电轴承使用寿命、安全可靠性和一致性都低于国外产品。但随着真空冶炼技术的不断发展成熟，科研和实际生产经验的丰富。近年来我国也取得了丰硕的成果。2010 年，张福成[4]等人开发了一种长寿命轴承用钢，该材料制造的轴承表面为高碳纳米贝氏体组织，心部为低碳回火马氏体组织。科技部高新司在杭州组织召开了国家科技支撑计划“7MW 级风电机组及关键部件设计和产业化技术”项目验收会。该项目经过多年攻关

轴承钢,材料特性

第 1 章绪论。在上述应用情况下，为了增加轴承的运行寿命，不出现或晚摩擦磨损、腐蚀及噪声等种种现象，必须确保轴承具有高的精够高的硬度，动态、静态的强度以及保证良好的韧性，以确保寸稳定性。另外，轴承制造过程中也应该确保良好的冷热加工机械工程行业达成统一认识，要求轴承钢要有以下特征，如用条件的不同，轴承钢为满足诸多苛刻的条件，逐渐趋向性
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG142.1

【参考文献】