高性能渗碳轴承钢的组织特征与强韧性研究

发布时间：2016-11-24 08:53

本文关键词：高性能渗碳轴承钢的组织特征与强韧性研究，由笔耕文化传播整理发布。

《昆明理工大学》 2013年

高性能渗碳轴承钢的组织特征与强韧性研究

刘刚

【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。

【关键词】：
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG142.4
【目录】：

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1 舒士明,马晓明;轴承钢中的残余奥氏体[J];轴承;1997年03期

2 叶健熠,袁新生,邱志仁,王杰君,谷臣清;高温渗碳轴承钢10Cr4Ni4Mo4V的渗碳热处理[J];轴承;2000年08期

3 钱坤;李兴林;李俊卿;刘怀河;;高速超精密轴承尺寸稳定性与疲劳寿命试验[J];轴承;2007年03期

4 郭银芳;刘建生;何文武;;Mn18Cr18N护环钢的动态再结晶行为及功率耗散图[J];机械工程材料;2010年03期

5 周德光;顾永雄;王昌生;孟广惠;;EF—VAD工艺生产渗碳轴承钢[J];钢铁研究;1993年05期

6 张晓燕,梁益龙,雷旻,陈朝轶;新型微变形齿轮钢渗碳特性及力学性能[J];金属热处理学报;2004年01期

7 齐宝森,孙希泰,徐英,萧莉美;低合金钢高浓度渗碳的组织与性能[J];金属热处理;1999年09期

8 封珂;朱百智;郭祺龙;方杰;张伟;;18CrNiMo7-6和20CrNi2Mo钢渗碳工艺参数优化与应用[J];金属热处理;2010年06期

9 李龙飞,杨王玥,孙祖庆;低碳钢在A_(c1)点以下温度变形时的铁素体动态再结晶[J];金属学报;2003年04期

10 马妙;陆永浩;;Inconel625镍基合金微动磨损性能研究[J];摩擦学学报;2012年05期

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1 王文健;轮轨滚动接触疲劳与磨损耦合关系及预防措施研究[D];西南交通大学;2008年

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1 王蕴华;车轮钢滚动磨损与摩擦特性研究[D];西南交通大学;2009年

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1 张西奎,王成国,王海庆,陈海燕;碳纤维含量对改性酚醛摩阻材料性能的影响[J];工程塑料应用;2003年04期

2 张珣;;超临界机组锅炉高温再热器爆管分析[J];安徽电气工程职业技术学院学报;2010年01期

3 严玲;刘仁东;严平沅;周敬;;汽车用轻质TWIP钢的组织演变规律研究[J];鞍钢技术;2010年01期

4 张珣;何军;李建华;陈安生;;电站锅炉水冷壁烟气侧高温腐蚀探讨[J];安徽电力;2007年03期

5 张珣;;125 MW汽轮机循泵出水门丝杆断裂故障分析[J];安徽电力;2008年03期

6 张珣;;600MW机组锅炉“四管”爆漏原因分析[J];安徽电力;2010年03期

7 张珣;;300MW汽轮机A小机B冷油器铜管泄漏剖析[J];安徽化工;2010年S2期

8 王广山;李胜利;徐博;;轴承钢水冷的实验模拟研究[J];鞍山科技大学学报;2006年01期

9 张树松;由控制显微组织提高钢的强韧性(续)[J];兵器材料科学与工程;1986年11期

10 丁华东,傅苏黎,朱有利,王海军;自润滑滑动摩擦系数研究[J];兵器材料科学与工程;2001年04期

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1 刘建涛;张国星;张义文;陶宇;张莹;迟悦;陈琨;;时效处理对FGH4096合金的显微组织和拉伸性能的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年

2 张晓义;韩锋;杜婷;;1J50锻棒车加工后出现的暗斑分析[A];全国冶金物理测试信息网建网30周年学术论文集[C];2011年

3 马惠霞;李文竹;黄磊;王晓峰;隋晓红;;轴承钢中硫化物夹杂疲劳裂纹的微观分析[A];全国冶金物理测试信息网建网30周年学术论文集[C];2011年

4 孙维连;李胜利;李颖;安广;程越;;35CrMoA钢脆性断裂原因分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年

5 付长明;董晨;屈伸;袁金才;田继丰;;汽车发动机悬置支臂断裂失效分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年

6 曹淑芬;曹耕原;杜冈峰;杨玉;王建明;徐春花;;柴油机水泵轴断裂分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年

7 乔莉;张辉;刘永刚;陈雷;;高温合金转动部件早期断裂分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年

8 屈伸;张哲峰;田继丰;;40Cr钢加载油缸上耳环断裂原因分析[A];2011年全国失效分析学术会议论文集[C];2011年

9 李寅炯;刘金海;李国禄;陈茁;;含碳化物奥铁体球墨铸铁渗硫后耐磨性的研究[A];第十二届全国铸造年会暨2011中国铸造活动周论文集[C];2011年

10 孙振宇;冯彦波;聂波;赵刚;田妮;李瑞峰;;2A12铝合金均匀化处理工艺研究[A];中国有色金属学会第十四届材料科学与合金加工学术年会论文集[C];2011年

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1 黎清宁;高锰钢和高铬铸铁的冲击腐蚀磨损行为及交互作用研究[D];昆明理工大学;2008年

2 陈明昕;新型有机物切削刀具材料的低温二次硬化机理研究及渗碳体超细化的析出控制[D];昆明理工大学;2009年

3 崔岩;超低碳烘烤硬化钢板烘烤硬化性能的稳定化研究[D];昆明理工大学;2010年

4 赵英利;1500MPa级直接淬火马氏体钢的组织控制与强化机理研究[D];昆明理工大学;2010年

5 慈鸿钢;外加直流磁场对等离子弧堆焊层组织及性能的影响研究[D];沈阳工业大学;2011年

6 李培跃;7050合金淬火敏感性及其机理研究[D];北京有色金属研究总院;2011年

7 魏敏先;严酷工况下钢铁材料的氧化磨损及轻微—严重磨损转变[D];江苏大学;2011年

8 王丽君;桥梁钢热压缩变形动态再结晶行为的双尺度模拟[D];山东大学;2011年

9 吴波;渣浆泵固液两相三维湍流及冲蚀磨损特性研究[D];中南大学;2010年

10 周明哲;航空用2E12合金热处理工艺与疲劳行为的相关基础问题研究[D];中南大学;2010年

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1 丁家圆;热处理工艺对高铬白口铸铁组织与性能的影响[D];南昌航空大学;2010年

2 邱伟;TB6钛合金的热变形组织演变规律研究[D];南昌航空大学;2010年

3 郭云刚;内生NbC高抗裂耐磨堆焊合金组织和性能的研究[D];郑州大学;2010年

4 王赞斌;合金材料在低应力划伤条件下磨损性能研究[D];郑州大学;2010年

5 孙彦华;压气机常用马氏体不锈钢冲蚀及盐雾—冲蚀性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

6 朱莹莹;27SiMn无缝钢管深孔滚压加工技术的研究[D];河北工程大学;2010年

7 蒋黎明;易切削高导碲铜合金的研究与开发[D];江西理工大学;2010年

8 郑国昌;23MnB履带板热处理质量控制的研究[D];江西理工大学;2010年

9 熊亚飞;大型高炉生产过程的质量控制与改进[D];武汉科技大学;2010年

10 闫文凯;高纯净GCr15轴承钢组织演变与控制工艺的研究[D];昆明理工大学;2010年

【二级参考文献】

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1 李龙飞,杨王玥,孙祖庆,王青峰;低碳钢铁素体相区变形特性[J];北京科技大学学报;2001年03期

2 曹金荣;刘正东;程世长;杨钢;谢建新;;T122耐热钢热变形加工图及热成形性[J];北京科技大学学报;2007年12期

3 卢志明;陈冰冰;高增梁;;16MnR钢在液氨环境中的应力腐蚀裂纹扩展研究[J];材料工程;2007年10期

4 刘芳,单德彬,吕炎;热变形参数对LD7铝合金流动应力的影响[J];材料科学与工艺;2003年01期

5 张增岐,张磊,仇亚军;高碳铬轴承零件热处理变形分析[J];轴承;2004年06期

6 鄢建辉,李兴林,蒋万里,张燕辽,汪久根;轴承疲劳寿命理论的新进展[J];轴承;2005年11期

7 王思明;许明恒;周海军;;滚动轴承微动磨损研究[J];轴承;2011年04期

8 闫士彩;程明;张士宏;张海燕;张伟红;张立文;;Inconel625合金的高温高速热变形行为[J];材料研究学报;2010年03期

9 李辉;铁道车辆轮轴裂纹检测及计算[J];电子科技大学学报;1993年02期

10 陈扬枝，杨东亮，马骥，全永昕;轮轨滚滑磨损试验研究[J];大连铁道学院学报;1995年01期

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1 郭俊;轮轨滚动接触疲劳损伤机理研究[D];西南交通大学;2006年

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1 王文健;车轮滚动剥离磨损特性研究[D];西南交通大学;2004年

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1 袁新生,王杰君,谷臣清,吴利生;新型高温高速渗碳轴承钢[J];轴承;1993年02期

2 陆大启,吴继贤;渗碳轴承钢锻件的预先热处理[J];轴承;1983年06期

3 袁新生，王杰君，谷臣清，楼秉哲，吴利生;新型高温用渗碳轴承钢的接触疲劳寿命[J];机械工程材料;1995年06期

4 景国荣;曹广惠;李如连;赵怀久;;G20CrNiMoA渗碳轴承钢与GCr15轴承钢的对比研究[J];钢铁;1981年04期

5 徐明华，许信忠，刘荣华，宋建萍，，王世俊，叶健熠，袁新生;铁路货车用真空精炼渗碳轴承钢的开发和应用[J];特殊钢;1996年03期

6 李丹;杨卯生;曹建春;周晓龙;贾钰泽;;渗碳轴承钢的显微组织和疲劳性能分析[J];材料热处理学报;2014年06期

7 赵国防;杨卯生;刘东雨;吉传波;俞峰;赵晓丽;;高性能渗碳轴承钢的组织与性能[J];钢铁研究学报;2011年11期

8 尤绍军;;ZWZ15高级渗碳轴承钢的研制[J];轴承;2013年12期

9 李中友;;G20CrNi2MoA渗碳轴承钢生产工艺的探讨[J];特钢技术;2010年03期

10 李作贤;渗碳轴承钢G20Cr2Ni4A冶金质量的研究[J];四川冶金;1997年04期

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1 丁磊;苏春阳;潘明旭;张洲;柳学胜;;惰性气体保护电渣冶炼铁路用G20CrNi2MoA渗碳轴承钢[A];2012年钢锭制造技术与管理研讨会论文集[C];2012年

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1 朱友松;[N];世界金属导报;2012年

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1 刘刚;高性能渗碳轴承钢的组织特征与强韧性研究[D];昆明理工大学;2013年

2 赵国防;高性能渗碳轴承钢超长寿命机制与组织性能控制[D];华北电力大学（北京）;2011年