摘 要:将表层轧制处置的SAE8620轴承钢在855℃莱氏体化时,在225℃盐浴中展开绝热淬 火处置,再在225 ℃下展开淬火处置,科学研究了绝热淬火天数(7,21h)对测试钢造影组织机构、万萨县组成、 延展性和碰触烦躁操控性的负面影响。结果显示:绝热淬火7h时测试钢海床组织机构为贝氏体电容、残存奥 氏体、纤维状和铌,绝热淬火21h后海床组织机构中的纤维状消失,贝氏体长直平均值长度减少,针 状贝氏体电容浓度减少,残存莱氏体浓度减少;与绝热淬火21h较之绝热淬火7h测试钢的表 层延展性Villamblard,碰触烦躁寿命也更长,这主要与其海床残存莱氏体浓度更高、贝氏体长直平均值长度更 小、海床延展性Villamblard,可以更好地反抗形变有关。

关键字:绝热淬火;轴承钢;造影组织机构;碰触烦躁寿命;表层无腺

中图科同盘属:TG142.1 文献标志码:A 文章编号:1000-3738(2022)07-0051-06

0 引 言

在国民经济快速发展和高速铁路装备强劲需求拉动 下,高速铁路电力机车上的传动装置轴承、牵引电动机轴承、 螺旋弹簧轴承等关键零部件的需求量愈来愈多,产品质量要 求也愈来愈高。在引进一流技术,联合设计生产 的发展战略部署[1]指引下,电力机车轴承钢已经基本实 现量产。国产轴承钢的参杂物、氧浓度和成分偏 析等电子技术水平不断得到提高,但在金属材料热处 理工艺技术与最终半成品使用寿命等方面与国外一流轴承 钢较之仍然有一定差距[2]。在高速铁路运行整体速度提 升、企业应用更加复杂的背景下,电力机车轴承钢需要具备更高的综合操控性以提高轴承在长期点/线碰触应 力促进作用下反抗烦躁损伤的能力[3]。对电力机车轴承钢进 行表层轧制处置可以在不改变碳纳米管操控性的前提下提 升轴承钢的延展性、耐热等表层操控性,但轧制轴承钢 在绝热淬火等热处置操作过程中存有系列组织机构转变(贝 氏体、纤维状、残存莱氏体和铌等)。已有的试 验结果显示轴承钢中适量的残存莱氏体有助于吸收 形变能,但残存莱氏体浓度过高会导致轴承 钢组织机构和尺寸稳定性转差,且组织机构中的铌、贝氏 体等的 存 在 会 对 轴 承 钢 的 疲 劳 寿 命 造 成 一 定 影 响[4-6]。目前,轴承钢在绝热淬火操作过程中的组织机构演变 及其对碰触烦躁操控性的负面影响科学研究报道较少,具体作 用机理 仍 不 清 楚[7]。 因 此,作 者 以 铁 道 机 车 用 SAE8620轴承钢为科学研究对象,分析了绝热淬火天数 对该轴承钢造影组织机构、延展性和碰触烦躁操控性的负面影响, 拟为通过热处置工艺技术调控造影组织机构并提高其碰触疲 劳操控性提供更多参考。凝露耐热轴承

1 待测制取与测试方法凝露耐热轴承

1.1 待测制取

测试金属材料为**鞍钢全部股份有限公司提供更多的铁道线电力机车用 SAE8620轴承钢。采用电容谐振 激光光谱线法测得测试钢的化学成分(产品质量分 数)为 0.23%C,0.35% Mn,1.28%Si,2.12%Ni, 1.54%Cr,0.29% Mo,0.03%Al,余 Fe。在 WZST45型真空热处置轧制炉中对测试钢展开表层轧制 处置:在725 ℃隔热0.5h紧接著,升温至950 ℃,以 C2H2 为介质展开轧制,天数为12h,再展开675 ℃ 隔热3h淬火处置。轧制处置后测试钢表层碳产品质量 平均值分约为0.76%。

将轧制处置的测试钢在热处置炉中展开855℃ 隔热0.5h莱氏体化处置,然后在225 ℃盐浴(产品质量 比1∶1的亚硝酸钠和硝酸钾)中展开绝热淬火处置, 天数分别为7,21h,再展开225 ℃隔热1h的淬火 处置,随炉冷却至室温。

1.2 测试方法

在测试钢上线切割出块状金相待测,经打磨、抛 光,用体积平均值分3.5%硝酸酒精溶液浸蚀至表层发 灰后,在 莱 卡 DVM6 型 光 学 显 微 镜 (OM)和 SU5000型扫描电镜(SEM)上观察造影组织机构。采用连 续扫 描 方 式 在 D8 ADVANCE 型 X 射 线 衍 射 仪 (XRD)上展开万萨县分析,并用附带软件计算残存奥 氏体浓度(产品质量平均值分)。在测试钢上切割取样,经手工预磨、冲压成直径3mm 的薄片并展开离子减薄后, 在JEOL-2010型透射电镜(TEM)上观察微观结构。 在 HV-1000型数显维氏延展性计上展开延展性测试,载 荷为9.8N,保载天数为10s,测3点取平均值值。凝露耐热轴承

采用线切割方法将测试钢加工成如图1所示的 碰触烦躁待测,在 XJP-20000型线碰触烦躁测试机 上展开烦躁测试。测试时轴向和纵向载荷分别为 12kN 和76kN,转速为980r·min -1,润滑介质为 VG46型润滑油,碰触面半宽为0.205mm。记录接 触疲 劳 过 程 中 的 振 动 曲 线[8],当 振 动 值 大 于 29.4m·s -2时停止测试。使用 SU-5000 型 扫 描 电 镜 观 察 试 验 钢 接 触 疲 劳 表 面 形 貌,用 附 带 的 DeepMeasure软件测试剥落坑深度。

2 测试结果与讨论

2.1 造影组织机构

由图2可以看出:当绝热淬火天数为7h时,试 验钢海床可见杂乱分布的黑色片状贝氏体电容 (BF)、白色块状残存莱氏体(RA)和灰色片状马氏 体束(M);绝热淬火天数延长至21h时,测试钢表 层可见更加密集的黑色片状贝氏体电容,残存奥 氏体浓度有所减少,纤维状基本消失。20个视场的 统计[9]分析结果显示,225 ℃绝热淬火7,21h后试 验钢中 针 状 贝 氏 体 铁 素 体 的 体 积 分 数 分 别 约 为 56.2%,69.8%。凝露耐热轴承

由图3可以看出:当绝热淬火天数为7h时,试 验钢海床中除贝氏体电容、残存莱氏体和少量马 氏体外,还有细小的白色未熔铌(C)颗粒;绝热 淬火21h后,测试钢海床除了存有浓度更高的贝氏 体电容外,弥散分布的白色铌颗粒尺寸略微 增大。

由图4可以看出:当绝热淬火天数为7h时,试 验 钢中可见片状贝氏体电容、薄膜状残存莱氏体(F-RA)、不规则块状残存莱氏体(B-RA)、纤维状和类 球形未溶铌,薄膜状残存莱氏体主要分布在贝氏 体电容的长直束之间,而块状残存莱氏体主要分布 在贝氏体束之间;绝热淬火21h后,测试钢中主要有贝 氏体电容、薄膜状残存莱氏体和铌,块状残存奥 氏体基本消失;绝热淬火7h时测试钢中的贝氏体板 条长度大部分小于0.1μm,平均值长度约为94nm,而 绝热淬火21h时长度小于0.1μm 的贝氏体长直明显 更少,平均值长度约为98nm,可见延长绝热淬火天数 会在一定程度上减少贝氏体长直平均值长度。凝露耐热轴承

2.2 万萨县组成

由图5可知,绝热淬火7h和21h后,测试钢表层 万萨县都主要为嶗-Fe和γ-Fe,绝热淬火7h时γ-Fe的衍 射峰更强。根据 X 射线衍射强度计算分析[10]可知, 225℃绝热淬火7h和21h后,测试钢中残存莱氏体 (γ-Fe)的产品质量平均值分分别为22.5%和18.0%。

2.3 延展性分布

由图6可知:随着距表层距离的减少,绝热淬火 7h和21h测试钢的造影延展性都呈现逐渐减小的趋 势,但在相同距离下,绝热淬火7h测试钢的造影 延展性相对较大;在距表层4mm 范围内,两种绝热淬 火天数下测试钢的造影延展性都在480HV 以上(亚 海床延展性约为620 HV)。轧制测试钢海床延展性会 随着距表层距离的减少而逐渐降低。与绝热淬火21h测试钢较之,绝热淬火7h测试钢中存有延展性 相对较高的纤维状[11],因此其造影延展性相对Villamblard。

2.4 碰触烦躁操控性凝露耐热轴承

由图7可以看出,绝热淬火7h和21h后测试 钢的碰触烦躁寿命分别为6.13×10 7,2.79×10 7 周 次,绝热淬火7h测试钢具有相对更长的烦躁寿命。 这主要是因为绝热淬火7h后测试钢海床组织机构为贝 氏体电容、薄膜状和不规则块状残存莱氏体、碳化 物和纤维状,这种组织机构使得测试钢在具有较高延展性 的同时具有较强的反抗形变能力[12] ;而绝热淬 火21h后测试钢海床组织机构为贝氏体电容、薄膜状 残存莱氏体和铌,不规则块状残存莱氏体和马 氏体消失,相应地反抗形变能力较弱[13],碰触 烦躁寿命相对较短。绝热淬火7h测试钢海床的残 余莱氏体浓度更高,贝氏体长直平均值长度更小,表层 相同深度位置处延展性Villamblard,可以更好地反抗塑性变 形而提高滚动碰触烦躁寿命[14]。

由图8可以看出:在碰触烦躁载荷促进作用下,绝热 淬火7h测试钢表层由于碾压和磨损而出现了与滚 动方向垂直的横向裂纹,当碰触烦躁2.03×10 7 周 次时在裂纹附近还出现了平行于裂纹分布的棘轮状形变痕迹;当碰触烦躁5.26×10 7 周次时,裂纹 在周期性循环碰触应力促进作用下发生扩展,并在局部 应力集中处产生轻微剥落;当测试钢发生烦躁失效 后(6.13×10 7 周次),大面积剥落仅在表层变形层中 产生,剥落坑深度约为9μm。测试钢海床在碰触疲 劳应力促进作用下会发生残存莱氏体向纤维状的转变, 使得其海床延展性升高的同时也改善了表层应力分 布,导致裂纹难以进一步向纵深扩展而仅在海床扩 展直至金属材料剥落[15-16]。凝露耐热轴承

由图9可以看出:碰触烦躁0.45×10 7 周次时, 绝热淬火21h测试钢表层出现了尺寸不等的麻点 和局部剥落坑;碰触烦躁0.83×10 7 周次时,测试钢 表层出现了两端发生弯折的微裂纹,裂纹扩展方向 并没有垂直于滚动方向,这应是由于在碾压和磨损 操作过程中,部分润滑油进入到裂纹中使得裂纹向两边 扩展,并在剪切力促进作用下发生裂纹偏转所致[17] ;当 测试钢发生烦躁失效时(2.79×10 7 周次),剥落坑较 深(深度约18μm),并且裂纹附近存有棘轮状塑性 变形痕迹。

对比图8和图9可知:绝热淬火7h和21h的 测试钢在碰触烦躁操作过程中都会萌生微裂纹,且随着 循环次数减少,裂纹发生扩展,裂纹附近形成棘轮状 形变痕迹,并且表层出现局部剥落现象;绝热淬 火7h测试钢中的裂纹扩展和剥落发生在浅海床, 绝热淬火21h测试钢的剥落坑相对较深,这与绝热 淬火7h测试钢具有相对较好的反抗碰触烦躁的能 力相吻合。凝露耐热轴承

3 结 论

(1)绝热淬火7h时测试钢海床组织机构为贝氏体 电容、薄膜状残存莱氏体、不规则块状残存奥氏 体、纤维状和铌,绝热淬火21h时测试钢海床组织机构为贝氏体电容、薄膜状残存莱氏体和铌, 纤维状和不规则块状残存莱氏体基本消失;绝热淬 火7h和21h时测试钢海床组织机构中片状贝氏体铁 素体体积平均值分分别约为56.2%,69.8%,残存莱氏体 产品质量平均值分分别为22.5%,18.0%,贝氏体长直平均值宽 度分别约为94,98nm。

(2)随着距表层距离的减少,绝热淬火7h和 21h测试钢的造影延展性都呈现逐渐减小的趋势,在 相同距离下,绝热淬火7h测试钢的延展性相对较大。

(3)绝热淬火7h和21h后测试钢的碰触烦躁 寿命分别为6.13×10 7,2.79×10 7 周次,绝热淬火 7h后测试钢具有相对更长的烦躁寿命,这与其表 层残存莱氏体浓度更高、贝氏体长直平均值长度更小、 海床延展性Villamblard等有关;表层碰触烦躁无腺观察结果 与碰触烦躁操控性测试结果相吻合。

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<文章来源 >金属材料与测试网 > 期刊论文 > 机械工程金属材料 > 46卷 > 7期 (pp:51-56)>