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轴承钢表面电弧离子镀氮化物涂层的抗冲击性能和耐磨性能

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机械工程材料 2024年第5期48卷 67-73页

作者：于翔敬正彪鲜广成都工业职业技术学院智能制造与汽车学院成都610218 四川大学机械工程学院成都610065

采用电弧离子镀工艺在GCr15轴承钢表面分别沉积了TiN和TiAlN 2种氮化物涂层,对比研究了涂层的微观结构、硬度、结合性能、抗冲击性能和耐磨性能。结果表明:制备的TiN涂层和TiAlN涂层表面平整,均以(200)晶面择优生长;TiN涂层和TiAlN涂层... 详细信息

采用电弧离子镀工艺在GCr15轴承钢表面分别沉积了TiN和TiAlN 2种氮化物涂层,对比研究了涂层的微观结构、硬度、结合性能、抗冲击性能和耐磨性能。结果表明:制备的TiN涂层和TiAlN涂层表面平整,均以(200)晶面择优生长;TiN涂层和TiAlN涂层的硬度分别为2060.3,3390.8 HV,为基体(689.5 HV)的3.0倍和4.9倍。TiN和TiAlN涂层与轴承钢的结合性能良好,结合等级为HF1~HF2,40次冲击试验后TiN和TiAlN涂层表面均未发生剥落和开裂,抗冲击性能良好。TiN涂层和TiAlN涂层与轴承钢对磨时的平均摩擦因数分别为0.42,0.36,体积磨损量分别为1.26×10^(-3),0.54×10^(-3 )mm^(3),均低于基体,涂层表面均形成了较浅的犁沟,磨损机制为磨粒磨损,其中TiAlN涂层表面犁沟更浅,磨损程度更轻。TiAlN涂层的结合性能和抗冲击性能与TiN涂层相当,硬度和耐磨性能均高于TiN涂层,更适用于改善轴承钢的表面耐磨性能。

关键词：轴承钢电弧离子镀氮化物涂层抗冲击性能耐磨性能

基于非铝脱氧工艺的高品质轴承钢关键冶金技术研究

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工程科学学报 2022年第9期44卷 1607-1619页

作者：王仲亮包燕平顾超肖微刘宇黄永生北京科技大学钢铁冶金新技术国家重点实验室北京100083 中天钢铁集团有限公司第三炼钢厂常州213011

我国高品质轴承钢生产技术已取得了长足进步,部分企业的轴承钢质量处于世界先进水平,但质量稳定性与世界领先水平仍存在一定差距.目前,国内外主要采用铝脱氧工艺生产轴承钢,通过铝脱氧和造高碱度渣快速降低钢液中氧含量,高品质轴承钢中... 详细信息

我国高品质轴承钢生产技术已取得了长足进步,部分企业的轴承钢质量处于世界先进水平,但质量稳定性与世界领先水平仍存在一定差距.目前,国内外主要采用铝脱氧工艺生产轴承钢,通过铝脱氧和造高碱度渣快速降低钢液中氧含量,高品质轴承钢中全氧质量分数已经可以控制在5×10^(-6)以下,但仍存在大颗粒球状(Ds类)类夹杂物导致疲劳失效的难题,以及超低全氧和钛含量难以稳定控制、小方坯连铸水口堵塞等问题.针对上述问题,本研究提出了非铝脱氧工艺生产轴承钢,即在转炉出钢时加入硅锰合金预脱氧,钢包精炼炉(LF)向渣面加入硅质脱氧剂扩散脱氧,真空循环脱气精炼(RH)真空深脱氧,保证钢液全氧质量分数在8×10^(-6)左右.在保证钢液低铝低钛的同时,利用低碱度渣改变夹杂物类型,控制夹杂物塑性化,从而有效地解决钢液流动性问题.利用超声疲劳试验机对两种工艺轴承钢疲劳寿命进行测定,阐明了不同类型夹杂物对疲劳性能的影响,剖析了不同工艺轴承钢的疲劳断裂机理,研究了引起疲劳裂纹的夹杂物临界尺寸.

关键词：轴承钢硅锰脱氧真空深脱氧夹杂物超声疲劳

过热度对轴承钢凝固组织整体形貌特征及渗透率的影响

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金属学报 2021年第5期57卷 586-594页

作者：曹江海侯自兵郭中傲郭东伟唐萍重庆大学材料科学与工程学院重庆400044 重庆大学钒钛冶金及新材料重庆市重点实验室重庆400044

引入分形维数和比表面积对GCr15轴承钢连铸方坯的凝固组织整体形貌特征进行定量描述,并基于此计算枝晶通道的渗透率。结果表明,分形维数可描述凝固组织形貌的自相似复杂程度,比表面积可描述凝固组织的粗化程度。与高过热度(35℃)相比,... 详细信息

引入分形维数和比表面积对GCr15轴承钢连铸方坯的凝固组织整体形貌特征进行定量描述,并基于此计算枝晶通道的渗透率。结果表明,分形维数可描述凝固组织形貌的自相似复杂程度,比表面积可描述凝固组织的粗化程度。与高过热度(35℃)相比,低过热度(20℃)下生产的铸坯其分形维数较小,比表面积较大,且等轴晶区的渗透率较小;即低过热度时富集溶质的液相在枝晶间的流动阻力大,更有利于铸坯宏观偏析缺陷的控制。此外,为有效抑制高过热度时铸坯宏观偏析缺陷的形成,应在尽可能保证等温凝固的条件下通过调节工艺参数增大铸坯等轴晶区的冷却速率。

关键词：过热度凝固组织分形维数比表面积渗透率轴承钢

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轴承钢中D类夹杂物的形成与控制

工程科学学报 2018年第S1期40卷 31-35页

作者：李明王新成段加恒杨文成功王磊杨利伟张立峰北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083 南京钢铁股份有限公司南京210035

轴承钢对钢中非金属夹杂物,尤其是对D类夹杂物的要求非常严格.为了分析国内某钢厂GCr15轴承钢棒材试样探伤不合的D类夹杂物形成原因并提出有效控制措施,采用ASPEX自动扫描电镜对GCr15轴承钢生产工艺优化前后全流程夹杂物的演变进行观察... 详细信息

轴承钢对钢中非金属夹杂物,尤其是对D类夹杂物的要求非常严格.为了分析国内某钢厂GCr15轴承钢棒材试样探伤不合的D类夹杂物形成原因并提出有效控制措施,采用ASPEX自动扫描电镜对GCr15轴承钢生产工艺优化前后全流程夹杂物的演变进行观察.研究结果表明,原工艺下轴承钢中D类钙铝酸盐夹杂物生成的主要原因包括两个方面,一是精炼渣碱度过高导致渣中Ca O活度很大;二是在真空脱气(VD)精炼过程中,强烈搅拌给钢-渣反应提供了良好的动力学条件.本文从精炼渣碱度和VD真空度两方面对轴承钢生产工艺进行了优化.优化后能够在保持高洁净度情况下,使钢中夹杂物由钙铝酸盐类转变为镁铝尖晶石类,减少了轴承钢中D类夹杂物的生成.

关键词：轴承钢 D类夹杂精炼渣碱度真空度

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轴承钢滚动接触疲劳亚表面夹杂处损伤分析

摩擦学学报（中英文） 2024年第3期44卷 267-279页

作者：陈金华李淑欣鲁思渊曹均金永生宁波大学机械工程与力学学院教育部冲击与安全工程重点实验室浙江宁波315211 浙江省零件轧制成形技术研究重点实验室浙江宁波315211 宁波银球科技股份有限公司浙江宁波315207

轴承钢在滚动接触疲劳(RCF)中失效的主要原因之一是亚表面白蚀区(WEA)的形成.本文中从塑性应变累积引起剪切局域化新的角度对WEA进行了研究.通过耦合晶体塑性和相场损伤理论建立了损伤演化本构模型,研究了非金属夹杂处塑性应变累积和损... 详细信息

轴承钢在滚动接触疲劳(RCF)中失效的主要原因之一是亚表面白蚀区(WEA)的形成.本文中从塑性应变累积引起剪切局域化新的角度对WEA进行了研究.通过耦合晶体塑性和相场损伤理论建立了损伤演化本构模型,研究了非金属夹杂处塑性应变累积和损伤演化.研究表明,接触疲劳载荷引起的塑性应变局域化导致了剪切带的形成.剪切带的形貌、取向和应变与WEA的一致,表明WEA实际上是应变局域化的剪切带.晶体取向对WEA损伤的形成和发展有很大的影响,WEA仅在择优的晶体取向下形成.与软夹杂周围的剪切带和损伤演化不同,硬夹杂处的剪切带与夹杂相切,形成的4条剪切变形带将夹杂“包围”.剪切带内部处于高应变和低应力的状态,带中心处应变达到最大,随带宽两侧急剧减小,而中心处应力却最小,几乎为零,沿带宽两侧增大,这说明裂纹在剪切带内萌生和扩展.该结论阐明了裂纹和WEA形成的关系,即裂纹是在WEA形成过程中因应变不协调产生,而非裂纹先产生,裂纹上下表面相互摩擦导致WEA形成.

关键词：轴承钢滚动接触疲劳白蚀区应变局域化剪切带

高碳铬轴承钢全流程夹杂物演变机理及关键控制工艺

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中国冶金 2024年第2期34卷 117-125页

作者：刘洪波刘颖谢荣圆张彩东车晓锐李民高鹏田志强张杰河钢材料院河北石家庄050023 河钢数字技术股份有限公司河北石家庄050100 河钢集团石钢公司河北石家庄050199 北京科技大学冶金与生态工程学院北京100083

为研究GCr15轴承钢中夹杂物演变规律,利用Zeiss Ultra55型场发射扫描电镜配置的Aztec-Feature夹杂物自动分析系统对GCr15轴承钢EAF-LF-RH-CC全流程中各工序试样进行大范围(大于200 mm^(2))定量扫描分析,研究各工序夹杂物形貌、成分、数... 详细信息

为研究GCr15轴承钢中夹杂物演变规律,利用Zeiss Ultra55型场发射扫描电镜配置的Aztec-Feature夹杂物自动分析系统对GCr15轴承钢EAF-LF-RH-CC全流程中各工序试样进行大范围(大于200 mm^(2))定量扫描分析,研究各工序夹杂物形貌、成分、数量、尺寸、分布等演变规律。结果表明,GCr15轴承钢EAF出站时夹杂物主要为纯Al_(2)O_(3)夹杂;LF精炼过程中夹杂物转变为MgO-Al_(2)O_(3)及含有少量CaO的Al_(2)O_(3)-MgO-CaO复合夹杂;RH进站后夹杂物中CaO含量升高,逐渐形成Al_(2)O_(3)-CaO-MgO夹杂;最终GCr15轴承钢中间包内夹杂物平均成分为56Al_(2)O_(3)-22CaO-7MgO-8CaS。同时,LF-RH精炼阶段及软吹前期对GCr15轴承钢中夹杂物具有显著去除效果,去除率达95.6%;但随着RH软吹时间的增加,对钢中T[O]、[N]含量的进一步去除影响不大,甚至还会发生大型夹杂物的卷入,导致T[O]含量升高、夹杂物平均尺寸增大等问题。由FactSage平衡热力学计算分析可知,在轴承钢w(T[O])=7×10^(-6)条件下,钢中w([Mg])和w([Ca])分别超过0.4×10^(-6)和0.16×10^(-6)时,钢液中可分别生成镁铝尖晶石和钙铝酸盐夹杂物。研究结果为轴承钢中该类夹杂物控制提供了参考和理论指导。

关键词：轴承钢夹杂物演变规律氧化铝氧化镁

等温淬火时间对铁道机车用SAE8620轴承钢接触疲劳性能的影响

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机械工程材料 2022年第7期46卷 51-56页

作者：张文凯杨贞王克成包头铁道职业技术学院机车车辆系包头014060 吉林大学材料科学与工程学院长春130012

将表面渗碳处理的SAE8620轴承钢在855℃奥氏体化后,在225℃盐浴中进行等温淬火处理,再在225℃下进行回火处理,研究了等温淬火时间(7,21 h)对试验钢显微组织、物相组成、硬度和接触疲劳性能的影响。结果表明:等温淬火7 h时试验钢表层组... 详细信息

将表面渗碳处理的SAE8620轴承钢在855℃奥氏体化后,在225℃盐浴中进行等温淬火处理,再在225℃下进行回火处理,研究了等温淬火时间(7,21 h)对试验钢显微组织、物相组成、硬度和接触疲劳性能的影响。结果表明:等温淬火7 h时试验钢表层组织为贝氏体铁素体、残余奥氏体、马氏体和碳化物,等温淬火21 h后表层组织中的马氏体消失,贝氏体板条平均宽度增加,针状贝氏体铁素体含量增加,残余奥氏体含量减少;与等温淬火21 h相比等温淬火7 h试验钢的表层硬度更大,接触疲劳寿命也更长,这主要与其表层残余奥氏体含量更高、贝氏体板条平均宽度更小、表层硬度更大,可以更好地抵抗塑性变形有关。

关键词：等温淬火轴承钢显微组织接触疲劳寿命表面形貌

保温时间对轴承钢中碳化物溶解和贝氏体相变的影响

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金属热处理 2023年第11期48卷 191-195页

作者：吴冰冰王庆香刘晓明邢云翔许荣昌李辉山东理工大学材料科学与工程学院山东淄博255000 临清宇联轴承科技有限公司山东聊城252000 山东智连共同体轴承科技有限公司山东聊城252000 山东钢铁股份有限公司山钢研究院山东济南271100

采用扫描电镜和Nano Measurer 1.2、Image J图像软件,对860℃不同两相区保温时间下的GCr15轴承钢中的碳化物尺寸、体积分数等进行了研究,并利用维氏显微硬度计进行了硬度测定;并利用DIL热膨胀仪及扫描电镜对经过不同两相区保温时间及不... 详细信息

采用扫描电镜和Nano Measurer 1.2、Image J图像软件,对860℃不同两相区保温时间下的GCr15轴承钢中的碳化物尺寸、体积分数等进行了研究,并利用维氏显微硬度计进行了硬度测定;并利用DIL热膨胀仪及扫描电镜对经过不同两相区保温时间及不同贝氏体等温时间处理的轴承钢中的贝氏体相变进行了分析。结果表明,在860℃下,两相区保温时间越长,碳化物溶解量越多,硬度增加幅度越大,并且碳化物尺寸、体积分数明显减少。随两相区保温时间的延长,碳化物溶解越多,使得奥氏体中的C/Cr含量越趋于稳定、均匀,贝氏体转变孕育期延长,最佳两相区保温时间为30 min。贝氏体等温处理时间越长,贝氏体相变比例越大。

关键词：保温时间轴承钢碳化物贝氏体相变

热处理工艺对微合金化等温马氏体轴承钢组织与力学性能的影响

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材料热处理学报 2023年第11期44卷 176-183,191页

作者：王艳辉李雪峰刘柏松徐东姚菲曾洪涛赵雷杰武东东李丽河北工程大学河北省智能工业装备技术重点实验室河北邯郸056038 河北工程大学河北省高品质冷镦钢技术创新中心河北邯郸056038 河北太行钢铁集团有限公司河北省高校高端紧固件全流程应用技术研发中心河北邯郸056305 邯郸钢铁集团有限责任公司河北邯郸056001

在传统轴承钢GCr15的基础上,添加合金元素Si、Mo以及微合金元素V得到一种新型微合金化轴承钢,并优化传统马氏体轴承钢的热处理工艺,将新型微合金化轴承钢在M_(s)(马氏体开始形成的温度)点以下进行等温处理,得到等温马氏体组织。采用扫... 详细信息

在传统轴承钢GCr15的基础上,添加合金元素Si、Mo以及微合金元素V得到一种新型微合金化轴承钢,并优化传统马氏体轴承钢的热处理工艺,将新型微合金化轴承钢在M_(s)(马氏体开始形成的温度)点以下进行等温处理,得到等温马氏体组织。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、洛氏硬度计、冲击实验和拉伸实验等研究了不同热处理工艺对微合金化等温马氏体轴承钢微观组织和力学性能的影响。结果表明:实验钢在M_(s)以下等温后组织主要由马氏体(M)、残留奥氏体(RA)以及未溶碳化物组成,当等温时间延长至60 min时,组织中出现了少量针状贝氏体。经不同工艺热处理后实验钢的硬度均在61 HRC以上。实验钢在170℃等温淬火后,冲击韧性相对较高,原因是组织中有较多的残留奥氏体,但较高的残留奥氏体含量降低了其抗拉强度。在170℃等温淬火15 min后,实验钢的综合性能较好,其硬度、冲击韧性和抗拉强度分别为62.4 HRC、52 J/cm^(2)和2139 MPa。

关键词：轴承钢微合金化等温马氏体微观组织力学性能