Wesentliche Faktoren, die die Lagerlebensdauer und ihre Kontrolle beeinflussen
- 2021/8/10 11:30:28
Wesentliche Faktoren, die die Lagerlebensdauer beeinflussen
Zu den frühen Ausfallarten von Wälzlagern zählen hauptsächlich Bruch, plastische Verformung, Verschleiß, Korrosion und Ermüdung. Unter normalen Bedingungen handelt es sich hauptsächlich um Kontaktermüdung. Neben den Betriebsbedingungen wird das Versagen von Lagerteilen hauptsächlich durch die Härte, Festigkeit, Zähigkeit, Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und den inneren Spannungszustand des Stahls eingeschränkt. Die wichtigsten internen Faktoren, die diese Leistung und diesen Status beeinflussen, sind wie folgt.
①Martensit in gehärtetem Stahl
Wenn die ursprüngliche Struktur von Chromstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt körniger Perlit ist, beeinflusst der Kohlenstoffgehalt des abgeschreckten Martensits im abgeschreckten Niedrigtemperatur-Anlasszustand offensichtlich die mechanischen Eigenschaften des Stahls. Die Festigkeit und Zähigkeit betragen etwa 0,5%, die Kontaktermüdungslebensdauer beträgt etwa 0,55% und die Druckfestigkeit beträgt etwa 0,42%. Wenn der abgeschreckte Martensit-Kohlenstoffgehalt von GCr15-Stahl 0,5% bis 0,56% beträgt, kann die stärkste Versagensbeständigkeit erzielt werden. Die umfassenden mechanischen Eigenschaften.
Es sollte beachtet werden, dass der in diesem Fall erhaltene Martensit kryptokristalliner Martensit ist und der gemessene Kohlenstoffgehalt der durchschnittliche Kohlenstoffgehalt ist. Tatsächlich ist der Kohlenstoffgehalt im Martensit im Mikrobereich nicht einheitlich. Die Kohlenstoffkonzentration in der Nähe des Karbids ist höher als im ferritfernen Teil des Karbids, so dass sie bei unterschiedlichen Temperaturen eine Martensit-Umwandlung durchlaufen. Somit werden das Wachstum von Martensitkörnern und die Darstellung einer mikroskopischen Morphologie unterdrückt, um kryptokristalliner Martensit zu werden. Es kann Mikrorisse vermeiden, die beim Abschrecken von kohlenstoffreichem Stahl leicht auftreten, und seine Unterstruktur besteht aus Versetzungslattenmartensit mit hoher Festigkeit und Zähigkeit. Nur wenn der kohlenstoffreiche Stahl abgeschreckt wird, um kryptokristallinen Martensit mit mittlerem Kohlenstoffgehalt zu erhalten, können die Lagerteile daher die Matrix mit der besten Bruchfestigkeit erhalten.
②Retentionsaustenit in gehärtetem Stahl
Chromstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt kann nach normalem Abschrecken 8 bis 20 % Ar (Restaustenit) enthalten. Ar in den Lagerteilen hat Vor- und Nachteile. Um von den Vorteilen zu profitieren und die Nachteile zu beseitigen, sollte der Ar-Gehalt angemessen sein. Da die Ar-Menge hauptsächlich mit den Austenitisierungsbedingungen der Abschreckerwärmung zusammenhängt, beeinflusst ihre Menge den Kohlenstoffgehalt des abgeschreckten Martensits und die Menge an ungelösten Karbiden, und es ist schwierig, den Einfluss der Ar-Menge auf die mechanischen Eigenschaften. Aus diesem Grund werden die Austenitbedingungen festgelegt und der austenitisierende thermische Stabilisierungsprozess verwendet, um unterschiedliche Ar-Gehalte zu erhalten. Der Einfluss des Ar-Gehalts auf die Härte und Kontaktermüdungslebensdauer von GCr15-Stahl nach dem Abschrecken und Anlassen wird hier untersucht. Mit der Zunahme des Austenitgehalts nehmen sowohl die Härte als auch die Kontaktermüdungslebensdauer zu und nehmen dann nach Erreichen des Peaks ab. Der Ar-Spitzengehalt ist jedoch unterschiedlich. Der Härtepeak erscheint bei etwa 17% Ar, während die Kontaktermüdungslebensdauer Der Peak bei etwa 9% erscheint. Wenn die Prüflast verringert wird, wird der Einfluss der Zunahme der Ar-Menge auf die Kontaktermüdungslebensdauer verringert. Dies liegt daran, dass eine geringe Ar-Menge eine geringe Wirkung auf die Festigkeitsverringerung hat, aber die Wirkung der Zähigkeit deutlicher ist. Der Grund dafür ist, dass bei geringer Belastung eine geringe Verformung von Ar auftritt, was nicht nur die Spannungsspitze reduziert, sondern auch das verformte Ar durch Verarbeitung und spannungs-dehnungsinduzierte martensitische Umwandlung verstärkt. Wenn die Belastung jedoch groß ist, führen die große plastische Verformung von Ar und die lokale Spannungskonzentration und Rissbildung der Matrix zu einer Verringerung der Lebensdauer. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass die vorteilhafte Wirkung von Ar unter dem stabilen Zustand von Ar liegen muss. Wenn es sich spontan in Martensit umwandelt, wird die Zähigkeit des Stahls stark reduziert und versprödet.
③Ungelöste Karbide in gehärtetem Stahl
Menge, Morphologie, Größe und Verteilung ungelöster Karbide im abgeschreckten Stahl werden nicht nur durch die chemische Zusammensetzung des Stahls und das ursprüngliche Gefüge vor dem Abschrecken, sondern auch durch die Austenitisierungsbedingungen beeinflusst. Der Einfluss ungelöster Karbide auf die Lagerlebensdauer Weniger Auswirkungsforschung. Karbide sind harte und spröde Phasen. Zusätzlich zu den Vorteilen für die Verschleißfestigkeit treten aufgrund der Spannungskonzentration in der Matrix während der Belastung Risse auf (insbesondere die Karbide sind nicht kugelförmig), was die Zähigkeit und Ermüdungsbeständigkeit verringert. Abgeschreckte ungelöste Karbide beeinflussen neben ihrer eigenen Wirkung auf die Eigenschaften von Stahl auch den Kohlenstoff- und Ar-Gehalt und die Verteilung des abgeschreckten Martensits und haben dadurch einen zusätzlichen Einfluss auf die Eigenschaften von Stahl. Um den Einfluss ungelöster Karbide auf die Leistung aufzuzeigen, wurden Stähle mit unterschiedlichem Kohlenstoffgehalt verwendet, und nach dem Abschrecken waren der Martensit-Kohlenstoffgehalt und der Ar-Gehalt gleich, aber der ungelöste Karbidgehalt war unterschiedlich. Nach dem Anlassen bei 150°C hat eine geringe Zunahme an ungelösten Karbiden, da Martensit den gleichen Kohlenstoffgehalt und eine höhere Härte aufweist, wenig Einfluss auf die Härtezunahme. Die Bruchlast, die Stärke und Zähigkeit widerspiegelt, wird verringert. Die Kontaktermüdungslebensdauer, die auf Spannungskonzentrationen anspricht, ist offensichtlich reduziert. Daher ist ein übermäßiges Abschrecken von ungelösten Karbiden schädlich für die umfassenden mechanischen Eigenschaften und die Versagensbeständigkeit von Stahl. Die angemessene Reduzierung des Kohlenstoffgehalts von Lagerstahl ist eine der Möglichkeiten, die Lebensdauer von Teilen zu verbessern.
Neben der Menge an abgeschreckten ungelösten Karbiden, die die Materialeigenschaften beeinflusst, beeinflussen auch die Größe, Morphologie und Verteilung die Materialeigenschaften. Um die Gefahren von ungelösten Karbiden in Lagerstahl zu vermeiden, ist es erforderlich, dass die ungelösten Karbide klein (kleine Anzahl), klein (kleine Größe), gleichmäßig (geringer Größenunterschied und gleichmäßig verteilt), rund (jedes Karbid ist vorhanden) kugelförmig). Es ist darauf hinzuweisen, dass eine geringe Menge ungelöster Karbide in Lagerstählen nach dem Abschrecken nicht nur zur Aufrechterhaltung einer ausreichenden Verschleißfestigkeit, sondern auch zum Erhalt von feinkörnigem kryptokristallinem Martensit erforderlich ist.
④Eigenspannung nach dem Abschrecken und Anlassen
Nachdem die Lagerteile bei niedriger Temperatur abgeschreckt und angelassen wurden, weisen sie noch eine große Eigenspannung auf. Die Eigenspannung im Bauteil hat Vor- und Nachteile. Nach der Wärmebehandlung des Stahls steigt mit zunehmender Druckeigenspannung an der Oberfläche die Dauerfestigkeit des Stahls. Im Gegensatz dazu nimmt die Ermüdungsfestigkeit des Stahls ab, wenn die verbleibende innere Spannung auf der Oberfläche eine Zugspannung ist. Dies liegt daran, dass das Ermüdungsversagen des Teils auftritt, wenn es einer übermäßigen Zugspannung ausgesetzt wird. Wenn eine große Druckspannung an der Oberfläche verbleibt, wird die Zugspannung des gleichen Wertes ausgeglichen, und die tatsächliche Zugspannung des Stahls wird reduziert, so dass die Dauerfestigkeit Der Grenzwert erhöht wird. Wenn auf der Oberfläche eine große Zugspannung verbleibt, wird diese mit der Zugspannungsbelastung überlagert, so dass die tatsächliche Zugspannung des Stahls deutlich ansteigt, selbst wenn der Dauerfestigkeitsgrenzwert verringert wird. Daher ist es auch eine der Maßnahmen zur Verbesserung der Lebensdauer, die Lagerteile nach dem Vergüten mit einer großen Druckeigenspannung an der Oberfläche zu versehen.
⑤Verunreinigungsgehalt von Stahl
Zu den Verunreinigungen in Stahl gehören nichtmetallische Einschlüsse und der Gehalt an schädlichen Elementen (säurelöslicher), und ihre Beeinträchtigung der Stahlleistung verstärkt sich oft gegenseitig. Je höher beispielsweise der Sauerstoffgehalt, desto mehr Oxideinschlüsse. Der Einfluss von Verunreinigungen in Stahl auf die mechanischen Eigenschaften und die Versagensbeständigkeit von Teilen hängt von der Art, Art, Menge, Größe und Form der Verunreinigungen ab, aber sie haben normalerweise den Effekt, Zähigkeit, Plastizität und Ermüdungslebensdauer zu reduzieren.
Mit zunehmender Größe der Einschlüsse nimmt die Ermüdungsfestigkeit ab, und je höher die Zugfestigkeit von Stahl ist, desto stärker nimmt der Trend ab. Mit zunehmendem Sauerstoffgehalt im Stahl (erhöhte Oxideinschlüsse) werden auch die Biegeermüdung und die Kontaktermüdungslebensdauer unter hoher Belastung reduziert. Daher ist es bei hochbeanspruchten Lagerteilen erforderlich, den Sauerstoffgehalt des zur Herstellung verwendeten Stahls zu reduzieren. Einige Studien haben gezeigt, dass die MnS-Einschlüsse in Stahl, da sie eine ellipsoide Form haben und schädlichere Oxideinschlüsse enthalten können, wenig Einfluss auf die Verringerung der Ermüdungslebensdauer haben und sogar von Vorteil sein können, sodass sie weitgehend kontrolliert werden können.
Kontrolle von Materialfaktoren, die die Lagerlebensdauer beeinflussen
Um die oben erwähnten Materialfaktoren, die die Lagerlebensdauer beeinflussen, in den besten Zustand zu bringen, ist es zunächst notwendig, die ursprüngliche Struktur des Stahls vor dem Abschrecken zu kontrollieren. Folgende technische Maßnahmen können ergriffen werden: Austenitisieren bei hoher Temperatur (1050 °C) und schnelles Abkühlen auf 630 °C isothermes Normalisieren, um eine pseudo-eutektoide feine Perlitstruktur zu erhalten, oder Abkühlen auf 420 °C isotherme Behandlung, um eine Bainitstruktur zu erhalten. Die Schmiede- und Walzabwärme kann auch zum schnellen Glühen genutzt werden, um ein feinkörniges Perlitgefüge zu erhalten, damit die Karbide im Stahl fein und gleichmäßig verteilt sind. Wenn die ursprüngliche Struktur in diesem Zustand durch Abschrecken und Erhitzen austenitisiert wird, aggregieren zusätzlich zu den im Austenit gelösten Karbiden die ungelösten Karbide zu feinen Körnern.
Wenn das ursprüngliche Gefüge im Stahl konstant ist, hängen der Kohlenstoffgehalt des abgeschreckten Martensits (d. h. der Kohlenstoffgehalt des Austenits nach dem Abschreckheizen), die Menge an Restaustenit und die Menge an ungelösten Karbiden hauptsächlich von der Abschreckheiztemperatur und dem Halten ab Zeit Mit steigender Abschrecktemperatur (einer bestimmten Zeit) nimmt die Zahl der ungelösten Karbide im Stahl ab (der Kohlenstoffgehalt des abgeschreckten Martensits steigt) und die Zahl des Restaustenits nimmt zu. Die Härte nimmt zunächst mit der Erhöhung der Abschrecktemperatur zu. Nach Erreichen des Peaks nimmt sie mit steigender Temperatur ab. Bei konstanter Abschreckerwärmungstemperatur nimmt mit der Verlängerung der Austenitisierungszeit die Zahl der ungelösten Karbide ab, die Zahl der Restaustenite steigt und die Härte nimmt zu. Wenn die Zeit länger ist, verlangsamt sich dieser Trend. Wenn die Karbide in der ursprünglichen Struktur klein sind, werden die Karbide leicht in Austenit aufgelöst, so dass sich der Härtepeak nach dem Abschrecken zu einer niedrigeren Temperatur verschiebt und in einer kürzeren Austenitisierungszeit erscheint.
Zusammenfassend sind die ungelösten Karbide des GCrl5-Stahls nach dem Abschrecken etwa 7 % und der Restaustenit etwa 9 % (der durchschnittliche Kohlenstoffgehalt von kryptokristallinem Martensit beträgt etwa 0,55 %) die beste Struktur. Wenn die Karbide in der ursprünglichen Struktur fein und gleichmäßig verteilt sind und die Mikrostrukturzusammensetzung des obigen Niveaus zuverlässig kontrolliert wird, ist es außerdem vorteilhaft, hohe umfassende mechanische Eigenschaften zu erhalten, wodurch eine hohe Lebensdauer erreicht wird. Es sollte darauf hingewiesen werden, dass das ursprüngliche Gefüge mit feinen und dispergierten Karbiden beim Abschrecken und Erhitzen die ungelösten feinen Karbide aggregieren und wachsen, wodurch es gröber wird. Daher sollte die Abschreckerwärmungszeit für Lagerteile mit dieser ursprünglichen Struktur nicht zu lang sein, und der austenitisierende Abschreckprozess mit schneller Erwärmung wird umfassendere mechanische Eigenschaften erhalten.
Um den Lagerteilen nach dem Abschrecken und Anlassen eine hohe Druckspannung an der Oberfläche zu verleihen, kann während des Abschreckens und Erwärmens eine aufkohlende oder nitrierende Atmosphäre eingeführt werden, und das Oberflächenaufkohlen oder -nitrieren kann für kurze Zeit durchgeführt werden. Da der tatsächliche Kohlenstoffgehalt des Austenits beim Abschrecken und Erhitzen dieses Stahls nicht hoch ist, der viel niedriger ist als die im Phasendiagramm gezeigte Gleichgewichtskonzentration, kann er Kohlenstoff (oder Stickstoff) aufnehmen. Wenn Austenit mehr Kohlenstoff oder Stickstoff enthält, nimmt sein Ms ab, und die Oberflächenschicht durchläuft nach der Innenschicht und dem Kern während des Abschreckens eine Martensit-Umwandlung, was zu einer größeren Druckeigenspannung führt. Nach dem Erhitzen und Abschrecken von GCrl5-Stahl in einer aufkohlenden Atmosphäre und einer nicht aufkohlenden Atmosphäre (beide einem Anlassen bei niedriger Temperatur unterzogen), zeigt der Kontaktermüdungstest, dass die Lebensdauer der Oberflächenaufkohlung 1,5-mal länger ist als die der Nichtaufkohlung. Der Grund dafür ist, dass die Oberfläche aufgekohlter Teile eine große Druckeigenspannung aufweist.
Abschluss
Die wichtigsten Materialfaktoren, die die Lebensdauer von Wälzlagerteilen aus Chromstahl mit hohem Kohlenstoffgehalt und den Kontrollgrad beeinflussen, sind:
(1) Die Karbide in der ursprünglichen Stahlstruktur vor dem Abschrecken müssen fein und dispergiert sein. Es kann eine Hochtemperaturaustenitisierung bei 630 °C oder 420 °C verwendet werden, oder sie kann durch Schmieden und Walzen mit Abwärme-Schnellglühverfahren erreicht werden.
(2) Für GCr15-Stahl nach dem Abschrecken ist es erforderlich, eine Mikrostruktur aus kryptokristallinem Martensit mit einem durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,55 %, etwa 9 % Ar und etwa 7 % ungelöster Karbide in einem gleichmäßigen und runden Zustand zu erhalten. Diese Art von Mikrostruktur kann durch Abschrecktemperatur und -zeit gesteuert werden.
(3) Nachdem die Teile bei niedriger Temperatur abgeschreckt und angelassen wurden, ist eine große Druckspannung an der Oberfläche erforderlich, was zur Verbesserung der Ermüdungsbeständigkeit beiträgt. Der Oberflächenbehandlungsprozess des Aufkohlens oder Nitrierens für kurze Zeit während des Abschreckens und Erhitzens kann verwendet werden, um der Oberfläche eine große Druckspannung zu verleihen.
(4) Der bei der Herstellung von Lagerteilen verwendete Stahl erfordert einen hohen Reinheitsgrad, hauptsächlich um den Gehalt an O2, N2, P, Oxiden und Phosphiden zu reduzieren. Durch technische Maßnahmen wie Elektroschlacke-Umschmelzen und Vakuumschmelzen kann der Sauerstoffgehalt des Materials auf ≤15PPM eingestellt werden.