摘 要:將表面滲碳處理的SAE8620軸承鋼在855℃奧氏體化后,在225℃鹽浴中進(jìn)行等溫淬 火處理,再在225 ℃下進(jìn)行回火處理,研究了等溫淬火時間(7,21h)對試驗鋼顯微組織、物相組成、 硬度和接觸疲勞性能的影響。結(jié)果表明:等溫淬火7h時試驗鋼表層組織為貝氏體鐵素體、殘余奧 氏體、馬氏體和碳化物,等溫淬火21h后表層組織中的馬氏體消失,貝氏體板條平均寬度增加,針 狀貝氏體鐵素體含量增加,殘余奧氏體含量減少;與等溫淬火21h相比等溫淬火7h試驗鋼的表 層硬度更大,接觸疲勞壽命也更長,這主要與其表層殘余奧氏體含量更高、貝氏體板條平均寬度更 小、表層硬度更大,可以更好地抵抗塑性變形有關(guān)。
關(guān)鍵詞:等溫淬火;軸承鋼;顯微組織;接觸疲勞壽命;表面形貌
中圖分類號:TG142.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1000-3738(2022)07-0051-06
0 引 言
在國民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和鐵路裝備強勁需求拉動 下,鐵路機車上的傳動系統(tǒng)軸承、牽引電動機軸承、 軸箱軸承等關(guān)鍵零部件的需求量越來越多,質(zhì)量要 求也越來越高。在“引進(jìn)先進(jìn)技術(shù),聯(lián)合設(shè)計生產(chǎn)” 的發(fā)展戰(zhàn)略思想[1]指引下,機車軸承鋼已經(jīng)基本實 現(xiàn)國產(chǎn)化。國產(chǎn)軸承鋼的夾雜物、氧含量和成分偏 析等控制技術(shù)水平不斷得到提高,但是在材料熱處 理工藝與最終成品使用壽命等方面與國外先進(jìn)軸承 鋼相比仍然有一定差距[2]。在鐵路運行整體速度提 升、應(yīng)用環(huán)境更加復(fù)雜的背景下,機車軸承鋼需要具備更高的綜合性能以提升軸承在長期點/線接觸應(yīng) 力作用下抵抗疲勞損傷的能力[3]。對機車軸承鋼進(jìn) 行表面滲碳處理可以在不改變基體性能的前提下提 升軸承鋼的硬度、耐磨等表面性能,但是滲碳軸承鋼 在等溫淬火等熱處理過程中存在系列組織轉(zhuǎn)變(貝 氏體、馬氏體、殘余奧氏體和碳化物等)。已有的試 驗結(jié)果表明軸承鋼中適量的殘余奧氏體有助于吸收 塑性變形能,但是殘余奧氏體含量過高會造成軸承 鋼組織和尺寸穩(wěn)定性變差,且組織中的碳化物、貝氏 體等的 存 在 會 對 軸 承 鋼 的 疲 勞 壽 命 造 成 一 定 影 響[4-6]。目前,軸承鋼在等溫淬火過程中的組織演變 及其對接觸疲勞性能的影響研究報道較少,具體作 用機理 仍 不 清 楚[7]。 因 此,作 者 以 鐵 道 機 車 用 SAE8620軸承鋼為研究對象,分析了等溫淬火時間 對該軸承鋼顯微組織、硬度和接觸疲勞性能的影響, 擬為通過熱處理工藝調(diào)控顯微組織并提升其接觸疲 勞性能提供參考。
1 試樣制備與試驗方法
1.1 試樣制備
試驗材料為**特鋼集團(tuán)股份有限公司提供的鐵道機車用 SAE8620軸承鋼。采用電感耦合 等離子發(fā)射光譜法測得試驗鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分 數(shù))為 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型真空熱處理滲碳爐中對試驗鋼進(jìn)行表面滲碳 處理:在725 ℃保溫0.5h預(yù)熱,升溫至950 ℃,以 C2H2 為介質(zhì)進(jìn)行滲碳,時間為12h,再進(jìn)行675 ℃ 保溫3h退火處理。滲碳處理后試驗鋼表面碳質(zhì)量 分?jǐn)?shù)約為0.76%。
將滲碳處理的試驗鋼在熱處理爐中進(jìn)行855℃ 保溫0.5h奧氏體化處理,然后在225 ℃鹽浴(質(zhì)量 比1∶1的亞硝酸鈉和硝酸鉀)中進(jìn)行等溫淬火處理, 時間分別為7,21h,再進(jìn)行225 ℃保溫1h的回火 處理,隨爐冷卻至室溫。
1.2 試驗方法
在試驗鋼上線切割出塊狀金相試樣,經(jīng)打磨、拋 光,用體積分?jǐn)?shù)3.5%硝酸酒精溶液浸蝕至表面發(fā) 灰后,在 萊 卡 DVM6 型 光 學(xué) 顯 微 鏡 (OM)和 SU5000型掃描電鏡(SEM)上觀察顯微組織。采用連 續(xù)掃 描 方 式 在 D8 ADVANCE 型 X 射 線 衍 射 儀 (XRD)上進(jìn)行物相分析,并用附帶軟件計算殘余奧 氏體含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。在試驗鋼上切割取樣,經(jīng)手工預(yù)磨、沖壓成直徑3mm 的薄片并進(jìn)行離子減薄后, 在JEOL-2010型透射電鏡(TEM)上觀察微觀結(jié)構(gòu)。 在 HV-1000型數(shù)顯維氏硬度計上進(jìn)行硬度測試,載 荷為9.8N,保載時間為10s,測3點取平均值。
采用線切割方法將試驗鋼加工成如圖1所示的 接觸疲勞試樣,在 XJP-20000型線接觸疲勞試驗機 上進(jìn)行疲勞試驗。試驗時軸向和縱向載荷分別為 12kN 和76kN,轉(zhuǎn)速為980r·min -1,潤滑介質(zhì)為 VG46型潤滑油,接觸面半寬為0.205mm。記錄接 觸疲 勞 過 程 中 的 振 動 曲 線[8],當(dāng) 振 動 值 大 于 29.4m·s -2時停止試驗。使用 SU-5000 型 掃 描 電 鏡 觀 察 試 驗 鋼 接 觸 疲 勞 表 面 形 貌,用 附 帶 的 DeepMeasure軟件測試剝落坑深度。
2 試驗結(jié)果與討論
2.1 顯微組織
由圖2可以看出:當(dāng)?shù)葴卮慊饡r間為7h時,試 驗鋼表層可見雜亂分布的黑色針狀貝氏體鐵素體 (BF)、白色塊狀殘余奧氏體(RA)和灰色針狀馬氏 體束(M);等溫淬火時間延長至21h時,試驗鋼表 層可見更加密集的黑色針狀貝氏體鐵素體,殘余奧 氏體含量有所減少,馬氏體基本消失。20個視場的 統(tǒng)計[9]分析結(jié)果表明,225 ℃等溫淬火7,21h后試 驗鋼中 針 狀 貝 氏 體 鐵 素 體 的 體 積 分 數(shù) 分 別 約 為 56.2%,69.8%。
