【文章內(nèi)容簡介】 是由枝晶偏析引起的。前蘇聯(lián)學者研究了帶狀碳化物對軸承鋼疲勞壽命的影響。他們將直徑為100mm的GCr15SiMn棒料(、邊緣為2級)在1150℃擴散退火15h，；以未經(jīng)擴散退火的直徑為100mm的鋼棒改鍛為60mm，在790℃進行球化退火；再將兩者一同加工成疲勞試樣進行試驗。結(jié)果表明：擴散退火使縱向和橫向試樣的接觸疲勞強度大大提高。~%，%，橫向為388%。 網(wǎng)狀碳化物是在熱加工變形后的冷卻過程中形成的，如果在800～900℃之間冷卻速度太慢，則溶解在奧氏體中的碳有足夠動力和充分的時間擴散到奧氏體晶粒的邊界上析出。最終在鋼中呈沿晶的網(wǎng)絡(luò)狀分布。關(guān)于網(wǎng)狀碳化物對性能的影響，研究的不多。，隨網(wǎng)狀級別的增加，接觸疲勞強度下降。冶鋼公司一組GCr15鋼氧含量為 14106，與SKF一組相同牌號鋼氧含量為8106。大冶材的接觸疲勞壽命L 液析碳化物與帶狀碳化物的起因相同，都起源于枝晶偏析。當偏析嚴重達到共晶成分時，形成共晶碳化物。液析碳化物的影響與帶狀碳化物大體相當。由于起因相同，減輕和消除的方法也相同。 用軸承鋼加工成軸承，必須在淬、回火狀態(tài)下使用，此時鋼具有混合組織，通常含有80%(體積比)的馬氏體，5~10%的殘余奧氏體和7%左右的未溶/碳化物—殘余碳化物。殘余碳化物的含量同樣影響疲勞壽命。有的研究結(jié)果指出，殘余碳化物的含量為7~8%時，壽命最長。但這種試驗結(jié)果是用含碳量一定的鋼(%C)，在不同溫度淬火條件下進行實驗得出的。由于淬火加熱溫度不同，殘余碳化物數(shù)量固然有變化，但同時馬氏體的含碳量也在變化，而馬氏體含碳量對疲勞壽命有顯著影響。因此，殘余碳化物含量為7~8%時是否壽命最高，這一結(jié)論還是一個問題。日本學者用其它成分和GCr15相同，~%之間變化的鋼，對其進行適當?shù)臒崽幚?，使馬氏體中的含碳量保持一定，%，在這樣的條件下研究殘余碳化物含量對疲勞壽命的影響。結(jié)果表明，%%，疲勞壽命提高。研究造成疲勞剝落區(qū)附近的顯微組織時發(fā)現(xiàn)，疲勞裂縫都是在碳化物和馬氏體的界面上傳播的。這是因為碳化物和馬氏體交界處碳濃度高，易引起應(yīng)力集中，從而產(chǎn)生裂紋。殘余碳化物一旦增加，碳化物和馬氏體的界面增加，于是材料發(fā)生破裂的危險也增加。由此可以推斷出，增加殘余碳化物會造成疲勞壽命降低。但完全不存在殘余碳化物也不行，從耐磨性角度考慮，為了防止晶粒粗大引起疲勞壽命降低，存在一定數(shù)量的殘余碳化物是必要的。6 國外軸承鋼發(fā)展概況發(fā)達國家對于軸承鋼的生產(chǎn)及其科研極為重視，其中以瑞典、日本、德國等國表現(xiàn)突出。它們的軸承鋼生產(chǎn)狀況體現(xiàn)了當今世界軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量的水平和方向。由于不斷采用新技術(shù)，軸承鋼的氧含量及其它有害元素含量不斷下降，疲勞壽命不斷提高。瑞典是世界軸承鋼及軸承的生產(chǎn)“王國”，歷史悠久，產(chǎn)品質(zhì)量居世界之冠。日本則大有后來居上之勢，經(jīng)過30~40年的努力，加強科研，引進先進技術(shù)及裝備，優(yōu)化工藝，使軸承鋼的質(zhì)量躍居世界先進行列。通過近100年來的發(fā)展，軸承鋼的生產(chǎn)工藝經(jīng)過了幾次大的變化。其冶煉方法，從30~40年代傳統(tǒng)的酸性平爐、堿性平爐、堿性電弧爐單煉，60年代的鋼包滴流脫氣(SLD)和真空循環(huán)脫氣法(RH)精煉 ，發(fā)展到今天的綜合冶煉工藝，生產(chǎn)工藝復雜，設(shè)備較多，但歸納起來只有三種：一是電爐流程：即電爐－二次精煉－連鑄或模鑄－軋制；二是轉(zhuǎn)爐流程：高爐－鐵水預處理－轉(zhuǎn)爐－二次精煉－連鑄－軋制；三是特種冶金：真空感應(yīng)熔煉(VIM)、電渣重熔(ESR)等－軋制或鍛造。一般生產(chǎn)普通用途軸承鋼采用電爐流程或轉(zhuǎn)爐流程；對特殊用途軸承鋼(如航空軸承等)，則采用特種冶金流程生產(chǎn)。表1~2列出了世界典型軸承鋼生產(chǎn)廠的生產(chǎn)工藝及質(zhì)量。下面以瑞典SKF公司、日本山陽特殊鋼公司和德國克虜伯鋼公司為例說明軸承鋼生產(chǎn)工藝的發(fā)展及現(xiàn)狀。表1 世界各主要軸承鋼生產(chǎn)廠的生產(chǎn)工藝及鋼中微量含量元素國家廠名生產(chǎn)工藝106Ti106Al%S%P%瑞典SKFEAF除渣ASEASKFIC()日本山陽90tEAF傾動式出鋼LFRHIC90tEAF傾動式出鋼LFRHCC90tEAF偏心爐底出鋼LFRHIC14~15~ ~ —日本神戶鐵水預處理轉(zhuǎn)爐吹煉倒包除渣ASEASKFCC(立彎式大截面坯)15~日本愛知80tEAF真空除渣LFRHCC15日本和歌山轉(zhuǎn)爐CC轉(zhuǎn)爐RHCC2212—————日本高周波EFASEASKFEFASEASKF吹A(chǔ)r209德國蒂森高爐140t轉(zhuǎn)爐TBMRH喂絲IC高爐140t轉(zhuǎn)爐TBMRH喂絲IC－－－－－－－－SKF公司是世界上著名的跨國集團公司，經(jīng)營項目很多，主要包括：機械設(shè)備、軸承、鋼材等。其中SKF軸承公司是世界上最大的軸承公司，它有Hofors和Hellefors兩個煉鋼廠，是歐洲軸承鋼的主要生產(chǎn)廠家，年生產(chǎn)直接還原鐵50000t，鋼錠700000t(幾乎全是軸承鋼)。60年代以前，軸承鋼采用酸性平爐生產(chǎn)，完全不存在點狀(D型)氧化物夾雜，有著極其一致的純凈度，因而具有良好的耐疲勞性能。但是由于酸性平爐不能去除磷和硫，對原材料要求極為苛刻，生產(chǎn)效率低，在激烈的競爭機制中很難滿足需要。表2 非金屬夾雜物評級廠名工藝非金屬夾雜物分類評級ABCD 細粗細粗細粗細粗SKF100tEAFASEASKFIC00 000山陽90tEAFTSTLFRHCC90tEAFEPTLFRHCC 000 0 00蒂森EAFRHICTBM(轉(zhuǎn)爐)RHICTBMRHCCTBMRH+Ca1000 圖8 SKF公司軸承鋼生產(chǎn)工藝 和鋼中氧含量的變化因此，60－70年代，采用堿性電弧爐配合DH脫氣處理，但由于沒有加熱手段，DH脫氣鋼質(zhì)量分散性較大，氧含量波動在2510－6左右。在此期間(60年代中期)SKF公司與ASEA電氣公司共同開發(fā)了ASEA－SKF桶爐真空精煉法，又稱SKF－MR法。SKF－MR法是SKF熔煉加精煉的意思，是一種兩步煉鋼法。由一個在氧化條件下快速熔煉的SKF雙殼爐體和一個在還原條件下精煉的ASEA－SKF桶爐所組成，雙殼爐體是帶有兩個爐殼的電弧爐，它有兩個可以旋轉(zhuǎn)的爐頂，共用一套電極升降裝置、一套電源。這種雙殼爐體的目的是為了盡可能利用變壓器的最大功率。在一個殼體內(nèi)熔煉的同時，在另一殼體內(nèi)進行其它操作，包括出鋼、補爐、裝料及廢鋼預熱。在出鋼至ASEA－SKF鋼包之前，在雙殼爐體內(nèi)將磷的含量降至允許值以下。ASEA－SKF桶爐則由一個鋼包和鋼包車、一個帶電極的爐頂和一個真空爐頂組成，并配備電磁攪拌器，可在桶內(nèi)進行諸如除渣－電磁攪拌－加熱－脫氧－合金化－脫硫－脫碳(也可在真空下)－真空脫氣－澆鑄(模鑄，也可以連鑄)等不同的冶煉工序。這意味著除了脫磷以外， 熔煉以后的所有正常的精煉工序都可以在桶爐內(nèi)完成。到70年代中期，采用雙殼爐與桶爐配合，即電弧爐初煉，真空脫氣(包括真空碳脫氧)，電磁攪拌然后再進行鋼包電弧加熱，氧含量降到2010－6左右。70年代中到80年代初，SKF公司對工藝再一次進行改革。改革的重點是針對脫氧制度和操作順序，上個階段主要是采用真空碳脫氧，它是將初煉鋼液放入精煉鋼包，