G20Cr2Ni4A轴承滚子开裂失效分析

采用金相显微镜、洛式硬度计、扫描电镜、X荧光光谱仪等检测分析手段,对材质为G20Cr2Ni4A的轴承滚子开裂原因进行分析。结果表明:G20Cr2Ni4A钢的化学成分、硬度、渗碳层深度及金相组织等均符合技术标准要求;失效滚子基体中存在的氢脆缺陷,大大增加了材料脆性,此为其快速脆性断裂的主要原因。

20Cr2Ni4A钢的高温热变形行为及热加工图

利用热模拟试验机,在变形温度800~1050℃、应变速率0.01~5 s^(-1)条件下对20Cr2Ni4A钢进行单道次热压缩试验,对获得的真应力-真应变曲线进行摩擦修正,根据摩擦修正后的曲线,分析了其高温热变形行为,构建了热变形本构模型,绘制了热加工图。结果表明:通过摩擦修正计算得到的流变应力小于实测应力,二者差距随应变增加而增大;当变形温度为850~1050℃,应变速率为0.01~0.1 s^(-1)时,试验钢在热压缩过程中的动态再结晶较明显;构建的热变形本构模型能够很好地预测试验钢在高温变形时的峰值应力,预测值与实测值的平均相对误差在3.44%;由建立的热加工图结合显微组织,得出试验钢适宜的热变形工艺参数为变形温度875~925℃、应变速率0.01~0.02 s^(-1)和变形温度925~1050℃、应变速率0.01~1 s^(-1)。

20Cr2Ni4A钢表面WC增强铁基涂层耐磨性能的研究

目的制备优异的耐磨性涂层用于机械零部件表面,可有效地提高其使用寿命,减少机械设备因磨损失效而带来的各类故障。方法以20Cr2Ni4A合金钢为基体材料,利用激光熔覆技术,制备了铁基涂层和铁基/WC复合涂层。采用X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、HV-1000显微维氏硬度计,分别对铁基涂层和铁基/WC复合涂层的相组成、组织形貌、显微硬度进行表征。利用HRS-2M型高速往复摩擦磨损试验机对铁基涂层和铁基/WC复合涂层的磨损性能进行研究,并分析其磨损机理。结果两种涂层的显微硬度与基体相比改善较大,其中铁基/WC复合涂层改善最为明显,表面平均硬度值为610HV。以直径为6 mm的GCr15对磨球为摩擦副,铁基涂层的平均摩擦因数为0.53左右,磨损量为0.1432 mm^(3),而铁基/WC复合涂层的平均摩擦因数为0.36左右,磨损量为0.059 35 mm^(3),与铁基涂层相比,20Cr2Ni4A合金钢表面结合铁基/WC复合涂层的硬度提高了17%左右,磨损量减小了58.6%,具有良好的耐磨损性能。结论铁基/WC复合涂层因其表面存在W_(2)C、WC、Fe_(3)C等物相,能够均匀分布在铁基涂层上作为耐磨骨架,显著提高了涂层的硬度和耐磨性能。

去氢工艺对20Cr2Ni4钢冲击韧度的影响

研究了热处理及去氢工艺对20Cr2Ni4钢冲击韧度的影响。结果表明,含有氢的20Cr2Ni4钢经淬回火后再进行去氢处理后其冲击韧度急剧下降;然而,若先对20Cr2Ni4钢进行去氢处理,再重新淬回火后钢的冲击性能却又显著提高,这说明去氢工艺对含有氢的20Cr2Ni4钢的冲击性能有十分显著的影响。去氢处理工艺对冲击性能的影响可能与氢在钢中的存在方式有关。去氢后,由氢析出后留下的空位或空洞造成缺陷处应力集中加剧了钢的脆化;而去氢后又重新热处理,钢中既无氢又不存在因氢析出而留下的空位或孔洞,因此导致20Cr2Ni4钢冲击韧度明显提高。

20Cr2Ni4A钢中奥氏体晶界遗传现象

对２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ钢经高温预淬处理获得的粗大奥氏体晶粒的晶界在再次加热后的遗传现象进行了研究。研究认为，奥氏体晶界遗传与奥氏体晶粒遗传在产生机理上是有所不同的；奥氏体晶界遗传是由于成分和夹杂物在晶界偏聚，而这种偏聚在随后的加热保温过程中仍大量保留下来并且阻碍晶粒穿越晶界长大或合并而形成的。研究表明，这种奥氏体晶界遗传受热变形的影响，热变形的程度越大，则晶界遗传现象越不明显。

20Cr2Ni4A钢混晶组织对其力学性能的影响

本文研究了20Cr2Ni4A渗碳钢中混晶组织对静拉伸力学性能、一次冲击韧性及接触疲劳性能的影响。结果表明,在淬火加低温回火的使用状态,其混晶组织对静拉伸力学性能及一次冲击韧性均无影响;在按推荐工艺进行渗碳淬火后,混晶对接触疲劳性能亦无影响。文中还初步分析了形成混晶及造成上述结果的原因。

20CrNi2Mo钢代替20Cr2Ni4钢用作重载齿轮材料的研究

研究了20CrNi2Mo钢的热处理工艺及力学性能,并与20Cr2Ni4钢的热处理工艺和力学性能进行了对比实验。结果表明,20CrNi2Mo钢合金元素配比合理,切削性能良好,热处理工艺简单,力学性能与同20Cr2Ni4钢接近,可以代替20Cr2Ni4钢作为重载齿轮材料。

重载齿轮用20CrNi2Mo和20Cr2Ni4钢热处理工艺性能对比研究

通过对20CrNi2Mo钢和20Cr2Ni4钢进行渗碳表面强化处理,检测试样的变形,测试渗层的碳浓度梯度,试样的有效硬化层及表层的残余奥氏体含量。结果发现,20CrNi2Mo钢变形倾向明显小于20Cr2Ni4钢,其碳浓度梯度分布合理,硬化性能好,表层残余奥氏体含量及分布理想,热处理工艺性能优于20Cr2Ni4钢。

20Cr2Ni4A钢的组织遗传倾向及切断工艺的探讨

研究了20Cr2Ni4A钢几种组织状态的组织遗传倾向和高温回火工艺的影响。试验结果表明,缓冷时获得的粒状贝氏体的组织遗传倾向明显大于快冷时获得的马氏体组织的遗传倾向,高温回火,特别是多次高温回火对切断组织遗传有一定的效果。

G20Cr2Ni4A轴承滚动体开裂失效分析

G20Cr2Ni4钢轴承滚子是安装在大型轴承上作为滚动体使用的,该滚子经表面渗碳后再经淬火回火处理。送检的滚子在试车约2 h后断裂,造成轴承失效。采用金相显微镜、洛氏硬度计、扫描电镜、X荧光光谱仪等,对该轴承滚子的开裂原因进行了分析。结果表明:金相组织、硬度、渗碳层厚度和化学成分等均合格。氢脆引起的内应力与外应力叠加是造成滚动体由内向外疲劳开裂失效的主要原因。

渗碳工艺对风电用G20Cr2Ni4A钢轴承套圈碳浓度梯度的影响

采用RQD系列大型可控气氛井式渗碳炉及液体滴注式渗碳气氛对风电用G20Cr2Ni4A钢轴承套圈进行不同渗碳工艺的处理,并采用ARL3460型直读光谱仪对不同渗碳工艺处理的G20Cr2Ni4A钢轴承套圈进行碳浓度梯度检测与分析,以期为低碳轴承钢以及其他轴承钢制定和优化渗碳工艺提供强力的理论数据支持。研究结果表明,低强扩比渗碳工艺条件下套圈碳浓度梯度趋势为表层较高,次表层碳浓度梯度下降较快,整体碳浓度较低;高强扩比渗碳工艺条件下套圈碳浓度梯度趋势整体平缓,但表面碳浓度较低;高扩散碳势渗碳工艺条件下碳浓度梯度缓慢平稳下降,整体含碳量较高,碳浓度分布趋势最为合理,达到了技术要求。通过上述三种渗碳工艺的比较后发现,高扩散碳势渗碳工艺最为理想。

渗碳后淬火工艺对G20Cr2Ni4A钢轴承套圈组织和性能的影响

采用德国莱卡PZ-20B型金相显微镜、200HVS-5型维氏硬度计及200HRS-150型洛氏硬度计,对渗碳G20Cr2Ni4A钢轴承套圈三种不同淬火工艺后的组织和性能进行了分析研究,确定出精准渗碳热处理工艺,使其组织及性能指标达到国外客户的要求,实现了风电增速箱轴承国产化。研究结果表明,常规油浴二次淬火工艺和常规二次盐浴等温淬火工艺虽然在材料表层组织、心部组织、晶粒度及心部硬度等方面可以满足要求,但在表面硬度及硬度梯度等方面均不能满足技术要求;低温快冷二次盐浴等温淬火工艺在所有指标上均可以很好地满足套圈技术要求。

纳米金刚石微粉热浸渗技术对20Cr2Ni4A钢耐磨性能的影响

20Cr2Ni4A具有高强度、高韧性等特点,一直被广泛用于加工大型耐磨件,如大型齿轮、轴类等耐磨件。为了延长其使用寿命,常采用渗碳技术进行表面处理,但所取得的效果很有限。通过研究20Cr2Ni4A钢分别经渗碳、渗纳米金刚石微粉处理后,观察其硬度、耐磨性方面的提升幅度,并分析其微观组织结构方面发生的变化,从而得出,渗纳米金刚石技术比渗碳对提高该材料的耐磨性能更加显著,从而为该材料的表面改性及提高易磨损零件的使用寿命提供了一条可靠的途径。

基于等温压缩试验的20Cr2Ni4A钢Johnson-Cook本构模型及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度700~1000℃、应变速率0.001~1 s^-1条件下进行了20Cr2Ni4A钢的等温压缩试验。结果表明,20Cr2Ni4A钢的流动应力随变形温度的降低或应变速率的增加而增加,其在700℃变形条件下的真实应力-应变曲线的变化规律异于其它变形温度,真实应力达到峰值后,以软化机制为主,但并未出现先强化后软化的单峰型应力-应变曲线。构建了20Cr2Ni4A钢的Johnson-Cook本构模型,并对应变速率敏感系数进行了修正,修正后的本构模型的适用范围为变形温度700~1000℃、应变速率0.001~0.1 s^-1。通过对热加工图的分析,确定的20Cr2Ni4A钢合理的热加工参数范围为:变形温度925~1000℃、应变速率0.001~0.05 s^-1。本研究可为20Cr2Ni4A钢热加工工艺参数的选择提供理论依据。

20Cr2Ni4A材料渗碳零件随炉试样代用

我厂生产的WZ502、CH500等产品中渗碳零件材料均用20Cr2Ni4A,由于此材料中Cr、Ni含量高,淬透性好,空冷即能得到马氏体组织,因此在生产过程中很难测量渗碳层深度,给现场生产操作带来了许多困难。 20CrMnTi材料渗碳层深度容易测量与控制。为此。

20Cr2Ni4A齿轮轴淬火开裂失效分析

对某淬火开裂20Cr2Ni4A齿轮轴进行了金相显微组织、显微硬度、表层残余奥氏体等方面的检测分析。结果显示,齿轮轴表面晶粒相对粗大,渗层内氧化,残余奥氏体含量高;在淬火应力的作用下,造成齿轮轴表面开裂,导致该轴淬火开裂失效。

20Cr2Ni4A钢高温变形行为及物理基参数本构模型

采用Gleeble-3500热模拟试验机,在变形温度1073.15~1273.15K,应变速率0.001~1s^-1。下进行了20Cr2Ni4A钢的等温压缩试验。结果表明,20Cr2Ni4A钢的流变应力随变形速率的增加或变形温度的降低而增加。基于峰值应力,分别采用表征参数和物理基参数构建了20Cr2Ni4A钢的Arrhenius型本构模型。结果表明,两种本构模型对峰值应力均具有良好的预测精度。通过对比分析考虑应变影响的两种本构模型,研究了两种本构模型在整个应变范围的预测能力。结果表明,在低应变区,表征参数本构模型的预测值更接近实测值。达到峰值应变后,物理基参数本构模型的预测值与表征参数本构模型的预测值十分接近,均能提供较高的预测精度。

Observation and Analysis of the Microstructure in CarburizedSurface Layer of Steel 20Cr2Ni4A Treated with ConventionalAnd Rare Earth Carburizing Processes

Observation and analysis with TEM show that the fine granular dispersed carbides in hypereutectoid zone of steel 20Cr2Ni4A are distributed in the matrix of large number of lath martensite after rare earth carburizing. But while treating by conventional carburization and double quench hardening the retained carbides are finer and more dispersive, and its matrix is perfectly twin martersite. The different micrcotructures of matrix around carbide are formed with different kinds of carburization processes.

影响20Cr2Ni4A钢晶粒长大的因素

本文研究了各种冶金因素对20Cr2Ni4A钢奥氏体晶粒长大的影响,并测得了各种条件下奥氏体晶粒的粗化温度。试验结果表明:①钢中酸溶铝量对奥氏体晶粒长大有最大的影响,奥氏体晶粒的粗化温度可相差200℃,②预处理工艺对粗化温度的影响可相差50～80~C,③最终加热时的加热速度对粗化温度有重要的影响,④20Cr2Ni4A钢有严重的组织遗传性,在采用高温固溶、低温析出工艺处理时,虽然可获得细小弥散分布的AlN颗粒,但在以后的慢速加热时,所形成的小角度针状奥氏体极易合并成粗晶,而出现部分和全部粗大晶粒的恢复。

20Cr2Ni4A齿轮钢稀土渗碳工艺研究

针对常规渗碳过程中存在周期长、变形大、渗层组织不理想的问题,采用稀土高浓度渗碳法对20Cr2Ni4A齿轮钢进行渗碳处理,并对其渗碳后的显微组织、硬度梯度、碳浓度梯度及变形情况等进行了研究。结果表明:与常规渗碳相比,当渗碳层深为2.0 mm±0.2 mm时,稀土渗碳可提升效率20%以上;稀土渗碳可细化组织,也可使渗层获得较为平缓的硬度梯度和碳浓度梯度分布;热后变形满足齿轮加工技术要求。稀土渗碳可用于承受复杂应力服役条件下的重载齿轮表面强化工艺。