稀土Y对GCr15轴承钢力学性能的影响

为探究稀土Y对GCr15轴承钢力学性能的影响,采用真空感应炉冶炼了不同Y含量的GCr15轴承钢,利用MC010-HV-30Z维氏硬度计、SANS-ZBC2752A型冲击试验机、CSS-88500型电子万能试验机、JSM-6510型扫描电子显微镜和Sigma-300场发射电子显微镜等设备,研究Y对GCr15轴承钢硬度、冲击性能、拉伸性能及夹杂物的影响。结果显示:Y含量为0.005%时,试验钢具有较好的综合力学性能;Y略微降低了GCr15轴承钢的硬度,由258.7 HV降低到254.4 HV;冲击功提高了17.9%,由17.9 J提高到21.1 J;抗拉强度提高了6.50%,由903.8 MPa提高到963.3 MPa;最大拉应力提高了6.50%,由17.75 kN提高到18.91 kN;断后伸长率提高了16.80%;试验钢的断裂模式由沿晶断裂向穿晶断裂过度;Y处理后,夹杂物尺寸由3μm左右减小为1μm左右。试验钢的硬度略微降低,冲击功、抗拉强度、断后伸长率均有所提高,夹杂物尺寸减小。

EAF—LF—VD—CC流程生产GCr15轴承钢的洁净度及夹杂物演变

为探究GCr15轴承钢在冶炼过程中夹杂物的演变规律,基于国内某钢厂EAF—LF—VD—CC工艺过程进行全流程取样分析,系统研究了全流程杂质元素含量的变化以及夹杂物的演变分析结果表明,轧制后的轧材钢样杂质元素Ca和Ti的质量分数较高,分别达到00016%和00017%,全氧(TO)质量分数为00007%轧材中夹杂物类型主要为镁铝尖晶石、钙铝酸盐类和硅酸盐类复合夹杂物较大尺寸的夹杂物出现在LF和VD精炼工位,且夹杂物最大尺寸超过了30μmVD破真空后出现了大量CaO-MgO-Al_(2)O_(3)-SiO_(2)类复合夹杂物,成分分布均匀,个别尺寸甚至超过45μm连铸坯和轧材中MnS和TiN夹杂物占比较高。

GCr15轴承钢方坯连铸轻压下工艺优化与实践

为提高GCr15轴承钢连铸坯均质化水平,改善内部裂纹、缩孔等缺陷,通过实物计算坯壳厚度生长比例、钢种热属性测试,设计浇注过程大压下和联合轻压下试验,监控浇注过程铸坯表面温度和拉矫机工作状态等方法,优化轻压下工艺。结果表明,连铸轻压下合理的起始位置R为42%~45%,为获得更优低倍质量,200 mm×200 mm、240 mm×240 mm、300 mm×340 mm三种规格连铸轻压下起始位置较原工艺后置1~3 m;以200 mm×200 mm GCr15为例,增加铸坯压下量,由1.25 mm/m提高到2.5 mm/m,可减轻铸坯轻压下裂纹,显著改善铸坯Y-Z纵向低倍成分和组织均匀性,轧材中心碳偏指数普遍达到0.97~1.03,实现了既不产生明显轻压下裂纹、又能改善中心偏析和V型偏析缺陷的目标。

GCr15套锻料芯表面毛刺缺陷的成因及对策

结合轴承钢套圈的套锻生产工艺过程,利用酸洗、金相等手段分析了套锻料芯毛刺缺陷的形成原因,提出了采用大断面连铸坯、低拉速、低过热度浇铸,生产过程中辅以电磁搅拌、末端压下等手段,予以改善铸坯得凝固组织。轧制过程采用较大的压缩比进一步改善钢材的内部结构,从而使得钢材得到致密的组织结构,进而改善GCr15套锻过程料芯表面毛刺缺陷。

中间包涂料对GCr15轴承钢洁净度的影响

分析了某钢厂GCr15轴承钢生产过程中,在真空处理前后及中间包的钢水中夹杂物演变规律,结果表明,钢水中全氧含量在中间包中大幅度上升,镁铝尖晶石类夹杂物在RH软吹及中间包中有不同程度的上升,在中间包中数量上升明显。用后中间包涂料工作层中MgO骨料颗粒大量减少,部分MgO颗粒溶于钢水中造成钢水中氧含量上升。通过热力学模拟分析,论述了不同SiO_(2)含量对中间包涂料高温物相的影响,提出将SiO_(2)控制在4%~6%,并加强中间包砌制管理,可减少中间包涂料中高温低熔相的生成,可有效提高GCr15轴承钢头炉探伤合格率。

La-Ce对GCr15轴承钢中夹杂物的改质效果及机理

为了探究稀土La-Ce对GCr15轴承钢中夹杂物的改质效果,采用了公称容量为1 kg的高温管式炉,冶炼了6炉不同La-Ce含量的GCr15轴承钢钢锭,借助光学显微镜、扫描电镜等表征手段,并结合Fact Sage热力学软件对不同La-Ce含量的GCr15钢中夹杂物的转化规律进行研究。结果表明,未添加La-Ce的GCr15轴承钢中典型夹杂物为不规则状的Al_(2)O_(3)和MnS,La-Ce的添加会将其改质为类型较为复杂的稀土夹杂物,随着La-Ce含量的提高,1600℃下钢中夹杂物的转化规律为Al_(2)O_(3)→REAl O_(3)→RE_(2)O_(3)→RE_(2)O_(2)S→RE_(2)O_(2)S+RE_(x)S^(y)(RE为La-Ce)。当La-Ce含量为96×10^(-6)时,Al_(2)O_(3)和Mn S均被改质为球状的RE_(2)O_(2)S·RE_(x)S^(y)复合稀土夹杂物,钢中夹杂物的数量处于较低水平且夹杂物的整体形貌控制较好。

GCr15轴承钢连铸坯冷却速度与入炉温度对其组织和性能的影响

内容导读轴承被称为“工业的心脏”,轴承钢由于工作环境恶劣需具有较高的力学性能,尤其是疲劳寿命,影响轴承钢疲劳寿命的主要因素起源于连铸。高碳铬轴承钢是使用最广,应用最久的轴承钢,其中GCr15轴承钢是一种典型的高碳低合金结构钢。本文以GCr15轴承钢连铸坯为研究对象,研究不同冷却速度和入炉温度对连铸方坯的微观组织的影响,同时结合有限元方法对不同冷却速度下连铸方坯的热应力进行了分析。结果表明:GCr15轴承钢连铸坯冷却速度控制在3~4℃/min时,可抑制网状碳化物产生,降低热应力,减少裂纹缺陷,提高轴承钢的组织性能;热装与冷装对材料的金相组织没有显著影响,实际生产中建议采用热装的入炉方式。

GCr15轴承钢热轧盘条异常组织分析

采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子探针微区分析技术(EPMA)对GCr15轴承钢盘条内部异常组织的分布情况、微观形貌和元素成分进行了分析。利用Gleeble热模拟试验研究了一定冷却速度条件下,Cr元素含量变化对试验钢冷却后室温组织组成的影响,分析了轴承钢盘条中异常组织的形成原因。研究发现,GCr15轴承钢盘条显微组织中出现的异常组织为马氏体,异常马氏体组织中Cr元素含量与盘条正常组织中Cr元素含量存在明显差异。EPMA测得的异常组织中Cr元素含量均在2.1 wt%以上,而正常组织中Cr元素含量约为1.4 wt%。在3℃/s的冷却速率条件下,盘条中Cr元素含量为1.5 wt%、2.0 wt%和2.5 wt%时,冷却后组织中马氏体含量分别为0、13%和42%,说明Cr含量的增加会促进钢中马氏体组织的生成。遗传自铸坯的Cr元素偏析是造成热轧盘条冷却后显微组织中出现马氏体的根本原因。

GCr15轴承钢加热制度分析

为优化河钢集团石钢公司GCr15轴承钢加热制度,进而提高其轴承钢盘条产品质量,采用电子探针微区分析技术(EPMA)和酸侵腐蚀方法(低倍检测)对GCr15轴承钢铸坯芯部碳偏析情况进行了检测;利用ANSYS软件中瞬态热分析(Transient Thermal)单元分析了GCr15轴承钢铸坯加热过程温度场;采用Thermo-Calc热力学计算软件中DICTRA模块对加热过程中碳元素的扩散距离进行了计算。研究结果显示:铸坯芯部碳偏析区半径约为22.7 mm、偏析区最大碳含量为1.26 wt%;该碳偏析条件下,只有当偏析区加热温度达到1200℃,有效加热时间大于480 min时,铸坯芯部碳偏析才能扩散均匀,而石钢现行的加热制度下,芯部有效加热时间仅为190 min,不能满足加热保温过程中铸坯碳偏析扩散均匀的要求。同时ANSYS软件计算结果显示,在加热过程中均热段保温时间大于660 min,铸坯芯部碳偏析区有效加热时间才能达到480 min以上。该研究成果对高品质轴承钢生产具有重要的指导意义。

轧制温度对GCr15钢直线滚动导轨残余应力和直线度的影响研究

热轧成形是生产直线滚动导轨的关键工艺之一,轧制温度的控制对于保证导轨残余应力和直线度具有至关重要的作用。基于ABAQUS仿真软件开展了GCr15钢直线滚动导轨热轧过程的仿真模拟,研究了不同轧制温度对轧件残余应力和直线度的影响。结果表明:轧件横截面的轧制方向的残余应力从轧件中心到边缘呈现出典型的“M形残余应力分布”。随着轧制温度的升高,轧件沿轧制方向残余应力分布的均匀性得到提高;除了轧辊顶角对应轧件区域残余应力随着轧制温度上升而上升以外,轧件其余区域的残余应力均随着轧制温度的上升而下降,这表明轧制温度的升高有利于提高轧制过程中金属塑性变形能力,有利于轧件变形更加均匀;轧件直线度与轧制温度之间没有简单的线性关系,而是表现出波动的趋势,不同轧制温度下轧件的直线度变化明显,最大直线度与最小直线度之间相差0.121mm,800℃、900℃和1000℃下的直线度相对较好,表明可能存在一个或多个温度范围,在这些范围内材料的性能和轧制过程的条件能够达到最佳平衡,从而获得较好的直线度。

PMO对定向凝固GCr15轴承钢枝晶臂间距的影响

为了解脉冲磁致振荡(pulse magneto-oscillation,PMO)技术对GCr15轴承钢定向凝固组织的作用,通过改变PMO参数和抽拉速率,研究了不同抽拉速率下PMO对定向凝固GCr15轴承钢枝晶臂间距的影响。结果表明:在相同抽拉速率下,PMO的峰值电流依次为150、250、350ki A时,GCr15轴承钢的一次和二次枝晶臂间距先增大后减小。当峰值电流固定为350ki A时,随着PMO频率从90、240、390kf Hz依次增大,一次枝晶臂间距先减小后增大,二次枝晶臂间距逐渐变大。同时,随着抽拉速率的提高,枝晶臂间距减小幅度逐渐降低。通过测量温度梯度发现,在PMO作用下,固-液界面前沿液相中温度梯度的提高和溶质分布的变化,是枝晶臂间距减小的主要原因。

三维热加工图的GCr15钢可成形性分析

为了研究GCr15轴承钢温热成形范围的可成形性,在温热成形温度范围基础上,将温度的研究范围进行扩大。采用Gleeble^(-1)500D型热-力模拟试验机对GCr15轴承钢进行热压缩试验,试验参数范围为温度600~1050℃、应变速率0.01~5 s^(-1)。基于热压缩试验数据、加工图理论和动态材料模型(DMM)建立了GCr15轴承钢考虑应变影响的三维热加工图,描述了GCr15轴承钢在温热变形时应变、温度、应变速率对可成形性的影响。通过金相观察进行微观组织分析,研究了动态再结晶(DRX)的演变过程。结果表明:材料适宜加工参数范围是应变大于0.4,温度850~950℃,应变速率0.01~0.37 s^(-1)。

稀土Y对GCr15轴承钢疲劳性能与耐磨性能的影响

采用真空感应炉制备了不同Y含量的GCr15轴承钢,通过弯曲疲劳试验与滑动磨损试验探究了稀土Y对GCr15轴承钢疲劳及磨损性能的影响。研究结果表明,随着稀土Y的添加,试验钢的疲劳寿命显著增加。未添加Y的试验钢的疲劳断口形貌主要为河流状并存在微量韧窝,断裂方式为脆性断裂;添加少量Y的试验钢的疲劳断口出现疲劳辉纹,且其宽度随着稀土Y的增加而变窄。另外,未添加Y的试验钢的疲劳断口夹杂物为棱角不规则的MnS-Al_(2)O_(3)复合夹杂物,添加少量Y后,改性成球形的Al-O-Y-Mn-S稀土夹杂物,从而改善了试验钢的疲劳性能。随着稀土Y的增加,试验钢的磨损量逐渐降低,并且摩擦系数也逐渐减小,耐磨性能增强。试验钢的磨损机理由磨粒磨损与疲劳磨损共同作用,并且随着稀土Y的增加,磨粒磨损与疲劳磨损逐渐减少。

钢球强化研磨加工时间对GCr15钢球耐磨性的影响

为提高GCr15钢球表面的耐磨性能,将GCr15钢球、硬质球、研磨粉及研磨液混合进行钢球强化研磨加工。通过采用光学金相显微镜、X射线衍射仪、维氏显微硬度计分别检测GCr15钢球的截面显微组织、晶粒尺寸及维氏显微硬度,再通过摩擦磨损试验机对不同钢球强化研磨加工时间的GCr15钢球进行摩擦磨损试验,分析其平均摩擦系数、磨损量及磨痕宽度,研究钢球强化研磨加工时间对GCr15钢球表面耐磨性能的影响。结果表明,在其它加工工艺参数保持不变的情况下,钢球强化研磨加工时间由30 min增加至90 min时,其表层强化层厚度增加,晶粒细化程度逐渐增大,维氏显微硬度提高,使其耐磨性能增强。

研磨料配比对GCr15轴承钢球硬度影响规律实验研究

为了探究离心式钢球强化研磨加工中研磨料配比对GCr15轴承钢球硬度的影响规律,得到最佳研磨料配比,通过进行不同研磨料配比的钢球强化研磨试验,并从GCr15轴承钢球的3D形貌、表面粗糙度、微织构深度、强化层厚度、马氏体含量、晶粒尺寸和位错密度等多个维度分析了强化研磨料配比对钢球硬度的影响规律。结果表明:不同的研磨料配比,钢球的硬度都与表面粗糙度、微织构深度、强化层厚度、马氏体含量和位错密度呈正相关,与晶粒尺寸呈负相关;研磨料配比太低会减少研磨均匀撞击,太高会减缓研磨冲击,都不利于钢球的强化加工;当研磨料配比为1%,钢球强化效果最好,表层硬度也最高。

稀土对GCr15轴承钢滚动接触疲劳中微点蚀的影响

机床轴承的服役性能与各部件间的摩擦学行为紧密相关,微点蚀是轴承发生精度寿命失效时在滚道表面出现的典型损伤.本文中采用球棒试验研究了油润滑时不同接触疲劳循环周次下稀土/普通GCr15轴承钢的滚动摩擦学行为.结果表明:不管是稀土GCr15轴承钢还是普通GCr15轴承钢,微点蚀的数量随着接触疲劳循环周次的增加而增加;不同的是,稀土GCr15轴承钢的微点蚀不仅浅而且较小较圆,普通GCr15轴承钢的微点蚀不仅深而且容易成片出现.开展的轴承台架试验也发现稀土轴承和普通轴承存在同样的微点蚀行为差别.从轴承钢的组织结构和碳化物方面讨论了稀土对微点蚀的影响,添加稀土使GCr15轴承钢中碳化物均匀地分布在基体中,有效地减少了液析碳化物的析出和大量网状碳化物的出现,从而降低了GCr15轴承钢在滚动接触疲劳中微点蚀的产生.

层流等离子体淬火对GCr15轴承钢的滚动接触疲劳及损伤性能的影响

为了提高GCr15轴承钢的滚动接触疲劳(RCF)性能,使用层流等离子体淬火(LPQ)技术对GCr15轴承钢表面进行了四种不同扫描速度(350 mm/min、550 mm/min、750 mm/min、950 mm/min)的等离子体淬火实验。用MJP-30滚动接触疲劳实验机对处理前后的试样进行RCF试验。采用激光共聚焦显微镜(VK-9710)、超景深显微镜(UDM,VHX-1000C,Japan)、扫描电子显微镜分析试样组织结构、成分、微观损伤形貌,对试样进行硬度测试,分析疲劳扩展机理。结果表明:由于LPQ的冷却速率及加热速率较快,试样表面产生淬火硬化区,形成细小的隐晶马氏体组织,表层硬度增大。硬化层厚度影响RCF扩展机理,硬化层厚度越深,疲劳寿命越长,LPQ使RCF寿命延长64%。

GCr15钢表面强化层耐磨性能研究进展

GCr15钢广泛应用于轴承、传动链销轴及工模具制造行业。常规热处理的低硬度使其在服役过程表面易发生磨损失效,采用表面强化技术可有效的提高GCr15钢的表面硬度及耐磨性。归纳介绍国内外GCr15钢的表面强化方法,总结激光表面处理、离子注入、喷涂技术、气相沉积、化学热处理等5种强化方法的特点,综述5种强化方法在改善GC515钢耐磨性能方面的研究成果。探讨不同表面处理方法对GCr15钢耐磨性能的影响,展望GCr15钢表面强化技术的发展方向。

连铸工艺参数对φ390 mm GCr15大圆坯碳偏析的影响

研究了不同连铸工艺参数(拉速、二冷区电磁搅拌S-EMS、凝固末端电磁搅拌F-EMS和过热度)对φ390 mm的GCr15轴承钢大圆坯横截面上碳偏析的影响。结果表明:随着拉速的增大,连铸大圆坯横截面上碳偏析逐渐严重;当拉速从0.55 m/min降低到0.50 m/min时,铸坯中心和R/2处碳偏析系数分别减小了9.5%和4.2%,波动范围分别减小了39.9%和52.3%;S-EMS对连铸大圆坯横截面上中心和R/2处碳偏析波动范围有着重要影响,有S-EMS的铸坯中心和R/2处碳偏析波动比无S-EMS分别减小了33.2%和50.7%~64.6%;当F-EMS参数为500 A/2 Hz时,连铸大圆坯横截面上的碳极差最小;过热度为22~33℃时,低过热度能显著减小连铸大圆坯横截面上的碳极差,且过热度与碳极差呈线性正相关关系。

基于加热炉埋偶实验的GCr15钢坯心部温度预测

加热炉钢坯的心部温度均匀性控制对产品质量稳定性至关重要,由于加热炉中的高温环境,对钢坯心部温度高精度预测始终是一个难题。为了解决这个难题,本实验建立了一种基于钢坯埋偶黑匣子温度测量方法,有效获知加热炉内钢坯不同位置实际温度分布情况。基于黑匣子测温实验数据,采用数据清洗、数据平滑与标准化等预处理方法,采用基于数据驱动的神经网络、随机森林与XGBoost模型,利用加热炉中可测的炉气温度对不可测的钢坯心部的温度进行预测。预测GCr15钢150 mm×150 mm坯心部温度,结果表明:XGBoost模型回归预测效果最好,相对误差主要分布在0%~5.4%,模型中97.1%的样本点绝对误差小于10℃,其RMSE误差为4.1345℃,MAPE误差为0.47%。提出了钢坯埋偶黑匣子测温+XGBoost模型预测钢坯心部温度的方法。