热处理对14Cr14Co12Mo5低碳马氏体轴承钢组织性能的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、透射电镜、洛氏硬度、冲击测试和拉伸试验等研究了淬火+冷处理和高温回火循环热处理工艺对14Cr14Co12Mo5低碳马氏体轴承钢组织性能的影响。结果表明:经淬火、两次冷处理及高温回火后,不仅可以细化试验钢中的马氏体板条,而且能有效促进残留奥氏体向马氏体转变,马氏体板条宽度从511.5 nm细化至116.0 nm,马氏体体积分数从78.4%增加至87.9%。此外,在高温回火过程中板条马氏体内的M_(23)C_(6)和M_(7)C_(3)细小碳化物不断析出,不仅可以提高试验钢的强度和硬度,而且细小弥散分布的碳化物也可以提高其韧性。经淬火+冷处理和高温回火工艺处理后,试验钢的抗拉强度为1624 MPa,硬度为49.5 HRC,冲击韧性为136 J/mm^(2),实现了强韧性的良好匹配。

马氏体轴承钢碳氮共渗滚动接触疲劳失效机理

碳氮共渗工艺应用广泛,但对碳氮共渗后零部件的滚动接触疲劳失效机理研究较少。采用气体碳氮共渗对马氏体轴承钢进行表面改性处理,对碳氮共渗试样进行滚动接触疲劳试验,研究碳氮共渗对轴承钢滚动接触疲劳性能的影响及其失效机理。研究结果表明:碳氮共渗试样表面硬度、残余应力和残余奥氏体含量显著提高,使得其接触疲劳寿命明显高于常规试样。疲劳裂纹萌生于表面和亚表面,其中大量表面平行裂纹主要由表面白色蚀刻层硬度梯度变化而导致,表面材料受到严重微观塑性变形产生晶粒细化;亚表面裂纹萌生位置受最大应力的分布和渗层厚度的影响。表面和亚表面疲劳裂纹的扩展和连接最终导致碳氮共渗试样出现浅层剥落和分层剥落的失效形貌。

高N马氏体不锈轴承钢的热变形行为

利用Gleeble-3800热模拟试验机在温度为1040-1120℃，应变速率为1～20s^-1的条件下进行了高N马氏体不锈轴承钢的热压缩变形试验。结合真应力一真应变曲线和热变形组织研究了变形参数对高N马氏体不锈轴承钢的热变形行为和碳氮化物演变规律的影响。结果表明：在该变形条件下，试验钢的真应力一真应变曲线为动态再结晶型。随着应变量的增大，碳化物的平均尺寸呈减小趋势，但数量有所增多。基于热变形方程计算得到的应变量为0．6时的热变形激活能Q为410．7kJ／mol。构建了包含应变量在内的流变应力方程，同时建立了高N马氏体不锈轴承钢的Zener-Hollomon参数本构方程。

高氮马氏体不锈轴承钢的组织与性能

对比分析了无氮钢和高氮钢热处理后的微观组织和力学性能。结果表明：氮元素的加入导致马氏体不锈钢奥氏体区扩大、大量弥散分布的细小碳氮化物M2（CN）析出,这有利于钢强度和硬度的改善,相比无氮钢,高氮钢的抗拉强度提高了441 MPa（提高20%）,规定塑性延伸强度提高了474 MPa（提高26%）,硬度提高了11.9 HRC（提高21%）。接触疲劳试验发现,高氮钢接触疲劳额定寿命L（10）=0.97×10^7次,中值疲劳寿命L（50）=1.14×10^7次,起裂方式为夹杂物起裂和大碳化物起裂,其中夹杂物起裂为主要起裂方式,疲劳裂纹的扩展主要是沿着应力方向上的碳化物进行。

制备工艺对高氮轴承钢强韧性的影响

采用的高氮马氏体不锈轴承钢经非真空感应熔炼+电渣重熔双联工艺冶炼后,分别采用锻造成型、均匀化锻造和电渣重熔连续定向凝固+均匀化锻造3种工艺进行处理。对3种工艺下的碳化物和强韧性能进行了研究。结果表明,经锻造成型处理后,试验钢的抗拉强度达到2 056 MPa,屈服强度(Rp0.2)达到1 734 MPa,但冲击功仅有2J;经均匀化锻造后强度有所降低,但冲击功较前者提高了100%;经电渣重熔连续定向凝固+均匀化锻造后钢的强度较锻造成型时没有明显的变化,硬度由57.8 HRC升高至58.5 HRC,冲击功提高了200%。经过对夹杂物、原奥氏体晶粒和碳化物等组织进行分析后发现,这主要是由电渣重熔连续定向凝固提高了钢的纯净度和均匀化锻造使碳化物的分布更加弥散所致。