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。

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。

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。

G20Cr2Ni4A渗碳轴承钢气孔形成机理及原因分析

G20Cr2Ni4A钢主要用于大型轴承套圈料,套圈经表面渗碳处理,在套圈加工过程,发现缺陷。采用低倍酸浸、等离子发射光谱仪、金相显微镜、扫描电镜等,对套圈缺陷进行检验研究分析。结果表明,该套圈缺陷为气孔缺陷,产生在电渣锭大头端,由于电渣重熔过程结晶器未干燥或渣料潮湿引起。

深冷处理对G20Cr2Ni4A渗碳轴承钢力学性能的影响

研究了G20Cr2Ni4A渗碳钢经渗碳、二次淬火及不同条件的深冷处理后力学性能,同时对比了其全渗碳试样及未渗碳试样的性能。结果表明:随着深冷处理时间的延长,残余奥氏体含量下降,渗碳层的表面硬度得以提高;同时深冷处理可提高其材料的抗拉强度,减少渗碳钢的冲击功。

大负荷轧机用渗碳轴承钢G20Cr2Ni4A的生产试制

轧机、连铸机、铁路机车、矿山机械、发电机等设备的轴承要求材料表面具有高强度和良好的耐磨性、芯部具有一定的韧性和抗冲击性能,目前多采用渗碳轴承钢。渗碳轴承钢的售价高,利润可观,市场需求大,具有良好的发展潜力。本钢试生产的G20Cr2Ni4A,通过精确控制化学成分,充分去除夹杂物,并通过电渣重熔提高芯部致密度,高精度轧机保证尺寸公差,大大提高了渗碳轴承钢的产品质量与附加值,不仅扩大了市场份额,提高了经济效益,也得到了广泛认可与好评。

20Cr2Ni4A薄壁齿圈渗碳淬火畸变控制

从材料的特性和20Cr2Ni4A齿圈的渗碳淬火畸变进行分析和研究,分析制定出合理的热处理工艺,使零件渗碳淬火畸变控制在合理范围内。

20Cr2Ni4A钢齿圈压力淬火过程的温度场模拟

基于20Cr2Ni4A钢齿圈在不同流量下进行压力淬火过程中冷却曲线的试验测定和对应换热系数的计算,开展有限元数值模拟,得到不同流量组合对齿圈压力淬火冷却过程温度场分布的影响规律。结果表明,189~1136 L/min流量对应的换热系数均呈现随温度下降先增大后减小的变化趋势,且随着流量的增大,换热系数的最大值随之增大。4组具有代表性的流量组合中,采用慢-快-快的流量组合能更好地减小齿圈内外温差。对比测温结果发现,模拟结果与试验数据吻合良好,建立的压力淬火温度场模型可靠,可为压淬工艺的优化提供理论指导。

G20Cr2Ni4A钢渗碳轴承滚子断裂失效分析

经表面先渗碳再淬火、回火处理后的G20Cr2Ni4A钢轴承滚子在试车约2 h后断裂。采用金相显微镜、维氏硬度计、扫描电镜、X荧光光谱仪等检测手段对该轴承滚子的开裂原因进行了分析。结果表明,该轴承滚子显微组织、化学成分、硬度及渗碳层厚度等均合格;轴承装配时,工作辊轴线与支承辊轴线不平行造成轧机在运行时轴向力过大,导致轴承滚子开裂失效。

冷处理和深冷处理对G20Cr2Ni4A钢组织和性能的影响

通过扫描电子显微镜、洛氏硬度计、显微硬度计研究了冷处理和深冷处理对G20Cr2Ni4A钢渗碳层碳化物的形态、洛氏硬度、硬度梯度和深度的影响。结果表明,淬火后的冷处理和深冷处理能够大幅度增加碳化物的弥散析出,减少残留奥氏体的含量,从而提高渗碳层的硬度,但对渗碳层深度的影响较小。

热处理对G20Cr2Ni4A钢性能影响的正交试验研究

G20Cr2Ni4A钢属于CrNi系优质合金渗碳钢,Cr、Ni含量较高,淬透性较好,渗碳处理后表面有相当高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度,同时心部还保留良好的韧性,具有优良的综合力学性能。由于G20Cr2Ni4A钢临界点A c1和A c3(A c1为钢加热时开始形成奥氏体的温度,A c3为所有铁素体均转变为奥氏体的温度)之间温度范围较窄,A c3为785℃,故可选择较低的淬火温度,既可保证表面和心部硬度,同时齿轮畸变也会减小。G20Cr2Ni4A经加热淬火+回火,能提高材料的冲击韧性,改善构件心部的综合力学性能。20Cr2Ni4A钢淬火试样经不同温度回火后的冲击韧性研究发现,当回火温度为200℃左右时,冲击韧性最高。选取回火温度为200℃,通过两因素三水平的正交试验对G20Cr2Ni4A钢进行热处理,观察淬火温度和回火时间对其金相组织、残余奥氏体含量、硬度和冲击性能的影响。正交试验采用800,850,900℃的淬火温度和1,3,5 h的回火时间对G20Cr2Ni4A钢进行热处理,然后分别测出其硬度、冲击功和残余奥氏体含量,通过正交试验分析,并与原始样品对比,得出:淬火加热温度与回火时间对G20Cr2Ni4A钢的力学性能有显著影响。随淬火加热温度升高,硬度、冲击功、残余奥氏体量均先增大后缓慢减小;随回火时间延长,硬度、冲击功、残余奥氏体量均先减小后增大。硬度随残余奥氏体含量的增加而增加,冲击韧性与残余奥氏体量成近似直线关系。G20Cr2Ni4A钢经850℃淬火+200℃回火1 h后,残余奥氏体含量为2.97%,试验钢具有最佳的综合力学性能,其硬度为45.1,冲击功为25.0 J。

特大型轴承套圈高温渗碳工艺试验

采用大型井式渗碳炉对G20Cr2Ni4A钢制特大型轴承套圈进行970℃高温渗碳试验。结果表明:用高温渗碳工艺渗碳后轴承套圈的各项性能指标均优于或达到国家标准要求,且不低于常规渗碳后的各项性能。同样的产品采用高温渗碳工艺比采用常规渗碳工艺渗碳可以节约渗碳时间33%左右,节电33%左右;同时可缩短生产周期提高劳动效率。

电渣重熔轴承钢中的硅元素烧损的控制

以G20Cr2Ni4A轴承钢为研究对象,根据现场生产数据,对不同电极氧质量分数下的硅烧损、渣中不同SiO2质量分数下的硅烧损以及不同氩气流量下的硅烧损率进行了统计分析,研究了电渣重熔中不同保护气氛下以及不同工艺下对电渣锭硅质量分数的影响。结果表明:保护气氛电渣炉生产的电渣锭硅烧损小且成分均匀,当氧质量分数控制到0.001%下时,硅不易烧损;当采用非保护气氛冶炼G20Cr2Ni4A钢时,渣系中的SiO2质量分数在2%时能够保证硅的波动比较小,当采用保护气氛冶炼时,渣系中的SiO2质量分数在1%时对硅的控制效果良好;采用非保护气氛电渣炉,由于渣-气界面传氧以及电极氧化增重的不断变化,硅的烧损也呈增大趋势。针对于厂内30t保护气氛电渣炉,氩气流量增加到50L/min时,生产的电渣锭成分均匀,经济性良好。