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。

20Cr2Ni4钢的渗碳工艺试验

20Cr2Ni4钢是一种高Cr、Ni渗碳合金钢,具有良好的淬透性、硬度和心部韧性。采用“渗碳+高温回火+二次加热淬火+低温回火”及“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”两种工艺对20Cr2Ni4钢进行热处理,并从显微组织、渗层硬度梯度、表面及心部硬度、耐磨性与冲击性能等方面进行对比。结果表明:“渗碳+高温回火+二次加热淬火+低温回火”处理后的试样渗碳效果、表面硬度更好,“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”处理后的试样则减少了淬火变形与表层氧化脱碳。

预氧化处理对20Cr2Ni4钢渗碳淬火工艺的影响

在渗碳热处理前增加预氧化工序,可以使产品的渗层更趋均匀,并适量提高渗速。本研究在不同预氧化温度和预氧化时间下对20Cr2Ni4钢进行预氧化,再进行“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”热处理,检测不同工艺下所得试样的显微组织与性能,探究预氧化时间和温度对热处理试样的显微组织、硬度、渗碳层深度及耐磨性等相关性能的影响规律,从而确定最佳预氧化时间及温度。结果表明:预氧化并不会影响试样渗碳淬火后的组织,500℃预氧化60 min后热处理试样的渗碳层不均现象得到改善,其表面硬度、渗碳速度以及耐磨性亦有所提升。

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。

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。

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。

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。

锻造工艺对航空轴承钢G13Cr4Ni4Mo4VA棒材冲击性能的影响

G13Cr4Ni4Mo4VA轴承钢(/%:0.13C,4.13Cr,3.52Ni,4.39Mo,1.19V)由6 t真空感应炉+1.3 t(Φ406 mm)真空自耗炉熔炼,并经锻造(1160℃加热,≥1140℃开锻,≥900℃终锻)生产成中120 mm棒材。力学性能试样经1 100℃80 min淬火(N_2气冷),-73℃2 h冷处理,3次回火:550℃2 h空冷处理。其冲击值a_(ku)为27.1~39.5 J/cm^2,低于标准87.5 J/cm^2要求。经试验得出,由于锻造温度过高,造成δ铁素体在晶界的析出,使棒材冲击性能降低。通过锻造工艺优化,将钢锭加热温度由原1160℃降至1 110℃,避免δ铁素体的析出,棒材的平均a_(ku)冲击值提高至113.6 J/cm^2。

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)。

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.

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。

G20Cr2Ni4A钢高温渗碳与常规渗碳力学性能对比

目前G20Cr2Ni4A钢常规渗碳温度通常采用900~940℃,渗碳时间长且效率低,生产成本高。提高渗碳温度,可以极大地提高渗碳速度,缩短渗碳时间,提高渗碳效率,降低生产成本。但渗碳温度过高,会使渗碳零件力学性能降低。对G20Cr2Ni4A钢970℃高温渗碳与940℃常规渗碳进行力学性能对比。

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。