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。

20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜断裂行为的数值研究

基于试验数据,利用扩展有限元方法(extended finite element method,XFEM)和内聚力模型(cohesive zone model,CZM),对20Cr2Ni3钢顶头表面氧化膜的断裂行为进行了数值分析,研究了氧化膜受力方向和孔洞对裂纹生长行为的影响。结果表明:氧化膜受力方向影响裂纹扩展路径,外层氧化膜裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I随着θ角(受力方向与氧化膜的夹角)的增大而减小,当θ角增大到90°时裂纹停止生长;外层氧化膜上孔洞使得裂纹尖端的J积分和应力强度因子K_I减小。同时,孔洞的存在使得外力传递到内层氧化膜时产生应力集中和偏移,导致内层裂纹受力不均,减小了受力方向对内层裂纹生长的影响。

2Cr12Ni4Mo3VNbN钢的冲击性能

将不同炉次的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢锭锻造成ϕ220 mm棒材。对棒材进行1050℃保温1 h油淬、560℃回火2 h空冷和540℃回火2 h空冷。棒材的冲击试验表明,钢锭顶部和底部锻制的棒材冲击性能差异较大。为此,检测了由两炉次钢锭锻制的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢棒材的冲击韧度、冲击断口形貌、化学成分、显微组织和析出相成分。结果表明:钢锭顶部和底部锻制的2Cr12Ni4Mo3VNbN钢棒材中一次MX型析出相的含量和分布不同,从而导致其冲击性能差异较大。

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。

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)。

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。

固溶处理对ZG40Cr25Ni20Si2耐热钢力学性能的影响

针对选用ZG40Cr25Ni20Si2耐热钢制造的某型号燃气舵安装壳体复验过程中出现的力学性能偏低现象,研究固溶处理对材料金相组织及力学性能的影响,为该产品后续失效分析及质量控制提供参考依据。试验结果表明:温度为1080℃,保温时长90 min的固溶处理有助于提高产品的力学性能,常温和900℃高温下抗拉强度分别提高11%和14%,900℃高温下伸长率提高14%。研究结果可为后续该牌号产品的设计和选用提供有效参考。

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。

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。

18Cr2Ni4WA钢奥氏体形核和长大行为研究

在齿轮热加工过程中,发现有晶粒粗大不均匀即混晶现象,严重影响着大型风电齿轮的综合性能以及该新型材料的推广应用。为了细化晶粒、改善大型齿轮综合力学性能,以18Cr2Ni4WA大型齿轮钢为研究对象,研究其锻后热处理过程中奥氏体晶核形成及其晶核长大行为。结果表明,该钢的形核和长大都与α相再结晶有关,在临界温度(700℃)主要是针状形核,临界温度以上(740℃)发生球状形核。随着α相再结晶完成,长大趋于等轴状,且奥氏体均匀化。

12Cr2Ni4A钢球面垫圈开裂原因

某航空发动机经工厂试车后,发现其球面垫圈外圆发生开裂。采用宏观观察、断口分析、能谱分析、金相检验、硬度测试等方法对该球面垫圈的开裂原因进行了分析。结果表明:该球面垫圈经氰化处理后,在磨削加工过程中,磨削温度过高导致磨削烧伤,形成黑色团状区域,该区域在快速冷却后,存在较大的残余应力,从而在该区域产生磨削裂纹,最终导致该球面垫圈发生开裂。

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。

1Cr20Ni14Si2钢输油管的应力腐蚀破裂失效分析

针对输油管产生的应力腐蚀裂纹 ,用光学显微镜观察其显微组织 ,并用直读光谱仪和透射电子显微镜对材料的成分和裂纹尖端处的腐蚀产物进行了分析 ,证实了产生应力腐蚀裂纹的原因。并用超低碳含Mo的不锈钢提高使用寿命 ,经 2a多的运行得到了较好的效果。

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。