脉冲磁场对GCr15轴承钢网状碳化物的影响

在GCr15轴承钢的球化退火过程中施加脉冲磁场,研究脉冲磁场对其组织形貌和力学性能的影响,探讨脉冲磁场作用下网状碳化物溶解的热力学和动力学机理。结果表明:随着施加脉冲磁场时间的延长,GCr15轴承钢中沿晶界分布的碳化物由封闭网转变为半网,当施加脉冲磁场时间为20 min,晶界处的网状碳化物消失。这主要是由于施加脉冲磁场后,在热力学方面网状碳化物溶解的势垒降低,动力学方面原子扩散系数增大,这都促进了网状碳化物的溶解。随着施加脉冲磁场时间的延长,GCr15轴承钢的抗拉强度(R_(m))和屈服强度(R_(p0.2))基本保持不变,伸长率(A)提高了18%(从5 min的33%提高到20 min的39%),断面收缩率(Z)提高了13%(从5 min的61%提高到20 min的69%)。

凹坑织构对GCr15贫油滑动摩擦磨损性能影响

为研究在较大载荷和较高转速下,凹坑织构参数对GCr15贫油滑动摩擦磨损性能的影响,这里采用PL100-30W型激光打标机,在高碳铬轴承钢GCr15表面加工出规则排列的圆形凹坑阵列,然后利用MMW-1A型立式万能摩擦磨损试验机,对织构试样和光滑试样进行了贫油润滑条件下的摩擦磨损性能试验。最后,使用三维形貌仪对试样的磨损表面进行了表征。结果表明:凹坑织构表面对GCr15钢贫油润滑条件下的滑动摩擦磨损性能影响显著;存在最优的凹坑面积率和深径比,当其值为14.9%和1:12时,其摩擦系数和磨损量相比光滑试样分别降低了26%和64%;随着载荷的增大,织构试样与光滑试样的摩擦系数均呈上升趋势,但光滑试样的摩擦系数增长速率大于织构试样。

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。

不同淬火加热温度对GCr15钢球显微组织及硬度的影响

对经冷墩光球后的GCr15钢球进行不同淬火加热温度的淬火实验,使用光学显微镜、SEM和激光共聚焦显微镜表征显微组织,X射线衍射和维氏硬度计分别表征残余奥氏体含量和硬度。结果表明,随着淬火加热温度的升高,片状马氏体组织逐渐粗大,未溶碳化物体积分数逐渐减少,碳化物粒径向中间尺寸(0.4~0.8μm)靠拢,原奥氏体晶粒尺寸及残余奥氏体体积分数逐渐增加,硬度现出先增加后下降趋势。

低能脉冲电流对淬回火态GCr15钢摩擦磨损性能的影响

研究了近室温条件下低能脉冲电流处理对淬回火态GCr15轴承钢硬度及摩擦磨损性能的影响,利用光学显微镜(OM)及X射线衍射技术(XRD)对脉冲电流处理前后试样的显微组织进行了表征,讨论了脉冲电流处理中峰值电流密度对试样显微硬度及摩擦磨损性能的影响规律,以及脉冲电流处理后试样的显微组织变化对其显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着峰值电流密度的增加,试样显微硬度不断下降,耐磨性先提升后降低;与未处理试样相比,当峰值电流密度为130 A/mm^(2)时,GCr15轴承钢的摩擦系数最小,磨损率由2.08×10^(-5) N^(-1)·m^(-1)降为1.67×10^(-5) N-1·m^(-1),耐磨性最优。分析认为,脉冲电流处理可促进GCr15试样在极短时间内发生二次回火,且回火程度随电流密度增大而增加,促使回火马氏体中过饱和碳原子的析出并形成细小碳化物,进而改善GCr15轴承钢的摩擦磨损性能。

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轴承钢盘条碳化物带状组织的控制

试验研究了是否使用轻压下技术以及不同的高温扩散时间对碳化物带状组织的影响。结果表明使用连铸轻压下技术,能有效改善坯料的偏析情况;随高温扩散时间的增加,碳化物带状级别总体呈降低趋势,颗粒尺寸逐渐减小,扩散时间11 h的颗粒尺寸在2.5μm左右,继续延长时间,颗粒尺寸变化不大。因此选择连铸轻压下工艺+高温扩散11 h工艺进行生产,可以得到颗粒弥散、尺寸相对细小的碳化物带状组织。

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轴承钢套圈开裂失效分析

针对GCr15轴承钢套圈失效原因进行了检测分析。结果表明:轴承套圈所使用的GCr15轴承钢化学成分符合相关国家标准要求,在试样表面发现了多处表面缺陷的存在,增大了材料在反挤压工序中的开裂风险,致使在反挤压过程中出现开裂失效,根据缺陷宏观形貌、金相分析及电镜分析,此试样失效原因为圆钢表面折叠缺陷所致,材料基体存在表面缺陷是造成材料失效的主要原因。

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)。

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。

基于BP神经网络的GCr15轴承钢表面磨损趋势预测

为研究不同粗糙度对GCr15轴承钢使用寿命的影响,使用UMT-2摩擦磨损实验机和重载往复摩擦磨损实验仪对GCr15轴承钢试样进行摩擦磨损实验,获得了其在4种粗糙度、3种润滑条件、两种实验载荷下的磨损趋势。同时,利用BP(Back-propagation)算法建立不同粗糙度和润滑条件对GCr15轴承钢磨损变化趋势分析的神经网络模型。结果表明:在3种润滑条件下,随着表面粗糙度的增大,GCr15轴承钢的磨损面积均先减小后增大,其接触面表面粗糙度存在一个具有较好的耐磨性能的范围。实验结果证明了神经网络预测模型具有较强的机器学习能力和较高的泛化能力,能够很好地预测GCr15轴承钢的磨损趋势。

Wear Performance of Laser Surface Hardened GCr15 Steel

In order to assess the new tribological properties of laser surface hardened GCr15 steel, the wear resistance between specimens treated with laser and those of conventionally hardened under dry sliding conditions was compared. The change of wear mechanisms in laser hardened GCr15 resulted in a distinct difference in wear rates. The results showed that quenched zones not only had sufficient depth of hardening and higher hardness, but had more retained austenite and finer carbides because of a higher degree of carbide dissolution. Laser surface hardened GCr15 steel specimens exhibited superior wear resistance to their conventionally hardened specimens due to the effects of the microstructure hardening, high hardness and toughness. The wear mechanism for both the laser quenched layer and conventionally hardened layer was highly similar, generally involving adhesive, material transfer, wear-induced oxidation and plowing. When conventionally hardened block specimens rubbed against the laser hardened specimens, the surface of conventionally hardened block specimens was polished. The microstructural thermal stability was increased after laser surface treatment.

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%。

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.