30Cr15Mo1N高氮不锈轴承钢组织结构表征与旋弯疲劳机制

高氮不锈轴承钢凭借高强度、高硬度、长寿命和优良的耐腐蚀性成为新型轴承材料研发热点。采用旋转弯曲疲劳试验等方法研究了热处理工艺对30Cr15Mo1N高氮不锈轴承钢疲劳性能和裂纹萌生机制的影响。结果表明,试验钢1 050℃淬火+180℃回火热处理工艺的抗拉强度为1 985.3 MPa、硬度为60.5HRC、疲劳强度为867 MPa,500℃回火后硬度与180℃相当,抗拉强度为2 257.6 MPa、疲劳强度为1 020 MPa;引起180℃回火试样疲劳裂纹萌生的裂纹源主要为基体和夹杂物两类,而引起500℃回火试样疲劳裂纹萌生的裂纹源通常为边部缺陷。高温回火对基体组织内部应力集中的降低是其裂纹源类型转变和疲劳性能提高的主要原因。通过对高氮不锈轴承钢疲劳行为与裂纹萌生现象的深入研究,为高氮不锈轴承钢热处理工艺制定及抗疲劳机制研究提供试验与理论基础。     

轴承钢滚动接触疲劳研究进展

对轴承钢的滚动接触疲劳领域的研究重点、研究方法和研究进展进行了综合性的阐述。首先分析了滚动接触条件下材料内赫兹应力的分布以及轴承钢对循环应力的响应,解释了轴承钢发生次表面疲劳的根本原因;接着对轴承钢疲劳测试的方法进行了总结,分析了各种测试方法的优劣势;然后讨论了影响轴承钢滚动接触疲劳寿命的关键因素;最后,对轴承钢次表面诱发的滚动接触疲劳的两大表现形式,即疲劳裂纹生长和显微组织退化,进行了系统性阐释,介绍了重要的疲劳机理并提出了未来的重点研究方向。     

轴承钢滚动接触疲劳中显微组织与性能的变化

轴承钢在保持高清洁度和长寿命方面最近取得了快速的进展。因此，促进了在高接触应力下的应用，并由此而产生了发生显微组织改变的问题。本研究对显微组织的这类特性作了研究，结果发现，在滚动接触疲劳中，在最大剪切应力深度处，有板条状显微组织、白色侵略区和“条带状的”显微组织。酸浸蚀白亮带有铁素体，在板条和“条带状”的显微组织是伪珠光体结构。在半值宽度疲劳下所发生的显微组织改变时看到了Ｘ－射线分析的峰值明显下降，上述现象大概是由于剪切应变及其伴生热过于集中的缘故，估计白色浸蚀区总体可达到的温度为３００℃、局部超过６００℃。     

高洁净轴承钢GCr15滚动接触疲劳机制研究

通过对真空脱气工艺制备的高洁净轴承钢的化学成分、低倍组织、碳化物不均匀性、非金属夹杂物等冶金质量进行标准检测及评级,并利用Aspex扫描分析仪对钢中的非金属夹杂物的数量、类型、尺寸及洁净度指数等进行定量分析,结合滚动接触疲劳寿命试验结果,建立了非金属夹杂物与轴承钢接触疲劳寿命的关系。研究结果表明,高洁净轴承钢的w[O]≤0.000 5%,w[Ti]≤0.000 8%,大颗粒夹杂物DS≤0.5级,但仍是以夹杂物为主导的接触疲劳破坏机制,其中,氧化物类夹杂尺寸较大,并在夹杂物周围存在孔洞缺陷,易于造成应力集中形成疲劳裂纹。高洁净轴承钢中氧化物类夹杂的最大尺寸控制在10μm以下,4.5 GPa高接触应力下的额定寿命L10达到1×107次以上,有望取代电渣重熔轴承钢用于高铁、高速机床主轴、风电主轴等高端装备领域。     

高氮不锈轴承钢碳化物分布与高温断裂机制

 通过高温拉伸试验研究高氮不锈轴承钢高温断裂行为,探究了170 ℃和470 ℃回火态钢中碳化物分布特征,分析了高温拉伸断裂及组织演变和碳化物分布规律。研究发现,回火温度从170 ℃升高至470 ℃,高氮钢中大于0.8 μm的碳化物明显增加,高氮钢中M₂₃C₆强化增量提高了2.59 MPa,固溶强化增量下降了118.82 MPa,470 ℃回火态钢的室温抗拉强度降低、拉伸断口表现为准解理和少量撕裂韧窝;拉伸温度升高至300 ℃,试样断口表现为等轴型韧窝特征,170 ℃和470 ℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.8~3.6 μm和5.5~6.7 μm;450 ℃拉伸断口表现为塑孔韧窝特征,170 ℃和470 ℃回火态试样起裂源断裂碳化物尺寸分别为2.7~3.4 μm和5.8~6.4 μm。拉伸温度从300 ℃提高至450 ℃,钢的固溶强化和位错强化作用减弱,金属原子间结合能下降,碳化物与基体不连续应力分布加剧变形不协调性,碳化物承担较高应力而发生断裂。单纯热作用下钢中0.5~0.8 μm尺寸碳化物数量比例增加;在热力耦合作用下,钢中应力所导致的位错增殖为碳元素扩散提供通道,钢中碳化物在晶界和位错线上形核析出0.2~0.8 μm碳化物。裂纹沿着与拉伸方向45°角的最大剪力方向快速扩展而断裂,最终形成锯齿状的断口,小尺寸碳化物增多阻碍位错滑移导致塑性降低;钢中大尺寸碳化物不均匀分布在碳化物间形成大变形塑孔而增加钢的塑性。     

轴承钢的滚动接触疲劳与寿命预测模型

轴承是现代工业中最重要的钢铁部件之一,而次表面滚动接触疲劳(RCF)是轴承主要的失效模式。为了深入理解轴承钢的RCF失效过程,首先从力学和材料学两个角度对轴承钢的RCF过程进行了描述,提出RCF过程的实质是由位错和碳原子的交互作用造成的次表面组织演变过程;然后介绍了预测轴承RCF寿命的工程模型和理论模型,指出将工程模型与理论模型相结合、将在循环载荷作用下微观组织的演变与RCF寿命相结合是未来工作的两个重要方向;最后对全流程、多尺度的轴承钢设计问题进行了展望,提出耦合物理冶金学算法与人工智能算法以及多学科交叉的重要工作思路。     

高氮不锈轴承钢中的碳氮化物对力学性能的影响

 440C等高碳马氏体轴承钢中由于存在大量粗大的共晶碳化物,降低其耐蚀性和疲劳性能,影响了其广泛应用。40Cr15Mo2VN作为一种新型高氮不锈轴承钢,通过降低碳含量,增加氮含量和微合金化来改善其性能。氮的加入一方面析出细小弥散的氮化物,强化了基体;另一方面改善了钢中析出的碳化物的形态、尺寸和分布,使其由原来的带状和网状连续分布变为近圆形颗粒,最大碳化物尺寸由原来的70μm以上减小到小于18μm,弥散分布,从而使Rm达到2000MPa以上,ReL达到1700MPa以上,有些超过1800MPa,表面硬度≥585(HRC),U型缺口冲击功保持在8J以上,并具有优异的耐蚀性和疲劳性能,满足轴承钢的服役要求。     

合金元素对高氮不锈轴承钢组织与性能的影响

采用金相、扫描、X射线衍射和电化学等方法研究了合金元素对高氮不锈轴承钢组织性能的影响.结果表明:钢中加氮细化组织与碳化物,析出相尺寸随着氮含量的增加而降低.高氮不锈轴承钢1030、1050℃淬火后残余奥氏体体积分数达到20％～35％,而且碳氮含量越高,残余奥氏体越多.经冷处理及回火后残余奥氏体体积分数降至7％～10.3...     

高氮不锈轴承钢的微观组织与性能研究

利用OM、SEM、XRD和电化学方法对X60N高氮不锈轴承钢(/％:0.63C,15.00Cr,0.61Mo,0.190N)进行组织观察、室温和高温力学性能及耐蚀性能研究.结果表明,钢中降碳加氮可显著降低粗大共晶碳化物的数量及尺寸,X60N钢加氮后的原始奥氏体晶粒尺寸及碳化物明显细化.X60N钢经1050 ℃奥氏体化淬...     

碳、铬含量对不锈轴承钢的组织和接触疲劳寿命的影响

通过试验研究了不同碳、铬含量对不锈轴承钢的显微组织、碳化物、硬度和接触疲劳寿命的影响。试验结果表明，随着钢中碳、铬含量的增加，碳化物逐渐变得粗大、链状碳化物增多并且弥散度变差。碳含量在0．67％，铬含量13．58％时，钢的硬度≥HRC58，接触疲劳寿命L10最长。     

高淬透性轴承钢GCr15SiMo接触疲劳寿命

对GCr15SiMo钢与GCr15SiMn钢的接触疲劳寿命进行了对比试验,高淬透性轴承钢GCr15SiMo的疲劳寿命(L_(10)、L_(50))分别是GCr15SiMn钢的疲劳寿命(L_(10)、L_(50))的1.73倍和1.68倍;初步讨论了合金元素Mo、Si提高轴承钢疲劳寿命的作用。     

国内外高氮马氏体不锈轴承钢研究现状与发展

 高碳铬不锈钢是应用最为广泛的不锈轴承钢,其具有较高的硬度和一定的耐蚀性,然而较高的碳、铬质量分数导致粗大碳化物的出现,轴承钢的疲劳和耐蚀性能将受到损害。相比之下,钢中添加氮元素能够减少粗大共晶碳化物的数量,同时析出大量细小的氮化物及碳氮化物,氮代碳既强化基体又改善耐蚀性,从而获得高强度与良好耐蚀性。介绍了含氮轴承钢及含氮马氏体轴承钢的发展历程,分析了不锈轴承钢中氮元素对组织结构、力学性能和耐蚀性能的作用机理;介绍国内外含氮轴承钢的研究现状并指出了含氮轴承钢研究的不足,需要在氮溶解模型、氮对组织演变及耐蚀机制等方面进行基础理论研究,同时不断研发不同系列的含氮马氏体轴承钢。     

高氮不锈轴承钢高温旋弯疲劳性能及损伤机制

摘要：40Cr15Mo2VN高氮不锈钢在300、400℃条件下旋转弯曲疲劳试验，结果表明，300℃条件下安全疲劳极限强度为787MPa，400℃条件下疲劳极限强度为860MPa，300℃条件下安全疲劳极限较400℃下降85%。通过SEM观察断口发现，疲劳破坏类型均为表面缺陷起裂、夹杂物起裂及基体孔洞起裂。高温下，碳化物、晶界等在热力耦合作用下成为孔洞形核的位置，孔洞长大连接成微裂纹，成为裂纹萌生扩展的主要原因，300较400℃条件下安全疲劳极限下降的主要原因是蠕变孔洞聚集程度高，容易连接成微裂纹，导致疲劳失效。     

冶炼工艺对新型不锈轴承钢的冶金质量和接触疲劳寿命的影响

介绍了采用双真空冶炼工艺和电渣重熔冶炼工艺生产新型不锈轴承钢的研究情况。研究结果表明,采用真空感应炉＋真空自耗炉（双真空）冶炼工艺生产的新型不锈轴承钢6Cr14Mo,钢中氧含量为0．0005％,而电渣钢的氧含量为0．0029％。双真空钢的氧化物夹杂数量较少、颗粒尺寸也比较细小。双真空钢的碳化物尺寸、形态及分布均优于电渣钢。双真空钢和电渣钢的接触疲劳额定寿命L10分别为0．66×10^7和0．40×10^7,前者是后者的1．65倍。     

表面脱碳对高氮不锈轴承钢中析出相的影响

X30N高氮不锈轴承钢在经过热处理后,材料表面会出现脱碳脱氮层,为研究C、N等局部成分变化对材料中第二相析出的影响,采用10 g/L氯化锂-40 g/L磺基水杨酸-5%(V/V)甘油甲醇溶液,通过电解萃取的方法将析出相从基体中分离,并利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了析出相的结构和形貌,用碳硫分析仪、定氮仪和电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)研究了析出相的元素含量。研究结果表明：经过热处理后,试验钢中主要析出相的类型为M₂₃C₆和Cr₂(C,N),脱碳表面以Cr₂(C,N)为主,随着距离脱碳表面深度的增加,M₂₃C₆的衍射谱峰逐渐明显,总析出相的含量逐渐增加,在脱碳表面下0.4 mm时基本达到稳定,C元素含量较脱碳层表面增加了460%,N元素含量较脱碳层表面增加了38.9%,总析出相元素含量较脱碳层表面增加了85.2%。Cr₂(C,N)的形貌为球状颗粒,M₂₃C₆     

高温不锈轴承钢Crl4M04的热处理、组织和性能

试验研究了电渣重熔Cd4Mo4钢（％：1．03C、14．36Cr、3．98Mo）φ22mm热轧材750～950℃退火、950-1200℃淬火、450—550℃回火后钢的组织和性能。结果表明，（890±20）℃退火后钢的HB硬度值207—255；1100—1120℃淬火500—525℃四次回火后钢的组织由细针状回火马氏体、残余奥氏体和碳化物组成，HRE硬度值61，断裂韧性Kic。为31．5—32．1MPa·m^1/2；Crl4Mo4钢200℃高温接触疲劳寿命L，0为1．1×10^5，并且Crl4Mo4钢具有较好的耐磨性能。     

高纯H9Cr18不锈轴承钢的组织和性能

采用真空感应+真空自耗(双真空)冶炼工艺生产的H9Cr18不锈轴承钢,钢中氧含量达到6×10-6,而电渣钢的氧含量为36×10-6。电渣钢的氧化物夹杂含量是双真空钢的6 4倍。双真空钢的额定疲劳寿命是电渣钢的1 45倍。     

高温不锈轴承钢Cr14Mo4的热处理、组织和性能

试验研究了电渣重熔Cr14M950～1 200 ℃淬火、450～550 ℃回火后钢的组织和性能.结果表明,(890±20)℃退火后钢的HB硬度值207～255;1 100～1 120 ℃淬火500～525 ℃四次回火后钢的组织由细针状回火马氏体、残余奥氏体和碳化物组成,HRC硬度值61,断裂韧性KIC为31.5～32.1 MPa·m1/2;Cr14Mo4钢200 ℃高温接触疲劳寿命L10为1.1×105,并且Cr14Mo4钢具有较好的耐磨性能.     

冶金纯度对轴承钢接触疲劳的影响与控制

综述残余元素，有害元素以及不同类型的非金属夹杂物对轴承钢接触疲劳性能的影响及其在冶金过程中的控制。