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。     

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1 030、1 050℃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%,由于残余奥氏体的相变强化与碳氮化物析出强化,低温回火硬度约为59HRC,500℃高温回火硬度可达到58HRC～59HRC。高氮不锈轴承钢中析出相细化、基体贫铬区减少及氮-钼协同作用,使其耐蚀性能明显优于440C钢,而且钢中氮含量越高,耐蚀性能越好。因此,较高合金含量(C+N)的高氮不锈轴承钢兼具高硬度和优异的耐蚀性能。     

高性能渗碳轴承钢的组织与性能

 研究了热处理工艺对渗碳轴承钢组织、力学性能的影响规律,并探讨了强韧化机制。研究表明,随着淬回火温度升高和回火次数增加以及采用深冷工艺,渗碳轴承钢的强度与硬度增加,冲击韧性值下降。采用910℃淬火和180℃二次回火,轴承钢材料性能可达到硬度HRC452,抗拉强度Rm为1450MPa,屈服强度ReL为1240MPa,AKU为105J,残余奥氏体的体积分数控制在1%以下。试验钢良好的强韧性配合主要来自于晶粒的细化、超细马氏体板条和均匀弥散的细小碳化物的析出;尺寸稳定性的效果主要是残余奥氏体量的控制。     

温度对高钴钼不锈轴承钢高周疲劳性能的影响

为了提高宇航轴承的寿命和可靠性,研究了轴承用高钴钼不锈轴承钢在不同温度下的高周旋转弯曲疲劳性能和失效形式。结果表明,随着温度的升高,试验钢的疲劳极限强度逐渐下降,利用升降法测得25、300、500℃条件下疲劳极限强度分别为927、840、667 MPa,与25℃相比,300、500℃条件下疲劳极限强度分别降低了9.4%、28.0%。25℃时裂纹萌生是由表面沟壑导致的应力集中引起的,当温度上升至300℃时,疲劳试样基体硬度下降,在长时间交变应力作用下出现驻留滑移带,并且由于碳化物析出和长大,加速了表面沟壑萌生裂纹的形成。500℃时基体硬度继续下降,使驻留滑移带更容易产生。在热力耦合作用下,疲劳试样边缘析出碳化物,在长时间热作用下碳化物长大,驻留滑移带内碳化物与位错交互作用,在碳化物边缘上萌生微小裂纹。碳化物的析出和长大加速了疲劳裂纹的扩展。     

16Cr14Co12Mo5耐热耐蚀轴承钢强韧化机制的研究

 对16Cr14Co12Mo5耐热耐蚀轴承钢在1050℃高温淬火后,在490～540℃两次回火后的组织性能以及强韧化机制进行研究。结果表明：随着回火温度的升高,抗拉强度Rm逐渐增加,最大时超过了1900MPa,屈服强度Rp0.2在500℃回火后达到1400MPa,随后逐渐减小;断面收缩率和伸长率略有减小,而硬度略有增长。材料强韧化主要源于高位错板条马氏体以及其中残余奥氏体薄膜和沉淀析出的碳化物和金属间化合物。采取适宜淬回火工艺制度所导致弥散析出的碳化物和金属间化合物是试样的强度和韧性达到最佳配合的关键。     

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...     

8Cr4W9V2钢的热处理工艺和性能

研究了8Cr4W9V2耐温轴承钢的热处理工艺和性能,发现其最佳热处理工艺参数为淬火温度1 230 ℃,回火温度550 ℃;回火3次,每次1.5 h.经上述热处理后,钢的硬度为HRC 64.4,无缺口冲击韧性为48.3 J/cm2,并且具有良好的抗回火软化性能和优异的高温性能,接触疲劳寿命L10=15.12×107次,是Cr4Mo4V钢的2倍.     

回火温度对高氮轴承钢碳化物演变及硬度的影响

对高氮马氏体不锈轴承钢进行直接淬火并重复2次深冷及不同温度的回火处理,采用光学显微镜、SEM电镜,TEM电镜和洛氏硬度计等,研究了不同回火温度下碳化物的演变规律与硬度变化的相关性,在不同回火温度下根据硬度出现先下降后上升再下降变化的趋势,对各回火温度下碳化物的尺寸区间分布频数、单位面积数量、平均尺寸及碳化物所占单位面积比进行了表征及分析,结果表明:随回火温度由150升高到500℃,碳化物的尺寸随回火温度的升高从0.39长大至0.62μm,碳化物为近球形M23C6型。150~300℃回火时硬度下降与基体脱溶有关;300~450℃回火时碳化物单位面积数量及所占面积分数都增加;回火至500℃时,细小碳化物聚集长大单位面积数量减少,碳化物所占面积分数减少。由此得出回火时硬度变化与析出碳化物的单位数量和其面积分数有关。     

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.     

冷处理对16Cr14Co12Mo5轴承钢组织和性能的影响

 通过对16Cr14Co12Mo5 轴承钢经冷处理后的组织和性能进行研究,发现与淬火态相比,试验钢经两次冷处理和高温回火后,表面硬度达到50.7HRC,抗拉强度Rm达到1820MPa,屈服强度Rp0.2达到1410MPa,冲击功为75.0J,试验钢的强度和硬度得到了显著提高。经XRD检测,经过两次冷处理后残余奥氏体体积分数由26.0%下降到3.1%。研究表明,经过2次冷处理并配合高温回火后,钢中残余奥氏体88.1%转变为马氏体,残余奥氏体含量明显降低,组织变得稳定,并且在回火过程中伴随有一定量微细第二相的析出。     

GCr15轴承钢双淬火对组织性能影响

 为了提高GCr15轴承钢强韧性,设计了一种GCr15轴承钢双淬火工艺,与常规热处理工艺对比研究发现,采用双淬火工艺处理的GCr15轴承抗拉强度从2 139.5 MPa提高到2 654.5 MPa,旋转弯曲中值疲劳强度从1 000 MPa提高到1 029 MPa。对基体组织定性表征发现,2种热处理后的组织均为针状马氏体,通过定量计算发现,残余奥氏体体积分数从8.33%增加至11.26%,同时位错密度由2.45×1012/cm2增加至3.09×1012/cm2。利用扫描电镜对旋弯断口夹杂物成分分析发现,双淬火处理工艺不改变夹杂物的尺寸、数量和类型。通过微观组织结构与力学性能关系分析发现,双淬火导致抗拉强度、伸长率和高周疲劳强度提升主要归因于缓慢的残余奥氏体TRIP效应以及细晶化带来的变形均匀性。通过微观组织结构与疲劳性能关系分析,发现双淬火引起的低周次疲劳强度降低和高周次疲劳强度提高主要归因于不同疲劳周次下残余奥氏体转变速率不同。快速奥氏体转变导致低周次应力集中增大而疲劳强度降低。相反,高周次的奥氏体TRIP缓解了应力集中,提高了疲劳强度。     

时速400 km高疲劳性能高铁车轴钢研发

基于时速400 km高铁对车轴高疲劳性能的要求，分析了车轴超高疲劳性能的机理，细小的碳化物尺寸及马氏体板条尺寸是高疲劳性能的关键，确定了马氏体板条束宽度、析出相的分布等组织参量为影响高铁车轴钢屈服强度的关键控制单元，设计了高铁车轴钢的目标组织，通过高通量计算确定了时速400 km高铁车轴钢的最优合金成分。研发的时速400 km高铁车轴，经850～950℃淬火、620℃高温回火时具有较好的强韧性匹配，抗拉强度>880 MPa,-40℃冲击功达180 J。该工艺处理车轴的晶粒度和碳化物尺寸细小，晶粒细化至9.0级，高周及超高周疲劳性能均达标。车轴经整体热处理后小尺寸试样超高周疲劳试验稳定为3级，108循环周次下疲劳极限为517 MPa，疲劳极限高。通过车轴微缩样品预测了车轴整体疲劳性能，预测值与实际值一致性好，车轴整体在320 MPa试验力下通过107周次疲劳考核。     

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。     

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。     

激光表面相变硬化处理提高GCr15轴承钢接触疲劳寿命

应用连续输出的千瓦级CO_2激光器对GCr15轴承钢推力片接触疲劳试样进行了表面相变硬化处理,激光束功率=700瓦,扫描速度=7毫米每秒,离焦量=325毫米,在最大接触应力σ_(max)=4410MPa下,使接触疲劳寿命L_(10)提高2.2倍,L_(50)提高1.6倍。用电镜和X射线方法研究了激光淬火层组织、马氏体碳含量、残余奥氏体量和残余应力等。结果表明,激光淬火的自回火使片状马氏体内析出了弥散细小的η-Fe_2C,马氏体碳含量增加很少,残余奥氏体增加了1.2％,淬火层深～0.40毫米内为残余压应力,在0.01～0.10毫米区域内,应力值稳定在-225MPa左右。     

高温不锈渗碳轴承钢的研发现状与进展

 航空用轴承钢向耐高温、耐腐蚀、高承载、长寿命方向发展,现役的M50轴承钢存在强度高但韧性和耐蚀性不足的问题;M50 NiL渗碳轴承钢虽然通过降低碳含量和调整合金成分来提高韧性,但仍越来越无法满足高推重比的航空发动机的发展需求,并且耐蚀性不足问题也未解决。高铬不锈轴承钢BG-42和高氮Cronidur30轴承钢虽然抗腐蚀能力好,但是表面硬度和心部韧性仍不足。以CSS-42L钢为代表的高温不锈渗碳轴承钢拥有高强韧性和优良耐蚀性能,不仅在航空轴承应用上极具竞争优势,而且也可应用于在高温或腐蚀性环境下使用的齿轮、轴和紧固件等,但是国内外相关研究工作仍不足且缺乏系统性,因此对其研发现状进行综述和总结尤为重要。从航空用高温轴承钢发展历程出发,详细介绍了国内外高温不锈渗碳轴承钢的研发背景和合金成分设计思路;综述了铬、钴、钼、镍、钒、钨等主要合金元素对组织和性能影响规律,其中钴的加入虽然不直接参与析出强化,但能够起到抑制δ-铁素体形成和促进弥散析出的特殊作用;分别从表面渗碳和心部材料两个方面,揭示了调控热处理工艺对微观组织和强韧性的影响规律。在此基础上,针对国内外高温不锈渗碳轴承钢基础理论和制造工艺研究的不足,提出了优化合金成分、突破渗碳热处理技术,以及加强不同工况下组织演变、疲劳损伤和破坏机理研究的研发方向。     

回火工艺对900 MPa级热轧卷板组织与性能的影响

随着轻量化要求的进一步提高,屈服强度900 MPa级高强度钢在工程机械、汽车等领域逐步得到推广应用。与基于相变强化的传统调质生产工艺不同,采用TMCP+回火工艺开发析出强化型900 MPa级铁素体钢板,着重研究回火工艺对热轧卷板显微组织与力学性能的影响。结果表明,热轧卷板经550~650℃回火热处理后,强度、硬度和冲击韧性显著提高,断后伸长率变化不大;经650~700℃回火热处理后,强度和硬度大幅度降低。热轧卷板的基体组织为细晶准多边形铁素体组织,经回火热处理后,平均晶粒尺寸增大,热轧晶粒尺寸越细小,长大越明显。550~650℃回火促使纳米钛钒碳化物进一步析出是回火钢板强度和硬度提高的主要原因;700℃回火时铁素体晶界出现了数百纳米至1μm的渗碳体颗粒,纳米钛钒钼碳化物减少,降低了沉淀强化作用,铁素体晶粒也粗化,导致了强度下降。     

1 500 MPa级贝氏体/马氏体复相高强度钢的疲劳特性

对于一种C-Si-Mn-Cr合金,通过900 ℃奥氏体化20 min、空冷及280 ℃和370 ℃回火2 h,获得了抗拉强度为1 500 MPa的新型贝氏体/马氏体(B/M)复相组织高强度钢.利用疲劳实验研究了B/M复相高强度钢的疲劳极限,并采用C-T试样测定了疲劳裂纹扩展速率曲线.结果表明,B/M复相高强度钢的疲劳极限超过700 MPa,疲劳裂纹门槛值约为12.7 MPa*m1/2;经370 ℃回火的B/M复相高强度钢疲劳裂纹扩展速率较280 ℃回火时低;这种钢的疲劳性能较常规调质处理的高强度钢有所改善.     

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。     

冷处理及回火次数对刀剪用M390粉末钢组织和性能的影响

通过对M390粉末不锈钢进行淬火、冷处理和低温回火，研究了热处理对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：冷处理降低合金中残余奥氏体的数量，大幅度提高材料硬度和抗弯强度；1 180℃淬火试样冷处理后，随回火次数的增加，单位面积碳化物颗粒总数和平均粒径增加，硬度下降，一次回火后硬度达到61.1 HRC;1 130℃淬火试样冷处理后，随着回火次数增加，单位面积颗粒总数不断增加，平均粒径和硬度下降，一次回火后硬度达到60.0 HRC；淬火温度和回火次数对抗弯强度影响不大，合金抗弯强度为4 000 MPa左右。