新型超高碳鋼軸承接觸疲勞壽命是傳統的3-5倍

2021-01-08 機經網

　　一、項目簡介

　　經過幾十年的發展，中國已經發展成為軸承鋼的生產大國，產量已基本能滿足國內市場的需求。但是國產軸承鋼的質量與瑞典SKF、日本山陽等先進廠家相比還存在一定差距，主要是疲勞壽命的延長。延長軸承鋼壽命的嘗試主要包括降低氧含量與提高鋼的潔淨度;表面改性處理;以及通過探索新的熱處理工藝來提高軸承鋼的疲勞壽命。然而通過以上方法獲得的較長壽命並不總是能夠滿足要求的，特別是在高負載荷等嚴酷條件下使用時，更是如此，所以一直有需求開發一種具有更長使用壽命的鋼材。

　　當鋼的含碳量大於0.77%以後成為過共析鋼，過共析鋼在鑄造態、退火態與正火態的正常組織為網狀二次滲碳體與珠光體。滲碳體的硬度高，耐磨性好，增加滲碳體明顯可以提高材料的硬度與耐磨性。但以網狀形態存在是導致鋼變脆的主要原因，為了減少脆性，避免較多的網狀滲碳體，軸承鋼的含碳量一般都小於1.0左右，高於此含碳量將導致後續鍛造、軋制難以將大的網狀滲碳體破碎，將使鋼的性能變脆。為了破碎網狀滲碳體，在軋制與鍛造工藝中都增加了變形量同時降低變形溫度，這樣都增加了工藝成本，浪費了能源。本項目提出了超高碳軸承鋼的概念，設計並製備了含碳量在1.20-1.31%超高碳軸承鋼。

　　二、產品性能優勢

　　在最佳熱處理工藝條件下，超高碳鋼的接觸疲勞壽命是傳統GCr15鋼和瑞典SKF-3軸承鋼的3-5倍。

　　三、 提高性能的原因在於：

　　在相同的熱處理條件下硬度提高2-3HRc度。

　　晶粒顯著細化。在相同熱處理條件下，超高碳鋼的平均晶粒尺寸為6.9μm，而傳統GCr15和SFK-3材料的晶粒為13.5μm，細化晶粒可以提高強度與韌性。

　　耐回火溫度提高。在相同的回火溫度下，超高碳鋼的硬度高2-3HRc，因此在相同的硬度條件下，回火溫度可以提高50-100℃，這樣可以充分釋放淬火應力。這些因素都是提高壽命的原因。

　　在實驗室工作的基礎上，本項目已開展了工業化的實驗，完成了小批量超高碳軸承鋼的製備、重卡汽車軸承樣件加工以及軸承產品的臺架疲勞實驗。測試結果與實驗室材料接觸疲勞壽命實驗結果吻合，在0.45應力比條件下測試了8倍的額定壽命，傳統GCr15軸承通常在0.35應力比臺架下測試3倍壽命。目前已完成了工業化規模(60噸)的材料熔煉、軋制，進入到機械加工階段，待路試合格後將成為新一代軸承鋼材料。該材料的成本與GCr15相當，熱處理工藝也相同，所以不增加額外成本。

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