非专利技术

新材料

新型超高碳钢轴承
发布时间 : 2019-03-14 来源:  点击量:

负责人:柳永宁

所在学院:材料学院

一、项目简介

经过几十年的发展,中国已经发展成为轴承钢的生产大国,产量已基本能满足国内市场的需求。但是国产轴承钢的质量与瑞典SKF、日本山阳等先进厂家相比还存在一定差距,主要是疲劳寿命的延长。延长轴承钢寿命的尝试主要包括降低氧含量与提高钢的洁净度;表面改性处理;以及通过探索新的热处理工艺来提高轴承钢的疲劳寿命。然而通过以上方法获得的较长寿命并不总是能够满足要求的,特别是在高负载荷等严酷条件下使用时,更是如此,所以一直有需求开发一种具有更长使用寿命的钢材。

当钢的含碳量大于0.77%以后成为过共析钢,过共析钢在铸造态、退火态与正火态的正常组织为网状二次渗碳体与珠光体。渗碳体的硬度高,耐磨性好,增加渗碳体明显可以提高材料的硬度与耐磨性。但以网状形态存在是导致钢变脆的主要原因,为了减少脆性,避免较多的网状渗碳体,轴承钢的含碳量一般都小于1.0左右,高于此含碳量将导致后续锻造、轧制难以将大的网状渗碳体破碎,将使钢的性能变脆。为了破碎网状渗碳体,在轧制与锻造工艺中都增加了变形量同时降低变形温度,这样都增加了工艺成本,浪费了能源。本项目提出了超高碳轴承钢的概念,设计并制备了含碳量在1.20-1.31%超高碳轴承钢。

二、产品性能优势

在最佳热处理工艺条件下,超高碳钢的接触疲劳寿命是传统GCr15钢和瑞典SKF-3轴承钢的3-5倍。

                    图1轴承材料接触疲劳寿命


三、 提高性能的原因在于:

在相同的热处理条件下硬度提高2-3HRc度。

晶粒显著细化。在相同热处理条件下,超高碳钢的平均晶粒尺寸为6.9μm,而传统GCr15SFK-3材料的晶粒为13.5μm,细化晶粒可以提高强度与韧性。

耐回火温度提高。在相同的回火温度下,超高碳钢的硬度高2-3HRc,因此在相同的硬度条件下,回火温度可以提高50-100℃,这样可以充分释放淬火应力。这些因素都是提高寿命的原因。

在实验室工作的基础上,本项目已开展了工业化的实验,完成了小批量超高碳轴承钢的制备、重卡汽车轴承样件加工以及轴承产品的台架疲劳实验。测试结果与实验室材料接触疲劳寿命实验结果吻合,在0.45应力比条件下测试了8倍的额定寿命,传统GCr15轴承通常在0.35应力比台架下测试3倍寿命。目前已完成了工业化规模(60吨)的材料熔炼、轧制,进入到机械加工阶段,待路试合格后将成为新一代轴承钢材料。该材料的成本与GCr15相当,热处理工艺也相同,所以不增加额外成本。

 典型GCr15轴承钢轴承和新材料轴承台架试样后轴承表明质量,新材料表面质量完好,GCr15轴承钢轴承表面发黄,表明轴承运转时表面瞬时温度升高到200度以上。

四、技术成熟度

□概念验证   □原理样机  R工程样机  □中试    £产业化

五、合作方式

□联合研发  □技术入股  □转让   £授权(许可) R面议