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軸承鋼的質量要求及其缺陷

添加時間:2012-11-05 09:06:42      瀏覽次數:5045

  1、對軸承鋼的質量要求。滾動軸承要在拉伸、壓縮、彎形、剪切、交變等復雜應力狀態和高應力值之下,高速、長時間地工作。因此在生產過程中,軸承鋼質量控制檢驗項目多,控制范圍又窄,生產工藝嚴格、復雜,要求有一定的工裝設備、檢驗手段和一定水平的反派人物技術。為了保證軸承具有良好的性能和高的壽命,對軸承鋼的質量要求如下:
 
 ?。?)化學成分:化學成分是軸承鋼的最本質的因素。鋼的物理、化學、機械性能和金相組織都是由化學成分決定的,改變了化學成分,就改變了鋼的基本性質。因此,軸承鋼的化學成分必須符合標準規定的允許范圍。

 ?。?)內部質量:可分為宏觀質量和微觀質量。

  宏觀質量:要求軸承鋼材內部不允許有白點、縮孔、夾渣、民種金屬、裂紋、過燒、皮下氣泡等缺陷。要求軸承鋼材的內部偏析、疏松控制在一定范圍內??傊?,軸承鋼材的內部要致密,不允許有肉眼可見的缺陷割裂鋼材的基體。

  微觀質量:要求軸承鋼材內部組織要均勻,純凈度要高。

  軸承鋼材的內部組織是指碳化物帶狀、碳化物網狀、碳化物液析及退火組織。碳化物是軸承鋼的主要成分之一,是客觀存在的,如何使碳化物分布的均勻、分散、細小,是提高軸承鋼質量的重要課題之一。近年來軸承鋼主要生產廠家采用了高溫擴散處理,控制軋制新工藝和連續退火爐設備等。即使這樣,碳化物的分布仍不能達到理想的程度。因此,在標準中,規定了它們的允許范圍和控制級別。

  軸承鋼材的純凈度是指非金屬夾雜物對鋼的沾污程度。非金屬夾雜物是軸承鋼基體的民種物質,破壞了基體的連續性,是造成軸承早期疲勞、剝落的主要原因之一。因此,要求軸承鋼中非金屬夾雜量越少越好。為了限制、控制非金屬夾雜物在鋼中的存在,在標準中,對它們進行了嚴格的級別控制。生產廠家除了采用電爐冶煉加電渣重熔外,還采用了電爐冶煉加爐外精煉、真空脫氧、吹氬處理、爐外噴粉處理等工藝,力圖使鋼中氧含量降低到20ppm以下。

 ?。?)表面質量:軸承零件的成型方法,目前有鍛造、車削和冷沖等。根據不同成型方法對鋼材表面質量有不同程度的要求??偟膩碚f,軸承鋼材表面不得有裂紋、折疊、拉裂、結疤和夾渣。對冷沖用的冷拉鋼材,除不允許上述缺陷外,表面要潔凈,不得有銹蝕、麻凹等缺陷。軸承鋼材表面不得有嚴重的脫碳現象,根據軸承零件成型工藝的不同要求,在標準中,對不同品種的鋼材表面脫碳層深度有不同的限制規定。

 ?。?)尺寸允許公差:根據軸承零件成型工藝及鋼的生產工藝,在標準中,對軸承鋼材各種品種、規格的尺寸公差都進行了規定。鍛造鋼材尺寸公差一般按GB908-72標準,熱軋鋼材尺寸公差按GB702-86,冷拉鋼材按GB905-82標準,冷拉鋼絲按YB245-64標準。

  2、軸承用鋼的冶金缺陷

 ?。?)、軸承用鋼的表面缺陷

 ?、?、裂紋:鋼錠的皮下氣泡,嚴重的非金屬夾雜物及鋼材在鍛、軋過程中,加熱溫度過高,鍛、軋后冷卻快;終軋、終鍛溫度過低等原因都有產生裂紋的可能性。

 ?、?、折疊:鋼材在鍛、軋過程中產生的飛邊、毛刺、皺折和尖銳棱角等,在繼續軋制時壓入金屬內部,則形成折疊。

 ?、?、結疤:由于鋼錠表面的夾渣、凹坑,在鍛、軋過程中形成較薄、扁平的分層,稱之為結疤。

 ?、?、刮傷:因軋機導板上沾有金屬顆粒,導板安裝不當等原因,使鋼材表面刻劃出溝槽,稱為刮傷或劃痕。

 ?、?、夾渣:爐渣和各種耐火材料,在鋼澆注過程中未浮在鋼錠頭部,而集聚在鋼錠表面,鋼錠修整時,又未清理掉,因此,在鋼材表面形成夾渣。

 ?、?、脫碳:鋼材在加熱過程中,表面要發生氧化作用,爐氣中的氧與鋼材表面的碳進行氧化,形成氣體,使鋼材表面的碳量低于規定數值稱脫碳。脫碳對高碳軸承鋼來說是一個嚴重的缺陷,往往造成軸承零件表面脫碳,淬火后的硬度達不到技術要求。

 ?。?)、軸承鋼材的低倍缺陷

 ?、?、縮孔:鋼液在澆注后的冷凝過程中,由于體積收縮而在鋼錠的中心部位形成孔洞,稱為縮孔。為了減少縮孔鋼材的危害,因此在鋼液澆注,結晶過程中要采用合理的工藝,使體積收縮而形成的孔洞移向鋼錠的頭部,在鋼錠開坯后,將縮孔部分切掉,但是,由于澆注、冷卻工藝不當,如定琪不合理,鋼錠頭部保溫不足,開坯后錠頭部位切除量少等,使縮孔殘留在鋼材內,低倍檢查時,就會顯示出來。

 ?、?、白點:經酸洗后的鋼樣橫向截面中心或其附近區域呈現短小、不連續,一般呈輻射狀態分布的發絲狀開明縫,或在鋼材的縱向斷口上出現表面光滑,形狀近似圓形或橢圓形的銀白色斑點,稱為白點。白點形成的原因,一是鋼中氫氣的存在,二是鋼材鍛造后在600~300℃沒有緩冷,氫氣未充分擴散,產生組織應力而開裂。有白點的鋼材或零件,其縱向、橫向機械性能都有顯著下降,故有白點的鋼材或零件沒有使用價值。

 ?、?、過燒:鋼錠或鋼坯在鍛造加熱時,溫度過高,表面層沿晶界處被氧氣侵入而產生氧化物。在晶界處和枝晶軸間的一些低熔點化合物發生熔化,以致在冷凝后形成裂紋或孔洞。這種現象稱為過燒。鋼材過燒后,再鍛時將引起開裂,即使不開裂,在補天浴日下的強度和沖擊韌性都大大降低,故不能使用。

 ?、?、氣泡:鋼在液體狀態溶解氣體的能力比固態時大,鋼液在冷凝過程中,氣體從鋼液中逸出,如來不及排出,則形成氣孔。此外,鋼錠模烘烤不良,會在鋼模表面存在水分或氣體,以及鋼錠模內表面涂料不良,形成大量氣體,這些水分或氣體來不及排出鋼液,則形成皮下氣泡。氣泡的存在大大地降低了鋼材的強度。

 ?、?、偏析:在鋼液冷凝過程中,由于鋼中各種化學成分碳、鉻、鎢、磷等元素結晶、擴散速度不同而形成的化學成分不均勻現象稱為偏析。偏析的存在會給以后的變形加工造成困難,硫的析易產生熱脆,磷的偏析易產生冷脆。偏析的存在易引起金屬疲勞斷裂。

 ?、?、疏松:鋼液在冷凝過程中,由于體積收縮而引起的細小孔隙稱為疏松。分散分布的細小孔隙稱為一般疏松。分布在鋼材中心部位的細小孔隙稱為中心疏松。疏松降低了鋼材的致密度,使機械性能顯著下降,降低軸承的使用壽命。

 ?。?)、非金屬夾雜物:鋼在冶煉、澆鑄過程中,由于鋼液內各成分之間、鋼液與爐襯之間接觸所引起的化學反應產物、脫氧產物,以及爐壁、出鋼槽、鋼水包,湯道等耐炎材料被蝕肅落而進入鋼液。這些進入鋼液而未排出的非鋼液物質稱為非金屬夾雜物。非金屬夾雜物在軸承鋼中的存在,是降低軸承使用壽命的主要原因之一。鋼中非金屬夾雜物按其特征、形狀和分布等分為以下幾種。

  氧化物:性質較脆,故也稱為脆性夾雜,在鋼材中一般沿軋制方向呈點鏈狀分布,如三氧化二鋁(Al2O3)和氧化鐵(FeO)就屬此類。

  硫化物:有較好的塑性,可以變形,故也稱塑性夾雜。在鋼材中沿軋制方向呈較連續條狀分布。如硫化鐵(FeS)和硫化錳(MnS)屬此類。除硫化物外,硅酸鹽也有一定塑性,也稱塑性夾雜物。

  點狀不變形夾雜物:性質脆而硬,在鋼材中呈點狀或球狀,加工時不變形,如石英(SiO2)、鋁硅酸鹽(3Al2O3,2SiO2)和鈣硅酸鹽等屬此類。

  (4)、碳化物不均勻性:高碳軸承鋼碳量較高,并含有一定數量的碳化物形成元素(如鉻)。在鋼液冷凝過程中,這些元素又易發生成分偏析,而引起鋼材中碳化物分布的不均勻性。

  碳化物液析:鋼液在結晶過程中,由于冷卻速度過慢,造成碳成分的嚴重偏析。在枝晶間形成粗大的一次碳化物,這種一次碳化物很難消除。在鋼材中沿軋制方向呈條狀或塊狀分布其危害性與非金屬夾雜物一樣,因此,在鋼材的技術標準中有嚴格的控制。

  碳化物帶狀:其形成原因與碳化物液析一樣。在鍛造、軋制過程中被破碎的粗大一次碳化物呈小塊而集聚,并沿軋制方向形成條帶狀分布。碳化物帶狀嚴重會影響零件的熱處理質量,使零件的組織局部欠熱或過熱,造成零件硬度不均勻,組織不均勻。以致造成零件熱處理質量不合格。碳化物帶狀和碳化物液析嚴重時,會使軸承零件早期疲勞損壞。

  碳化物網狀:鋼材在鍛造、軋制冷卻過程中,奧氏體對碳的溶解度隨溫度下降而下降。如在800~900℃之間冷卻速度過慢,則碳從奧氏體中析出并擴散晶界,在晶界間形成二次碳化物,呈網絡狀存在,故稱碳化物網狀。碳化物是硬而脆的相,使晶粒之間的連續性遭到破壞,嚴重地降低了鋼的沖擊韌性。因此,使軸承零件壽命降低。

  退火組織不均勻:軸承鋼的退火組織要求是分布均勻的或球狀的珠光體。由于鋼材帶狀嚴重,鍛造軋制后的冷卻不當,或退火工藝不正確都可能造成退火組織不均勻。帶狀嚴重時,兩帶之間的貧碳區在退火過程中產生過熱的粗片層狀珠光體。鍛造后冷卻過慢不僅產生網狀,而且命名片層狀珠光體特別粗大,造成退火時碳化物核心減少,從而導致退火組織中部分保留原來的片層和分布極不均勻的粗大顆粒碳化物。若鋼材原始組織正常,而退火溫度過高就會產生粗片層狀珠光體。退火溫度偏低就會出現細片狀或堆積的細點狀珠光體。退火組織不均勻,導致鋼材的切削性能變壞,淬火后的零件組織不均勻,從而造成軸承零件壽命降低。

  軸承鋼材的質量檢驗

  軸承鋼材的檢驗方法

  1、鋼材表面質量的外觀檢查:鋼材表面質量通常用肉眼檢查,退火及未退火的熱思鋼材,必要時可用風動或電動手提砂輪磨成螺旋頫進行檢查。冷拉退火條鋼和鋼管可用細的平銼刀在整根材料上銼成三到四處圓周光面,用肉眼檢查。鋼絲盤料通常也用肉眼檢查,此外,也可采用酸洗檢查,即在盤料的兩端各取250mm長,按低倍酸洗工藝酸洗后肉眼檢查其表面。

  2、鋼材尺寸檢查:退火和不退火的熱軋圓鋼,用讀數值為0.1mm的游標卡尺或卡規進行尺寸檢查。冷拉條鋼和鋼絲用分度值為0.01mm千分尺進行檢查。熱軋和冷拉鋼管的外徑尺寸和壁厚差分別用讀數值為0.1mm的游標卡尺和分度值為0.01mm千分尺檢查。冷軋鋼板和鋼帶的厚度用千分尺檢查。鋼材的長度、寬度用鋼直尺檢查。各種鋼材(除盤料外)的彎曲度可用雙直尺或塞尺檢查。

  3、鑒別鋼種檢查:鑒別鋼種一般用手提看譜鏡和火花鑒別法進行檢查。手提看譜鏡是一種半定量的光譜儀器,能夠半定量地檢查出鋼中的主要合金元素,如鉻、錳、鎳、鉬、鎢、釩等。光譜檢查可以查明被檢鋼材的鋼號及有無混鋼種情況?;鸹z查是根據火花特征判斷被檢鋼材的鋼號。

  4、硬度檢查:對于冷拉退火條鋼和熱軋退火鋼材要進行布氏硬度檢查。布氏硬度試驗方法按GB231-84標準規定進行。

  5、斷口檢查:直徑30mm以下的冷拉退火及熱軋退火鋼材應進行斷口檢查。在鋼材一端切一缺口用錘擊斷或用壓力機截取斷口試樣。用肉眼檢查斷面上是否有縮孔、白點、裂紋,過燒等缺陷。

  6、低倍組織檢查:直徑大于30mm的退火鋼材和不退火鋼材一般都檢查低倍組織。即在鋼材的一端用鋸床(退火材)和砂輪切割機(不退火材)切取厚度為12~15mm的圓片試樣,試樣被檢的一面用磨床磨平。經熱酸洗后用肉眼檢查偏析、疏松程度有無縮孔、白點裂紋、過燒等缺陷。熱酸洗用50%的工業鹽酸水溶液,加熱到70±5℃,酸洗時間為30~40min,試樣取出后用堿水沖洗,然后用80℃熱清水沖洗凈。

  7、化學成分分析:化學成分一般按爐號取樣分析。鋼號的各種元素成分分析方法按國家標準規定進行?;瘜W分析方法比較慢,不適用于生產現場,由于光譜科學的發展,目前,在生產廠一般采用光譜分析方法來分析檢驗鋼材的化學成分。

  8、高倍組織檢查:高倍組織用金相顯微鏡進行檢查,檢驗的項目有:退火組織(放大500倍)脫碳層深度(放大100倍),在鋼材的橫肉截面上檢查。碳化物液析、碳化物帶狀、非金屬夾雜物(放大100倍)在鋼材的縱向截面上檢查,但為了減少試樣數量,網狀可與帶狀、液析用同一試樣在縱向截面上檢查,有疑問時,以橫向截面檢驗結果為準。

  各個項目檢查數量以標準規定為準,檢查員取樣后,首先要進行按規定進行機械加工。非金屬夾雜物,帶狀、液析、網狀試樣要進行淬、回火處理,高硯鉻軸承鋼回火工藝如下:

  淬火溫度820~840℃;

  回火溫度:150℃,回火時間1~2h;

  試樣的被檢面要磨制、拋光;

  檢查退火組織和脫碳層溫度的被檢面,要用2%硝酸
酒精液浸蝕后檢查;

  非金屬夾雜物被檢面拋光,不浸蝕檢查;

  碳化物帶狀、碳化物液析、碳化物網狀被檢面要用4%硝酸酒精溶液浸蝕后檢查。

  9、拉力檢驗:鋼絲和鋼板要進行拉力檢驗,鋼絲拉力檢驗,在鋼絲的一端截取長250mm的試樣,在拉力試驗機上進行拉力試驗。鋼板根據標準規定截取和制備試樣,在拉力機上進行拉力

  試驗。拉力試驗方法按GB228-76標準規定進行。

  軸承鋼材的檢驗數量:軸承鋼鋼材的檢查以批或爐次作為檢驗單位。每批鋼材必須由同一鋼種,同一冶煉爐號,同一熱處理爐次,同一尺寸的鋼材組成。軸承鋼材的檢查數量根據鋼材的訂貨技術標準,供貨狀態而定。

  目前,我國高碳鉻軸承鋼棒、條、絲有三個標準。棒、條鋼材用YJ284和YB9-68,鋼絲標準為YB245-64。

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