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轴承钢轧后超快速冷却如何大幅提高轴承的质量

来源:未知 佚名 2018-10-23 浏览
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  轴承是机械设备中一种重要零部件,从某种程度上说,轴承的质量制约着国民经济、国防建设及科学技术现代化的速度和进程,而轴承钢的生产技术进步直接影响到轴承工业的发展,工业发达国家都十分重视轴承钢产品质量的研究工作。

  提高轴承钢的质量,保证其具有较高的疲劳强度、抗压强度、表面硬度和良好的使用寿命,就需要提高钢材的纯净度和钢中碳化物的均匀化程度,主要是材料中夹杂物的含量、夹杂物类型及气体含量;而碳化物的形状、大小和分布的均匀化程度,是衡量轴承钢产品质量的另一个重要指标。

  热轧后冷却过程中,形成的二次碳化物对轴承钢的性能有重要影响,因此要求轴承钢中的网状碳化物必须小于2.5级,网状碳化物过大会带来严重后果:

  ●在后续成品淬火中,不能完全消除。

  ●保留在轴承钢中的网状碳化物,明显增加零件的脆性,降低承受冲击载荷的能力。

  ●在动载荷的作用下,零件易沿晶界破坏。

  ●增加淬火开裂的倾向。

  目前我国主要采用低温轧制工艺对轴承钢网状碳化物进行析出控制,然后辅以一定速率的冷却,然而该工艺依赖于轧机能力,并要求精轧前有足够的控制冷却能力,且必须在水冷后至终轧前留有足够的等温空间。在连轧生产线上实现低温轧制,由于现有冷却设备冷却能力不足,温度很难精确控制,尤其是Ф30mm以上大规格棒材,产品质量不稳定,网状碳化物析出严重。

  为了提高各规格轴承钢的产品质量,降低轴承钢生产中对轧机和其它设备的严重依赖,东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室(RAL)围绕轴承钢棒材超快速冷却技术开展研究工作,对碳化物析出条件及连续冷却过程的相变进行了研究。

  轴承钢组织显微硬度以及珠光体片层间距受轧后冷却速度影响。随着热轧后冷却速度的增加,在珠光体片层间距减小的同时,其显微硬度值增大,而较小的片层间距对下一步的球化退火十分有利。

  其控制原理是在过冷奥氏体连续冷却过程中,奥氏体中必然出现贫碳区和富碳区的涨落。一旦满足形核条件,则在贫碳区建构铁素体的同时,在富碳区也建构渗碳体,二者是同时同步,共析共生,形成了一个珠光体晶核(铁素体+渗碳体),同时在其它部位又同时分别产生新的晶核并不断长大。珠光体形成时,纵向长大是渗碳体和铁素体片同时连续地向奥氏体中延伸,而横向长大是渗碳体与铁素体片交替堆叠增多。

  增大变形后的连续冷却速度会起到细化奥氏体晶粒的作用,奥氏体晶粒的大小对珠光体片层间距没有明显影响,但影响珠光体球团的大小。奥氏体晶粒细小,单位体积内的晶界面积增大,将促进珠光体的形核,珠光体的形核部位增多,则珠光体球团直径减小。

  将超快速冷却技术应用于轴承钢网状碳化物控制,使轴承钢轧后快速通过碳化物析出强烈的区域,可明显减少或避免二次碳化物沿晶界的析出。

  采用有限元方法对不同规格轴承钢的轧后超快速冷却过程进行了温度场模拟分析,确定了合理的冷却工艺路线,在此基础上,开发出了轴承钢棒材超快速冷却装置及相关的控制系统。

  根据超快速冷却工艺要求,结合生产实际情况,设计了满足轴承钢轧后超快速冷却工艺要求的冷却设备,并开发了自动化控制系统,建立了完善的数学模型,使得轴承钢的温度控制精度和冷却均匀性得到了大幅提高

  应用超快速冷却技术生产的轴承钢规格主要为Ф15.3mm~Ф60mm。Ф30mm以下规格,2.0级以下的轴承钢网状碳化物合格率由原来的10%左右提高到100%;对于Ф30mm~Ф60mm规格轴承钢网状碳化物由原来普遍为2.5~4级提高到2.0级以下合格率达到95%以上。对于Ф60mm~Ф120mm规格轴承钢在经过超快速冷却后表面的划伤现象得到明显改善。

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