固溶溫度對(duì)耐高溫軸承鋼組織與性能的影響

  目前,隨著航空、航天工業(yè)的飛速發(fā)展,軸承的工作溫度越來(lái)越高。耐高溫軸承的運(yùn)行溫度已由20世紀(jì)70年代的200℃升高到500℃以上。在高溫條件下使用的耐高溫軸承鋼,必須滿足使用溫度下的性能要求,如高溫硬度、組織變化、疲勞強(qiáng)度及尺寸穩(wěn)定性等。本項(xiàng)目所使用的耐高溫軸承鋼,通過(guò)向試驗(yàn)鋼中添加Cr、Mo、Ni等碳化物形成元素,經(jīng)過(guò)高溫回火后會(huì)產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象,可以使鋼能得到較高的硬度。此外,該試驗(yàn)鋼得益于合金元素引起的固溶強(qiáng)化和第二相的析出強(qiáng)化,可以得到良好的強(qiáng)度和韌性匹配,是一種綜合性能良好的軸承用鋼,可以廣泛用于航空、航天及海洋等領(lǐng)域。

  本試驗(yàn)所用耐高溫軸承鋼的主要化學(xué)成分見表1。鋼錠經(jīng)過(guò)真空感應(yīng)熔煉(VIM)和真空自耗重熔(VAR)熔煉后進(jìn)行鍛造,在1100℃鍛造成Φ40mm的棒料,保證終鍛溫度在900℃以上。沿棒料縱向切取試樣。根據(jù)耐高溫軸承的使用溫度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)軸承鋼的固溶處理溫度分別為1050、1060、1070、1080℃,回火溫度為500℃。首先將試樣在設(shè)定固溶溫度下保溫60min,保證試樣完全奧氏體化,隨后將試樣取出并油淬至室溫,然后將油淬后試樣放置于-70℃液氮中冷卻120min,待試樣溫度回到室溫后,置于回火爐中進(jìn)行500℃×120min回火處理,再重復(fù)進(jìn)行一次冷處理和回火處理后,得到最終測(cè)試試樣。

  室溫力學(xué)拉伸試驗(yàn)采用Φ5mm圓棒標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣,在WDT-10電子拉伸試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,應(yīng)變速率為2.5×10-4s-1,所有拉伸試樣的取樣方向沿棒料縱向。室溫沖擊試驗(yàn)在JBN-300B型沖擊試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行,試樣類型為Charpy U型缺口標(biāo)準(zhǔn)沖擊試樣,試樣尺寸為10mm×10mm×55mm,取樣方向沿棒料縱向。用TH300型洛氏硬度計(jì)在載荷砝碼質(zhì)量為150kg時(shí)進(jìn)行硬度測(cè)試。采用Olympus GX51圖像分析儀進(jìn)行微觀組織觀察。結(jié)果表明:

 ?。?)升高固溶溫度會(huì)降低耐高溫軸承鋼的強(qiáng)度,同時(shí)提高了塑性和沖擊性能,但對(duì)硬度的改變不顯著。
 ?。?)耐高溫軸承鋼經(jīng)過(guò)高溫固溶和回火處理后的微觀組織以板條馬氏體為主,同時(shí)包括少量的殘留奧氏體和一定量的碳化物。
 ?。?)由于固溶溫度的升高,馬氏體板條逐漸由短粗變長(zhǎng)、變細(xì),這有利于提高高溫軸承鋼的塑性和沖擊性能。較高的固溶溫度還會(huì)引起耐高溫軸承鋼的奧氏體晶粒逐漸長(zhǎng)大和粗化,導(dǎo)致耐高溫軸承鋼的強(qiáng)度降低。