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    微量鎂對軸承鋼質量的影響

    2016-8-3    來源:    作者:佚名  閱讀:次  【打印此頁】

    從冶煉角度看,評價軸承鋼質量好壞的指標有兩個,一是夾雜物,二是碳化物。鋼中的夾雜物破壞基體的連續性,惡化軸承的運用能力,應愈低更好。碳化物是保障軸承基本能力,比如硬度、強度、耐磨性和疲憊壽命相當必要的前提。少量的鎂能改進鎳基和鐵基高溫合金中碳化物的形態、尺寸及排布,能明顯改進其能力。含1.0%C、1.5%Cr的軸承鋼中,碳化物很多,但它很容易產生偏析,致使鋼材內部組織的不平均性,對能力有不利影響。對于鎂對軸承鋼碳化物的影響還沒有人進行研究。本文意在探究少量鎂對軸承鋼質量的影響,為進一步增強其疲憊壽命供應根據。 

        1  研究套餐及實踐檢驗方法 
        實踐檢驗在50 千克真空感應爐上進行,運作電壓250-300V,頻率2500 Hz,坩堝運用電熔鎂砂打結,為了防止其他元素波動的影響,實踐檢驗原材料為化學成分一模一樣的GCrl5真空脫氣鋼返回料。每爐鋼總裝入量為27千克,裝完料關爐蓋,下一步迅速開泵抽真空至2.7 Pa;因為在高真空下冶煉高碳鋼碳氧反應非常猛烈,因此為了防止鋼水噴濺,送電30 分鐘后開啟向真空室充氬,爐內壓力經過壓力表和真空計顯現,爐料完全熔清后精煉時間大于20 分鐘,鋼水溫度、成分滿足需求斷電,待鋼液面結膜,向爐中插金屬鎂,金屬鎂的成分Mg>99%,鎳鎂合金含 19.3%Mg。高功率送電攪拌平均,將鋼液保持所需溫度,一按時間(3-4 分鐘)后出鋼,直接澆注成 25千克圓錠,澆鋼后鋼錠在氬氣氣氛下保持5分鐘出爐。鋼錠退火剝皮切帽口后,經0.5t鍛錘鍛做成35 mm*35mm方材,切頭切尾后取1.0m長試樣。在完全一模一樣的前提下進行球化退火,下一步在頭、中、尾各自切取微觀和宏觀解析試樣。 
        (1)化學成分
        用E983型光電直讀光譜儀和CS344型碳硫聯 合測定儀還有化學解析方法測定鋼的化學成分,鎂蘊含量用原子接收光譜法測定。 
        (2)氣體蘊含量 
        LECORO—316型氣體解析儀測定氧蘊含量和氮 蘊含量。 
        (3)碳化物和夾雜物的測定 
        用金相、電子探針還有電子顯微鏡等方法對夾 雜物和碳化物進行判定。 
        (4)相解析實踐檢驗 
        試樣取自35mm*35mm方材,加工成尺寸為 Φ10mm*l20mm相解析試樣,用電解方法萃取鋼中的碳化物相,并對所萃取的相進行X射線衍射判定解析。 
        (5)沖撞實踐檢驗 
        將退火形態試樣加工成U型沖撞試樣毛坯,經 840±5℃,20分鐘油淬,150~160℃回火3 h,淬回火處置后,試樣經磨床加工至標準需求,在沖撞實踐檢驗機上進行沖撞實踐檢驗。用SEM查看沖撞試樣的斷裂,特征。 
        (6)拉伸實踐檢驗 
        因軸承鋼淬回火形態試樣存在嚴重的缺口敏感性,沒有辦法進行淬回火形態試樣拉伸實踐檢驗。只進行了退火形態試樣的拉伸實踐檢驗。 
        2  實踐檢驗結果 
        2.1  化學成分與鎂收得率 
        化學成分解析結果列于表1。從表1可以看出,Mg的蒸發很嚴重,收得率很低,加金屬鎂時鎂的收得率唯有0.76%~1.50%,加鎳鎂時鎂的收得率為5.8%。因為加鎂時鋼液存在著各個程度的噴濺,伴隨著氣相壓力的降低,噴濺嚴重,Mg的蒸發加劇,因此為了防止噴濺,在加鎂早先必須向真空室中充氬。
        表1  化學成分         %
        Mg   C Mn Si P S Cr Ti Al
        0.0003 0.99 0.35 0.30 0.016 0.006 1.47 0.003 0.038
        0.0008 0.96 0.30 0.29 0.016 0.007 1.51 0.003 0.069
        0.0009 0.96 0.34 0.25 0.013 0.010 1.48 0.003 0.077
        0.0011 1.00 0.36 0.28 0.016 0.008 1.52 0.005 0.080
        0.0015 1.00 0.39 0.30 0.013 0.010 1.51 0.004 0.082
        0.0025 1.00 0.38 0.30 0.016 0.010 1.48 0.004 0.044
        0.0031 0.99 0.36 0.28 0.013 0.008 1.48 0.005 0.077
        2.2  鎂蘊含量對軸承鋼力學能力的影響 
        少量鎂能改進軸承鋼的能力,伴隨著鎂蘊含量的增強,其抗拉強度和屈服強度有所增強,塑性基本保持不改變,當鎂蘊含量增強到0.0025%,其屈服強度有一比較高值,今后伴隨著鎂蘊含量的增強,屈服強度微有降低 
        2.3  鎂對軸承鋼球化退火組織和碳化物的影響 
        含鎂軸承鋼的球化退火組織均勻,碳化物顆粒微小,當鎂蘊含量增強到0.0015%如上,其碳化物偏析明顯改進,近乎不產生碳化物液析。 
        3  解析討論 
        3.1  軸承鋼中鎂的掌控 
       因為鎂的密度小,特別是在煉鋼溫度下的高蒸氣壓等要素給其加入還有加入后在鋼中蘊含量的掌控方面引來了非常大的困難。真空感應過程當中鎂的掌控緊要決定于氣相的壓力、鋼液的溫度、加鎂方法等。實踐檢驗結果表示,真空感應過程加金屬鎂時鎂的收得率很低,唯有0.76%~1.50%,加鎳鎂合金鎂的收得率比較高為5.8%,可是對軸承鋼來講,成分不包含鎳,所以守則上不可以用NiMg合金加鎂,此次僅僅僅僅僅僅為了做實踐檢驗,研究鎂的收得率。根據幾爐鋼的冶煉結果,在氣相壓力為59995Pa,鋼液溫度1550~1560℃,加鎂后3分鐘出鋼,該直線的回歸方程式為: 
        加金屬鎂  [Mg]=0.00786Mg+0.0003    (1) 
        加鎳鎂  [Mg]=0.058Mg+0.0003     (2) 
        真空前提下鋼液中鎂蘊含量的掌控由鎂的蒸發速 度所決定,根據”雙膜傳質“理論,鋼液中鎂的蒸發動力學過程由以下次序構成: 
        (1)鎂由鋼液內部向液相邊界層遷徙; 
        (2)鎂在液相邊界層中的擴散; 
        (3)在液氣相界面發生蒸發反應; 
        (4)鎂在氣相邊界層擴散; 
        (5)鎂在氣相中向冷凝壁遷徙; 
        (6)鎂的冷凝。 
        在熔池內部存在著電磁攪拌等引起猛烈對流, 促使次序(1)不會成為限制環節,氣相空間大,之中鎂元素的分壓相近于零,加之爐壁有水冷,故次序 (5)和(6)亦不會成為限制環節。可以以為,在向爐內充氬情況下,鎂的蒸發不是受氣相邊界層傳質掌控,而是受液相邊界層擴散及界面蒸發反應融合掌控。 
        3.2  少量鎂在軸承鋼中的作用機理 
        眾所周知,鎂能使鋼中夾雜物數量減少、尺寸減少、排布均勻、形態改進等。中國國外學者已經是對其進行過深切研究,概括起來獲得以下很多結果。一是鎂的脫氧、脫硫作用降低了鋼中氧、硫蘊含量,自然也就減少了氧化物、硫化物的數量;二是鎂加入鋼水后有蒸發氣攪拌作用,改進了動力學前提,有助于夾雜物的上浮和排除;三是因為鎂與氧硫的親和力強,易轉化為含鎂的夾雜物,夾雜物成分的變換改變了夾雜物與鋼液間的界面張力,有助于加快夾雜物的上浮,除此之外夾雜物成分的改變動易于使其堆積而上浮;四是鋼液中的鎂供應了更為均勻的形核位置而生成尺寸較小且均勻排布的夾雜物。可是對軸承鋼而言,因為鋼中的夾雜物非常少,氧蘊含量和硫蘊含量都較低,此次實踐檢驗結果表示,鎂對軸承鋼中夾雜物的影響不明顯。 
        含1.0%C、1. 5%Cr軸承鋼中,碳化物很多,但它很容易產生偏析,致使鋼材內部組織不平均性,對能力有不利影響。改進軸承鋼碳化物的傳統方法一般是采用工藝方面的方法,如為了驅除碳化物液析和帶狀碳化物運用均熱爐長時間高溫擴散,一般須要擴散10h如上,為了改進網狀碳化物運用終軋后穿水迅速冷卻技藝等。那些方法雖然非常有效,但所須要的設備繁雜,生產效率低,生產與制造的成本高。此次實踐檢驗的出發點是經過向鋼中增添少量元素鎂,到達改進碳化物的目標。 
        實踐檢驗結果表示,未加鎂軸承鋼與加鎂鋼的碳化物液析有明顯區別。前者碳化物液析多、不均勻,而合適鎂蘊含量的軸承鋼碳化物液析近乎沒有,并且球化退火組織非常微小均勻。鋼液在凝固時鎂富集于枝晶間地段。枝晶間地段因為富鎂,使母相一碳化物的界面能與母相一母相界面能比值升高,這使析出碳化物與基體間的潤濕角變大因此枝晶碳化物成大片析出的傾向減少,制止和減輕了液相碳化物的析出,與實踐檢驗結果完全吻合。鋼液凝固后,若在高溫下保持或冷鋼錠在加熱和加工過程當中,鎂原子亦可能由晶體中向晶界遷徙,從而碳化物熔解后從頭析出時起到有益的分割和細化作用。然而這種改進碳化物作用受鎂蘊含量的影響,當鎂蘊含量超出最佳值范圍時,作用變差,乃至引起低熱點共晶鎂相的析出而使能力明顯惡化。此次實踐檢驗因為鎂蘊含量較低,比較高為 0.003l%,相解析結果表示,含鎂軸承鋼中的碳化物緊要是M3C,沒有發現富鎂相析出,但鎂蘊含量為 0.0025%上下時,其鋼的能力最好。 
        4  結論 
        (1)少量鎂能改進軸承鋼的碳化物,含鎂軸承鋼的碳化物顆粒微小均勻,近乎未發現碳化物液析。 
        (2)少量鎂能改進軸承鋼的能力,當鎂蘊含量增強到0.002%-0.003%,其抗拉強度和屈服強度增強5%,塑性基本保持不改變。 
        (3)軸承鋼中的最佳鎂蘊含量為0.002%-0.003%,鎂蘊含量太低,起不了作用,鎂蘊含量太高,起負作用。
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