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熱處理工藝對20Cr14Co12Mo5軸承鋼力學(xué)性能的影響

2015年12月17日08:53 青島豐東熱處理

隨著國內(nèi)外航空航天技術(shù)的發(fā)展,軸承材料面臨著高轉(zhuǎn)速、高赫茲應(yīng)力、耐溫、耐蝕及減重等需求,對軸承材料各方面性能的要求越來越高,特別是強(qiáng)韌性能直接導(dǎo)致超高強(qiáng)度軸承、齒輪鋼的迅速發(fā)展,新一代高強(qiáng)度、超高強(qiáng)度軸承、齒輪鋼都采用二次硬化原理設(shè)計(jì)。20Cr14Co12Mo5軸承鋼采用低碳馬氏體和二次硬化機(jī)理設(shè)計(jì),具有較高的抗拉強(qiáng)度、斷裂韌性和耐腐蝕性能以及一定的耐熱性能。如何熱處理,對試驗(yàn)鋼的力學(xué)性能具有十分重要的作用,斯洛文尼亞的V.LESKOVSEK提出的回火后進(jìn)行深冷處理硬度略有提高,再進(jìn)行一次回火硬度基本不變,使得試驗(yàn)鋼在二次回火后韌性增加的同時(shí),表面硬度也能夠達(dá)到要求。鋼鐵研究總院結(jié)構(gòu)材料研究所的科研人員研究了20Cr14Co12Mo5高性能軸承鋼的熱處理工藝對組織和強(qiáng)韌性能的影響規(guī)律。

試驗(yàn)用20Cr14Co12Mo5鋼主要成分見表1,經(jīng)過VIM+VAR處理后,鑄成100kg鋼錠,高溫鍛壓成φ20mm的棒料。用HR150A型洛氏硬度計(jì)測試硬度,每個(gè)試樣為5個(gè)點(diǎn)硬度值的平均值;拉伸試樣尺寸(mm)為φ5×65的標(biāo)準(zhǔn)樣,每個(gè)數(shù)據(jù)為3個(gè)試樣的平均值;沖擊試樣的尺寸(mm)為10×10×55,U型缺口;斷裂韌性試樣尺寸(mm)為20×40×180,斷裂韌性試驗(yàn)在MTS880萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。20Cr14Co12Mo5軸承鋼分別以1050℃、1080℃、1100℃溫度淬火,在冷處理后采用回火的溫度為500℃,回火時(shí)間為3h;在1100℃淬火處理和冷處理后,分別采用490℃×2h,490℃×3h,500℃×3h的回火制度。

試驗(yàn)鋼化學(xué)成分表

試驗(yàn)結(jié)果如下:

1)雙真空超潔凈熔煉初步研制出一種20Cr14Co12Mo5超高強(qiáng)韌性、耐熱耐蝕軸承鋼,通過控制相轉(zhuǎn)變,達(dá)到Rm為1840MPa,Rp0.2為1410MPa,A為17%,Z為62.5%,Aku為75J•cm-2,KIc為108MPa•m1/2等。

2)通過分析軸承鋼強(qiáng)度與韌性變化特征,發(fā)現(xiàn)固溶強(qiáng)化、超細(xì)化馬氏體板條、細(xì)小而彌散分布的強(qiáng)化相Laves相和M2C、M23C6等碳化物與少量殘余奧氏體是軸承鋼強(qiáng)韌化的重要因素。

3)通過分析熱處理不同工序?qū)τ捕扰c沖擊韌性的影響,發(fā)現(xiàn)冷處理對鋼的硬度和沖擊韌性影響顯著;第一次回火顯著增加材料硬度,而對沖擊韌性影響較小。

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