2)通過合金設(shè)計(jì),開發(fā)抗晶界氧化的齒輪鋼。Ni、Mo具有很強(qiáng)的抗氧化能,Cr元素次之,Mn抗氧化能力弱,而Si的抗氧化能力弱(Si氧化傾向是Cr、Mn的10倍)。因此為減小晶界氧化并保證淬透性,在齒輪鋼成分設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)適當(dāng)降低易氧化元素的含量,特別是Si的含量,相應(yīng)地提高難氧化元素Ni、Mo的含量。據(jù)報(bào)道,將Si、Mn、Cr分別控制在0.05%、0.35%、0.01%可以完全抑制表面組織異常,而且即使在1000℃也很少有晶界氧化的發(fā)生。
為滿足汽車行業(yè)高性能以及輕量化的發(fā)展要求,未來應(yīng)重點(diǎn)開發(fā):淬透性帶窄的齒輪鋼、超低氧滲碳鋼、低晶界氧化層滲碳鋼、超細(xì)晶粒滲碳鋼、提高高溫硬度和高溫抗軟化滲碳鋼、易切削齒輪鋼、冷鍛齒輪用鋼等。
風(fēng)電能源方面
對于風(fēng)電軸承,目前中國還無法生產(chǎn)技術(shù)含量較高的主軸軸承和增速器軸承,基本依靠進(jìn)口,3MW以上風(fēng)電機(jī)組配套軸承的國產(chǎn)化問題還沒有解決。國外為了提高風(fēng)電軸承的強(qiáng)度、韌性和使用壽命,采用了新型特殊熱處理鋼SHX(40CrSiMo),對于偏航和變漿軸承,通過表面感應(yīng)淬火熱處理控制淬硬層深度、表面硬度、軟帶寬度和表面裂紋;對于增速器軸承和主軸軸承采用碳氮共滲,使零件表面得到較多穩(wěn)定殘余奧氏體體積分?jǐn)?shù)(30%-35%)和大量細(xì)小碳化物、碳氮化物,提高了軸承在污染潤滑工況下的使用壽命。為提高軋機(jī)軸承的使用壽命以及運(yùn)轉(zhuǎn)精度,未來需要進(jìn)行軋機(jī)用GCr15SiMn和G20Cr2Ni4等軸承鋼的超高純真空脫氣冶煉和軸承表層大奧氏體量控制熱處理等技術(shù)的研發(fā)。
日本NSK與NTN軸承公司分別開發(fā)了表面奧氏體強(qiáng)化技術(shù),即通過增加表層奧氏體含量,開發(fā)出了TF軸承和WTF軸承,從而將軸承的壽命提高了6-10倍。
未來中國軸承鋼的研發(fā)方向主要體現(xiàn)在四個(gè)方面:
一是經(jīng)濟(jì)潔凈度:在考慮經(jīng)濟(jì)性的前提下,進(jìn)一步提高鋼的潔凈度,降低鋼中的氧和鈦含量,達(dá)到軸承鋼中的氧與鈦的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別小于6×10-6和15×10-6的水平,減小鋼中夾雜物的含量與尺寸,提高分布均勻性。
二是組織細(xì)化與均勻化:通過合金化設(shè)計(jì)與控軋控冷工藝的應(yīng)用,進(jìn)一步提高夾雜物與碳化物的均勻性,降低和網(wǎng)狀和帶狀碳化物,降低平均尺寸與 顆粒尺寸,達(dá)到碳化物的平均尺寸小于1μ m的目標(biāo);進(jìn)一步提高基體組織的晶粒度,使軸承鋼的晶粒尺寸進(jìn)一步細(xì)化。
(3)超細(xì)組織。超細(xì)組織強(qiáng)化是惟一增加鋼強(qiáng)度而不降低韌性或使韌性略有增加的強(qiáng)化機(jī)制。例如高強(qiáng)度不銹鋼AFC77的晶粒從60μm細(xì)化到2. 3μm,則斷裂韌性KIC從100增加到220MPa·m。核反應(yīng)堆壓力容器鋼板為粗晶時(shí),其輻照脆化溫度范圍為150~250℃而細(xì)晶鋼降到50~70℃。軸承鋼中的碳化物尺寸細(xì)到≤0.5μm,則軸承壽命大幅度提高。
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