轧机轴承滚子的早期疲劳失效模式是在表面层下一定深度的最大交变切应力处产生细小裂纹，随着持续的负载运转，裂纹逐步扩展散到表面，使材料剥落产生麻点和凹坑，随着表面接触状况的恶化，最后导致轴承早期失效，非金属夹杂物以及碳化物液析，也是降低滚子的接触疲劳强度和耐冲击性能的原因之一［1］。国内某轧钢厂冷轧薄板轧机上使用过国内外两家的圆柱轴承，其中国外轴承寿命能达到两个多月而失效，而国内［2］轴承套圈虽然采用渗碳钢制造，滚动体采用高碳铬轴承钢，但使用寿命只能达到20天。为了提高国内轧机轴承的使用寿命，针对国外轧机轴承滚子的原材料及热处理质量进行了分析，为提高国内轧机轴承寿命提供了一种方案。
1滚子原材料质量1.1滚子结构国外轧机轴承滚子为圆柱形结构，滚子大小为φ29.5mm，长度为50mm;LYC滚子大小φ30mm，长度为50mm。
1.2化学成分对比采用瑞士AＲL直读光谱仪，参照标准TB/T—《铁道车辆滚动轴承技术条件》，对国外轴承滚子及近似规格的LYC轴承滚子用材进行成分分析，结果见表1。从其结果来看，国外轴承滚子与LYC用的滚子用材料相当于国内GCr15钢，成分相近。
1.3非金属夹杂及碳化物分布轴承钢性能的好坏直接影响到轴承的性能。影响轴承钢质量的因素主要有四个，一是钢中的夹杂物含量、形态、分布和大小;二是钢中的碳化物含量、形态、分布和大小;三是钢中的中心疏松缩孔和中心偏析;四是轴承钢产品性能的一致性［3］。按照JB/T—《高碳铬轴承钢》相应的级别图，对国外轧机轴承滚子及LYC滚子用原材料，在非金属夹杂及碳化物的不均匀性方面进行了评级，检验结果见表2。从检测结果来看，各类夹杂缺陷、带状碳化物和碳化物液析均符合TB/T—标准。对比检验结果可知，LYC滚子用GCr15电渣钢材料质量达到国外轧机轴承滚子用材的质量，在带状组织控制方面稍占优。
2热处理质量检验2.1组织及硬度检查采用OLYMPUSGX51型光学显微镜对国内外轧机轴承滚子进行了显微组织检测，腐蚀剂为4%硝酸酒精溶液。为了掌握国外轧机轴承滚子的硬度及其分布情况，将滚子沿长度的1/2处切开，磨削横截面，由表及里进行了硬度检测。对滚子的表面组织、心部组织、碳化物网状、滚动面硬度及心部硬度进行了检测，其结果见表3。
表3反映了国内外滚子热处理质量的各项技术指标，图1和图2分布代表了国外、国内轴承滚子的显微组织形貌。
按照JB/T—《滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件》评定其显微组织及硬度，国内外滚子的热处理质量均达到标准要求，T代表屈氏体组织。从表3可以看到，LYC滚子热处理质量与国外轴承滚子相当，由于国内滚子是在带保护气氛辊底炉生产线进行盐浴淬火回火，无论是马氏体组织的控制级别及马氏体组织的均匀性(见图2(a))，还是屈氏体组织(见图2(b))的控制方面，均不低于国外轴承滚子的显微组织水平((见图1(a)和(b))。国外轴承滚子表面马氏体组织为3级，而LYC滚子表面马氏体组织相比实际控制可以达到2～3级;LYC滚子心部浅腐蚀组织仅有少量屈氏体，但国外滚子心部组织浅腐蚀有屈氏体2级。对比带状组织，国外原材料存在，但在带上碳化物分布均匀细小((见图1(c));而LYC滚子无带状分布((见图2(c));对比网状碳化物，国外滚子存在，且单个颗粒碳化物尺寸较大((见图1(d))，而LYC组织网状碳化物无，且碳化物颗粒分布细小均匀((见图2(d))。对比滚子心部硬度，LYC滚子的硬度梯度变化不大，稍高于国外滚子心部硬度。从网状碳化物和带状碳化物来看，国内的轴承滚子原材料质量与国外原材料相当。
2.2表面残留奥氏体利用便携式XstreesX射线应力仪，对两种滚子的纵截面试样，进行了残留奥氏体含量的测试，国内外轧机轴承滚子残奥检测结果见表4。
从表面残留奥氏体的测试数值来看，国内残留奥氏体含量大于国外滚子的残留奥氏体含量。由此可见:该类轧机轴承滚子属于马氏体类淬火工艺，且采用盐浴淬回火热处理方式，而我国轴承行业JB/T—对残留奥氏体进行了规定。对于盐淬方式的残留奥氏体而言，重新回火后残留奥氏体变化甚小。虽然残留奥氏体含量偏高，但℃回火对其影响不大。在残留奥氏体方面，LYC滚子若用于轧机方面，可采用马贝复合淬火［4］的热处理方式代替滚子原有的马氏体淬火，淬火后得到的组织不是单一的贝氏体组织，而是以贝氏体为主，含有少量马氏体的复合组织，这种“马-贝复合组织”不仅具有高的强度和硬度，而且具有良好的冲击性能，可以满足轧机轴承的服役条件。为了获得此类复合组织，工艺方案采用先马后贝［5］，淬火先发生马氏体转变，奥氏体内含碳量低的部分转变为马氏体，奥氏体内含碳量高的部分在随后的Ms点以上的下贝氏体转变温度等温过程中转变为下贝氏体，最终淬火后残留奥氏体量少，尺寸稳定性高。第一次淬火过程转变的马氏体组织在随后下贝氏体转变温度等温时进行了及时回火，因而淬火过程不易产生裂纹。工艺采用:淬火加热温度℃，加热时间84min，第一次冷却温度为℃，等温温度为℃，等温时间5h。
2.3晶粒度对比根据GB/T—《金属平均晶粒度测定方法》中晶粒度的显示，侵蚀剂采用2g苦味酸+1g十三苯亚磺酸钠+mLH2O，常温下腐蚀;可以显示高碳铬轴承钢的淬火回火后的奥氏体晶粒度大小。利用金相显微镜按GB/T—标准，采用人工截点法进行评级。两种滚子的晶粒度对比见图3，国外滚子为10.2级，LYC滚子为10.4级。影响晶粒度的因素有很多，最主要的是材料的化学成分及热处理时的加热温度和保温时间;热处理时的加热温度越高，保温时间越长，晶粒越粗大，反之亦然。这进一步说明了两者热处理淬火加热温度相当，属于合理的温度分布。
3结论1)国内相近规格的电渣轴承钢滚子用材料与国外轧机轴承滚子用材化学成分接近，原材料质量完好，所以可以用GCr15电渣轴承钢的替代国外轧机轴承滚子用材。
2)国内轴承滚子的热处理质量如显微组织、晶粒度、硬度与国外的相当，但在残留奥氏体的控制方面稍高于国外，可以通过开展先马后贝的热处理工艺，获得良好的力学性能。
3)随着马贝生产线的推广应用，可以实现“马-贝复合组织”的热处理工艺:建议采用淬火加热温度℃，加热时间84min，第一次冷却温度为℃，等温温度为℃，等温时间5h进行小批量试制。
［1］赵旭平，寇红涛，崔建春，等．GCr15钢轴承滚子的早期磨损失效分析［J］．金属热处理，9，34(10):-．
［2］邹龙江，周全，高路斯．G20Cr2Ni4A钢渗碳轴承滚子断裂失效分析［J］．金属热处理，，38(10):-．
［3］曹文全，李绍昆，雷建中，等．国内外轴承钢现状与发展趋势［N］．世界金属导报，年/8月/11日/第B12版．
［4］董汉杰，沈伟毅，王明礼，等．盾构机主轴承滚子的热处理工艺试验［J］．金属热处理，，40(4):-．
［5］尤绍军，毛玉红，姜长英．高碳铬轴承钢马贝复合组织淬火新技术［J］．轴承，(4):14-15
[声明]本文来源网络，由轧机轴承整理发布，版权归原作者所有。转载请注明来源，如有侵权，请联系我们删除。
更多精彩内容，尽在