軸承鋼的質(zhì)量要求及其缺陷

1、軸承鋼的質(zhì)量要求及其缺陷中國冶金報(bào)1、對(duì)軸承鋼的質(zhì)量要求。滾動(dòng)軸承要在拉伸、壓縮、彎形、剪切、交變等復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)和高應(yīng)力值之下，高速、長時(shí)間地工作。因此在生產(chǎn)過程中，軸承鋼質(zhì)量控制檢驗(yàn)項(xiàng)目多，控制范圍又窄，生產(chǎn)工藝嚴(yán)格、復(fù)雜，要求有一定的工裝設(shè)備、檢驗(yàn)手段和一定水平的反派人物技術(shù)。為了保證軸承具有良好的性能和高的壽命，對(duì)軸承鋼的質(zhì)量要求如下： (1)化學(xué)成分：化學(xué)成分是軸承鋼的最本質(zhì)的因素。鋼的物理、化學(xué)、機(jī)械性能和金相組織都是由化學(xué)成分決定的，改變了化學(xué)成分，就改變了鋼的基本性質(zhì)。因此，軸承鋼的化學(xué)成分必須符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許范圍。 (2)內(nèi)部質(zhì)量：可分為宏觀質(zhì)量和微觀質(zhì)量。 宏觀質(zhì)量：要求軸

2、承鋼材內(nèi)部不允許有白點(diǎn)、縮孔、夾渣、民種金屬、裂紋、過燒、皮下氣泡等缺陷。要求軸承鋼材的內(nèi)部偏析、疏松控制在一定范圍內(nèi)?？傊S承鋼材的內(nèi)部要致密，不允許有肉眼可見的缺陷割裂鋼材的基體。 微觀質(zhì)量：要求軸承鋼材內(nèi)部組織要均勻，純凈度要高。 軸承鋼材的內(nèi)部組織是指碳化物帶狀、碳化物網(wǎng)狀、碳化物液析及退火組織。碳化物是軸承鋼的主要成分之一，是客觀存在的，如何使碳化物分布的均勻、分散、細(xì)小，是提高軸承鋼質(zhì)量的重要課題之一。近年來軸承鋼主要生產(chǎn)廠家采用了高溫?cái)U(kuò)散處理，控制軋制新工藝和連續(xù)退火爐設(shè)備等。即使這樣，碳化物的分布仍不能達(dá)到理想的程度。因此，在標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了它們的允許范圍和控制級(jí)別。 軸承鋼材

3、的純凈度是指非金屬夾雜物對(duì)鋼的沾污程度。非金屬夾雜物是軸承鋼基體的民種物質(zhì)，破壞了基體的連續(xù)性，是造成軸承早期疲勞、剝落的主要原因之一。因此，要求軸承鋼中非金屬夾雜量越少越好。為了限制、控制非金屬夾雜物在鋼中的存在，在標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)它們進(jìn)行了嚴(yán)格的級(jí)別控制。生產(chǎn)廠家除了采用電爐冶煉加電渣重熔外，還采用了電爐冶煉加爐外精煉、真空脫氧、吹氬處理、爐外噴粉處理等工藝，力圖使鋼中氧含量降低到20ppm以下。 (3)表面質(zhì)量：軸承零件的成型方法，目前有鍛造、車削和冷沖等。根據(jù)不同成型方法對(duì)鋼材表面質(zhì)量有不同程度的要求?？偟膩碚f，軸承鋼材表面不得有裂紋、折疊、拉裂、結(jié)疤和夾渣。對(duì)冷沖用的冷拉鋼材，除不允許上述

4、缺陷外，表面要潔凈，不得有銹蝕、麻凹等缺陷。軸承鋼材表面不得有嚴(yán)重的脫碳現(xiàn)象，根據(jù)軸承零件成型工藝的不同要求，在標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)不同品種的鋼材表面脫碳層深度有不同的限制規(guī)定。 (4)尺寸允許公差：根據(jù)軸承零件成型工藝及鋼的生產(chǎn)工藝，在標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)軸承鋼材各種品種、規(guī)格的尺寸公差都進(jìn)行了規(guī)定。鍛造鋼材尺寸公差一般按GB908-72標(biāo)準(zhǔn)，熱軋鋼材尺寸公差按GB702-86，冷拉鋼材按GB905-82標(biāo)準(zhǔn)，冷拉鋼絲按YB245-64標(biāo)準(zhǔn)。 2、軸承用鋼的冶金缺陷 (1)、軸承用鋼的表面缺陷 、裂紋：鋼錠的皮下氣泡，嚴(yán)重的非金屬夾雜物及鋼材在鍛、軋過程中，加熱溫度過高，鍛、軋后冷卻快；終軋、終鍛溫度過低等原因

5、都有產(chǎn)生裂紋的可能性。 、折疊：鋼材在鍛、軋過程中產(chǎn)生的飛邊、毛刺、皺折和尖銳棱角等，在繼續(xù)軋制時(shí)壓入金屬內(nèi)部，則形成折疊。 、結(jié)疤：由于鋼錠表面的夾渣、凹坑，在鍛、軋過程中形成較薄、扁平的分層，稱之為結(jié)疤。 、刮傷：因軋機(jī)導(dǎo)板上沾有金屬顆粒，導(dǎo)板安裝不當(dāng)?shù)仍?，使鋼材表面刻劃出溝槽，稱為刮傷或劃痕。 、夾渣：爐渣和各種耐火材料，在鋼澆注過程中未浮在鋼錠頭部，而集聚在鋼錠表面，鋼錠修整時(shí)，又未清理掉，因此，在鋼材表面形成夾渣。 、脫碳：鋼材在加熱過程中，表面要發(fā)生氧化作用，爐氣中的氧與鋼材表面的碳進(jìn)行氧化，形成氣體，使鋼材表面的碳量低于規(guī)定數(shù)值稱脫碳。脫碳對(duì)高碳軸承鋼來說是一個(gè)嚴(yán)重的缺陷，往往

6、造成軸承零件表面脫碳，淬火后的硬度達(dá)不到技術(shù)要求。 (2)、軸承鋼材的低倍缺陷 、縮孔：鋼液在澆注后的冷凝過程中，由于體積收縮而在鋼錠的中心部位形成孔洞，稱為縮孔。為了減少縮孔鋼材的危害，因此在鋼液澆注，結(jié)晶過程中要采用合理的工藝，使體積收縮而形成的孔洞移向鋼錠的頭部，在鋼錠開坯后，將縮孔部分切掉，但是，由于澆注、冷卻工藝不當(dāng)，如定琪不合理，鋼錠頭部保溫不足，開坯后錠頭部位切除量少等，使縮孔殘留在鋼材內(nèi)，低倍檢查時(shí)，就會(huì)顯示出來。 、白點(diǎn)：經(jīng)酸洗后的鋼樣橫向截面中心或其附近區(qū)域呈現(xiàn)短小、不連續(xù)，一般呈輻射狀態(tài)分布的發(fā)絲狀開明縫，或在鋼材的縱向斷口上出現(xiàn)表面光滑，形狀近似圓形或橢圓形的銀白色斑點(diǎn)

7、，稱為白點(diǎn)。白點(diǎn)形成的原因，一是鋼中氫氣的存在，二是鋼材鍛造后在600300沒有緩冷，氫氣未充分?jǐn)U散，產(chǎn)生組織應(yīng)力而開裂。有白點(diǎn)的鋼材或零件，其縱向、橫向機(jī)械性能都有顯著下降，故有白點(diǎn)的鋼材或零件沒有使用價(jià)值。 、過燒：鋼錠或鋼坯在鍛造加熱時(shí)，溫度過高，表面層沿晶界處被氧氣侵入而產(chǎn)生氧化物。在晶界處和枝晶軸間的一些低熔點(diǎn)化合物發(fā)生熔化，以致在冷凝后形成裂紋或孔洞。這種現(xiàn)象稱為過燒。鋼材過燒后，再鍛時(shí)將引起開裂，即使不開裂，在補(bǔ)天浴日下的強(qiáng)度和沖擊韌性都大大降低，故不能使用。 、氣泡：鋼在液體狀態(tài)溶解氣體的能力比固態(tài)時(shí)大，鋼液在冷凝過程中，氣體從鋼液中逸出，如來不及排出，則形成氣孔。此外，鋼錠模

8、烘烤不良，會(huì)在鋼模表面存在水分或氣體，以及鋼錠模內(nèi)表面涂料不良，形成大量氣體，這些水分或氣體來不及排出鋼液，則形成皮下氣泡。氣泡的存在大大地降低了鋼材的強(qiáng)度。 、偏析：在鋼液冷凝過程中，由于鋼中各種化學(xué)成分碳、鉻、鎢、磷等元素結(jié)晶、擴(kuò)散速度不同而形成的化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象稱為偏析。偏析的存在會(huì)給以后的變形加工造成困難，硫的析易產(chǎn)生熱脆，磷的偏析易產(chǎn)生冷脆。偏析的存在易引起金屬疲勞斷裂。 、疏松：鋼液在冷凝過程中，由于體積收縮而引起的細(xì)小孔隙稱為疏松。分散分布的細(xì)小孔隙稱為一般疏松。分布在鋼材中心部位的細(xì)小孔隙稱為中心疏松。疏松降低了鋼材的致密度，使機(jī)械性能顯著下降，降低軸承的使用壽命。 (3)、

9、非金屬夾雜物：鋼在冶煉、澆鑄過程中，由于鋼液內(nèi)各成分之間、鋼液與爐襯之間接觸所引起的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物、脫氧產(chǎn)物，以及爐壁、出鋼槽、鋼水包，湯道等耐炎材料被蝕肅落而進(jìn)入鋼液。這些進(jìn)入鋼液而未排出的非鋼液物質(zhì)稱為非金屬夾雜物。非金屬夾雜物在軸承鋼中的存在，是降低軸承使用壽命的主要原因之一。鋼中非金屬夾雜物按其特征、形狀和分布等分為以下幾種。 氧化物：性質(zhì)較脆，故也稱為脆性夾雜，在鋼材中一般沿軋制方向呈點(diǎn)鏈狀分布，如三氧化二鋁(Al2O3)和氧化鐵(FeO)就屬此類。 硫化物：有較好的塑性，可以變形，故也稱塑性夾雜。在鋼材中沿軋制方向呈較連續(xù)條狀分布。如硫化鐵(FeS)和硫化錳(MnS)屬此類。除硫化物

10、外，硅酸鹽也有一定塑性，也稱塑性夾雜物。 點(diǎn)狀不變形夾雜物：性質(zhì)脆而硬，在鋼材中呈點(diǎn)狀或球狀，加工時(shí)不變形，如石英(SiO2)、鋁硅酸鹽(3Al2O3,2SiO2)和鈣硅酸鹽等屬此類。 (4)、碳化物不均勻性：高碳軸承鋼碳量較高，并含有一定數(shù)量的碳化物形成元素(如鉻)。在鋼液冷凝過程中，這些元素又易發(fā)生成分偏析，而引起鋼材中碳化物分布的不均勻性。 碳化物液析：鋼液在結(jié)晶過程中，由于冷卻速度過慢，造成碳成分的嚴(yán)重偏析。在枝晶間形成粗大的一次碳化物，這種一次碳化物很難消除。在鋼材中沿軋制方向呈條狀或塊狀分布其危害性與非金屬夾雜物一樣，因此，在鋼材的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中有嚴(yán)格的控制。 碳化物帶狀：其形成原因與

11、碳化物液析一樣。在鍛造、軋制過程中被破碎的粗大一次碳化物呈小塊而集聚，并沿軋制方向形成條帶狀分布。碳化物帶狀嚴(yán)重會(huì)影響零件的熱處理質(zhì)量，使零件的組織局部欠熱或過熱，造成零件硬度不均勻，組織不均勻。以致造成零件熱處理質(zhì)量不合格。碳化物帶狀和碳化物液析嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使軸承零件早期疲勞損壞。 碳化物網(wǎng)狀：鋼材在鍛造、軋制冷卻過程中，奧氏體對(duì)碳的溶解度隨溫度下降而下降。如在800900之間冷卻速度過慢，則碳從奧氏體中析出并擴(kuò)散晶界，在晶界間形成二次碳化物，呈網(wǎng)絡(luò)狀存在，故稱碳化物網(wǎng)狀。碳化物是硬而脆的相，使晶粒之間的連續(xù)性遭到破壞，嚴(yán)重地降低了鋼的沖擊韌性。因此，使軸承零件壽命降低。 退火組織不均勻：軸承

12、鋼的退火組織要求是分布均勻的或球狀的珠光體。由于鋼材帶狀嚴(yán)重，鍛造軋制后的冷卻不當(dāng)，或退火工藝不正確都可能造成退火組織不均勻。帶狀嚴(yán)重時(shí)，兩帶之間的貧碳區(qū)在退火過程中產(chǎn)生過熱的粗片層狀珠光體。鍛造后冷卻過慢不僅產(chǎn)生網(wǎng)狀，而且命名片層狀珠光體特別粗大，造成退火時(shí)碳化物核心減少，從而導(dǎo)致退火組織中部分保留原來的片層和分布極不均勻的粗大顆粒碳化物。若鋼材原始組織正常，而退火溫度過高就會(huì)產(chǎn)生粗片層狀珠光體。退火溫度偏低就會(huì)出現(xiàn)細(xì)片狀或堆積的細(xì)點(diǎn)狀珠光體。退火組織不均勻，導(dǎo)致鋼材的切削性能變壞，淬火后的零件組織不均勻，從而造成軸承零件壽命降低。 軸承鋼材的質(zhì)量檢驗(yàn) 軸承鋼材的檢驗(yàn)方法 1、鋼材表面質(zhì)量的

13、外觀檢查：鋼材表面質(zhì)量通常用肉眼檢查，退火及未退火的熱思鋼材，必要時(shí)可用風(fēng)動(dòng)或電動(dòng)手提砂輪磨成螺旋頫進(jìn)行檢查。冷拉退火條鋼和鋼管可用細(xì)的平銼刀在整根材料上銼成三到四處圓周光面，用肉眼檢查。鋼絲盤料通常也用肉眼檢查，此外，也可采用酸洗檢查，即在盤料的兩端各取250mm長，按低倍酸洗工藝酸洗后肉眼檢查其表面。 2、鋼材尺寸檢查：退火和不退火的熱軋圓鋼，用讀數(shù)值為0.1mm的游標(biāo)卡尺或卡規(guī)進(jìn)行尺寸檢查。冷拉條鋼和鋼絲用分度值為0.01mm千分尺進(jìn)行檢查。熱軋和冷拉鋼管的外徑尺寸和壁厚差分別用讀數(shù)值為0.1mm的游標(biāo)卡尺和分度值為0.01mm千分尺檢查。冷軋鋼板和鋼帶的厚度用千分尺檢查。鋼材的長度、寬

14、度用鋼直尺檢查。各種鋼材(除盤料外)的彎曲度可用雙直尺或塞尺檢查。 3、鑒別鋼種檢查：鑒別鋼種一般用手提看譜鏡和火花鑒別法進(jìn)行檢查。手提看譜鏡是一種半定量的光譜儀器，能夠半定量地檢查出鋼中的主要合金元素，如鉻、錳、鎳、鉬、鎢、釩等。光譜檢查可以查明被檢鋼材的鋼號(hào)及有無混鋼種情況?；鸹z查是根據(jù)火花特征判斷被檢鋼材的鋼號(hào)。 4、硬度檢查：對(duì)于冷拉退火條鋼和熱軋退火鋼材要進(jìn)行布氏硬度檢查。布氏硬度試驗(yàn)方法按GB231-84標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。 5、斷口檢查：直徑30mm以下的冷拉退火及熱軋退火鋼材應(yīng)進(jìn)行斷口檢查。在鋼材一端切一缺口用錘擊斷或用壓力機(jī)截取斷口試樣。用肉眼檢查斷面上是否有縮孔、白點(diǎn)、裂紋，過

15、燒等缺陷。 6、低倍組織檢查：直徑大于30mm的退火鋼材和不退火鋼材一般都檢查低倍組織。即在鋼材的一端用鋸床(退火材)和砂輪切割機(jī)(不退火材)切取厚度為1215mm的圓片試樣，試樣被檢的一面用磨床磨平。經(jīng)熱酸洗后用肉眼檢查偏析、疏松程度有無縮孔、白點(diǎn)裂紋、過燒等缺陷。熱酸洗用50%的工業(yè)鹽酸水溶液，加熱到705，酸洗時(shí)間為3040min，試樣取出后用堿水沖洗，然后用80熱清水沖洗凈。 7、化學(xué)成分分析：化學(xué)成分一般按爐號(hào)取樣分析。鋼號(hào)的各種元素成分分析方法按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行。化學(xué)分析方法比較慢，不適用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，由于光譜科學(xué)的發(fā)展，目前，在生產(chǎn)廠一般采用光譜分析方法來分析檢驗(yàn)鋼材的化學(xué)成分。

16、8、高倍組織檢查：高倍組織用金相顯微鏡進(jìn)行檢查，檢驗(yàn)的項(xiàng)目有：退火組織(放大500倍)脫碳層深度(放大100倍)，在鋼材的橫肉截面上檢查。碳化物液析、碳化物帶狀、非金屬夾雜物(放大100倍)在鋼材的縱向截面上檢查，但為了減少試樣數(shù)量，網(wǎng)狀可與帶狀、液析用同一試樣在縱向截面上檢查，有疑問時(shí)，以橫向截面檢驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。 各個(gè)項(xiàng)目檢查數(shù)量以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為準(zhǔn)，檢查員取樣后，首先要進(jìn)行按規(guī)定進(jìn)行機(jī)械加工。非金屬夾雜物，帶狀、液析、網(wǎng)狀試樣要進(jìn)行淬、回火處理，高硯鉻軸承鋼回火工藝如下： 淬火溫度820840； 回火溫度：150，回火時(shí)間12h； 試樣的被檢面要磨制、拋光； 檢查退火組織和脫碳層溫度的被檢面，要用2%硝酸酒精液浸蝕后檢查； 非金屬夾雜物被檢面拋光，不浸蝕檢查； 碳化物帶狀、碳化物液析、碳化物網(wǎng)狀被檢面要用4%硝酸酒精溶液浸蝕后檢查。 9、拉力檢驗(yàn)