降低GCr15轴承钢盘条液析级别理论分析及其实践.pdfVIP

·312· 纪念全国金属制品信息网建网40周年暨2们4金属制品行业技术信息交流会论文集 2们4年 1 降低GCr5轴承钢盘条液析级别理论分析及实践 郭大勇1，高航1，常宏伟2，赵宪海3，马立爽4 (1．鞍钢集团研究院，辽宁鞍山”4∞1；2．鞍钢股份产品发展部，辽宁鞍山114∞1； 3．鞍钢钢绳有限责任公司，辽宁鞍山114∞1；4．煤科集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺”3∞0) 摘要本文通过对液析碳化物在高温扩散过程的理论分析，建立了具有不同尺寸的液析碳化物在不同温 度条件下完全溶解所需时间的数学模型。采用该模型对实际生产过程影响液析碳化物高温扩散溶解的因 素进行了全面分析，并且制定了指导现场生产的工艺改进措施。通过这些工艺措施的实施，使GCrl5轴 承钢盘条的液析碳化物级别由2．5级降低到小于0．5级，取得了明显的效果。 关键词液析碳化物轴承钢盘条数学模型 液析碳化物是高碳铬轴承钢碳化物不均匀性中最有害的一种。液析碳化物硬度极高，会造成轴 承表面和内部缺陷。在热处理过程中，处于表面位置的液析易于导致轴承零件出现淬火裂纹，成为 表面剥落破损的起源，使其耐磨性能恶化。处于内部的液析碳化物由于硬度极高，在反复受力过程 中，易于导致碳化物和基体之间出现显微裂纹，成为疲劳裂纹源，显著降低了轴承零件的疲劳寿命 [1，2] o 为了使轴承钢产品的液析级别满足用户的使用要求，钢厂和研究机构从理论和实践两个方面， 开展了大量的研究工作。石钢研究了加热炉工艺参数对液析级别的影响。通过研究得出结论，在轧 钢厂将轴承钢钢坯加热温度调整到1200～1280℃，加热时间3小时以上，可使液析碳化物得到消除 幢1。武钢条钢总厂通过研究得出结论，在加热过程将钢坯加热段和均热段控制在1200～1240℃，时 间在100～150min，可以控制产品液析在1．5级以下呤1。西北工业大学和北京科技大学对合金中第二 相的扩散溶解进行了理论分析H1，建立了描述该过程的数学模型，采用有限差分方法对该模型进行 了求解，得出轴承钢钢锭高温扩散退火时间不少于lOh的结论。 本文在上述工作基础上，尝试采用解析求解的方法，建立GCrl5轴承钢钢坯在高温扩散过程液析 碳化物溶解的数学模型，分析影响液析碳化物高温扩散溶解的主要因素，据此指导生产实践，提高 轴承钢盘条实物质量，使之符合用户要求。 1理论分析 GCrl5轴承钢属于Fe-CrC合金，随着钢中碳和铬含量的增加，将出现三种类型碳化物：Me。C、 铬等化学成分通过液析碳化物与奥氏体的界面不断向钢中扩散，具体见图1。 图1 液析高温扩散过程示意图 碳化物中碳含量为CF。，c，碳化物和奥氏体界面上奥氏体碳含量为CFc，跏，基体中碳含量为G， 并且保持不变。为简化分析，假定液析碳化物的溶解过程是受母相中溶质扩散控制。在这种情况下 液析碳化物与奥氏体界面上奥氏体碳含量维持平衡浓度，即CF。，∞H3。 在液析碳化物分解过程，碳在奥氏体基体中的扩散符合菲克第二定律，即： 鲁诅等 洲 (1) 式(1)中，G为奥氏体中碳元素浓度，t为扩散时间，r为扩散距离，历为碳元素在奥氏体中的扩散 系数。上述公式解为： 毒鲁=以南] 洲 ㈤ 式(2)中e盯()为误差函数。 另外液析碳化物溶解d亡时间后，其与奥氏体相界面移动d皿，单位时间内第二相由于溶解而减 少的溶质量，全部流入基体区域，并等于单位时间内基体内的溶质增量，表达式如下： (CF啦‰，，尝川(割～ ㈤ 将式(2)对r求导，并代入式(3)，经过积分整理后得到： ，：『垫二垒竺!]2 (4) 【-2√4／万(c蠢c，，一cj)j 式(4)为具有厚度尺寸为2脚的液析碳化物在不同扩散系数条件下完全溶解所需时问。饺表