离子束表面改性技术综述.docxVIP

引言 轴承钢是用来制造滚珠、滚柱和 HYPERLINK /view/283091.htm \t _blank 轴承套圈的钢。轴承在工作时承受着极大的压力和摩擦力，所以要求轴承钢有高而均匀的 HYPERLINK /view/34359.htm \t _blank 硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。对轴承钢的化学成分的均匀性、 HYPERLINK /view/1427799.htm \t _blank 非金属夹杂物的含量和分布、 HYPERLINK /view/1278628.htm \t _blank 碳化物的分布等要求都十分严格，是所有 HYPERLINK /view/338859.htm \t _blank 钢铁生产中要求最严格的钢种之一。 HYPERLINK /view/42488.htm \t _blank 国际标准化组织ISO将一些通用的轴承 HYPERLINK /view/267250.htm \t _blank 钢号纳入国际标准，将轴承钢分为：全淬透型轴承钢、表面硬化型轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢等四类共17个钢号。有的国家增加一个类别为特殊用途的轴承钢或合金。我国已纳入标准的轴承钢分类方法与ISO相似，分别对应为高碳铬轴承钢、 HYPERLINK /view/72159.htm \t _blank 渗碳轴承钢、不锈 HYPERLINK /view/2402125.htm \t _blank 耐蚀轴承钢、高温轴承钢四大类。近五十年来我国还在轴承钢钢种及其轴承用材料方面，如无铬轴承钢、中碳轴承钢、特殊用途轴承钢及合金、金属陶瓷等取得了很大的进展。 轴承钢一般需要具有以下性能: (1)高的接触疲劳强度; (2）热处理后应具有高的硬度或能满足轴承使用性能要求的硬度;(3）高的耐磨性、低的摩擦系数;(4）高的弹性极限;(5）良好的冲击韧性和断裂韧性;(6）良好的尺寸稳定性;(7）良好的防锈性能;(8）良好的冷、热加工性能。 采用表面技术可以根据需要，改善材料的表面性能，有效地延长使用寿命，节约资源，提高生产力，减少环境污染。为了使轴承钢在控制成本的前提下获得更加良好的性能，就需要对其进行表面改性。通过表面改性技术可以有效提升轴承钢表面/近表面的物理、化学性能，以最低的成本对材料的使用性能进行大幅提升。 一、生产所用轴承钢的成分及性能 1、Cr4Mo4V轴承钢（M50钢） Cr4Mo4V是一种含钼的高速钢，也是世界各国应用最广泛的一种高温轴承钢，Cr4Mo4V轴承钢除具一般轴承的特性外，还具有较高的高温尺寸稳定性、高温硬度、高温接触疲惫性能，可长期在低于315℃的工作温度使用。化学成分见表1. 表1 Cr4Mo4V成分 元素CSiMnCrNiCuVMo含量0.75-0.85≤0.35≤0.353.75-4.25≤0.20≤0.200.90-1.104.00-4.50 Cr可以提高钢的耐腐蚀性和热强性，提高钢的淬透性。通过加入3.75-4.25Cr使得钢的高温性能得到大幅提升。Mo的主要特点是提高淬透性、提高钢的二次硬化能力，在合金钢中，钼的主要特点是提高强韧性、淬透性、抑制回火脆性。 Cr4Mo4V轴承钢可进行热处理,其热处理规范如下：加热至1110±5℃保温15～20min，淬火; 530℃回火，保温2h。Cr4Mo4V轴承钢热处理之后可获得回火马氏体组织，该组织晶粒较细小，具有高的 HYPERLINK /view/34359.htm \t _blank 硬度和高的耐磨性，因回火后内应力有所降低，故韧性有所提高，固拥有良好的综合性能，主要用于航空发动机轴承和其他耐高温轴承。 2、M50NiL钢 M50NiL钢是20世纪80年代研制成功的新一代表层硬化型高温高强度轴承齿轮钢，渗碳性能优良，心部具有较高的断裂韧度。同时，M50NiL钢渗碳层存在较高的残余压应力，组织中碳化物细小且弥散均匀分布，是航空航天高温传动部件的理想选材。由于M50NiL钢渗碳工艺复杂，且渗碳层及心部组织对之后的化学热处理影响很大，因此，M50NiL钢渗碳后的微观组织备受关注。有研究表明，M50NiL钢渗碳层组织为回火马氏体和碳化物，碳化物可能为M23 C6，V4C3，Cr7C3，M6C，M2C，M7C，和MC等。Mo在M50NiL钢中是重要的强化元素，既可以稳定铁素体，增加钢的淬透性，又可以在回火时形成Fe2Mo或Mo2C析出相，引起钢的二次硬化[1]。 表2 M50NiL成分 元素CSiMnSPCrMoNiV含量0.140.160.280.02＜0.0154.104.383.581.16