前蘇聯(lián)從60年代中期開始研究開發(fā)限制淬透性軸承鋼,并采用整體感應(yīng)穿透加熱,強(qiáng)水流的冷卻工藝,使ⅢХ4鋼表面獲得了具有一定深度的硬化層,心部得到非馬氏體組織,具有表面硬度高、心部硬度低、沖擊韌性高的優(yōu)點(diǎn),而且表面呈壓應(yīng)力狀態(tài)。這種材料應(yīng)用在鐵路客車軸承、鐵路貨車軸承以及部分軋機(jī)軸承上獲得了良好的使用效果。
我國(guó)研究ⅢХ4鋼(GCr4)起步較晚,1993年被列入機(jī)械工業(yè)部技術(shù)發(fā)展基金項(xiàng)目。由洛陽(yáng)軸承研究所牽頭從1994~1997年對(duì)GCr4鋼進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究,其中對(duì)GCr4鋼與GCr15鋼接觸疲勞壽命進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn),結(jié)果表明:GCr4鋼的額定壽命較GCr15提高了26%,中值壽命提高了 19%。但是缺少GCr4鋼與G20CrNi2Mo鋼、G20Cr2Ni4鋼接觸疲勞壽命的對(duì)比試驗(yàn),為此進(jìn)行了GCr4鋼與G20CrNi2Mo、G20Cr2Ni4兩種滲碳鋼接觸疲勞壽命的對(duì)比試驗(yàn),以便為今后推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。
1 試樣的加工和熱處理
1.1 試驗(yàn)材料
GCr4鋼用上海五鋼真空脫氣?100mm棒料鍛拔成?70mm。G20CrNi2Mo采用撫順鋼廠?80mm真空脫氣鋼。G20Cr2Ni4采用撫順鋼廠?65mm電渣重熔鋼。
1.2 ***終熱處理
G20Cr2Ni4隨大型套圈一起在RJJ—180爐內(nèi)經(jīng)940℃滲碳、880℃一次淬火、650℃高溫回火,810℃二次淬火、160℃回火。
G20CrN2iMo隨197726套圈一起在滲碳聯(lián)線上進(jìn)行滲碳,滲碳溫度為935 ℃,爐內(nèi)冷卻至870℃一次淬火,隨后清洗再經(jīng)200℃回火。二次淬火是在RJGD—200爐內(nèi)進(jìn)行,淬火溫度為800℃,再經(jīng)160℃回火。
GCr4鋼是在中溫鹽爐內(nèi)加熱至850℃淬水,再經(jīng)200℃回火。
1.3 試樣的精加工
試樣由退火棒料直接車制而成,經(jīng)***終熱處理后,進(jìn)行精加工。
1.4 試樣的質(zhì)量檢測(cè)
試樣的表面粗糙度Ra、平行差、表面硬度、溝道面硬化層深度(以50HRC為界)和心部硬度列于表1。
GCr4淬火組織按JB1255—91標(biāo)準(zhǔn)可評(píng)3級(jí),但個(gè)別碳化物粗大。G20CrNi2Mo淬火組織按JB/T8881—1999評(píng)定可評(píng)3級(jí)。G20Cr2Ni4淬火組織按JB/T8882—1999評(píng)1~2級(jí)。
2 接觸疲勞試驗(yàn)
接觸疲勞試驗(yàn)是在瓦軸的3臺(tái)TLP接觸疲勞試驗(yàn)機(jī)上交叉進(jìn)行。
2.1 試驗(yàn)條件
(1)試驗(yàn)轉(zhuǎn)數(shù)2016r/min。
(2)鋼球數(shù)20粒。
(3)試驗(yàn)載荷8879kN。
(4)接觸應(yīng)力4116MPa。
(5)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)20160次/min。
(6)試樣尺寸?60mm×?20mm×20mm。
2.2 試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)結(jié)果見表2,對(duì)表2數(shù)據(jù)用***佳線性不變估計(jì)法處理,其結(jié)果列入表3。根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果作出韋布爾分布曲線(圖1)。
從表3和韋布爾分布曲線可以看出。在本文所述的試驗(yàn)條件下,三種材料的L10t壽命相當(dāng)。
GCr4的特征壽命較兩種滲碳鋼略低,GCr4的斜率***大,兩種滲碳鋼的斜率略小,但他們的差距很小,可以認(rèn)為他們的斜率基本相當(dāng)。另外從韋布爾分布曲線也可以看出他們中值壽命L50無(wú)太大差異。
綜合而論,這三種材料的接觸疲勞壽命基本相當(dāng)。單從接觸疲勞壽命的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,GCr4鋼可以代替G20CrNi2Mo和G20Cr2Ni4鋼生產(chǎn)部分軋機(jī)軸承和其他耐沖擊載荷的軸承。能否大量應(yīng)用,還有待實(shí)踐證明。