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    軸承鋼生產工藝技術簡介

    軸承用鋼的質量是所有合金鋼中要求最嚴格、檢驗項目最多的鋼種。世界公認軸承鋼的水平是一個國家冶金水平的標志。軸承對其材料的要求較高,必須具備高的硬度、耐磨性、接觸疲勞強度、彈性極限,良好的沖擊韌性、斷裂韌性、尺寸穩定性、防銹性能和冷熱加工等性能。為保證這些性能要求,軸承鋼的冶金質量必須保證其嚴格的化學成分及化學成分均勻性,特別高的純凈度,極低的氧含量和殘余元素含量,嚴格的低倍組織和高倍組織,嚴格的碳化物均勻性,嚴格的表面脫碳層和內部疏松、偏析、顯微孔隙等,不允許存在裂紋、夾渣、毛刺、折迭、結疤、氧化皮、縮孔、氣泡、白點和過燒等表面和內部缺陷。我國特鋼企業2007年軸承鋼產量為245萬噸。 

     

    當前世界各國所使用的軸承鋼主要有5大類,即高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼、高溫軸承鋼、中碳軸承鋼。

     

    高碳鉻軸承鋼。高碳鉻軸承鋼是含鉻0.6%1.5%的高碳合金鋼,目前我國標準中采用5個牌號,GCr15、GCr6、GCr9、GCr9SiMn、GCr15SiMn。高碳鉻軸承鋼已有100多年的歷史,長期的生產和使用證明,這種鋼基本上可以滿足一般工作條件的軸承要求,具有良好的耐磨性和抗接觸疲勞性能,有較理想的耐銹蝕性和一定的彈性、韌性,加工性能較好,價格也較便宜,因此應用最廣。由于淬透性的差別,其中用量最大的是GCr15GCr15SiMn,GCr6GCr9已很少采用。

     

    滲碳軸承鋼。滲碳軸承鋼實質上是優質滲碳結構鋼,目前我國標準中采用6個牌號,G20CrMo、G20CrNiMo、G20Cr2Ni4、G20CrNi2Mo、G10CrNi3Mo、G20Cr2Mn2Mo。這類鋼經過滲碳、淬火、回火等熱處理工序后,表面具有很高的硬度和一定的耐磨性以及較高的抗接觸疲勞強度,且其心部都具有良好的韌性、一定的強度和硬度。主要用于承受沖擊載荷下的軸承和特大型軸承,如鐵路、軋鋼機用軸承等。

     

    不銹軸承鋼。有馬氏體不銹鋼和奧氏體不銹鋼,目前我國標準中采用3個牌號,9Cr18、9Cr18Mo、Cr14Mo4。其中以馬氏體不銹鋼9Cr18使用最多。這類鋼經過熱處理可以得到全部或大部馬氏體組織,具有高強度、很好的耐磨性和韌性,特別是在海水、酸、有機鹽水溶液中具有較強的抗銹蝕能力。這些軸承鋼的缺點是碳含量高,碳與鉻形成粗大的一次碳化物,降低材料的機械性能,減少鉻元素對抗腐蝕的貢獻。1Cr18Ni9Ti等奧氏體不銹鋼,經熱處理后可以得到單一的奧氏體組織,具有良好的韌性和很好的抗腐蝕能力。但由于強度、硬度不高,只適用于制造低負荷、低轉速軸承。

     

    高溫軸承鋼。高溫軸承鋼具有一定的高溫硬度和高溫耐磨性。高溫接觸疲勞強度、抗氧化、耐沖擊、高溫尺寸穩定性等特點。此類鋼利用高速鋼和高鉻馬氏體不銹鋼的一些鋼號。我國目前使用的高溫軸承鋼主要有:9Cr18Mo(260℃)、Cr4Mo4V(315℃)、Cr14Mo4(480℃)、W6Mo5Cr4V2(480℃)、W9Cr4V2Mo(520℃)、W18Cr4V(560℃)、W12Cr4V5Co5(590℃),其中使用最普遍的是Cr4Mo4V。高碳鉻軸承鋼的回火溫度是160180℃,所以使用溫度一般不超過120℃,如果使用溫度超過120℃,鋼的強度急劇下降,尺寸不穩定,并導致軸承的疲勞強度降低。所以,只能用高溫軸承鋼而不能用高碳鉻軸承鋼,如飛機用渦輪噴氣發動機的功率越來越大,壓縮機和渦輪機的主軸軸承要求耐高溫,其工作溫度一般為55260℃,高者可達370℃,在這種工作條件下,只能采用高溫軸承鋼。

     

    中碳軸承鋼。中碳軸承鋼是中碳合金鋼,我國目前主要有:55、50MnA、70Mn、5CrMnMo、60CrMnMoA、55SiMoVA、50SiMo,后兩個鋼號是我國開發的抗沖擊軸承鋼。此鋼類適用于制作掘進、起重、大型機床等重型設備上用的特大尺寸軸承,一般轉速不高,但承受較大的軸向、徑向載荷及彎曲應力等。

     

    鋼的冶煉水平是軸承鋼內在質量好壞的先決條件。鋼中的氧含量、成分偏析,夾雜物數量及分布,大顆粒碳化物的狀況是影響軸承鋼內在質量的重要冶金因素。近年來,軸承鋼的冶煉技術就是圍繞這些關鍵因素相繼發展起來。鋼中氧含量可穩定在≤(1015)×10-6,一些先進企業可控制在(58)×10-6。

     

    鋼中夾雜物分為A(硫化物)、B(氧化物)、C(硅酸鹽)、D(點狀不變形夾雜)4種類型,不同類型的夾雜物對軸承壽命影響也不同,夾雜物的尺寸和在鋼中的位置對軸承壽命也有不同的影響。鋼中氧含量愈低,軸承鋼壽命愈高。上述4種夾雜物中后三者都是由氧化物所構成,三者對軸承壽命的有害影響已為大量事實所證明,鋼中的氧含量幾乎全部(除溶解氧外)由它們提供。因此,近年來在衡量軸承鋼質量上把氧含量當作極為重要的指標。

     

    無論是轉爐或電爐流程,二次精煉是軸承鋼生產中的關鍵工序,主要精煉設備以LFASEA-SKF配有VDRH為主,可使內在質量得以保證。

     

    軸承鋼連鑄的問題一直是人們關注的重點。長期以來,連鑄坯中心疏松和偏析嚴重的問題并沒有得到根本的解決,至少在我國還是一個“難題。既使采用了電磁攪拌技術、輕壓下技術改善疏松和偏析,由于中心疏松會殘留在球極區,又會帶來新的白亮帶缺陷。盡管如此,目前,軸承鋼的連鑄工藝已被世界眾多特殊鋼廠所采用,而且除部分滾動體用軸承鋼外,絕大多數軸承鋼采用連鑄生產。目前,為了解決軸承鋼連鑄坯的質量問題,正在積極地開展著如下工作:除強化冶煉技術、降低鋼中的氧含量和有害雜質外,在連鑄過程還采用中間包加熱、電磁攪拌、結晶器液位控制、強化二次冷卻和液相穴壓下技術,采用浸入式水口加保護渣的保護澆鑄技術,增大連鑄坯斷面達到大的壓縮比熱軋軸承鋼材等。

     

    在軸承鋼棒材軋制生產中,對坯料進行表面探傷,修磨,實現精坯軋制已達成共識,并且要嚴格遵守加熱工藝制度以控制脫碳程度。采用控軋、控冷技術,步進加熱爐、連軋機組、連續退火爐,在線質量監控等技術。

     

    世界上生產軸承鋼最著名的廠家有瑞典SKF公司,日本的山陽特殊鋼廠,美國Timken公司等。

     

    日本山陽公司的棒線生產工藝流程:UHP電爐-LF精煉爐-RH精煉爐-連鑄或模鑄-初軋-三輥行星軋機或大型軋機-無損探傷-修磨-連軋機組-無損檢驗-連續爐球化退火-無損檢測-檢驗入庫。

     

    SKF公司OVaK0鋼廠棒線生產工藝流程:電爐-LFV精煉爐-模鑄-均熱爐-初軋-火焰清理-150×150坯料-檢驗、噴丸、修磨-加熱-除鱗-軋制-冷卻-剪切-打包-發貨。該廠年產45t鋼,全部采用模鑄,初軋開坯,而沒有采用連鑄。OVaK0鋼廠也認為連鑄軸承鋼已不是技術問題,但是他們主要考慮了經濟問題,因產品規格的覆蓋面使其投資成本與產量規模不相匹配。他們進行了一系列有利于產品質量提高的改造投資。

     

    我國某著名特殊鋼廠軸承鋼棒材4條生產線工藝流程:

     

    電爐-VHD精煉爐-模鑄(680kg)-鋼錠修磨(需要時)-Φ650軋機-酸洗、拋丸、檢查-修磨-需要時退火-包裝-入庫。

     

    UHP電爐-LF+VD精煉爐-連鑄或模鑄(3t)、850開坯-檢查-修磨-連軋(需要時連續退火)-檢查-修磨-校直-包裝入庫。

     

    電爐-模鑄電極-電渣冶金-軋制-或熱處理-精整-包裝入庫。

     

    真空感應爐-真空自耗爐-軋制-精整-或熱處理-包裝入庫。

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