用12Cr18Ni9替代1Cr18Ni9Ti制造某型轴承保持架的可行性分析

2019-07-23陈博叶健熠张文涛孙北奇

轴承 2019年4期

陈博，叶健熠，张文涛，孙北奇

(1. 中国人民解放军空军装备部，北京 100843；2.洛阳轴承研究所有限公司，河南洛阳 471039)

某型高温深沟球轴承的工作环境温度为350 ℃，工作转速为20 000 r/min，采用油润滑，轴承承受的载荷较小。轴承套圈及钢球采用高温钢Cr4Mo4V，要求符合YB/T 4105—2000《航空发动机用高温轴承钢》标准；保持架为2个带爪冲压半保持架，材料采用1Cr18Ni9Ti，要求符合GB/T 4239—1991《不锈钢和耐热钢冷轧钢带》中经固溶处理的奥氏体型钢带(软态)。多年来，该型号轴承均以此方式研制生产，产品应用情况良好，未发生质量问题。

目前，GB/T 4239—1991并入GB/T 3280—2015《不锈钢冷轧钢板和钢带》，新国标中无1Cr18Ni9Ti的材料牌号，钢铁企业也不再冶炼该钢材。因此，必须重新选择一种材料来替代1Cr18Ni9Ti制造该型号轴承和类似工况轴承的保持架。12Cr18Ni9与1Cr18Ni9Ti均属于奥氏体不锈钢，具有无磁性，耐蚀性能良好，高温强度和高温抗氧化性能好，冲击韧性好，大量作为耐热钢使用。现通过对比1Cr18Ni9Ti和12Cr18Ni9的化学成分、力学性能、耐腐蚀性能及加工性能，研究用12Cr18Ni9替代1Cr18Ni9Ti制造该型轴承冲压保持架的可行性。

1 化学成分和力学性能

1.1 化学成分

12Cr18Ni9与1Cr18Ni9Ti的化学成分标准值见表1(除范围外，其余均为最大值)。由表可知，这2种材料中主要化学元素(C，Cr，Ni)的含量基本相当，不同的是1Cr18Ni9Ti含有质量分数为5(C-0.02)%～0.80%的Ti，12Cr18Ni9含有质量分数约0.10%的N。

表1 2种钢的化学成分标准值Tab.1 Standard values for chemical compositions of two kinds of steels w，%

1.2 力学性能

2种材料的力学性能标准值及厚度δ=0.3 mm钢带的力学性能实测结果见表2。由表可知，2种材料的力学性能相当。

表2 2种钢的力学性能要求和检测结果Tab.2 Mechanical property requirements and testing results of two kinds of steels

2 耐腐蚀性能

12Cr18Ni9与1Cr18Ni9Ti相比，后者加入了少量稳定碳化物的元素Ti，主要目的是防止晶间腐蚀，但需要经过稳定化处理后才能实现。虽然Ti的加入可形成TiC，但在固溶处理过程中，Cr3C2溶解的同时，大部分TiC也溶解了。由于Ti在钢中的含量相对于Cr要少的多，且Ti原子比Cr原子大，Ti的扩散能力低于Cr，随后再经过400～800 ℃加热，形成的仍是Cr3C2，而不是TiC。只有800 ℃以上的时效处理才能保证TiC的形成，从而达到防止晶间腐蚀的效果。由此可见，1Cr18Ni9Ti稳定化处理对防止晶间腐蚀非常重要，一般生产中采用的稳定化工艺为860～880 ℃，保温6 h，在空气中冷却。

该型号轴承自定型以来，为了保证保持架的表面质量，1Cr18Ni9Ti保持架从未进行稳定化处理，也起不到防止晶间腐蚀作用。该轴承在具有喷油润滑系统的高温环境下工作不会发生晶间腐蚀，因此，保持架设计不是主要考虑防止晶间腐蚀，而是考虑高温高速下保持架的强度。另外，该轴承套圈及钢球材料为高温钢Cr4Mo4V，易腐蚀，而1Cr18Ni9Ti 和12Cr18Ni9均为奥氏体不锈钢，耐腐蚀性能更优。因此，在该轴承的使用工况下，12Cr18Ni9保持架的耐腐蚀性完全满足要求。