過熱度對(duì)軸承鋼連鑄方坯內(nèi)部質(zhì)量的影響研究.pdf

1、軸承鋼，主要被用來生產(chǎn)滾動(dòng)軸承的套圈、滾動(dòng)體等，由于其含碳量高，使得凝固過程中固液界面前沿糊狀區(qū)的范圍大，導(dǎo)致鋼液滲透率的增加，易偏析元素向中心富集，使得其凝固后中心偏析等內(nèi)部質(zhì)量問題嚴(yán)重。這些內(nèi)部缺陷的產(chǎn)生，嚴(yán)重限制了軸承鋼的應(yīng)用范圍與使用壽命。因此，通過改進(jìn)軸承鋼的生產(chǎn)工藝來提高其內(nèi)部質(zhì)量顯得尤為重要。在連鑄過程中，合理的過熱度可以減少中心偏析的發(fā)生。為了保證連鑄過程順利進(jìn)行并保證產(chǎn)品質(zhì)量，鋼液過熱度必須準(zhǔn)確控制。
　　本研究

2、以不同過熱度下（20℃、25℃、35℃）國(guó)內(nèi)某鋼廠澆鑄的 GCr15連鑄方坯為研究對(duì)象，來探討過熱度對(duì)其內(nèi)部質(zhì)量的影響。首先測(cè)量各試樣的等軸晶率，發(fā)現(xiàn)GCr15連鑄方坯等軸晶率隨過熱度的降低而增加。為了減小不同等軸晶率造成的影響，在GCr15連鑄方坯橫斷面的中心位置選取了30mm×30mm區(qū)域作為中心等軸晶區(qū)域，用該區(qū)域的質(zhì)量來反映其內(nèi)部質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，引入了偏析率、大型偏析點(diǎn)面積等指標(biāo)來衡量中心等軸晶區(qū)域的質(zhì)量，同時(shí)測(cè)量了中心等軸晶

3、區(qū)SDAS。并發(fā)現(xiàn)不同過熱度下，GCr15連鑄方坯的偏析率、大型偏析點(diǎn)面積與中心等軸晶區(qū) SDAS均在過熱度為25℃時(shí)取得最小值。表明過熱度25℃時(shí)，GCr15連鑄方坯中心等軸晶區(qū)域質(zhì)量?jī)?yōu)于過熱度為20℃與35℃時(shí)GCr15連鑄方坯中心等軸晶區(qū)域的質(zhì)量。最后，為了解釋該現(xiàn)象，利用ANSYS模擬軟件，求解出了不同過熱度下GCr15連鑄方坯凝固過程的溫度場(chǎng)，進(jìn)而求出其中心凝固時(shí)間tMcentre、前期凝固時(shí)間tMearlier與后期凝固時(shí)間

4、tMlater。發(fā)現(xiàn)，中心等軸晶區(qū)SDAS隨后期凝固時(shí)間tMlater而非中心凝固時(shí)間tMcentre的縮短而減小，即用中心凝固時(shí)間tMcentre來表征中心等軸晶區(qū)SDAS存在一定的誤差，主要在于中心凝固時(shí)間tMcentre的前半程即前期凝固時(shí)間tMearlier存在一定的失效性：由于碳元素在中心處富集和對(duì)流的存在，鋼液溫度降至液相線以下的某段時(shí)間內(nèi)鋼液中并未出現(xiàn)二次分枝，這段無效的時(shí)間包含在前期凝固時(shí)間 tMearlier里。同時(shí)表

5、明后期凝固時(shí)間的縮短可以提高GCr15連鑄方坯中心等軸晶區(qū)域的質(zhì)量。在對(duì)GCr15連鑄方坯分析的基礎(chǔ)上，在實(shí)驗(yàn)室條件下開展熱態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)，來研究過熱度及相關(guān)凝固條件對(duì)實(shí)驗(yàn)鋼樣質(zhì)量的影響，為實(shí)際澆鑄過程中過熱度的選取及連鑄過程工藝的優(yōu)化提供一定的參考。實(shí)驗(yàn)過程中，設(shè)置一個(gè)基準(zhǔn)試樣，該試樣由加熱溫度降到固相線溫度各階段冷卻速度參照 GCr15連鑄方坯中心位置凝固過程溫度場(chǎng)變化制定，在此基礎(chǔ)上改變加熱溫度和降溫凝固過程各階段的冷卻速度來研究凝固

6、條件對(duì)各試樣凝固組織的影響。發(fā)現(xiàn)，在過熱度消除階段和前期凝固階段增加冷卻速度，可以使得凝固組織形貌由胞狀晶轉(zhuǎn)為樹枝晶，只增加后期凝固階段的冷卻速度，試樣凝固組織基本保持了基準(zhǔn)試樣的形貌，以胞狀晶為主；各試樣加熱溫度相同時(shí)，增加前期凝固階段與后期凝固階段冷卻速度均可以提高試樣凝固組織的致密性，但增加前期凝固階段冷卻速度效果更加明顯，考慮到熱態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)與實(shí)際澆鑄過程的區(qū)別，進(jìn)一步證明了前期凝固時(shí)間tMearlier來表征其內(nèi)部質(zhì)量質(zhì)量失效性