铁路重载货车轴承套圈热处理工艺模拟及优化研究

摘要

轴承是用于支承轴颈部和轴上的回转零件的部件，广泛应用在机械工业中，被称为“机械的关节”。随着中国高速重载铁路货运的快速发展，大力研发高性能的铁路轴承已是势在必行。铁路轴承在使用过程中受到挤压和摩擦载荷的周期性作用，要求它既要有较好的耐磨性，又必须有一定的韧性和较高的接触疲劳寿命，这对材料选择、热处理工艺都提出了很高的要求。
　　本文主要针对30吨轴重铁路货车轴承套圈，从研究开发新的热处理技术的角度出发，实现对非均匀壁厚轴承套圈硬度梯度的控制，保证其组织稳定性和硬度均匀性，并提高套圈表面硬度，使轴承套圈具有良好的耐磨性能和疲劳寿命，满足大轴重铁路货车滚动轴承的使用要求。
　　本文结合实际生产需要，运用模拟结合实验的手段，对由渗碳轴承钢G20CrNi2MoA制成的大轴重轴承套圈的化学成分、表面硬度、渗碳层深度和表面与心部组织等进行了较为深入的研究，分析现有热处理工艺存在的问题。结果表明，试块化学成分合格，组织分布合理且等级合格，渗碳层深度符合国标规定但数值偏大，表面硬度偏低且在局部出现软点。利用DEFORM软件模拟轴承套圈热处理过程中的温度场分布，热处理后的碳原子、硬度、组织分布，以及残余应力的分布等情况。结果显示，表面含碳量等模拟结果与实际情况一致。在轴承套圈表面中间部位出现数量不等的非马氏体组织，并出现不同程度的淬火软点，与实际检测结果相符。
　　应用上述有限元模型，模拟了两次淬火阶段使用不同换热系数的淬火介质时，轴承套圈硬度、组织及应力分布的情况，将两个模拟结果进行比较，发现两次淬火阶段均选用换热系数较大的淬火介质可以得到较均匀的硬度分布和组织分布。

目录

声明

1. 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 渗碳轴承钢简介

1.3 轴承钢热处理工艺简介

1.4 国内外轴承钢热处理发展动态

1.5 研究内容

2. 实验方法及热处理过程有限元模拟的理论基础

2.1 实验方法

2.2 热处理过程有限元模拟的理论基础

3. 轴承套圈组织性能分析及渗碳层检测

3.1 成分分析

3.2 微观组织分析

3.3 硬度分析

3.4 渗碳层深度分析

3.5 本章小结

4. 轴承套圈有限元模拟分析

4.1 DEFORM软件热处理方面的应用

4.2 热处理过程数值模拟前处理

4.3 热处理条件设定

4.4 现有工艺热处理模拟

4.5 冷却速度对性能的影响

结论

参考文献

致谢