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线胀系数与瞬时膨胀系数、体胀系数与瞬时体胀系数对轴承材质的影响,这份分析报告吃透就厉害了

作者:董 发布时间:2021-09-13 浏览次数:166
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线胀系数与瞬时膨胀系数、体胀系数与瞬时体胀系数对轴承材质的影响,这份分析报告吃透就厉害了

 
由于无法输入的原因,以下线胀系数与瞬时膨胀系数、体胀系数与瞬时体胀系数的表示符号未进行区分。
线胀系数
线胀系数是指与单位温度变化对应的试样单位长度的线膨胀量。
△l/l0 = al△T
al—平均线胀系数,℃-1;△T—试样温度变化量,℃。
△l—试样长度变化量,mm;l0—试样的初始长度,mm;
瞬时线胀系数
瞬时线胀系数是指在温度T下与单位温度变化相应的线性热膨胀值,也称为微分线胀系数。
al = (dL/dT)/Li
al—瞬时线胀系数,℃-1;Li—试样在Ti的长度,mm;
01.png体胀系数

体胀系数是指与单位温度变化对应的试样单位体积的膨胀量。
△V/V0 = aV△T
aV—平均体胀系数,℃-1;△T—试样温度变化量,℃。
△V—试样体积变化量,mm3;V0—试样的初始体积,mm3;
-1933025783.jpg                           瞬时体胀系数
△t趋近于零时,aV的极限值(在恒压下)称为瞬时体胀系数,也叫微分体胀系数。
al = (1/V)(∂V/∂T)
aV—瞬时体胀系数,℃-1;V—试样在一定温度下的体积,mm3;

体胀系数与线胀系数的关系

aV = 3al[1+al(T2-T1)]
对于立方、六方、三方及正交晶系,热膨胀不会引起晶型变化:aV = al1+ al2+ al3;对于单斜晶系: aV = al1+ al2+ al3+ al5;对于三斜晶系:aV= al1+ al2+ al3+ al4+ al5+ al6。
aV—三个互相垂直的晶轴方向上的线胀系数和,℃-1;al1、al2、al3—分别为三个晶轴方向上的主膨胀系数,℃-1;al4+ al5+ al6—切应变膨胀系数,℃-1。)
02.jpg2.3 滚子和轴承套圈热膨胀系数的影响因素
轴承晶体结构
实际晶体结构中,总是含有某些缺陷,其中点缺陷会引起体积的变化,进而影响材料的热膨胀性能。
晶体各向异性
通常需采用六个独立的参数表征结构对称性较低的晶格。由于轴承晶体结构的不对称性,
不同晶轴方向上原子间相互作用力不同,在不同晶轴方向有不同的热膨胀系数,所以晶体的热膨胀特性也需要六个独立的参数来表示。
13 - 副本.jpg

通常,轴承采用的杨氏模量较高的晶轴方向有较小的热膨胀系数,反之亦然。对于一些对称性极差的晶体,平行于轴向方向与垂直于轴向的原子间相互结合力差别较大。若在某一方向上结合力较其它方向小,则晶体首先在该方向上热膨胀迅速增加,与此同时伴随着垂直于该方向上的收缩,因此会出现总体膨胀量较小,甚为负值。这种现象与弹性形变时泊松收缩相一致。这类材料可用于平衡某些部件中的热膨胀,提高轴承部件的抗热振动性能。轴承晶体各向异性越显著,材料越易出现极小或者负的体膨胀系数。
合金成分和相变
化学成
2.5.1 轴承材料精度临界点的测定
众所周知,相变研究作为材料科学工程中的一项基础研究工作,而相转变临界温度点的测定对新钢种的开发和研究是关重要的。轴承钢铁材料在加热或冷却过程中,精度发生相变,产生明显的体积效应。下图给出了一般碳钢在临界点温度附近的热膨胀曲线,由此曲线可确定钢种a骨丫转变的临界温度。通常采用两种方法:
1)切线法:取膨胀曲线上开始偏离纯热膨胀的温度点作为Acl (Ar3),对应图中的a、c两点;取膨胀曲线上开始恢复纯热膨胀的温度点作为Ac3(Arl),对应图中的b, d两点;
2)极值法:取加热和冷却膨胀曲线上的四个极值点温度作为Ac1、Ac3、Arl、Ar3,对应图中的a'、b'、c'、d'。
61.jpg碳钢膨胀曲线示意图
严格来讲,只有切线法比较符合交叉骨子转盘轴承金属学原理,因为对纯热膨胀的偏离正是由相变导致的体积效应引起的,但此方法易产生主观上的目测误差,因此需采用高精度的热膨胀仪才能减少实验误差。轴承值法确定的临界点与真实值有偏差,但容易判断值点,因此该方法常用于对比分析材料相变温度的影响因素。
20.jpg

2.5.2 研究加热转变
在轴承钢铁材料的热处理过程中,奥氏体化是必须经历的过程。然而相比对奥氏体分解的研究,对于奥氏体化过程的研究仍比较少,轴承钢铁材料的机械性能主要是由奥氏体化之后的冷却产物决定的,因此奥氏体化条件对钢铁材料终的组织结构与轴承机械性能有极大的影响。
研究钢(合金)的加热转变常采用热膨胀分析。
2.5.3 研究冷却转变
轴承钢铁材料经过高温热处理之后得到均匀稳定的奥氏体组织,当冷却至平衡相转变温度以下,会发生组织的转变。通常相变有扩散机制和切变机制两种,其中珠光体转变和贝氏体转变由扩散机制控制,而不同形态的马氏体相变属于切变机制。
采用膨胀法测定马氏体转变温度Ms是一种非常实用有效的方法,因为奥氏体转变为马氏体过程中产生的体积效应大。测定Ms点要求膨胀仪具有快速冷却机构和快速记录装置,通常采用光学膨胀仪和电感式膨胀仪,测量原理与上述的测定临界点的原理相同。

130.jpg

轴承研究冷却转变
轴承钢铁材料经过高温热处理之后得到均匀稳定的奥氏体组织,当冷却至平衡相转变温度以下,会发生组织的转变。通常相变有扩散机制和切变机制两种,其中珠光体转变和贝氏体转变由扩散机制控制,而不同形态的马氏体相变属于轴承成品的切变机制。

QQ图片20181031103551.png采用膨胀法测定马氏体转变温度Ms是一种非常实用有效的方法,因为奥氏体转变为马氏体过程中产生的体积效应大。测定Ms点要求膨胀仪具有快速冷却机构和快速记录装置,通常采用光学膨胀仪和电感式膨胀仪,测量原理与上述的测定临界点的原理相同。测量出的轴承精度准确误差小。
2.5.4 测定轴承钢的冷却转变曲线

wKgGMFVfTuSAEHtfAAEzVG_mh4M63.jpeg交叉滚子轴承过冷奥氏体随温度及时间的分解特性可采用等温转变曲线(TTT图)和连续冷却转变曲线(CCT图)来描述,两者对于新钢轴承钢种的工业应用关重要,其中TTT曲线常采用磁性法和膨胀法,CCT曲线主要采用膨胀法。与经典的轴承金相法相比,这些物理法极大减少工作量,且数据精度高。生产出的轴承精度也高。


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