隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)從重工業(yè)的煉鋼、發(fā)電,到精密儀器制造和紡織工業(yè),各行各業(yè)用油千差萬(wàn)別,且使用的機(jī)械設(shè)備和工藝條件多種多樣,因此,對(duì)所使用的潤(rùn)滑劑的要求也各不相同。
工業(yè)用潤(rùn)滑劑包括非常廣泛的潤(rùn)滑油品種和實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。雖然品種繁多、舉不勝舉,但其主要品種如:蒸汽透平油、軸承潤(rùn)滑油、液壓油、齒輪油、機(jī)床潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂、金屬加工液、紡織用潤(rùn)滑油、淬火油、導(dǎo)熱油、電器油、冷凍機(jī)油、防銹油等,在工業(yè)上可謂量大、應(yīng)用廣泛,是人們普遍熟悉的品種。
目前所使用的潤(rùn)滑劑產(chǎn)品可以粗略地分為兩類,也即工業(yè)機(jī)械的潤(rùn)滑劑和工業(yè)生產(chǎn)工藝油劑。齒輪油屬于前者,它的作用純?yōu)闈?rùn)滑;淬火油屬于后者,當(dāng)熾熱的鋼淬入油中時(shí),油能迅速地“取”走鋼的熱量,它也起了工藝油的作用。淬火油允許鋼在其中硬化,但不需要潤(rùn)滑作用。換言之,油被用作冷卻鋼錠而不用作潤(rùn)滑。
在多數(shù)情況下,潤(rùn)滑劑同時(shí)起到潤(rùn)滑作用和冷卻作用,因此,要把一個(gè)油品準(zhǔn)確地劃分為單純的潤(rùn)滑油或者工藝油是困難的。例如用于金屬加工工藝的純切削油就是具有雙重作用。它通過(guò)降低工具和工件之間的摩擦起潤(rùn)滑劑的作用;同時(shí),由于它本身具有冷卻能力而起工藝油的作用。但是,金屬切削油一般被歸入工藝油類。
“工藝油劑”意即不需要起碼的潤(rùn)滑作用。我們所謂“潤(rùn)滑性”是指具有把兩個(gè)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面隔開(kāi)的本領(lǐng)。這樣,由于避免彼此接觸而防止金屬磨損。這種狀態(tài)通常叫做流體潤(rùn)滑。但是,由于負(fù)荷或是各種機(jī)械及機(jī)械原理的力的特點(diǎn)不同,也可能出現(xiàn)潤(rùn)滑油膜破裂而導(dǎo)致磨損和表面損傷。在這種稱為“邊界”狀態(tài)條件下,如果有另外的潤(rùn)滑特性,即可避免這種損傷。所以,工業(yè)潤(rùn)滑劑主要是根據(jù)應(yīng)用條件——流體或者邊界(有時(shí)是兩種兼有)條件,作適當(dāng)選擇。
如透平油、液壓油、齒輪油、潤(rùn)滑脂、機(jī)床潤(rùn)滑油以及金屬切削和鋼的熱處理用工藝油,它們包括了工業(yè)用油的大部分特點(diǎn)。而對(duì)于用在各種場(chǎng)合的工業(yè)用潤(rùn)滑劑來(lái)說(shuō),化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性,減少摩擦和耐負(fù)荷能力(包括極壓潤(rùn)滑劑)是最普通的要求。
由于工業(yè)發(fā)展伴隨著更高效率的工業(yè)設(shè)備的發(fā)展,而出現(xiàn)更高的負(fù)荷、速度和溫度。同時(shí),使?jié)櫥偷墓ぷ鳝h(huán)境更加苛刻;也因此增加了對(duì)潤(rùn)滑油的性能要求。但就大多數(shù)的工業(yè)應(yīng)用來(lái)說(shuō),以礦油(烴)為基礎(chǔ)制成的液體產(chǎn)品就很合適了。在一些特殊的場(chǎng)合,需用合成油(非烴類),而在某種場(chǎng)合,則需用固體潤(rùn)滑劑。這些不同類型的潤(rùn)滑劑產(chǎn)品的特性也在進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。
裝入汽車、產(chǎn)業(yè)用機(jī)械、家電、情報(bào)機(jī)器等機(jī)械裝置中的軸承不僅要求輕量型、緊湊化,而且要求提高軸承性能以適應(yīng)過(guò)于苛刻環(huán)境下的使用。為滿足這種需求,必須使材料、熱處理工藝、形狀和尺寸最佳化,而且還需與使用材料的用戶共同謀求周圍部件的一體化。
日本大同特殊鋼公司一直致力于開(kāi)發(fā)適合于特別苛刻環(huán)境下使用的軸承材料以及適合于這種材料的熱處理工藝。以下就該公司與軸承制造商共同開(kāi)發(fā)的并已投入實(shí)際應(yīng)用的高溫軸承鋼及該公司獨(dú)自開(kāi)發(fā)的耐異物軸承用鋼進(jìn)行簡(jiǎn)介。
1.高溫軸承用鋼STJ2
隨著汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率的不斷提高以及產(chǎn)業(yè)機(jī)械高速化和封閉化,軸承使用的環(huán)境溫度上升。希望開(kāi)發(fā)出在473~523K溫度下保持性能的軸承。在這種溫度范圍下,如果使用實(shí)施了調(diào)質(zhì)處理的SUJ2,其硬度就會(huì)降低,滾動(dòng)壽命特性變差。另一方面,雖然用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等的析出硬化型合金鋼-M50在同一溫度范圍具有充分的滾動(dòng)壽命,但是該合金含有10%左右的Cr、Mo、V等合金元素,所以材料的成本高,熱處理也復(fù)雜,缺少通用性。因此,將開(kāi)發(fā)使高價(jià)的合金元素添加量控制在最低限度,同時(shí)考慮到熱處理性和加工性的高溫軸承用鋼作為工作目標(biāo)提高淬火硬度,提高抗回火軟化對(duì)于防止高溫狀態(tài)下的軟化是有效的。
該公司調(diào)查了合金元素對(duì)淬火硬度與回火硬度的影響,為提高淬火硬度利用了C元素,為改善抗回火軟化利用了Si元素。因此,對(duì)于進(jìn)行比較的軸承鋼SUJ2而言,開(kāi)發(fā)了增加C和Si的含量以防止高溫下的硬度降低、通過(guò)添加Ni元素保持滾動(dòng)特性的材料STJ2作為高溫軸承用鋼。
2.耐異物軸承用鋼DCJ2
用于汽車的變速器和差動(dòng)器的軸承中,由于油中混入異物(淤泥、切削粉末),一旦這種異物咬入軸承滾動(dòng)面便產(chǎn)生壓痕引起滾動(dòng)面的早期剝落,為此開(kāi)發(fā)耐異物軸承鋼。
通過(guò)混入異物環(huán)境下滾動(dòng)疲勞的再現(xiàn)試驗(yàn)、研討的結(jié)果是為改善混入異物環(huán)境下的軸承使用壽命,通過(guò)提高表面的殘留奧氏體量、提高表面硬度或基體的韌性具有效果。
開(kāi)發(fā)的添加超過(guò)2%的Mn的耐異物軸承用鋼DCJ2在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的耐異物滾動(dòng)疲勞壽命與清潔油滾動(dòng)疲勞壽命與SUJ2相比較,其殘留奧氏體量高,在異物混入條件下顯示出與在清潔油中一樣的優(yōu)異的滾動(dòng)疲勞壽命,已明確DCJ2具有滲碳氮化處理鋼同等的優(yōu)異的耐異物壽命。
大同特殊鋼公司展開(kāi)了高溫軸承鋼STJ2與耐異物軸承鋼DCJ2兩種鋼的表面硬化處理的研究工作,與NTN公司共同開(kāi)發(fā)了添加Si、Ni的耐熱滲碳軸承鋼已實(shí)際應(yīng)用。并且,開(kāi)發(fā)的具有比滲碳氮化處理更為優(yōu)異的壽命特性的添加Mn的耐異物用表面硬化鋼,已開(kāi)始向日本、美國(guó)、歐洲的軸承制造商進(jìn)行推廣應(yīng)用。
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