随着我国工业的发展,工业生产从重工业的炼钢、发电,到精密仪器制造和纺织工业,各行各业用油千差万别,且使用的机械设备和工艺条件多种多样,因此,对所使用的润滑剂的要求也各不相同。
工业用润滑剂包括非常广泛的润滑油品种和实际应用领域。虽然品种繁多、举不胜举,但其主要品种如:蒸汽透平油、轴承润滑油、液压油、齿轮油、机床润滑油、润滑脂、金属加工液、纺织用润滑油、淬火油、导热油、电器油、冷冻机油、防锈油等,在工业上可谓量大、应用广泛,是人们普遍熟悉的品种。
目前所使用的润滑剂产品可以粗略地分为两类,也即工业机械的润滑剂和工业生产工艺油剂。齿轮油属于前者,它的作用纯为润滑;淬火油属于后者,当炽热的钢淬入油中时,油能迅速地“取”走钢的热量,它也起了工艺油的作用。淬火油允许钢在其中硬化,但不需要润滑作用。换言之,油被用作冷却钢锭而不用作润滑。
在多数情况下,润滑剂同时起到润滑作用和冷却作用,因此,要把一个油品准确地划分为单纯的润滑油或者工艺油是困难的。例如用于金属加工工艺的纯切削油就是具有双重作用。它通过降低工具和工件之间的摩擦起润滑剂的作用;同时,由于它本身具有冷却能力而起工艺油的作用。但是,金属切削油一般被归入工艺油类。
“工艺油剂”意即不需要起码的润滑作用。我们所谓“润滑性”是指具有把两个彼此相对运动的表面隔开的本领。这样,由于避免彼此接触而防止金属磨损。这种状态通常叫做流体润滑。但是,由于负荷或是各种机械及机械原理的力的特点不同,也可能出现润滑油膜破裂而导致磨损和表面损伤。在这种称为“边界”状态条件下,如果有另外的润滑特性,即可避免这种损伤。所以,工业润滑剂主要是根据应用条件——流体或者边界(有时是两种兼有)条件,作适当选择。
如透平油、液压油、齿轮油、润滑脂、机床润滑油以及金属切削和钢的热处理用工艺油,它们包括了工业用油的大部分特点。而对于用在各种场合的工业用润滑剂来说,化学稳定性、热稳定性,减少摩擦和耐负荷能力(包括极压润滑剂)是最普通的要求。
由于工业发展伴随着更高效率的工业设备的发展,而出现更高的负荷、速度和温度。同时,使润滑油的工作环境更加苛刻;也因此增加了对润滑油的性能要求。但就大多数的工业应用来说,以矿油(烃)为基础制成的液体产品就很合适了。在一些特殊的场合,需用合成油(非烃类),而在某种场合,则需用固体润滑剂。这些不同类型的润滑剂产品的特性也在进一步研究和开发。
装入汽车、产业用机械、家电、情报机器等机械装置中的轴承不仅要求轻量型、紧凑化,而且要求提高轴承性能以适应过于苛刻环境下的使用。为满足这种需求,必须使材料、热处理工艺、形状和尺寸最佳化,而且还需与使用材料的用户共同谋求周围部件的一体化。
日本大同特殊钢公司一直致力于开发适合于特别苛刻环境下使用的轴承材料以及适合于这种材料的热处理工艺。以下就该公司与轴承制造商共同开发的并已投入实际应用的高温轴承钢及该公司独自开发的耐异物轴承用钢进行简介。
1.高温轴承用钢STJ2
随着汽车发动机的输出功率的不断提高以及产业机械高速化和封闭化,轴承使用的环境温度上升。希望开发出在473~523K温度下保持性能的轴承。在这种温度范围下,如果使用实施了调质处理的SUJ2,其硬度就会降低,滚动寿命特性变差。另一方面,虽然用于喷气发动机等的析出硬化型合金钢-M50在同一温度范围具有充分的滚动寿命,但是该合金含有10%左右的Cr、Mo、V等合金元素,所以材料的成本高,热处理也复杂,缺少通用性。因此,将开发使高价的合金元素添加量控制在最低限度,同时考虑到热处理性和加工性的高温轴承用钢作为工作目标提高淬火硬度,提高抗回火软化对于防止高温状态下的软化是有效的。
该公司调查了合金元素对淬火硬度与回火硬度的影响,为提高淬火硬度利用了C元素,为改善抗回火软化利用了Si元素。因此,对于进行比较的轴承钢SUJ2而言,开发了增加C和Si的含量以防止高温下的硬度降低、通过添加Ni元素保持滚动特性的材料STJ2作为高温轴承用钢。
2.耐异物轴承用钢DCJ2
用于汽车的变速器和差动器的轴承中,由于油中混入异物(淤泥、切削粉末),一旦这种异物咬入轴承滚动面便产生压痕引起滚动面的早期剥落,为此开发耐异物轴承钢。
通过混入异物环境下滚动疲劳的再现试验、研讨的结果是为改善混入异物环境下的轴承使用寿命,通过提高表面的残留奥氏体量、提高表面硬度或基体的韧性具有效果。
开发的添加超过2%的Mn的耐异物轴承用钢DCJ2在调质状态下的耐异物滚动疲劳寿命与清洁油滚动疲劳寿命与SUJ2相比较,其残留奥氏体量高,在异物混入条件下显示出与在清洁油中一样的优异的滚动疲劳寿命,已明确DCJ2具有渗碳氮化处理钢同等的优异的耐异物寿命。
大同特殊钢公司展开了高温轴承钢STJ2与耐异物轴承钢DCJ2两种钢的表面硬化处理的研究工作,与NTN公司共同开发了添加Si、Ni的耐热渗碳轴承钢已实际应用。并且,开发的具有比渗碳氮化处理更为优异的寿命特性的添加Mn的耐异物用表面硬化钢,已开始向日本、美国、欧洲的轴承制造商进行推广应用。
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