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瀏覽│·:- 釋出日期│·:2022-09-23 09:44:48【

摘 要:在溫度為550~900℃時,對 GCr15軸承鋼進行退火,觀察其顯微組織變化,並進行硬度 測試,對退火及脫碳轉變機理進行分析與討論↟╃╃☁✘。結果表明:在550 ℃退火時,GCr15軸承鋼的組織 和熱軋狀態基本沒有變化;在600~750 ℃退火時,隨著溫度的升高,細片狀珠光體的片層間距逐 漸增大,到 750 ℃ 時細片狀珠光體基本消失,主要為球化碳化物顆粒和長條狀碳化物顆粒;在 760~800 ℃退火時,隨著溫度的升高,組織逐漸趨向完全球化;在850~900 ℃退火時,隨著溫度的 升高,粗片狀珠光體逐漸增加;在550~900 ℃退火時,其硬度呈先下降後上升的趨勢;在750~ 900 ℃退火時,硬度均小於245HBW,滿足標準要求↟╃╃☁✘。 

關鍵詞:軸承鋼;軟化退火;硬度;顯微組織 

中圖分類號:TG161                                     文獻標誌碼:A                                文章編號:1001-4012(2022)08-0029-03


GCr15軸承鋼在熱軋(鍛)狀態時的硬度較高,其 布氏硬度一般不小於302HBW,在鋸切下料▩▩₪··、切削加 工▩▩₪··、冷壓力加工前,一般需對其進行退火處理↟╃╃☁✘。GCr15 軸承鋼的退火分為軟化退火和球化退火↟╃╃☁✘。軟化退火 的目的主要是消除應力▩▩₪··、降低硬度,為下料提供便利; 而球化退火不但可以消除應力▩▩₪··、降低硬度,而且可以 為淬火提供準備,減少材料的淬火變形和開裂↟╃╃☁✘。

GB/T18254—2002《高碳鉻軸承鋼》標準規定, GCr15軸承鋼退火後的硬度為179~207HBW,為了 保證對其硬度的要求,無論軟化退火還是球化退火, 一般均需採用球化退火的工藝溫度進行退火↟╃╃☁✘。退火 溫度一般控制在780~800 ℃↟╃╃☁✘。GB/T18254—2016 已將軟化退火和球化退火的硬度要求進行了區分,軟 化退火的布氏硬度不大於245HBW,球化退火的布 氏硬度為179~207HBW↟╃╃☁✘。 

筆者採用不同的退火溫度對 GCr15軸承鋼進 行熱處理,探索出了比球化退火工藝更為有效的軟 化退火工藝↟╃╃☁✘。 

1 試驗方法 

GCr15軸承鋼生產工藝為:70t電爐→LF(鋼包精 煉爐)+RH(真空迴圈脫氣精煉爐)精煉→連鑄方坯→ 機組成材↟╃╃☁✘。成材過程採用控軋控冷工藝,控制鋼材碳 化物網狀分佈↟╃╃☁✘。最終成材為圓柱狀,直徑為40mm↟╃╃☁✘。

GCr15軸 承 鋼 材 料 中 C 元 素 的 質 量 分 數 為 0.96%,Si元素的質量分數為0.25%,Cr元素的質 量分數為1.45%,Mn元素的質量分數為0.34%,P 元素的質 量 分 數 為 0.01%,S 元 素 的 質 量 分 數 為 0.002%↟╃╃☁✘。其原始顯微組織為片狀珠光體+碳化物, 布氏硬度為343HBW↟╃╃☁✘。 

採用精密切割機將成材切割成15mm 厚的圓 柱試樣↟╃╃☁✘。採用箱式爐進行熱處理試驗,主要熱處理 工藝為:分 別 在 550,600,650,700,730,740,750, 760,770,780,800,850,900 ℃下保溫,保溫時間均 為180min,再進行退火,爐溫不大於300 ℃後取出 試樣,空冷至室溫↟╃╃☁✘。

試驗結束後,製備試樣,採用 Quanta400F型掃 描電鏡(SEM)觀察其顯微組織形貌,採用全自動布 氏硬度計對不同退火狀態試樣的硬度進行測試↟╃╃☁✘。

2 試驗結果 

2.1 退火溫度對 GCr15軸承鋼顯微組織形貌的影響 

經過不同溫度退火後,GCr15軸承鋼試樣的顯 微 組織形貌如圖1所示↟╃╃☁✘。從圖1a)可以看出:其熱軋狀態的顯微組織呈典型的細片狀,該組織以細片狀 珠光體為主,晶界含有少量的二次碳化物;圖1b)是 550 ℃退火時的顯微組織,可以看到組織和熱軋態 相 比 基 本 沒 有 差 異,主 要 是 細 片 狀 珠 光 體;從 圖1c)~1h)可以看出,隨著退火溫度的升高,片狀 珠光體的片層間距逐漸增大,直至消失,700 ℃退火 時,片狀珠光體開始球化,顯微組織為球化珠光體+ 片狀珠光體,750 ℃退火時,明顯的片狀珠光體已經 消失,顯微組織主要為球化碳化物顆粒和長條狀碳 化物顆粒,碳化物已經彌散在鐵素體基體上;從圖 1i)~1l)可以看出,760,770 ℃退火後的顯微組織類 似,主要為球化碳化物顆粒及極少量長條狀碳化物 顆粒,780,800 ℃ 退火時組織已經完全球化;從圖 1m)~1n)可以看出,850℃時退火組織以球化碳化 物為主,同時出現了粗片狀珠光體,900 ℃退火時, 出現了大量粗片狀珠光體,同時伴有少量球化碳化 物顆粒↟╃╃☁✘。 

2.2 退火溫度對 GCr15軸承鋼硬度的影響 

不同退火溫度與 GCr15軸承鋼硬度的關係曲 線如圖2所示↟╃╃☁✘。從圖2可以看出:在550℃退火時, 硬度為340 HBW,與原始狀態 GCr15軸承鋼的硬 度相比,基本沒有變化;在600~760℃退火時,隨著 退火溫度的升高,硬度逐漸降低;在760~850 ℃退 火時,不同的退火溫度對應的硬度變化不大,硬度為 185~200HBW;當退火溫度提高到900 ℃時,硬度 升高到242HBW↟╃╃☁✘。

3 分析與討論 

退火是將鋼加熱至臨界點 AC1 以上或以下的 溫度,保溫以後隨爐緩慢冷卻,以獲得近於平衡狀態 組織的熱處理工藝[1]↟╃╃☁✘。由於臨界點受成分▩▩₪··、升溫速 率▩▩₪··、冷卻速率等的影響,因此臨界點並不是固定值↟╃╃☁✘。 一般 GCr15 軸 承 鋼 臨 界 點 AC1 的 溫 度 是 725~ 760 ℃,臨界點ACCm 的溫度是770~900 ℃ [2]↟╃╃☁✘。

當溫度小於 AC1 溫度時,屬於低溫退火,硬度 的降低主要取決於碳化物的形態及分佈,即由片狀 珠光體向球狀珠光體▩▩₪··、由細球狀珠光體向粗球狀珠 光體轉化↟╃╃☁✘。溫度越高,這種轉化越快也越完全,得到 的硬度越低↟╃╃☁✘。因此,在760℃以下時,隨退火溫度的 升高,GCr15軸承鋼的硬度逐漸降低↟╃╃☁✘。

當溫度略高於AC1 溫度時,即在γ+Fe3C兩相 區加熱,由於奧氏體化溫度比較低,因此奧氏體的碳 含量是不均勻的,而且有未溶解的碳化物↟╃╃☁✘。在加熱 過程中,未溶解的碳化物會由片狀珠光體逐漸轉變 為球狀珠光體,而在隨後的緩冷及恆溫過程中,不均 勻奧氏體的高碳處會成為碳化物的形核位置,從而 使一部分碳化物直接長成球狀,另一部分仍以片狀 成長的碳化物則在隨後的緩冷或恆溫過程中逐漸球 化[3]↟╃╃☁✘。在760~850℃退火時,不同的退火溫度對應 的硬度變化不大,硬度為185~200HBW↟╃╃☁✘。 

當溫度大於ACCm 溫度時,開始完全退火轉變, 此時碳化物溶解較充分,在隨後的緩冷過程中,由於 部分割槽域缺少核心碳化物,因此比較均勻的奧氏體 內不得不重新產生核心而出現片狀珠光體↟╃╃☁✘。一般加 熱溫度越高,保溫時間越長,退火組織中也越會形成 粗片狀珠光體[4]↟╃╃☁✘。在900℃退火時,硬度反而上升↟╃╃☁✘。 

當溫度大於ACCm 溫度時,緩冷退火,奧氏體有 網狀二次滲碳體析出,使鋼的強度▩▩₪··、塑性和衝擊韌度 顯著降低[1],因此即使退火溫度大於850℃,硬度滿 足標準的要求,但生產實踐中仍不適用↟╃╃☁✘。 

脫碳的過程分為兩個階段:碳化物的氧化與擴 散↟╃╃☁✘。鋼表面的碳元素髮生氧化,碳含量降低,引起表 面和內部碳含量有差異,促使碳元素從內部向表面 擴散↟╃╃☁✘。加熱溫度越高,原子熱運動就越劇烈,擴散速 率就越大,脫碳的趨勢就越大[5]↟╃╃☁✘。在保證硬度滿足 標準的前提下,退火溫度越低越好↟╃╃☁✘。

4 結論

(1)在550 ℃退火時,GCr15軸承鋼的組織與 熱軋狀態的組織相比基本沒有差異;在600~750℃ 退火時,隨著退火溫度的升高,細片狀珠光體的片層 間距逐漸增大,到750 ℃時,片層狀珠光體基本消 失,主要為球化碳化物顆粒和長條狀碳化物顆粒;在 760~800 ℃退火時,隨著溫度的升高,組織逐漸趨 向完全球化;在850~900 ℃退火時,隨著溫度的升 高,粗片狀珠光體逐漸增加↟╃╃☁✘。

(2)在550~900 ℃退火時,GCr15軸承鋼的硬 度呈先下降後上升的趨勢;在760~850 ℃退火時, 其硬度變化不大且較低,硬度為185~200HBW↟╃╃☁✘。

(3) 在 750~900 ℃ 退 火 時,硬 度 均 小 於 245HBW,滿足 GB/T18254—2016標準對軟化退 火材料的要求;選擇750 ℃左右保溫的軟化退火工 藝可使脫碳層最小↟╃╃☁✘。


參考文獻: 

[1] 崔忠圻,覃耀春.金屬學與熱處理[M].北京:機械工 業出版社,2007. 

[2] 鍾順思,王昌生.軸承鋼[M].北京:冶金工業出版社, 2000. 

[3] 胡光立,謝希文.鋼的熱處理 原理和工藝[M].西安: 西北工業大學出版社,2004. 

[4] 孫欽賀.高碳鉻軸承鋼製軸承零件球化退火組織缺陷 分析[J].金屬加工(熱加工),2018(6):78-80. [5] 曹安然.彈簧鋼防高溫氧化脫碳塗層的製備及效能研 究[D].南京:南京航空航天大學,2010.



<文章來源  > 材料與測試網 > 期刊論文 > 理化檢驗-物理分冊 > 58卷 > 8期 (pp:29-31)>

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    【本文標籤】│·:軸承鋼 軟化退火 硬度 顯微組織
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