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        控制軸承零件殘留奧氏體含量的熱處理工藝

        2018-04-26 01:00:15康風(fēng)波賈玉鑫何紅玉
        金屬加工(熱加工) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:工藝

        ■ 康風(fēng)波,賈玉鑫,孫 偉,何紅玉

        高碳鉻軸承鋼制軸承零件經(jīng)馬氏體淬回火后,顯微組織由回火馬氏體、殘留奧氏體及均勻分布的細(xì)小碳化物組成。GCr15鋼制軸承零件中殘留奧氏體含量一般為15%左右,而GCr15SiMn鋼制軸承零件中殘留奧氏體含量一般超過20%。殘留奧氏體是亞穩(wěn)定相,較高的殘留奧氏體含量會導(dǎo)致工件在使用過程中尺寸發(fā)生變化、精度降低,極大地縮短軸承的使用壽命。

        隨著用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高,很多軸承廠家不僅對組織硬度等指標(biāo)嚴(yán)格要求,對其殘留奧氏體含量也作出嚴(yán)格控制,國外軸承廠家對這方面要求尤為嚴(yán)格,一般要求殘留奧氏體含量在3%以下。在處理尺寸較小、壁厚較薄的GCr15鋼制軸承滾子時,冷處理或深冷處理基本上能夠達(dá)到要求;但在處理GCr15SiMn鋼制軸承滾子時卻很難達(dá)到要求。為滿足客戶的要求,我們有必要開發(fā)一種更為有效的降低殘留奧氏體含量的方法。

        1. 殘留奧氏體產(chǎn)生的原因

        軸承鋼在淬火過程中,從Ms點(diǎn)溫度開始奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變,一直到Mf點(diǎn)溫度以下奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變完成,常用軸承鋼的Mf點(diǎn)都在室溫以下,但低于Mf點(diǎn)馬氏體轉(zhuǎn)變不會繼續(xù)進(jìn)行。奧氏體不會完全轉(zhuǎn)變,會殘留一部分奧氏體不發(fā)生轉(zhuǎn)變。這是因?yàn)檗D(zhuǎn)變完成的馬氏體會對周圍的奧氏體的繼續(xù)轉(zhuǎn)變產(chǎn)生阻礙作用,馬氏體在轉(zhuǎn)變時發(fā)生體積膨脹,產(chǎn)生很大的壓應(yīng)力,使剩余的奧氏體在轉(zhuǎn)變時,要克服壓應(yīng)力做功,這樣就阻礙了殘留奧氏體的進(jìn)一步轉(zhuǎn)變。

        表1 GCr15SiMn化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))檢測結(jié)果 (%)

        2. 試驗(yàn)材料及工藝

        試驗(yàn)材料為GCr15SiMn,規(guī)格φ30mm×30mm,其化學(xué)成分如表1所示。技術(shù)要求:硬度61~65HRC,殘留奧氏體含量≤3%,其余要求按JB/T1255—2014執(zhí)行。

        試驗(yàn)采用愛協(xié)林鹽淬多用爐,淬火工藝采用820℃保溫75min出爐鹽浴淬火,鹽浴溫度為170℃,等溫時間50min。隨后采用不同的回火及冷處理溫度進(jìn)行處理,工藝曲線及具體工藝方案如附圖及表2所示。

        3. 結(jié)果及分析

        (1)常規(guī)回火及二次高溫回火 經(jīng)淬火后采用170℃回火,并再次200℃、220℃及240℃分別回火,如表2中1~4號工藝。隨后對組織、硬度及殘留奧氏體含量進(jìn)行檢測,常規(guī)及二次高溫回火后檢測結(jié)果如表3所示。可以發(fā)現(xiàn),經(jīng)普通回火后,組織、硬度雖然能夠滿足技術(shù)要求,但是殘留奧氏體含量達(dá)到了16%。而采用二次高溫回火會明顯降低殘留奧氏體含量,隨著溫度提高,殘留奧氏體含量逐漸減少,當(dāng)回火溫度提高到240℃時,殘留奧氏體含量基本在0.9%以下。

        據(jù)研究,提高回火溫度能降低殘留奧氏體含量的原因有兩個:一方面高溫度回火能夠促進(jìn)奧氏體中碳化物和合金元素的析出,從而提高馬氏體轉(zhuǎn)變的Mf點(diǎn),從而促進(jìn)殘留奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變;另一方面高溫回火會消除前期奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的應(yīng)力,降低奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的阻礙作用。但采用高溫回火會降低工件的硬度,從表3中可以發(fā)現(xiàn),240℃回火時硬度會降低2HRC左右。

        (2)冷處理或深冷處理+常規(guī)回火 采用冷處理是利用冷凍箱把工件冷卻到–70℃左右;或采用深冷處理,用液氮把工件冷卻到–196℃左右,這樣工件殘留奧氏體會明顯減少,深冷處理時效果尤為明顯,關(guān)于這方面的研究很多。

        采用5~8號工藝,檢測結(jié)果如表4所示。用這種方法處理GCr15鋼制工件時殘留奧氏體含量基本能控制在3%以下,但是處理GCr15SiMn材料時,卻很難滿足要求,一般控制在4%~6%,硬度會提高2HRC。

        (3)采用冷處理+較高溫度回火 結(jié)合上述兩種處理方式的優(yōu)缺點(diǎn),在保證殘留奧氏體含量及硬度都能合格的前提下,采用冷處理+高溫回火的方式控制殘留奧氏體含量,具體工藝如表2中9號、10號工藝所示。檢測結(jié)果如表5所示,可以發(fā)現(xiàn),采用10號工藝能夠控制殘留奧氏體含量及硬度在技術(shù)指標(biāo)范圍內(nèi)。

        熱處理工藝曲線

        表3 常規(guī)及二次高溫回火后檢測結(jié)果

        表4 冷處理或深冷處理+常規(guī)回火檢測結(jié)果

        表5 冷處理或深冷處理+常規(guī)回火檢測結(jié)果

        4. 結(jié)語

        采用冷處理+較高溫度回火的方式,能夠克服單獨(dú)采用冷處理或較高溫度回火降低殘留奧氏體含量的缺點(diǎn),在實(shí)現(xiàn)高硬度的前提下,保證殘留奧氏體含量降低到3%以下。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 劉耀中,左傳付.軸承鋼零件淬回火后的殘留奧氏體[J].軸承,2008(6):48-51.

        [2] 韓慶禮,劉國權(quán),向嵩,等.軸承鋼的室溫尺寸穩(wěn)定性研究[J].兵器材料科學(xué)與工程,2007(6):38-41.

        [3] 王秋成,張召明,王露,等. GCr15鋼深冷條件下的組織轉(zhuǎn)變[J].低溫工程,2008(6):24-27.

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