楊晨星，宋華華，李付偉，劉匯河，徐保中

(1.洛陽LYC軸承有限公司，河南 洛陽 471039； 2.航空精密軸承國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 洛陽 471039；3.河南省高端軸承產(chǎn)業(yè)研究院，河南 洛陽 471039； 4.河南省軸承技術(shù)創(chuàng)新中心，河南 洛陽 471039)

軸承的應(yīng)用已滲入國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域[1]，軸承鋼作為制造軸承的主要材料，組織特征對軸承的壽命有著至關(guān)重要的影響。網(wǎng)狀碳化物主要是在熱加工過程中溫度過高或冷卻不足時碳化物沿晶界析出而形成的[2]，網(wǎng)狀碳化物會增加鋼的脆性，降低鋼的韌性[3-4]。軸承零件的網(wǎng)狀碳化物超標(biāo)將會使零件產(chǎn)生早期失效[5]。俞峰等[6]通過控冷技術(shù)，使終軋后快速冷卻至碳化物析出溫度以下，從而抑制網(wǎng)狀碳化物的析出。況作田等[7]認(rèn)為只要材料加熱過程不過熱、球坯不高溫堆積，網(wǎng)狀碳化物仍為細(xì)網(wǎng)。孫艷坤等[8]通過軋后快冷抑制網(wǎng)狀碳化物的析出。

本文通過試驗(yàn)設(shè)計(jì)，針對影響網(wǎng)狀碳化物的主要因素，探究網(wǎng)狀碳化物的形成規(guī)律，將鋼球中網(wǎng)狀碳化物控制在合格范圍，為鋼球生產(chǎn)制造過程中提供工藝參考。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)鋼為退火態(tài)GCr15軸承鋼鋼球，采用電渣重熔工藝冶煉，其主要化學(xué)成分見表1。鋼球直徑為φ40 mm，碳化物均勻分布在基體上，未形成網(wǎng)狀碳化物，如圖1所示。表2為不同溫度和不同冷卻方式的熱處理工藝參數(shù)，冷卻至室溫后按照標(biāo)準(zhǔn)JB/T 1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼零件熱處理技術(shù)條件》要求進(jìn)行網(wǎng)狀碳化物評級。

表1 GCr15軸承鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

圖1 試驗(yàn)鋼退火態(tài)組織

表2 熱處理工藝參數(shù)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 加熱溫度對網(wǎng)狀碳化物的影響

GCr15軸承鋼在900 ℃保溫3 h，爐冷后試樣的網(wǎng)狀碳化物組織如圖2(a)所示。由圖2(a)可知，900 ℃時鋼中有大量碳化物析出，但未形成網(wǎng)狀碳化物，這說明加熱溫度不超過900 ℃時，不具備析出網(wǎng)狀碳化物條件。這是由于GCr15鋼Acm為900 ℃，在900 ℃加熱溫度下仍有少部分碳化物未溶入奧氏體，未達(dá)到網(wǎng)狀碳化物析出的飽和度，在冷卻的過程中不會析出網(wǎng)狀碳化物。

GCr15軸承鋼在910～950 ℃保溫3 h，爐冷后試樣的網(wǎng)狀碳化物組織如圖2(b)～2(f)所示。910 ℃時網(wǎng)狀碳化物>3級；920 ℃時晶界處析出大量網(wǎng)狀碳化物(>3級)，晶內(nèi)析出少量碳化物，片層珠光體組織明顯可見；930～950 ℃時碳化物主要沿晶界析出，呈網(wǎng)狀分布(>3級)，碳化物的析出導(dǎo)致晶界明顯可見，晶內(nèi)有極少量可見碳化物，顯微組織為片層珠光體。這說明加熱溫度超過900 ℃時，在隨爐冷卻的條件下，奧氏體基體中的碳化物沿晶界大量析出，會出現(xiàn)網(wǎng)狀碳化物超標(biāo)的現(xiàn)象。

(a)900 ℃；(b)910 ℃；(c)920 ℃；(d)930 ℃；(e)940 ℃；(f)950 ℃

2.2 冷卻方式對網(wǎng)狀碳化物的影響

GCr15軸承鋼在940 ℃保溫3 h后，分別進(jìn)行灰冷、爐冷、開爐門冷卻、空冷、風(fēng)冷和水淬，冷卻后網(wǎng)狀碳化物組織如圖3所示。網(wǎng)狀碳化物評級見表3。灰冷、爐冷和開爐門冷卻后晶界析出大量碳化物，網(wǎng)狀碳化物嚴(yán)重超標(biāo)；空冷后網(wǎng)狀碳化物為2.5級，金相組織主要為片層珠光體；風(fēng)冷后晶界僅有少量碳化物析出，網(wǎng)狀碳化物為2.0級，金相組織主要為片層珠光體；水冷后晶界網(wǎng)狀碳化物<1級，金相組織主要為淬火馬氏體。

表3 不同冷卻方式條件下試樣的網(wǎng)狀碳化物評級

(a)灰冷；(b)爐冷；(c)開爐門冷卻；(d)空冷；(e)風(fēng)冷；(f)水淬

3 結(jié)論

1)GCr15軸承鋼在900 ℃保溫3 h，爐冷后未出現(xiàn)超標(biāo)的網(wǎng)狀碳化物，910～950 ℃時碳化物主要沿晶界析出，網(wǎng)狀碳化物>3級。在爐冷條件下，加熱溫度在910 ℃以上不是影響網(wǎng)狀碳化物析出的主要原因。

2)GCr15軸承鋼在940 ℃保溫3 h，灰冷、爐冷、開爐門冷卻和空冷后出現(xiàn)超標(biāo)的網(wǎng)狀碳化物，風(fēng)冷和水冷后未出現(xiàn)超標(biāo)的網(wǎng)狀碳化物。隨著冷卻速度的降低，冷卻后網(wǎng)狀碳化物越來越嚴(yán)重。