鉻軸承鋼的淬火組織是淬火馬氏體、未溶解的二次碳化物和殘余奧氏體。其中馬氏體是C在a-Fe中的過飽和固溶體，是亞穩(wěn)定相，過飽和碳原子有從固溶體中自發(fā)析出的趨勢；奧氏體是高溫穩(wěn)定相，在室溫時不穩(wěn)定，有自發(fā)析出碳化物，轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Fe固溶體的趨勢；碳化物相有聚合長大，自發(fā)降低分散度的趨勢；淬火過程中形成的內(nèi)應(yīng)力和亞晶結(jié)構(gòu)，也處于能量上的不穩(wěn)定，有自發(fā)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡的趨勢，這些不穩(wěn)定因素，以及自發(fā)地向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢，都是由熱力學(xué)本身決定的，其轉(zhuǎn)變都與擴散密切相關(guān)。
回火溫度越高，這一過程相對地進行得越迅速、越徹底殘余奧氏體是軸承材料經(jīng)淬回火后少量存在的亞穩(wěn)定相，在軸承貯存、運輸和使用過程中將不斷地發(fā)生向馬氏體組織的轉(zhuǎn)變，由于奧氏體組織與馬氏體組織的比容差異，從而導(dǎo)致軸承零件的尺寸發(fā)生變化，影響軸承的使用壽命。
JB/T 1255- 2001 《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術(shù)條件》對于馬氏體、屈氏體、殘余奧氏體等方面的檢測，只在光學(xué)顯微鏡下對照標(biāo)準(zhǔn)圖譜判定是否合格。為提高我國軸承的尺寸穩(wěn)定性和綜合性能，JB/T 1255- -2014 《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理技術(shù)條件》在原標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，增加了軸承零件淬回火后殘余奧氏體含量要求，對于常規(guī)淬回火工藝處理后的零件，殘余奧氏體含量要求一般小于15%。
為此，本研究以深溝球軸承外圈GCr15材料為試驗對象，通過改變回火溫度，研究相同時間回火后材料硬度殘余奧氏體含量、表面殘余應(yīng)力變化的情況，為GCr15鋼低溫回火工藝的制定提供參考。
1 試驗材料及方法
試驗材料為GCrI5鋼車制的套圈，共計80件，按照CB/T 20066- 2006 《鋼和鐵化學(xué)成分測定用試樣的取樣和制樣方法》對試驗用CCrl5鋼取樣，其化學(xué)成分如表1所示。
淬火油采用光亮淬火油，其閃點為186 ℃、粘度為23. 76 mm2/s、最大冷卻速率V... =98.4℃/s、特性溫度為593.7℃。將GCr15鋼車制好的外徑為φ160mm、幅高為37 mm、有效厚度為9.6 mm的深溝球軸承，放進型號為RJCD - 240輥棒淬、回火生產(chǎn)爐，加熱至850 ℃保溫30分鐘后油冷淬火后，然后取出5件，將其中1件用線切割機沿軸向截取4塊試樣，隨后將這4塊試樣和其余4件外圈，按1塊試樣加1件外圈分別在165、200、250、300 ℃進行回火處理，保溫時間均為3.5 小時，出爐后空冷至室溫。
將經(jīng)過不同溫度回火的軸承外圈按JB/T1255-2014的要求，用型號為HR150-A的洛氏硬度計測量其硬度，用型號為AMI -21的奧氏體測量儀測量其殘余奧氏體含量，用型號為dmax2500pc的X射線衍射儀測量其表面殘余應(yīng)力。將回火后線切割的試樣經(jīng)磨光、拋光后，用4%(質(zhì)量分數(shù))的硝酸酒精溶液腐蝕，制成金相試樣，在光學(xué)顯微鏡下觀察不同回火溫度下材料組織形貌。
2 試驗結(jié)果與分析
2.1、回火溫 度對硬度、表面殘余應(yīng)力的影響
將4種不同溫度回火的試樣，沿外圈的端面一周均勻測量5點硬度值，具體測量結(jié)果見圖1；
沿外圈的端面一周均勻測量5點表面殘余應(yīng)力值，具體測量結(jié)果見圖2。
從圖1中可以看出，隨著回火溫度的升高，硬度由HRC 61.7下降至HRC 56.2，下降幅度為9.78%。從圖2中可以看出，隨著回火溫度的升高，表面殘余應(yīng)力總體呈下降趨勢，由165℃時的706.8MPa下降至300℃時的382.2MPa，'下降幅度為84.9%。
硬度的下降是由于馬氏體在回火過程中發(fā)生分解形成共析組織，同時析出的碳化物在回火保溫過程中聚集、粗化，且與基體脫離共格關(guān)系，晶格畸形降低，位錯密度降低。且隨回火溫度的升高，馬氏體分解完全，析出的碳與基體的共格關(guān)系消失，應(yīng)力場消失，從而造成材料的軟化現(xiàn)象發(fā)生。此外，回火溫度越高使得淬火應(yīng)力得到釋放，因而表面應(yīng)力也顯著下降。250℃的表面殘余應(yīng)力高于200℃，可能與試驗表面加工應(yīng)力較高有關(guān)。
2.2、回火溫度對殘余 奧氏體含量的影響
將4種不同溫度回火的試樣，沿外圈的端面-周均勻測量5點殘余奧氏體含量，具體測量結(jié)果見圖3；
從圖3中可以看出，隨著回火溫度的提高，殘余奧氏體含量由9.88%下降至3.26%。將線切割的試樣按JB/T 1255- 2014 的要求，進行機械研磨、拋光，并經(jīng)4%的硝酸酒精腐蝕后，在光學(xué)顯微鏡下觀察其顯微組織，如圖4所示。
油冷試樣淬火態(tài)下組織主要為針狀馬氏體、顆粒碳化物和少量的亞穩(wěn)定相殘余奧氏體。從圖4中可以看出，隨著回火溫度的提高，碳化物逐漸聚集并不斷長大。這是由于隨著回火溫度的升高，碳化物從馬氏體內(nèi)析出轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，呈暗灰針狀，當(dāng)回火溫度達到300C時，過飽和碳從馬氏體中析出聚集并逐漸長大。
3 結(jié)論
1) CCr15鋼隨回火溫度的提高，硬度由165℃時的HRC61.7下降至300℃時的HRC56.2；表面殘余應(yīng)力總體上逐漸降低。
2) GCr15鋼隨回火溫度的提高，殘余奧氏體含量由165℃時的9.88%降至300℃時的3.26%，且小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小于15%的要求；隨著回火溫度的提高，顯微組織中碳化物逐漸聚集并不斷長大。
（來源：每天學(xué)點熱處理）
