高娜合金组织控制论文[精选].doc

GCr15轴承钢组织控制 引言 轴承是机械设备中的重要零件之一，使用过程中承受极高的交变载荷、摩擦、腐蚀等，使用条件十分苛刻。因此对于轴承钢而言，要求具有良好的强韧性配合及较高的接触疲劳性能和耐磨性。GCr15 钢作为轴承钢的代表钢种，由于其优良的加工性能和使用性能，被广泛应用于制造各种轴承的滚珠、滚柱和套圈等，其使用态应为隐晶回火马氏体+细小渗碳体颗粒组织。为此该钢在热处理前要具有良好球化的珠光体组织。GCr15 的球化与其热处理时的奥氏体化状态紧密相连，奥氏体化温度、渗碳体分布与形态都将影响实验钢的球化效果。 一、 影响GCr15网状碳化物的因素 网状碳化物级别升高1级，可使轴承寿命降低三分之一，GCr15轴承经淬、回火处理，约有7%的残余碳化物存在，残余碳化物的数量随钢的化学成分、碳化物颗粒的大小和形态不同而发生变化，马氏体组织中含碳量为一定值时(一般为0.4%-0.5%)，碳化物平均粒度愈小则疲劳寿命愈高[1]，具体数据见表 1.1 表1.1碳化物平均粒度与疲劳寿命的关系 1.化学成分及成分偏析 网状碳化物是在过共析钢中沿奥氏体晶粒边界析出呈网络状分布的过剩二次碳化物，它与钢的化学成分和偏析程度有关，高碳铬轴承钢中的碳化物不均匀性实质上是钢液在冷却过程中宏观和微观偏析的结果。网状碳化物是过剩的二次碳化物，因此钢中含有碳化物形成元素的浓度愈高，过剩的二次碳化物数量就愈多，碳化物网状组织也就愈严重。钢液结晶时，由于选分结晶，最先凝固的部分溶质含量较低，溶质集聚于母液，浓度逐渐增加，因而最后凝固的部分溶质含量则很高。显然在最终凝固结构中溶质浓度分布是不均匀的，这种成分不均匀的现象称为偏析。如果分析晶粒的成分分布时，我们会发现钢锭或铸坯中心溶质浓度较高;而在一个晶粒的晶界处溶质的浓度较高。前者为宏观偏析，后者为显微偏析。 1.1宏观偏析 钢液在凝固过程中，由于选分结晶，使树枝晶枝间的液体富集了溶质元素，再加上凝固过程钢液的流动将富集了溶质元素的液体带到未凝固区域，使得铸坯横截面上最终凝固部分的溶质浓度远高于原始浓度。引起钢液流动的因素很多，像注流的注入、温度差、密度差、铸坯鼓肚变形、凝固收缩、以及气体、夹杂物的上浮等均能引起未凝固钢液的流动，从而导致整体铸坯内部溶质元素分布的不均匀性，即宏观偏析。 1.2显微偏析 图1.1是一理想二元合金相图，A、B两元素在液相和固相都是无限溶解，取图中助成分进行讨论。 图1.1 钢中偏析发展过程示意图 当温度＞t℃时，合金处于液态，成分是均匀的。 当温度＝t℃时，结晶开始，有以下两种情况: (1)在完全平衡条件下结晶(二元素在固、液相中相互充分扩散) 当温度沿t、t1、t2…变化时，液相成分则沿a、al、a2…变化，固相成分则沿b、b1、b2…变化。当温度降至tp时，液相消失，固相成分则变至bp。凝固后合金不存在偏析。 (2)在不平衡条件下结晶(二元素在固相中不能充分扩散) 当温度沿t、t1、t2…变化时，液相成分沿a、al、a2…变化，固相则按凝固先后顺序存在着b、b1、b2…不同的化学成分。合金温度降到tp时还不会完全凝固，要一直冷到tk温度，合金才凝固完毕。图中c、cl、c2、…ck为从开始凝固起到某一结晶区间的结晶固相的平均成分。。k即为凝固结束时固相的平均成分。固相中存在着b、b1、b2…bp不同成分的差异，即合金的偏析。 影响显微偏析的因素: (l)冷却速度。 (2)溶质元素的偏析倾向。 (3)溶质元素在固体金属中的扩散速度。 2. 原始组织 加热时由于奥氏体晶核大都萌生于珠光体中的铁素体一碳化物相界面处，因此，界面较多的片状珠光体原始组织在形成奥氏体的速度上高于粒状珠光体。如果钢的成分相同，原始组织中碳化物分散度愈大，不仅相界面愈多，而且奥氏体中碳化物形核率和长大速度提高。所以原始组织愈细，奥氏体形成速度愈快，其转变温度愈低。当转变温度较低时，碳化物的形状通过溶解能力的不同而显示的尤为突出。 通常，粒状珠光体原始组织与片状珠光体相比，加热过程中的碳化物溶解和奥氏体均匀化均较为缓慢。在相同加热条件下，由于碳化物溶解所需时间与其表面积的平方成正比以及碳化物在奥氏体中的溶解度与其曲率半径成反比，所以，片状碳化物较粒状碳化物溶解速度快，且碳化物分散度愈大，其溶解能力也随之增大。与此相应，奥氏体中碳及合金元素的平均间距的减小，奥氏体的成分均匀化速度也必然加快。表1.2列出了几种不同碳化物粒度原始组织的GCr15钢，在相同加热条件下奥氏体的碳、铬等元素的平均浓度对比情况。 表1.2 奥氏体的碳、铬等元素的平均浓度对比情况 由于二次碳化物的溶解通常是在奥氏体晶粒边界附近首先开始的，即奥氏体的晶界在促进碳化物的溶解和成分均匀化等方面的作用是不容忽视的。因此，碳化物细化以及晶粒