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轴承钢热处理⼯艺及组织分析

轴承钢热处理⼯艺及组织分析

【摘要】本试验采⽤GCr15钢，分别对其进⾏了不同的热处理⼯艺试验，对其处理后的组织观察与分析，并进⾏了试

样硬度的测定。

【关键词】GCr15钢；正⽕；等温球化退⽕；淬⽕

轴承钢是指⽤于制作在不同环境中⼯作的各类滚动套圈和滚动体的钢的统称。⾼碳铬轴承钢⾃上世纪初问世⾄今已有

100多年的历史。从它诞⽣⾄今，化学元素的含量⼏乎没有变化，但其疲劳寿命却成倍甚⾄⼏⼗倍的提⾼，原因就在于

轴承材料的纯净度提⾼了。轴承钢纯净度的提⾼，主要依赖于冶⾦⼯艺的现代化、炉外精炼技术的普遍采⽤[2]。

热处理是通过加热和冷却的⽅法使⾦属内部组织结构（有的包括表⾯化学成分）发⽣变化，以获得预期性能的⼯艺⽅

法。这些性能包括⼯艺性能、⼒学性能和化学性能，在现代机械制造⼯业中主要指材料的强度、硬度、韧性、耐磨性、

耐热性和耐腐蚀性等。因此进⾏热处理是提⾼零件使⽤性能、保证产品质量、改造加⼯⼯艺性、发挥材料潜⼒和节约原

材料的重要途径。

本试验针对GCr15钢制订不同的热处理⼯艺并采⽤RSX-2.5-10实验箱式电阻炉对其进⾏处理，然后制备⾦相试样，对磨

抛后的试样⽤4%的硝酸酒精溶液进⾏腐蚀，在光学⾦相显微镜上对其组织进⾏观察与分析，在硬度试验计上测定试样

硬度，最后将实验结果进⾏综合分析。

⼀、试验材料

本实验⽤材为供货态GCr15钢棒材。将其加⼯成Φ15×25（mm）试样，其化学成分和临界点。

表1

⼆、试验设备

采⽤UJ-37型测温直流电位差计进⾏炉温校核，热处理加热设备采⽤RSX-2.5-10型箱式电阻炉，在M3225型台式砂轮机

上进⾏试样打磨，分别⽤200#、400#、600#、800#、1000#帆船牌⽔砂纸磨制⾦相试样，在P-2型抛光机上进⾏抛

光，⽤4%的硝酸酒精溶液对试样进⾏腐蚀，在OLYMPUSPMG3型光学⾦相显微镜上进⾏显微组织观察与分析，在HB-

3000型布⽒硬度试验机和HRD-150型电动洛⽒硬度试验计上测定试样的硬度值。

三、参数拟定

GCr15钢完全退⽕、正⽕、⾼温淬⽕⼯艺，都是将⼯件加热到单相奥⽒体区，然后根据不同性能的需求进⾏冷却，其具

体⼯艺见下表。

表2

GCr15钢的正常淬⽕⼯艺是将⼯件加热到Ac1以上50～80℃、等温球化退⽕⼯艺是将⼯件加热到Ac1以上20～30℃然后

在Ar1以下10～20℃等温⼀定时间[1]，根据钢的临界点及试验⽬的要求，其具体⼯艺见表2。

四、试验结果分析

（⼀）供货态组织、完全退⽕组织的分析

GCr15钢供货态组织为索⽒体＋断续细⽹状渗碳体。GCr15钢经930℃×40min退⽕的组织为粗⼤⽚状珠光体和⽹状⼆次

渗碳体。与T10钢的完全退⽕组织相⽐，珠光体⽚间距减⼩，沿晶界析出的⽹状渗碳体变细，主要原因是GCr15中含有

碳化物形成元素Cr，在随炉冷却过程中碳原⼦扩散受阻，因此从奥⽒体中析出量减少，⽽形成⽚间距较细的珠光体及沿

其晶界析出的细⽹状渗碳体[4]。

其晶界析出的细⽹状渗碳体[4]。

（⼆）正⽕组织、等温球化退⽕组织的分析

GCr15钢经930℃×40min正⽕处理后的组织与T10钢相⽐，除屈⽒体外＋沿晶界分布的渗碳体颗粒更细⼩⽽⼜少。其原

因是冷速快，该钢的C曲线与T10钢相⽐右移，实际相变速度减缓，在相同的冷速下碳从过冷奥⽒体中的析出量少所

致。

等温球化退⽕所得组织为球状珠光体，其组织中的碳化物颗粒与T10钢相⽐更细⼩。原因是钢中含有铬元素，碳原⼦聚

集长⼤倾向较T10钢⼩，故形成的颗粒状渗碳体较⼩。

（三）正常淬⽕组织、⾼温淬⽕组织的分析

正常淬⽕的组织为细⼩针状马⽒体和残余奥⽒体及未溶的颗粒状的碳化物。

轴承钢淬⽕温度虽⽐T10钢⾼出50℃左右，但该组织中的马⽒体针却很短。因为轴承钢中含有碳化物形成元素Cr，Cr有

抑制奥⽒体晶粒长⼤的作⽤，故在加热时形成的奥⽒体晶粒细⼩，淬⽕后获得细⼩针状的马⽒体。

⾼温淬⽕组织为粗⼤针状马⽒体和⽐较多的残余奥⽒体。与T10钢相⽐临界冷速较慢，也就是说过冷奥⽒体的稳定性⽐

较好，故淬⽕后得到粗⼤的马⽒体和残余的奥⽒体。

（四）不同回⽕温度下组织的分析

正常淬⽕+低温回⽕组织为隐针回⽕马⽒体和细⼩粒状的未溶碳化物。

由此可看出，正常淬⽕+中温回⽕组织为回⽕屈⽒体＋细⼩未溶的粒状碳化物。正常