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GCr15SiMn轴承钢热处理工艺研究.pdf

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GCr15SiMn轴承钢热处理工艺研究

姓名:

专业:机械制造及其自动化

班级:

学号:

摘要:

GCr15SiMn轴承钢广泛用于制作重型机床大型机械的大型轴

承的钢球、滚子和套圈。本文论述了不同锻后退火工艺、淬火工艺、

回火工艺中组织转变和对该钢组织性能的影响,提出最佳热处理工

艺。

关键词:GCr15SiMn、球化退火、淬火和回火、热处理。

前言:GCr15SiMn轴承钢是一种高碳铬轴承钢,提高了Si、Mn含

量改善了淬透性和弹性极限,有回火脆性,白点敏感性强,焊接性能

较差。

一、球化退火

1、球化退火过程中的组织转变

退火前的原始组织为热轧热锻或者正火组织,是片状碳化物与铁素体

相间的珠光体。将其加热至Ac1~Ac3之间并保温时,体心立方的铁

素体转变为面心立方的奥氏体,部分片状碳化物溶解入奥氏体中,剩

余的碳化物也逐渐由片状向粒状或球状转化。加热温度越高,保温时

间越长,则碳化物将全部溶入奥氏体中。在随后的冷却过程中,如冷

却速度足够缓慢或冷至770~800(GCr15SiMn)进行等温,则溶入的

碳化物将以粒状在未溶碳化物或新位置析出,同时奥氏体转变为铁素

体基体上分布着粒状碳化物和粒状珠光体,为球化退火的正常的组

织。冷速越大,析出的碳化物越细小,过缓的冷却速度产生粗大碳化

物。但冷却速度过快,且加热温度过高,保温时间不长,则溶入的碳

化物将部分或全部以片状的形态析出,成为全部或含有部分片状碳化

物分布于铁素体基体的混合珠光体。

二、淬火和回火

1、淬火工艺过程中的组织转变

把具有球化退火组织的工件加热到Ac1~Ac3之间进行保温时,铁素

体基体转变成为奥氏体,粒状碳化物溶入奥氏体中并在奥氏体中扩散

均匀化,同时奥氏体晶粒也不断长大,在随后的冷却过程中,如以足

够快的冷却速度冷至Ms以下,奥氏体转变为马氏体,溶入奥氏体中

的碳原子保留在马氏体中,随着工件温度的降低,越来越多的奥氏体

转变为马氏体。若在马氏体转变终止温度Mf以上某个温度保留冷却,

未转变的奥氏体被保留下来成为残余奥氏体。加热过程中未溶入奥氏

体的碳化物在冷却过程中不发生转变,成为残留碳化物。最终组织为:

马氏体+残余奥氏体+碳化物。

如在Ms以上冷却速度不是足够快,则在冷却过程中,部分奥氏体首

先转变为珠光体型组织或贝氏体型组织,剩余的奥氏体在继续冷却过

程中转变为马氏体,最终组织为:马氏体+珠光体(贝氏体)+碳化物

+残余奥氏体。

2、回火过程中的组织转变

1)、回火的第一阶段

过饱和的碳原子向一定晶面偏聚,形成薄片状偏聚区。这些偏聚区的

碳含量过于马氏体中的平均碳含量。随着回火温度的提高,ε型碳化

物沿马氏体的惯析面析出,ε型碳化物是由几十埃的小粒子组成约

1000埃左右的条状薄片。

2)、回火的第二阶段

残余奥氏体发生分解,此时残余奥奥氏体转变为过饱和的α固溶体和

碳化物组成的混合体,其产物类似于下贝氏体和回火马氏体。

GCr15SiMn钢在正常的淬火工艺下所获得的残余奥氏体,当回火温

度达到250℃左右并保持一定时间,就将分解完毕。

3)、回火的第三阶段

碳化物将聚集长大,并向Fe3C型碳化物转变,在碳原子偏聚区形成

Fe3C。

3、淬火工艺参数对组织形态的影响

随淬火温度升高,残留碳化物变少,变小;晶粒变粗,残余奥氏体增

多。

淬火的马氏体可按马氏体粗细分为隐晶,细小结晶和针状马氏体。淬

火温度越高,马氏体越粗,其形态逐渐由隐晶马氏体向细小结晶,针

状马氏体过渡,直到最后全部成为粗大的针状马氏体。

在金相组织中往往见到一些黑区和白区,这主要是由于原材料中的粒

状碳化物分布不均匀所造成的。黑区往往是残留碳化物较集中,白区

则残留碳化物较稀少。

三、网状碳化物

1、网状碳化物的形成及影响

锻造或热轧后缓冷或退货工艺不当,则产生沿原奥氏体晶界析出的粗

大网状碳化物。在随后的淬回火后,网状被保留下来,网状碳化物的

出现,对基体起分割作用,且造成成分不均匀,严重降低淬回火后机

械性能。

四、贝氏体等温淬火

1、淬火组织及其影响因素

贝氏体等温淬火或分级淬火后组织应由下贝氏体或马氏体+贝氏体混

合组织+残留碳化物+残余奥氏体所组成

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