高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件

发布时间：2012-10-15 浏览次数：1015

　　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790~810℃（GCr15）（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。
　　2、退货组织的评级原则
　　理想的退火组织是铁素体基体上均匀分布着细小的球化或粒状碳化物。因此，此类组织的评级由以下三个准则：
　　1）碳化物的颗粒大小；2）碳化物的分布均匀性；3）碳化物的球化程度或形态。
　　说明：1）细小的粒状或点状珠光体有利于淬火后获得含量均匀分布的马氏体。单碳化物过细往往伴随着高的硬度，不利于随后的切削加工，且淬火加热工艺要求严格；碳化物颗粒过粗，硬度过低，同样不利于切削加工，且由于碳化物间距增大，使随后的淬火组织碳浓度分布不均匀，影响使用性能。
　　2）碳化物分布的均匀性直接影响淬火后能否得到均匀的马氏体，碳化物分布过度不均，除退火硬度不均匀而影响切削性能外，还是淬后马氏体的含量及尺寸不均，甚至产生局部过热组织。
　　3、组织特征
　　1级：细点状+细粒状珠光体+局部细片状珠光体
　　组织特征：碳化物颗粒细小呈点状和细粒状，分布弥散，局部有细片状。为不合格组织，形成原因是加热不足，部分锻造组织被保留下来。
　　2级：点状珠光体+细粒状珠光体
　　组织特征：碳化物颗粒细小呈点状和细点状，圆度好，分布较均匀。为优良的合格组织。
　　3 级：球状珠光体
　　组织特征：碳化物颗粒大于2级，球化完全，分布较均匀，为良好的合格组织。
　　4级：球状珠光体
　　组织特征：碳化物颗粒较粗，均匀性较差，碳化物分布不均，有的区域密集，有的区域稀少，为合格组织。
　　GCr15，ZGCr15钢的硬度应在HB179~207范围内，GCrSiMn，ZGCr15SiMn钢硬度应在HB179~217范围内。
　　5级：不均匀球状珠光体
　　组织特征：碳化物颗粒大小不均，圆度差，有角状和条状碳化物，碳化物分布不均，有的区域密集，有的区域稀少，为不合格组织。该组织的形成，除原始组织粗大不均匀外，还与加热温度过高，冷却速度过缓或重复多次退火有关。
　　6级：不均匀的粗粒状珠光体+片状珠光体
　　组织特征：碳化物颗粒大小不均，部分区域出现明显片状珠光体，分布均匀弥散。硬度偏高，约为HB217~229，单但车削性能好。改组织是采用特殊热处理工艺和特殊成型方法时得到。
　　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发体。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。Z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，Z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。GCr15 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Fe C 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Z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。
　　4、组织的评级原则：
　　1）按马氏体粗细程度和残余奥氏体数量；
　　2）按残留碳化物数量多少和颗粒大小；
　　3）按屈氏体组织的形态，大小和数量。
　　5、组织特征：
　　1）淬回火马氏体组织
　　1级：隐晶马氏体+较多的残留碳化物+少量残余奥氏体组织特征：基体组织细小而均匀，残留碳化物多而颗粒较粗，残余奥氏体在光学显微镜下看不到，轻腐蚀后有时会出现小块做屈氏体。
　　2级：隐晶马氏体+细小结晶马氏体+适量的残留碳化物+残余奥氏体
　　组织特征：以隐晶马氏体为主，残留碳化物沿晶界不断溶解，并出现布纹状的细小结晶马氏体，白色区增多，残余奥氏体显示不明显。
　　3级：细小结晶马氏体+隐晶马氏体+少量细小针状马氏体+较少量残留碳化物+残余奥氏体
　　组织特征：基体组织黑白差明显，白色区组织为布纹状且局部出现小针状马氏体，但针状马氏体500倍光学显微镜下显示不清晰。残留碳化物少于2级。
　　4级：细小结晶马氏体+隐晶马氏体+局部小针状马氏体+较少量残留碳化物+较多残余奥氏体
　　组织特征：基体组织较粗，黑白差大，白色区出现细小针状马氏体，细小针间出现残余奥氏体墙，残留碳化物减少，颗粒细，局部区域残留碳化物已经全部溶解。
　　5级：细小结晶马氏体+少量隐晶马氏体+局部小针状马氏体+少量残留碳化物+较多残余奥氏体
　　组织特征：基体组织较粗，黑白差大，白区增多，局部区域有明显的细小针状马氏体，细小针状马氏体间有残余奥氏体显示。残留碳化物颗粒更细或碳化物颗粒大小和分布均匀性很差，局部区域碳化物已全部溶解。
　　2）淬回火屈氏体组织
　　1级：隐晶马氏体+少量块状和针状屈氏体+较多的残留碳化物+较多残余奥氏体
　　组织特征：马氏体基体组织细，残留碳化物多，经轻腐蚀屈氏体呈黑色（含量约占2% ），屈氏体中常伴有较粗的碳化物颗粒或者夹杂物。淬回火后硬度≥61HRC
　　2级：隐晶马氏体+细小结晶马氏体+网状或小块状屈氏体+较多残留碳化物+残余奥氏体
　　组织特征：马氏体基体组织细，屈氏体沿晶界呈网状析出或呈小块状，总含量＜5%。残留碳化物多，分布较均匀，硬度合格。
　　3级：隐晶马氏体+较大团块状屈氏体+很多残留碳化物+少量残余奥氏体
　　组织特征：屈氏体呈块状，含量约为9.9%，屈氏体块中常伴有较粗的碳化物颗粒。该组织硬度偏低，或硬度合格但出现软点。
　　4级：隐晶马氏体+针状或小块状屈氏体+残留碳化物+残余奥氏体
　　组织特征：屈氏体呈针状或小块状，经轻腐蚀呈黑色或浅黑色，分布较均匀，含量约为7.1%，残留碳化物量适宜，硬度正常。
　　5级：隐晶马氏体+块状或针状屈氏体+残留碳化物+残余奥氏体
　　组织特征：基体组织中有小块状和针状屈氏体并出现大块状屈氏体，分布不均匀，大块状屈氏体中常伴有粗颗粒碳化物，屈氏体总含量约为5.8%，该种组织硬度偏低，均匀性差。
　　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。
　　2、评级原则
　　1）碳化物网状的粗细；
　　2）按碳化物网的封闭程度；
　　3）按碳化物网的网格大小。
　　3、组织特征
　　1级：碳化物呈细点链状未形成网络。
　　2级：点链状碳化物增多，条状碳化物稍粗，局部碳化物形成断续大晶格网格，不封闭。
　　3级：碳化物条状更粗，形成大晶格网格，碳化物点链多，并出现三叉状碳化物。
　　4级：碳化物网的封闭程度和粗细于2级和3级之间，但未出现三叉状碳化物。
　　四、贝氏体等温淬火
　　1、淬火组织及其影响因
　　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。影响贝氏体组织性能的因素主要取决于下贝氏体的含量和粗细。
　　2、评级原则
　　1）按贝氏体的粗细、分布和含量；
　　2）按残留碳化物的多少；
　　3）按屈氏体的形状 大小和数量。
　　3、组织特征
　　1级：细针状下贝氏体+隐晶马氏体+较多的残留碳化物+残余奥氏体
　　组织特征：下贝氏体呈黑色针状，呈大部分无规则交叉分布，局部区域呈束状分布，白色区为隐晶马氏体，残留碳化物较多且细小而均匀。
　　上述组织是在原始组织细而均匀，加热温度为下限，等温温度适宜，等温时间短的情况下形成。
　　2级：粗针状下贝氏体+隐晶、细小结晶马氏体+细小针状马氏体+较少的残留碳化物+残余奥氏体
　　组织特征：下贝氏体呈粗长的黑针，无规则交叉分布，灰色区为细小结晶和细小针状马氏体，残留碳化物较少且分布均匀。
　　3级：下贝氏体+较少的残留碳化物+极少的残余奥氏体（＜3%）
　　组织特征：基体组织为黑色，基体上分布有不规则分布的白色草叶状细针，残留碳化物较少。
　　上述组织在加热温度偏高，等温温度适宜，等温时间长的情况下形成。淬火后硬度＞58HRC。
　　4、贝氏体等温淬火或分级淬火后不合格组织有：
　　1）粗大的下贝氏体组织。加热温度过高造成；
　　2）少量的下贝氏体+马氏体。加热温度高，等温时间短造成；
　　3）组织中屈氏体组织超过1、2 级。加热温度低，等温温度高，冷却不良造成；
　　4 ）上贝氏体组织。等温温度高，冷却不良造成。