滚动轴承用钢GCr15钢的热处理原理

发布时间：2012-09-06 浏览次数：1134

　　一、滚动轴承用钢应具有的特性
　　1、高的接触疲劳强度；
　　2、高的耐磨性；（发生滑动摩擦的主要部位）
　　1）、滚动体与滚道的接触面；
　　2）、滚动体与保持架兜孔的接触面；
　　3）、保持架引导与套圈引导档边的接触面；
　　4 ）滚子的端面与套圈档边的接触面。
　　3、高的弹性极限；
　　4、高的硬度；
　　5、一定的韧性；
　　6、好的尺寸稳定性；
　　7、一定的防锈功能；
　　8、良好的工艺性能。
　　二、GCr15 钢的物理性能
　　1、GCr15 钢的临界点：
　　 Ac1：760℃ 　Acm：900℃　Ar3：707℃　Ar1：695
　　2、GCr15 钢的Ms点：
 　　Ms点随着奥氏体固溶度的变化而变化，亦即随着奥氏体温度的升高而降低，GCr15 钢在860℃温度Ms点为216~225℃。
　　三、铬轴承钢热处理基础
　　1、基本概念
　　1）、奥氏体：是碳及合金元素溶于r-Fe 八面体间隙的间隙式固溶体。
　　特征：
　　[1] 在钢的各种组织中，奥氏体的比容Z小；
　　[2] 奥氏体的塑性高，屈服强度低，容易塑性变形加工成型。
　　2）珠光体：是过冷奥氏体共析分解的铁素体和碳化物的整合组织。
　　片状珠光体：是指在光学显微镜下能够明显看出F与Fe3C呈片状分布的组织状态。
　　根据片间距的大小分为普通片状珠光体、索氏体、屈氏体。
　　粒状珠光体：铁素体基体上分布着粒状Fe3C的组织。
　　GCr15的正常锻造后组织应为细珠光体类型组织及细小的网状碳化物组成，不允许有＞3 级的网状碳化物及明显线条状组织，不允许有粗针状马氏体和粗片状珠光体组织。
　　3)  马氏体：是碳在α-Fe 中的过饱和固溶体。
　　马氏体分类：板条马氏体、片状马氏体、针状马氏体、隐晶马氏体。
　　GCr15钢淬火后得到的马氏体为隐晶马氏体或者细小结晶马氏体。
　　马氏体具有高的硬度、强度 耐磨性。
　　4）贝氏体：是过冷奥氏体在中温区域分解后所得的的产物，它一般是由铁 体和碳化物所组成的非层状组织。
　　贝氏体分类：上贝氏体、下贝氏体
　　上贝氏体：是一种两相组织，有铁素体和Fe3C所组成的，大致平行的铁 体板条自奥氏体晶界的一侧或两侧向奥氏体晶粒内部长大，Fe3C分布于铁素体板条之间。从整体上看呈现为羽毛状，所以上贝氏体又成为羽毛状贝氏体。
　　上贝氏体与珠光体的区别：
　　[1] 片状珠光体中铁素体呈片状，而上贝氏体中铁素体呈条状或针状；
　　[2] 片状珠光体中铁素体是平衡的，而上贝氏体中铁素体是过饱和的。
　　下贝氏体：也是一种两相组织，有铁素体和Fe3C所组成的。下贝氏体形成晶核的部位大多是在奥氏体晶界上，但与上贝氏体不同，也有相当数量是在奥氏体晶粒内部。下贝氏体的立体形态呈透镜状，在显微镜下呈针状。下贝氏体的碳化物呈细片状或颗粒状，排列成行，约以55~60°的角度与下贝氏体的长轴相交，并且仅分布在铁素体内部。
　　2、Fe-C合金相图中GCr15 钢淬火后在回火时的组织转变和内应力变化；
　　1）马氏体析出碳化物和碳化物的聚集长大
　　马氏体是碳在α-Fe中的过饱和固溶体，是亚稳定相，过饱和的碳原子有从固溶体中自发析出的趋势，低温回火就是不断地从马氏体内析出与马氏体共格的ε-碳化物。
　　低温回火析出的ε-碳化物是极薄的层，在普通金相显微镜下是看不到的。其析出的结果使马氏体的抗腐蚀能力大大降低，所以试样经侵蚀后，在显微镜下颜色发暗，回火温度越高，这中特点越明显。
　　回火温度升高到300~320℃，由于碳的扩散能力提高，合金元素也稍可以进行扩散，析出的碳化物就变为合金Fe3C 型的碳化物（Fe、Mn）3C。这时，碳化物与马氏体间的共格关系也破坏了。
　　高于350~400℃，碳化物就发生聚集长大。随温度的连续升高，碳化物片逐渐长大，并转变为球状。同时马氏体含碳量降低，趋向于平衡状态铁 体的成分。晶格四方度c/a值趋向于1，渐变为体心立方晶格。
　　2）残余奥氏体分解
　　奥氏体是高温稳定相，在室温是不稳定，有自发析出碳化物，转变为α-固溶体的趋势，马氏体的分解使钢的体积收缩，而残余奥氏体的分解使钢的体积胀大。通常说的残余奥氏体开始分解温度是指能够明显看出因参与奥氏体分解而引起体积变化的转折点，GCr15为180℃，GCr15SiMn钢为200℃左右。但事实上，GCr15钢在150℃，残余奥氏体已有明显分解。高碳铬轴承钢中的残余奥氏体在250~270℃基本可以完全分解。
　　3） 内应力的变化
　　钢的淬火应力主要包括热应力和组织应力两种。由于急冷过程中，工件各部位冷却先后不一，个部位温度不同，体积涨缩量不同而相互牵制，发生弹性畸变引起的应力，即热应力。
　　由于淬火时组织转变生成物的线膨胀系数不同，比容不同，而相互牵制发生弹性畸变引起的应力，即组织应力。在回火过程中随着温度升高，屈服极限和蠕变极限大大下降，弹性变形逐步变为塑性变形，组织也向平衡状态发展，淬火引起的各组织的比容差缩小，因而会发生弹性松弛，使淬火应力减小乃至消除。
　　150℃以下回火，应力只能消除很小一部分，而300~430℃之间回火应力消除Z剧烈。
　　在更高温度。随着再结晶的充分进行，淬火应力将逐步完全消除。
　　4 ）回火各阶段组织应力的变化趋势
　　按组织和应力各温度区间的转变情况，轴承钢回火通常可分为四个阶段：
　　[1] 马氏体迅速分解：80~200℃左右；
　　[2] 残余奥氏体大量分解阶段：200~260℃左右；
　　[3] 淬火应力激烈消除阶段：320~430℃左右；
　　[4] 碳化物颗粒明显长大阶段：＞400℃。