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GCr15轴承钢的球化退火组织鉴别

作者：天津金百联机电              发表时间：2011-07-09

摘　要：探讨了原始组织正常的热轧GCr15钢经球化退火后的组织特征及其评级问题。针对生产实际及检验中出现的问题，制定球化退火工艺，找出工艺与球化组织形态特征的对应关系，以便较正确地评定GCr15钢的球化退火组织级别。　　关键词：轴承钢；退火组织；冷却速度　　1 问题的提出　　轴承钢的球化退火组织检验，是考核轴承钢生产质量的一个重要的指标，其球化组织级别的评定，既影响着球化组织的合格率，也决定着能否为不合格产品提供可靠返修依据的问题。由于各冶金厂及用户对标准图片的理解不同，以及退火工艺和生产设备的差别，使人们对球化组织的评级存在不同的看法。　　本试验希望通过不同的退火工艺与球化组织形态特征的对应，比较正确地评定GCr15钢球化组织级别，以期达到使级别结果能准确反映生产实际的目的。因生产中的轧后组织不易出现较严重的带状碳化物和网状碳化物，故试验仅就原始组织正常的热轧GCr15钢进行分析讨论，提出我们的看法。　　2 试验材料及方法　　2.1 试验材料及设备　　试验用料取自轧态的Φ45mm的GCr15钢，用砂轮切片机切成厚10～20mm的试片，取其横截面的1/4留作试验。其化学成分列于表1。　　试验用设备为SRJX-8-13型箱式电阻炉，温度用M6809型微机控制。控温精度士50C，用Neophot-2型金相显微镜观察组织和拍照。　　2.2 热处理方法　　本试验基本依照车间生产的综合式，采用箱式电炉加热，工艺曲线见图1～8。　　3 试验结果　　GCr15钢经上述球化退火处理后的组织形态特征和评定级别列于表2。　　4 分析与讨论　　4.1 奥氏体化温度及保温时间的影响　　由试验可见，试样在740℃这一退火工艺加热时，尚属欠热状态，尽管有较长的保温时间，原始的片状珠光体却不能完全溶解，所以不可能得到合格的球化组织，为<1.0级的低级别组织特征，见图9。其基体珠光体多以片状形式出现，呈棒锤形珠光体。　　正确的加热温度(790℃)，是获得理想球化组织的关键。在此温度下，无论是以<20℃/h的速度冷却，还是以50℃/h的速度冷却，都不影响获得合格的球化组织，见图10，图11。　　按图3工艺球化退火，得到的组织是最佳的，为均匀细致的球状珠光体(图12)。因为加热到790℃之前，在770℃停滞的一段时间，可在温度不太高的条件下，出现大量二次领先相，然后再升温使领先相长大。冷却时在Ar1停留一段时间，目的是为了保证残留的奥氏体在共析转变前充分转变。如果没有770℃预先形成大量核心，或在790℃保温时间不是足够的，便只有二次碳化物的破断而难以成为球形，使其球化退火后的组织呈细颗粒状分布。本试验中按其它工艺进行球化退火所得到的组织大多以其为基本特征。　　偏高的加热温度(830℃)，如果停滞时间不长，冷却不太快(<50℃/h)，如图4、图6工艺，也可得到合格的球化组织，球化组织中不会出现片状珠光体(图13、图14)。偏高的加热温度，如果保温时间过长(图8工艺)，其球化退火组织中便出现变形的大颗粒碳化物和少量片状珠光体。这是由于奥氏体化温度过高、时间过长，使局部地区奥氏体成分均匀化，从而决定冷却后珠光体的形态呈片状出现，表现为典型的高级别组织特征(图15)。　　4.2冷却速度的影响　　由试验结果可见，冷却速度对GCr15钢球化组织的影响受加热温度的制约。740℃加热时，由于原始的片状珠光体不能完全溶解，因此，无论以何种速度冷却，球化退火组织均<1.0级；790℃加热时，冷却速度(<20℃/h和50℃/h)对球化组织无明显影响；830℃加热时，由于保温时间不长，较慢的冷却速度(≤20℃/h)和稍快的冷却速度(50℃/h)都可能得到合格的球化组织。应当指出的是：虽然有的冷却速度(50℃/h)仍能得到合格的球化组织，但这种球化组织并非优良，由于冷却速度影响球化组织的分散度，冷速快则碳化物分散度大，导致局部地区碳化物密集，其球化效果不如≤200C/h速度冷却时好，所以，控制缓冷还是必要的。当加热温度830℃，冷却速度80℃/h时，粒状珠光体和细片状珠光体成为其组织特征(图16)。这种组织在评定高低级别时，能否确定为高级别呢?为此，我们在试验的最后阶段对这种偏高温度短时间保温，冷速稍快所得组织按图3工艺重新实施一次球化退火，结果得到了合格的球化组织。这种组织如果按高级别报出，需正火处理后再球化退火一次予以返修，这样不但增加了脱碳层深度，影响了生产周期，也造成了不必要的能源浪费。但这种组织也并不一定是低级别的欠热组织，考虑标准评级图的局限性，在试样已经不能合格的情况下，类似组织可按<1.0级报出。　　我们认为，一般由热轧态直接进行球化退火的钢，如果没有典型的变形大颗粒碳化物，只是颗粒状珠光体加细片状珠光体，无论这种组织是何种条件下出现的，均可按<1.0级报出。　　5 结论　　(1)碳化物呈粗大变形状态存在，并伴有片状珠光体存在的，应确认为是高级别组织。　　(2)如果组织中无典型的大颗粒变形碳化物，既使有细片状珠光体出现，也应判定为<1.0级，这种组织经再次球化退火后可得到改善。　　(3)冷却速度直接影响球化后的组织，当冷速<50℃/h(790℃)时，能得到合格的球化组织。高温快冷(830℃,80℃/h)，因出现细片状珠光体为不合格球化组织。
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