不同淬回火組織GCr15軸承鋼球的性能對比分析

歐亮龍，葉健熠，馮繼偉，夏謙

(1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南省高性能軸承技術(shù)重點實驗室，河南 洛陽 471039；3.滾動軸承產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，河南 洛陽 471039)

GCr15鋼是常用的滾動軸承材料，根據(jù)軸承的使用要求，其淬火方式主要是常規(guī)馬氏體淬火、淬火后高溫回火和下貝氏體等溫淬火，淬回火方式不同，得到的組織也不相同，不同組織對性能影響很大，一般情況下常規(guī)馬氏體淬火得到的組織硬度高，但脆性大；高溫回火后硬度降低，韌性提高[1-3]；GCr15和GCr18Mo鋼經(jīng)等溫淬火得到下貝氏體組織，硬度適中，韌性優(yōu)良[4-6]。因此，在承受較大沖擊載荷下使用的軸承零件，尤其是套圈經(jīng)常采用等溫淬火[7]。而鋼球通常采用馬氏體淬回火，采用等溫淬火以獲得下貝氏體組織的情況卻不常見?，F(xiàn)以φ10 mm GCr15鋼球為例，通過試驗研究其在上述3種淬火工藝下得到的3種組織的硬度、壓碎載荷、抗回火性等性能，為等溫淬火在鋼球上的應(yīng)用提供基礎(chǔ)試驗數(shù)據(jù)。

1 試驗條件

1.1 試樣

試驗用GCr15原材料均為熱軋退火盤條，直徑為7.1 mm，化學成分和冶金質(zhì)量分別見表1、表2。

表1 GCr15原材料的化學成分

表2 GCr15原材料的冶金質(zhì)量

1.2 試驗設(shè)備

鋼球馬氏體淬火和貝氏體淬火設(shè)備分別為RCWC9-6000×600型可控氣氛網(wǎng)帶爐和AICHELIN鹽淬多用爐，抗回火性能試驗設(shè)備為XC881-T遠紅外快速節(jié)能烘干箱和DQX-30-6箱式電阻爐。

1.3 鋼球的熱處理工藝

φ10 mm鋼球的生產(chǎn)過程為：冷鐓→去應(yīng)力退火→軟磨→淬回火→檢驗淬回火后鋼球的硬度、組織、壓碎載荷等→熱檢合格后轉(zhuǎn)入磨削加工→成品。

把鋼球分成3組(每組3個)，分別用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ組表示，Ⅰ和Ⅱ組在可控氣氛網(wǎng)帶爐中淬火，淬火工藝相同，回火溫度不同；Ⅲ組為貝氏體淬火。具體熱處理工藝如圖1所示。

圖1 熱處理工藝曲線

2 結(jié)果與分析

2.1 鋼球的硬度和組織

依據(jù)GB/T 34891—2017《滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術(shù)條件》檢驗評定淬回火后鋼球的硬度(每個鋼球隨機測3點)，結(jié)果見表3，熱處理后各組織的金相圖如圖2所示，晶粒度如圖3所示，按GB/T 6394—2017《金屬平均晶粒度測定方法》分別被評定為8.2，8.2，8.0級。

圖2 熱處理后組織的金相圖

圖3 熱處理后組織的晶粒度

表3 淬回火后鋼球的硬度

由表3可知，與Ⅱ，Ⅲ組鋼球相比，Ⅰ組鋼球的硬度高出2～3 HRC。

綜上可知，3組鋼球淬回火組織形態(tài)不同，但晶粒度基本一致，排除了晶粒度對鋼球性能的影響。

2.2 鋼球的壓碎載荷

通過鋼球壓碎試驗既可以發(fā)現(xiàn)鋼球熱處理和原材料方面的缺陷，又可以研究不同回火溫度下各個指標的變化規(guī)律[6]。依據(jù)GB/T 34891—2017中鋼球壓碎載荷測試方法對熱處理后的鋼球進行壓碎載荷試驗，3組鋼球同時試驗，加載速度相同，均為1.3 kN/s，試驗結(jié)果見表4。

表4 淬回火后鋼球的壓碎載荷

由表4可知，下貝氏體與高溫回火馬氏體的壓碎載荷值較高，且基本相當；常規(guī)回火組的壓碎載荷值較低。Ⅱ，Ⅲ組鋼球平均壓碎載荷值分別是Ⅰ組的1.42，1.48倍，故Ⅰ組鋼球具有更高的脆性，Ⅱ，Ⅲ組鋼球硬度較低，具有較好的韌性及較低的裂紋敏感性。

2.3 抗回火性能

?、?，Ⅲ組淬回火鋼球分別在200，240，250，300，350，400，450 ℃回火3 h，檢測回火后鋼球的硬度，并分析常規(guī)馬氏體與下貝氏體的抗回火性能，回火后硬度平均值如圖4所示。

圖4 GCr15鋼馬氏體組織與下貝氏體組織的抗回火性能對比

由圖4可知，抗回火性能試驗中，與Ⅰ組鋼球相比，Ⅲ組鋼球的抗回火性能更優(yōu)。GCr15鋼球貝氏體組織的抗回火性能明顯優(yōu)于常規(guī)馬氏體組織的抗回火性能，即在相同回火工藝下，下貝氏體組織的硬度下降值小于馬氏體組織。

3 結(jié)論

1)GCr15鋼球在240 ℃回火和240 ℃等溫淬火后得到的組織不同，但硬度值、壓碎載荷值相當，兩者的壓碎載荷值明顯高于常規(guī)馬氏體回火的鋼球。

2)GCr15鋼球等溫淬火后得到的貝氏體組織的抗回火性能明顯優(yōu)于常規(guī)馬氏體組織的抗回火性能。

3)要得到高強韌性的GCr15鋼球，除了采用高溫回火外，也可以采用等溫淬火，以得到完全下貝氏體組織。