GCr15钢的球化退火新工艺

　　摘　要：介绍了一种滚珠轴承钢GCr15的淬火+高温回火的新球化工艺。该工艺比传统球化退火工艺省时、节能、效率高，同时符合工艺要求的各项性能指标，已在实际生产中得到应用。
　　关键词：GCr15钢；球化退火；淬火+高温回火；淬火剂；空冷
　　工业生产中，GCr15钢常用于制造壁厚小于14mm或外径到250mm的H级到C级的轴承套，被广泛应用于高速旋转高负荷的机械零、部件，因此要求其必须具有高的强度、高的弹性极限和高的耐磨性[1]。而锻轧状态的滚珠轴承钢，内部组织为片状珠光体及网状渗碳体。这种组织硬度较高，机加工比较困难，对切削刀具也容易磨损。同时由于网状渗碳体的存在，造成钢内部成分不均匀，这样，在淬火时会造成较大的组织应力，容易引起零件的变形或开裂。为了改善这种组织，除采用正火处理消除网状渗碳体外，采用球化退火则是必需的。但是，传统的常规球化退火工艺周期长（约需要13～18h）、耗能多、效率低，且碳化物大小分布不均匀，从而影响其应用。为此，我们对GCr15钢采用淬火+高温回火的球化处理新工艺，并将其与常规球化退火工艺进行对比试验，以求能够获得一种省时、节能、效率高且碳化物级别合乎要求的球化处理新方法。
　　1　试验过程
　　试验选用8根尺寸为Ø30×150mm的GCr15钢试棒，各选4根分别进行常规球化退火及淬火+高温回火的球化处理新工艺。试验用钢的化学成分及临界点如表1所示。
　　两种球化处理工艺曲线如图1和图2所示。
　　在图1，GCr15钢常规球化退火工艺中，当把工件加热至Ac₁点以上温度保温时，先共析网状碳化物溶断、凝聚。而珠光体虽在加热到高于Ac₁点以上时应转变成奥氏体，但由于加热温度仅稍高于Ac₁，珠光体中渗碳体溶解需要较长时间，往往只能使渗碳体片溶断，残留着渗碳体颗粒。有的即使溶解，但在渗碳体片溶断处还保留着高浓度碳聚集区。当冷至稍低于Ac₁点的温度保温，进行珠光体转变时，将以这些残存渗碳体或碳富聚集区作为渗碳体的结晶中心，渗碳体在此析出长大，同时由于表面张力的作用形成了球粒状珠光体[2]。此种工艺冷却速度需严格控制在20～50 ℃/h，冷却过快，所得的组织强度与硬度愈高，组织愈细；相反地，冷速太低，形成的组织太粗，不一定符合要求，同时，也不经济。当温度降至500℃时，将试棒出炉空冷。
　　在图2所示GCr15钢淬火+高温回火球化处理新工艺中，GCr15钢经淬火后，其组织为马氏体和屈氏体，分散度大且不稳定。未完全溶解的碳化物导致基体组织的成分极不均匀，在随后的球化温度Ac₁附近高温回火过程中，或以原有的细小碳化物质点为核心，或在基体组织中碳原子富集的地方产生新的核心而聚集球化，形成颗粒状碳化物，在随后保温及缓冷过程中长成较大的碳化物颗粒，从而得到碳化物质点细密的球化组织[3]。此工艺需注意的是试棒淬火后需立即进行高温回火，生产中以油为淬火剂。选用20～50℃/h降温速度的原因同图1工艺，同时这种降温速度接近电炉的自然降温速度，便于生产中应用。
　　2　试验结果
　　对经上述不同工艺处理的8根试棒进行加工，以便进行力学性能指标测试，测试结果见表2。
　　与常规球化退火工艺比较，经淬火+高温回火球化处理工艺在主要机械性能上差异不大。特别从球化处理后的布氏硬度看，都适合下一步的机械加工。再从金相组织观察分析，碳化物的大小和均匀性相差也不大，基本符合球化退火应达到的2～4级球化组织。以上结果说明，GCr15钢淬火后在基体组织中残留部分弥散分布的碳化物粒子，在球化温度的等温过程中碳化物粒子圆形化和极细微的碳化物发生溶解，基本上完成了球化过程，Z终得到了粒度和分布都较均匀，硬度较低的球化组织。从工艺完成时间上看，新球化工艺比常规球化退火工艺减少约一半时间，退火质量也比较好，耗能低，效率高。但不足之处是，在操作程序上较常规球化退火复杂些。
　　3　结语
　　在实际生产中，我们对GCr15钢采用新的球化处理工艺取代常规球化退火后，零件的切削加工性能良好。对工件进行探伤检查，没有发现淬火裂纹，特别是针对我部门实际情况，在处理单件或小批量要求球化退火的零件时，新的球化工艺就更加显示出其周期短、耗电少、处理质量高、效益好的优势。
　　参考文献：
　　[1]湖南邵阳汽车保养厂热处理问答编写小组.热处理问答[M].北京:机械工业出版社,1979.423-424.
　　[2]夏立芳.金属热处理工艺学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1996.28-30.
　　[3]中国机械工程学会热处理专业学会,热处理手册编委会.热处理手册[M].北京:机械工业出版社,1991,(1) :118-121.