轴承钢GCr15表面多元共渗后硬度研究

周海　陈飞　姚斌　张建军　杨英歌　陈力
（北京石油化工学院机械工程系，102617）

　　摘　要：多元共渗可以显著提高轴承钢材料的表面性能。对GCr15轴承钢进行C，N，O多元共渗处理，研究表明，经多元共渗，材料表面硬度得到较大提高，改善了材料的耐磨性、抗蚀性。SEM分析显示，材料表面形成了50μm至60μm厚的渗层。
　　关键词：轴承钢；多元共渗；表面处理；硬度
　　0　引言
　　轴承钢是重要的冶金产品，被广泛应用于机械制造、铁路运输、汽车制造、国防工业等领域。主要是制造滚动轴承的滚动体和套圈，一些大断面的轴承钢也被用来制造机械加工用的工、模具^[1]。
　　为提高零件的使用寿命，增强其表面耐磨性，途径之一是对材料进行表面处理，多元共渗是在碳氮共渗工艺的基础上发展起来的表面硬化新工艺^[2]。多元共渗工艺的特点是利用零件表面氧化还原这一物理化学作用生成活性原子，开始时表层为渗氮起触媒作用，增快氮的渗入速度，随后又加快了碳原子的渗入速度，缩短了共渗时间^[3]。
　　本文采用C，N，O多元共渗技术对GCr15轴承钢进行了不同工艺下的表面处理，结合SEM表面形貌分析，重点研究了多元共渗处理后GCr15轴承钢表面硬度的变化。
　　1　试验方法
　　表面多元共渗在重庆长江电炉厂生产的35kW低温气体多元共渗炉上进行．共渗气氛为NH3+N2+添加剂。试验中采用两种共渗处理工艺：
　　工艺1,620℃×2h+540℃×0.3h+油冷，工艺2,650℃×2h+590℃×2h+540℃×0.3h
　　表面多元共渗处理后，利用线切割机从大块基材上切取部分小试样进行表面研究。试样制备过程为：
　　试样切割一镶样一研磨抛光一清洗一分析。
　　硬度试验在HVS-1000型显微硬度计上进行，试验力为0.49N，加载时间20s。用SEM观察试样表面形貌。
　　2　试验结果及分析
　　图1硬度结果曲线表明，经C，N，O多元共渗处理，GCr15轴承钢表面形成硬度较高的渗层，愈靠近试样表面，渗层显微硬度愈高，愈靠近试样基体，渗层显微硬度愈高，这有利于增强材料表面耐磨性。图2硬度压痕电子扫描图像显示，靠近试样外表面，渗层致密性较差，靠近试样基体部位，渗层致密性较高，与基体结合紧密。随着共渗温度的升高，渗层厚度也随之增加。此外，共渗温度高，渗层部位硬度压痕小，显微硬度值高。 　　图1所示为依据硬度实验结果绘制试样表面渗层区域的硬度曲线，横坐标代表到材料表面的据距离，纵坐标代表相应位置处的显微硬度值。
　　3　结论
　　（1）经气体多元共渗处理，GCr15轴承钢表面形成一定厚度的渗层，材料表面硬度得到显著提高，增强了材料表面的耐磨性。
　　（2）共渗温度提高，渗层厚度增加，渗层部位硬度压痕变小，显微硬度增高。
　　（3）靠近试样外表面部位，渗层致密性差，靠近试样基体部位，渗层致密度高，且渗层与基体结合致密。
　　参考文献：
　　[1]宋志敏，张虹，我国轴承钢生产及质量现状[J]，钢铁研究学报，2000，V01.12，No.4：59-63.
　　[2]揭晓华，董晓虹等，H13钢碳、氮、氧、硫、硼五元共渗渗层的性能研究[J]，金属热处理，2002 V0127,N07：21-23.
　　[3]彭其凤，张兴文，氮氧共渗工艺[J]，新技术新工艺，1986，No6.