GCr15钢奥氏体化工艺对快速球化退火效果的影响

GCr15是高碳铬轴承钢的代表钢种，含碳量在1.0%左右，含铬量在1.5%左右。锻造后的组织为细片层状珠光体（索氏体）。这种组织硬度较高，较难进行切削加工，故需要进行一次球化退火，以降低钢的硬度，改善切削性。实现碳化物快速球化的关键在于改变奥氏体向珠光体转变的模式，从传统的片层状转变机制改为将奥氏体直接转变成球状珠光体的“离异共析”转变机制。该项目通过研究不同奥氏体化温度、保温时间和双相区冷却速度对残余碳化物粒子数量以及分布的影响，提出优化的等温球化退火工艺参数。

　　试验材料为热轧态Φ50mm的GCr15钢管，壁厚为4mm，切割成高10mm的试样。将试样加热到770℃、790℃、810℃、830℃后，分别保温5min、10min、30min、40min后水淬，观察不同的奥氏体化温度与保温时间对残余碳化物粒子数量级分布状态的影响规律；对于双相区冷却速度的研究，在试样保温后分别以不同的速度冷却至室温。具体工艺参数如表1所示。用FEI-NANO 430型扫描电镜观察微观组织。

　　表1  GCr15钢在不同奥氏体化温度、时间和冷却方式下的工艺试验

　　为进一步分析等温温度对球化质量的影响，分别将试样加热到790℃、810℃、830℃，保温10min，并分别以120℃/h的冷却速度冷至690℃、720℃，等温60min、90min后以不同的冷速冷却（炉冷和空冷）至650℃以下出炉空冷至室温，具体的试验工艺如表2。用FEI-NANO 430型扫描电镜观察微观组织，并用HB-3000型布氏硬度计测量试样的硬度。

　　表2  GCr15钢快速等温球化退火工艺

　　试验结果表明：

　　（1）通过水淬试验，在790～830℃时，随着奥氏体化温度的上升，能够完全消除薄网状碳化物，但同时奥氏体化温度过高（超过830℃时），也会使残余碳化物颗粒的数目降低，合理的奥氏体化加热温度可选为790℃。

　　（2）奥氏体化保温时间过短，容易形成不均匀的球化组织，时间过长球化的核心少，局部有可能形成片状珠光体，最佳保温时间应该选择10min。

　　（3）随着双相区冷速的上升，碳化物粒子尺寸有所减小。在双相区冷却速度大于30℃/h小于120℃/h都可以得到球化组织，本试验的冷却速度选为120℃/h。

　　GCr15钢奥氏体化温度在790℃，保温时间为10min，冷却至720℃，等温60min后炉冷快速等温球化退火后，其球化组织为2.5级，硬度为208HB，均符合国标要求。总退火时间为3.5h，明显优于传统球化退火工艺。