固溶温度对耐高温轴承钢组织与性能的影响

　　目前，随着航空、航天工业的飞速发展，轴承的工作温度越来越高。耐高温轴承的运行温度已由20世纪70年代的200℃升高到500℃以上。在高温条件下使用的耐高温轴承钢，必须满足使用温度下的性能要求，如高温硬度、组织变化、疲劳强度及尺寸稳定性等。本项目所使用的耐高温轴承钢，通过向试验钢中添加Cr、Mo、Ni等碳化物形成元素，经过高温回火后会产生二次硬化现象，可以使钢能得到较高的硬度。此外，该试验钢得益于合金元素引起的固溶强化和第二相的析出强化，可以得到良好的强度和韧性匹配，是一种综合性能良好的轴承用钢，可以广泛用于航空、航天及海洋等领域。

　　本试验所用耐高温轴承钢的主要化学成分见表1。钢锭经过真空感应熔炼（VIM）和真空自耗重熔（VAR）熔炼后进行锻造，在1100℃锻造成Φ40mm的棒料，保证终锻温度在900℃以上。沿棒料纵向切取试样。根据耐高温轴承的使用温度设计实验轴承钢的固溶处理温度分别为1050、1060、1070、1080℃，回火温度为500℃。首先将试样在设定固溶温度下保温60min，保证试样完全奥氏体化，随后将试样取出并油淬至室温，然后将油淬后试样放置于-70℃液氮中冷却120min，待试样温度回到室温后，置于回火炉中进行500℃×120min回火处理，再重复进行一次冷处理和回火处理后，得到最终测试试样。

　　表1  试验钢的化学成分（质量分数，%）

　　室温力学拉伸试验采用Φ5mm圆棒标准拉伸试样，在WDT-10电子拉伸试验机上进行，应变速率为2.5×10-4s-1，所有拉伸试样的取样方向沿棒料纵向。室温冲击试验在JBN-300B型冲击试验机上进行，试样类型为Charpy U型缺口标准冲击试样，试样尺寸为10mm×10mm×55mm，取样方向沿棒料纵向。用TH300型洛氏硬度计在载荷砝码质量为150kg时进行硬度测试。采用Olympus GX51图像分析仪进行微观组织观察。结果表明：

　　（1）升高固溶温度会降低耐高温轴承钢的强度，同时提高了塑性和冲击性能，但对硬度的改变不显著。

　　（2）耐高温轴承钢经过高温固溶和回火处理后的微观组织以板条马氏体为主，同时包括少量的残留奥氏体和一定量的碳化物。

　　（3）由于固溶温度的升高，马氏体板条逐渐由短粗变长、变细，这有利于提高高温轴承钢的塑性和冲击性能。较高的固溶温度还会引起耐高温轴承钢的奥氏体晶粒逐渐长大和粗化，导致耐高温轴承钢的强度降低。