不同时间深冷处理对GCr15轴承钢综合力学性能的影响

GCr15为过共析高碳铬轴承钢，随着装备制造业的发展，对其综合力学性能要求越来越高，现有许多与其相关的研究探讨。通过双细化工艺，将GCr15钢的弯曲强度提升29.7%、冲击韧性提升100%、耐磨性提升35%；对GCr15钢进行不同等温淬火试验后得到马氏体和下贝氏体的复相组织，冲击韧性、抗弯强度和挠度都有提升。研究表明，深冷处理后，材料的冲击韧性有所下降。但对GCr15钢经深冷处理后性能的全面影响研究还较少。因此，研究人员对GCr15钢经不同深冷处理时间后的微观组织、残余奥氏体含量、力学性能及磨损性能的变化进行了较为全面的研究，以期为生产实际提供参考。

试验用GCr15钢的主要化学成分（质量分数）见表1：表1GCr15钢的化学成分（ω，%）

元素CCrSiMnPSFe

含量0.9601.4200.2800.350≤0.027≤0.020余量

先对原材料进行等温球化退火预处理：790℃×5h后炉冷至300℃以下出炉空冷。再对加工后的试样进行淬火处理：820℃×20min，油冷。淬火后的试样随机分为4批，其中1批直接低温回火处理，另外3批在淬火冷却后10min内浸入液氮中，浸泡1～6h后取出，待升温至室温后进行低温回火处理。低温回火工艺均为160℃×1.5h。用OLYMPUSPGM3型光学金相显微镜观察分析微观组织形貌。在HRD-150洛氏硬度计上测量试样硬度。利用JBN-300B型摆锤冲击试验机进行200N、120°的冲击试验，测定不同处理条件下的冲击功Aku。研究发现，随着深冷时间的延长，硬度呈缓慢上升趋势，深冷6h与未作深冷处理的试样相比，硬度升高1.6HRC，冲击功下降0.5J。这是由于经过深冷处理后，GCr15钢组织中的残余奥氏体明显减少，马氏体组织含量增多，其晶格畸变程度降低，晶格常数变小，马氏体组织平均降低，并且伴随有较多的均匀细小的硬质碳化物颗粒在马氏体基体上弥散析出，产生析出强化效应，提高了钢的硬度。残余奥氏体组织向马氏体转变，降低了对冲击功的吸收。深冷处理后试样耐磨性能明显提高，且随深冷处理时间延长而逐渐增高。试验中，GCr15钢强化方式有相变强化和析出强化。深冷处理时，残余奥氏体向马氏体转变，马氏体基体中过饱和C原子二次析出，即相变强化和析出强化共同作用，提高了钢的硬度和耐磨性能。同时，经深冷处理后的试样与未经深冷处理的相比，碳化物体积分数明显增加及大量细小碳化物析出，同样可提高钢的耐磨性。综上所述：（1）深冷处理可提高GCr15钢的硬度，但冲击韧性小幅下降；（2）深冷处理过程中GCr15钢中的残余奥氏体转化为马氏体，深冷处理6h后残余奥氏体含量大幅下降；（3）经深冷处理后，GCr15钢的等温球化退火预处理能明显提高。