不同球化工艺对GCr15轴承钢组织和性能的影响

GCr15轴承钢经过最终热处理后，基体中未溶碳化物颗粒的大小、形貌、分布和体积分数对其性能有很大影响，对接触疲劳寿命的影响尤其显著。粗大、多角状及偏析碳化物的圆度较差，易在其尖锐或凹凸边缘产生应力集中现象而萌发微裂纹，从而降低轴承的韧性和抗疲劳性能，缩短其使用寿命。因此，为了避免未溶碳化物的危害，要使轴承钢中的未溶碳化物颗粒细小、球化、分布均匀。最终淬火后的组织中碳化物颗粒的尺寸与分布在很大程度上取决于球化预处理后颗粒的尺寸与分布，因此，需要对球化预处理过程中的碳化物颗粒进行细化及均匀分布控制。

上海交通大学材料科学与工程学院的研究者们研究了3种不同球化工艺的球化效果及其对GCr15轴承钢最终组织和性能的影响，旨在寻找最佳球化工艺，使碳化物颗粒细小、球化并且均匀分布在基体上。试验材料为热轧态GCr15钢，其中C、Cr、Si、Mn、P、S、N和Cu的质量分数分别为0.96%、1.5%、0.08%、0.26%、0.0097%、0.005%、0.1%、0.12%，其余为Fe。试样的球化处理工艺参数见表1，之后进行845℃×30min的淬火和185℃×4h的回火处理。表1球化处理工艺参数

工艺预处理试样编号工艺参数

传统球化退火固溶+高温回火1050℃×30min→炉冷至900℃油淬1780℃×4h→720℃×6h→650℃出炉空冷

2700℃×4h→650℃出炉空冷

3720℃×4h→650℃出炉空冷

固溶+等温退火4780℃×30min→720℃×4h→650℃出炉空冷

5780℃×2h→720℃×4h→650℃出炉空冷

6780℃×4h→720℃×4h→650℃出炉空冷

研究结果表明：（1）与传统球化工艺相比，固溶+高温回火和固溶+等温退火都能显著细化碳化物颗粒和奥氏体晶粒。固溶+等温退火工艺不仅能有效缩短球化处理时间，获得更好的球化效果，还能显著改善颗粒的尺寸均匀性，最佳工艺参数为1050℃固溶→780℃×30min→720℃×4h。（2）球化后的组织在后续热处理中不仅决定最终获得的未溶碳化物颗粒的形貌、尺寸和分布，而且也影响奥氏体的晶粒度。（3）采用固溶+高温回火工艺和固溶+等温退火工艺都能显著提高试样的硬度和弯曲强度。