淬回火后的顯微組織按《JB/T1255—2014 滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件  熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)條款3.2.2顯微組織的規(guī)定。具有這種組織的高碳鉻軸承鋼硬度、強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能都很好。經(jīng)過回火還可以使軸承鋼獲得一定彈性、韌性、尺寸穩(wěn)定性等良好的綜合性能。

 

圖1 馬氏體淬回火金相組織（500×）

 

高碳鉻鋼制軸承零件在熱處理過程中，由于軸承鋼材料缺陷、熱處理工藝、加工設(shè)備以及人為因素等導(dǎo)致了過熱金相顯微組織（粗針狀馬氏體組織）、欠熱金相顯微組織（屈氏體超標(biāo)）、粗大顆粒碳化物和嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物等顯微組織缺陷。這些金相顯微組織組織缺陷有的直接造成了產(chǎn)品報廢，如過熱金相顯微組織組織（粗針狀馬氏體組織）。有的缺陷雖然不至于使產(chǎn)品報廢，但會對壽命產(chǎn)生影響如欠熱金相顯微組織（屈氏體超標(biāo)），對軸承壽命產(chǎn)生影響導(dǎo)致軸承早期破環(huán)，嚴(yán)重影響軸承產(chǎn)品質(zhì)量。

 

 

圖2、圖3 為淬火過熱金相顯微組織，組織特征為明顯的粗大針狀馬氏體。該組織會導(dǎo)致軸承的韌性下降，抗沖擊性能降低，軸承的壽命也會縮短，過熱嚴(yán)重甚至?xí)斐纱慊鹆鸭y。

 

圖2

 

圖3

 

（1）產(chǎn)生原因

 

主要是淬火加熱溫度過高，或在淬火加熱溫度上限保溫時間太長造成的，使二次碳化物溶解太多；奧氏體晶粒也有機(jī)會長大，則阻礙馬氏體長大的作用減弱，致使馬氏體有可能長得較大，在500倍（或1000倍）金相顯微鏡下可看到粗針狀馬氏體即過熱金相顯微組織。

 

也可能是原材料碳化物帶狀嚴(yán)重或退火組織碳化物大小分布不均勻，以及退火組織中有細(xì)片狀珠光體時，即使在正常的淬火工藝下，也容易在碳化物分布稀少或者顆粒細(xì)小處，馬氏體長大的阻礙少，從而形成粗大針狀馬氏體。

 

在表面脫碳處，沒有或只有少量的碳化物，阻礙馬氏體長大的作用較小，在冷卻條件較好時，馬氏體也有機(jī)會長大，形成粗大針狀馬氏體。

 

（2）措施

 

合理選擇淬火加熱溫度、加熱時間。按材料標(biāo)準(zhǔn)選用，嚴(yán)格控制碳化物帶狀。提高退火質(zhì)量，生產(chǎn)過程中密切注意爐溫，如遇停電、設(shè)備故障等及時采取有效措施。 

 

 

屈氏體是欠熱或冷卻不良產(chǎn)生的組織，是奧氏體在冷卻過程中發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，是極細(xì)的珠光體組織。軸承鋼中出現(xiàn)的屈氏體，按金相形態(tài)分為塊狀屈氏體（見圖4）、針狀屈氏體（見圖5）、針狀和塊狀的混合組織（見圖6）以及帶狀屈氏體（見圖7）。

 

圖4 金相顯微組織有較大團(tuán)塊狀屈氏體

 

圖5  金相顯微組織有明顯針狀屈氏體

 

圖6 金相顯微組織針狀屈氏體與塊狀屈氏體混合

 

圖7 金相顯微組織帶狀屈氏體

 

屈氏體組織存在于淬火軸承鋼中，會引起鋼的硬度和強(qiáng)度的下降，對耐磨性和耐疲勞性也不利，并大大降低軸承鋼的防銹性能。零件硬度合格但存在少量的針狀、塊狀屈氏體符合《JB/T1255—2014 滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件  熱處理技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的金相顯微組織要求，但大塊狀和網(wǎng)狀屈氏體超過了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，是不合格組織，該組織可能導(dǎo)致零件硬度低，酸洗也容易發(fā)現(xiàn)軟點(diǎn)。

 

（1）產(chǎn)生原因

 

塊狀屈氏體是由于加熱不足（加熱溫度偏低或者保溫時間短）產(chǎn)生的。就是說加熱不足或者保溫時間不夠，使奧氏體合金化濃度低且不均勻，局部區(qū)域淬透性低，在正常冷卻時該區(qū)域發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變；針狀屈氏體是冷卻不良（淬火介質(zhì)冷卻速度不夠）引起的。冷速不夠，即使在正常加熱下，鋼中有部分區(qū)域未達(dá)到臨界冷卻速度；帶狀屈氏體是軸承鋼原材料中帶狀碳化物引起并在貧碳區(qū)呈條帶狀分布的。

 

（2）措施

 

生產(chǎn)中若出現(xiàn)屈氏體，則要檢查其金相顯微組織，分析原因并采取相應(yīng)的措施。如屈氏體為塊狀的，則要適當(dāng)提高淬火加熱溫度，延長保溫時間；若是針狀屈氏體，則應(yīng)加大冷卻速度。若加熱溫度、保溫、冷卻皆正常又出現(xiàn)屈氏體，則要檢查原材料問題、控溫問題、設(shè)備故障等方面，及時找出原因并采取措施。 

 

 

圖8試樣是采用4%硝酸酒精溶液深腐蝕后顯示的嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物。此組織缺陷不是淬火過程中形成的，而是由軋、鍛或退火不當(dāng)形成的，只是在淬火后檢查才發(fā)現(xiàn)。

 

圖8  網(wǎng)狀碳化物

 

（1）產(chǎn)生原因

 

網(wǎng)狀碳化物將增大鋼中化學(xué)成分的不均勻性，在熱處理淬火時易造成很大的組織應(yīng)力，導(dǎo)致零件的變形及開裂。網(wǎng)狀碳化物的存在大大削弱了基體晶粒間的聯(lián)系，使鋼材的力學(xué)性能、尤其是沖擊性能降低，且隨著網(wǎng)狀碳化物級別的增大，沖擊性能則不斷降低。網(wǎng)狀碳化物對抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度也有著顯著的影響。另外，隨著鋼材中網(wǎng)狀碳化物級別的增加，接觸疲勞強(qiáng)度降低，存在有粗大網(wǎng)狀碳化物的縱向試樣的接觸疲勞強(qiáng)度約降低30％。網(wǎng)狀碳化物級別每增高一級，零件的使用壽命降低約1/3。

 

嚴(yán)重的網(wǎng)狀碳化物在隨后的球化退火過程中無法將其消除，只有通過正火工藝才能消除或改善網(wǎng)狀碳化物的組織。如果網(wǎng)狀碳化物較輕，在球化退火過程中部分網(wǎng)絡(luò)可以斷開，而且可以被球化。但造成碳化物的顆粒較大和球化退火組織中的碳化物顆粒不均勻。

 

（2）措施

 

嚴(yán)格控制軸承鋼原材料存在的網(wǎng)狀碳化物，使其網(wǎng)狀碳化物級別不能超過《GB/T18254—2016  高碳鉻軸承鋼》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的級別。控制軸承鍛件鍛造加工過程中的冷卻速度，避免因冷速過慢產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物，必要時采用風(fēng)冷方式，加快鍛件的冷卻速度，防止產(chǎn)生網(wǎng)狀碳化物。

 

以上對高碳鉻軸承鋼零件淬火后產(chǎn)生的顯微組織主要缺陷產(chǎn)生原因進(jìn)行了深入的分析，并針對性地提出預(yù)防糾正措施，期望對提高高碳鉻軸承鋼零件淬火質(zhì)量期望起到拋磚引玉的作用。在生產(chǎn)實(shí)踐中情況十分復(fù)雜，必須對不同的情況做具體的分析，只有這樣才能保證高碳鉻軸承鋼零件淬火的質(zhì)量，為軸承產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量提供可靠保證。

 

 

 

 

 

 作者：孫欽賀 

單位：杭州駿馬軸承有限公司質(zhì)保部 

來源：《金屬加工（熱加工）》雜志