提高轴承钢性能的热处理工艺

提高轴承钢性能的热处理工艺

近年来风电工程、高速铁路迅猛发展,在这些工程中大量使用各类轴承,对轴承寿命提出越来越高的要求。本文以通过热处理提高轴承钢性能为目标,首先测定几种国产与进口轴承钢试样的组织和力学性能,利用XRD测定试样的残余奥氏体含量,利用SEM分析国内外轴承钢组织的差别。在此基础上,设计了细化轴承钢中的碳化物颗粒的热处理工艺,并测定处理后各试样的组织与性能。通过不同的热处理工艺,使轴承钢中残余奥氏体量处在不同范围,测定处理后试样的力学性能,从而得出残余奥氏体含量对轴承钢性能的影响规律。对轴承钢进行了贝氏体等温淬火研究,分析了贝氏体转变规律以及贝氏体转变量对轴承性能的影响及贝氏体组织与马氏体组织的断裂机理,并利用XRD测定马氏体淬回火与贝氏体等温淬火处理后试样的残余应力。经过研究分析、归纳,得到以下结论:进口轴承中对轴柱与轴套马氏体数量分别控制在不同范围,与国产轴承钢相比,进口轴承中马氏体针、碳化物细小、分布均匀,残余奥氏体含量低,有些甚至完全消除残余奥氏体。进口轴承耐磨性能优于国产轴承。GCr15经完全奥氏体化后贝氏体等温淬火和完全奥氏体化后马氏体等温淬火再中温回火预处理的碳化物细化效果佳,终处理后的碳化物细小、均匀、分布弥散,同时细化了奥氏体晶粒。但由于热处理后的残余奥氏体含量也偏高,碳化物含量降低,以及碳化物不圆整的原因,轴承试样的综合力学性能反而略有下降。预处理为球化退火的轴承试样综合性能最佳。进行碳化物细化处理工艺必须同时控制好碳化物的圆整度和残余奥氏体含量。GCr15经870℃奥氏体化后淬火160℃盐浴中等温20min后空冷,奥氏体产生热稳定化,最终回火后残余奥氏体量增加至14.2%,等温时间延长至60min,残余奥氏体含量不再继续增加。马氏体淬火后立即进行冷处理能有效消除试样中的残余奥氏体,使之降低到5%以下。残余奥氏体含量过多,则显著降低试样的强度和硬度。并且其对轴承试样的冲击韧性也无明显改善。试样马氏体等温60min后,少量残余奥氏体转变为等温马氏体,使轴承试样的耐磨损性能提高了32.1%。轴承试样经冷处理减少其残余奥氏体量后,试样强度、韧性有所下降,但硬度、耐磨性能均有提高,耐磨损性能比未经冷处理试样提高了35.7%。GCr15经870℃奥氏体化后,于240℃以不同时间等温油冷或空冷后得到的组织组成为针状马氏体+下贝氏体+残余奥氏体+残余碳化物。等温初期,贝氏体转变较快,下贝氏体随等温时间延长而长大,等温到一定时间后下贝氏体转变速率下降,贝氏体不再继续长大。贝氏体转变量在45.1%左右时,轴承试样的综合性能最佳。耐磨性能比马氏体淬回火试样提高了47.5%。GCr15经马氏体淬回火处理,试样断裂机制为微孔聚集型断裂,而经贝氏体等温淬火处理后,断裂机制转变为解理断裂。贝氏体转变后试样表面的残余压应力高于马氏体淬回火组织。