摘  要：探討了原始組織正常的熱軋GCr15鋼經(jīng)球化退火后的組織特征及其評(píng)級(jí)問題。針對(duì)生產(chǎn)實(shí)際及檢驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，制定球化退火工藝，找出工藝與球化組織形態(tài)特征的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以便較正確地評(píng)定GCr15鋼的球化退火組織級(jí)別。

　　主題詞：軸承鋼；退火組織；冷卻速度

　　1  問題的提出

　　軸承鋼的球化退火組織檢驗(yàn)，是考核軸承鋼生產(chǎn)質(zhì)量的一個(gè)重要的指標(biāo)，其球化組織級(jí)別的評(píng)定，既影響著球化組織的合格率，也決定著能否為不合格產(chǎn)品提供可靠返修依據(jù)的問題。由于各冶金廠及用戶對(duì)標(biāo)準(zhǔn)圖片的理解不同，以及退火工藝和生產(chǎn)設(shè)備的差別，使人們對(duì)球化組織的評(píng)級(jí)存在不同的看法。

　　本試驗(yàn)希望通過不同的退火工藝與球化組織形態(tài)特征的對(duì)應(yīng)，比較正確地評(píng)定GCr15鋼球化組織級(jí)別，以期達(dá)到使級(jí)別結(jié)果能準(zhǔn)確反映生產(chǎn)實(shí)際的目的。因生產(chǎn)中的軋后組織不易出現(xiàn)較嚴(yán)重的帶狀碳化物和網(wǎng)狀碳化物，故試驗(yàn)僅就原始組織正常的熱軋GCr15鋼進(jìn)行分析討論，提出我們的看法。

　　2  試驗(yàn)材料及方法

　　2.1 試驗(yàn)材料及設(shè)備

　　試驗(yàn)用料取自軋態(tài)的Φ45mm的GCr15鋼，用砂輪切片機(jī)切成厚10～20mm的試片，取其橫截面的1/4留作試驗(yàn)。其化學(xué)成分列于表1。

　　試驗(yàn)用設(shè)備為SRJX-8-13型箱式電阻爐，溫度用M6809型微機(jī)控制。控溫精度士50C，用Neophot-2型金相顯微鏡觀察組織和拍照。
                        2.2 熱處理方法
                        本試驗(yàn)基本依照車間生產(chǎn)的綜合式，采用箱式電爐加熱，工藝曲線見圖1～8。
                         
                        3  試驗(yàn)結(jié)果
                        GCr15鋼經(jīng)上述球化退火處理后的組織形態(tài)特征和評(píng)定級(jí)別列于表2。
                        
                        4  分析與討論
                        4.1 奧氏體化溫度及保溫時(shí)間的影響
                        由試驗(yàn)可見，試樣在740℃這一退火工藝加熱時(shí)，尚屬欠熱狀態(tài)，盡管有較長(zhǎng)的保溫時(shí)間，原始的片狀珠光體卻不能完全溶解，所以不可能得到合格的球化組織，為<1.0級(jí)的低級(jí)別組織特征，見圖9。其基體珠光體多以片狀形式出現(xiàn)，呈棒錘形珠光體。
                         
                        正確的加熱溫度(790℃)，是獲得理想球化組織的關(guān)鍵。在此溫度下，無論是以<20℃/h的速度冷卻，還是以50℃/h的速度冷卻，都不影響獲得合格的球化組織，見圖10,圖11。
                         
                        按圖3工藝球化退火，得到的組織是Z佳的，為均勻細(xì)致的球狀珠光體(圖12)。因?yàn)榧訜岬?90℃之前，在770℃停滯的一段時(shí)間，可在溫度不太高的條件下，出現(xiàn)大量二次領(lǐng)先相，然后再升溫使領(lǐng)先相長(zhǎng)大。冷卻時(shí)在Ar1停留一段時(shí)間，目的是為了保證殘留的奧氏體在共析轉(zhuǎn)變前充分轉(zhuǎn)變。如果沒有770℃預(yù)先形成大量核心，或在790℃保溫時(shí)間不是足夠的，便只有二次碳化物的破斷而難以成為球形，使其球化退火后的組織呈細(xì)顆粒狀分布。本試驗(yàn)中按其它工藝進(jìn)行球化退火所得到的組織大多以其為基本特征。
                         
                        偏高的加熱溫度(830℃)，如果停滯時(shí)間不長(zhǎng)，冷卻不太快(<50℃/h)，如圖4、圖6工藝，也可得到合格的球化組織，球化組織中不會(huì)出現(xiàn)片狀珠光體(圖13、圖14)。偏高的加熱溫度，如果保溫時(shí)間過長(zhǎng)(圖8工藝)，其球化退火組織中便出現(xiàn)變形的大顆粒碳化物和少量片狀珠光體。這是由于奧氏體化溫度過高、時(shí)間過長(zhǎng)，使局部地區(qū)奧氏體成分均勻化，從而決定冷卻后珠光體的形態(tài)呈片狀出現(xiàn)，表現(xiàn)為典型的高級(jí)別組織特征(圖15)。
                         
                        4.2冷卻速度的影響
                        由試驗(yàn)結(jié)果可見，冷卻速度對(duì)GCr15鋼球化組織的影響受加熱溫度的制約。740℃加熱時(shí)，由于原始的片狀珠光體不能完全溶解，因此，無論以何種速度冷卻，球化退火組織均<1.0級(jí)；790℃加熱時(shí)，冷卻速度(<20℃/h和50℃/h)對(duì)球化組織無明顯影響；830℃加熱時(shí)，由于保溫時(shí)間不長(zhǎng)，較慢的冷卻速度(≤20℃/h)和稍快的冷卻速度(50℃/h)都可能得到合格的球化組織。應(yīng)當(dāng)指出的是：雖然有的冷卻速度(50℃/h)仍能得到合格的球化組織，但這種球化組織并非優(yōu)良，由于冷卻速度影響球化組織的分散度，冷速快則碳化物分散度大，導(dǎo)致局部地區(qū)碳化物密集，其球化效果不如≤200C/h速度冷卻時(shí)好，所以，控制緩冷還是必要的。當(dāng)加熱溫度830℃，冷卻速度80℃/h時(shí)，粒狀珠光體和細(xì)片狀珠光體成為其組織特征(圖16)。這種組織在評(píng)定高低級(jí)別時(shí)，能否確定為高級(jí)別呢?為此，我們?cè)谠囼?yàn)的Z后階段對(duì)這種偏高溫度短時(shí)間保溫，冷速稍快所得組織按圖3工藝重新實(shí)施一次球化退火，結(jié)果得到了合格的球化組織。這種組織如果按高級(jí)別報(bào)出，需正火處理后再球化退火一次予以返修，這樣不但增加了脫碳層深度，影響了生產(chǎn)周期，也造成了不必要的能源浪費(fèi)。但這種組織也并不一定是低級(jí)別的欠熱組織，考慮標(biāo)準(zhǔn)評(píng)級(jí)圖的局限性，在試樣已經(jīng)不能合格的情況下，類似組織可按<1.0級(jí)報(bào)出。
                        我們認(rèn)為，一般由熱軋態(tài)直接進(jìn)行球化退火的鋼，如果沒有典型的變形大顆粒碳化物，只是顆粒狀珠光體加細(xì)片狀珠光體，無論這種組織是何種條件下出現(xiàn)的，均可按<1.0級(jí)報(bào)出。
                        5  結(jié)論
                        (1)碳化物呈粗大變形狀態(tài)存在，并伴有片狀珠光體存在的，應(yīng)確認(rèn)為是高級(jí)別組織。
                        (2)如果組織中無典型的大顆粒變形碳化物，既使有細(xì)片狀珠光體出現(xiàn)，也應(yīng)判定為<1.0級(jí)，這種組織經(jīng)再次球化退火后可得到改善。
                        (3)冷卻速度直接影響球化后的組織，當(dāng)冷速<50℃/h(790℃)時(shí)，能得到合格的球化組織。高溫快冷(830℃,80℃/h)，因出現(xiàn)細(xì)片狀珠光體為不合格球化組織。