摘  要：探討了原始組織正常的熱軋GCr15鋼經球化退火后的組織特征及其評級問題。針對生產實際及檢驗中出現的問題，制定球化退火工藝，找出工藝與球化組織形態特征的對應關系，以便較正確地評定GCr15鋼的球化退火組織級別。

　　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，是考核軸承鋼生產質量的一個重要的指標，其球化組織級別的評定，既影響著球化組織的合格率，也決定著能否為不合格產品提供可靠返修依據的問題。由于各冶金廠及用戶對標準圖片的理解不同，以及退火工藝和生產設備的差別，使人們對球化組織的評級存在不同的看法。

　　本試驗希望通過不同的退火工藝與球化組織形態特征的對應，比較正確地評定GCr15鋼球化組織級別，以期達到使級別結果能準確反映生產實際的目的。因生產中的軋后組織不易出現較嚴重的帶狀碳化物和網狀碳化物，故試驗僅就原始組織正常的熱軋GCr15鋼進行分析討論，提出我們的看法。

　　2  試驗材料及方法

　　2.1 試驗材料及設備

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

　　試驗用設備為SRJX-8-13型箱式電阻爐，溫度用M6809型微機控制。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
                        本試驗基本依照車間生產的綜合式，采用箱式電爐加熱，工藝曲線見圖1～8。
                         
                        3  試驗結果
                        GCr15鋼經上述球化退火處理后的組織形態特征和評定級別列于表2。
                        
                        4  分析與討論
                        4.1 奧氏體化溫度及保溫時間的影響
                        由試驗可見，試樣在740℃這一退火工藝加熱時，尚屬欠熱狀態，盡管有較長的保溫時間，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級的低級別組織特征，見圖9。其基體珠光體多以片狀形式出現，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，為均勻細致的球狀珠光體(圖12)。因為加熱到790℃之前，在770℃停滯的一段時間，可在溫度不太高的條件下，出現大量二次領先相，然后再升溫使領先相長大。冷卻時在Ar1停留一段時間，目的是為了保證殘留的奧氏體在共析轉變前充分轉變。如果沒有770℃預先形成大量核心，或在790℃保溫時間不是足夠的，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顆粒狀分布。本試驗中按其它工藝進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℃)，如果停滯時間不長，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，球化組織中不會出現片狀珠光體(圖13、圖14)。偏高的加熱溫度，如果保溫時間過長(圖8工藝)，其球化退火組織中便出現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、時間過長，使局部地區奧氏體成分均勻化，從而決定冷卻后珠光體的形態呈片狀出現，表現為典型的高級別組織特征(圖15)。
                         
                        4.2冷卻速度的影響
                        由試驗結果可見，冷卻速度對GCr15鋼球化組織的影響受加熱溫度的制約。740℃加熱時，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；790℃加熱時，冷卻速度(<20℃/h和50℃/h)對球化組織無明顯影響；830℃加熱時，由于保溫時間不長，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。應當指出的是：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，導致局部地區碳化物密集，其球化效果不如≤200C/h速度冷卻時好，所以，控制緩冷還是必要的。當加熱溫度830℃，冷卻速度80℃/h時，粒狀珠光體和細片狀珠光體成為其組織特征(圖16)。這種組織在評定高低級別時，能否確定為高級別呢?為此，我們在試驗的Z后階段對這種偏高溫度短時間保溫，冷速稍快所得組織按圖3工藝重新實施一次球化退火，結果得到了合格的球化組織。這種組織如果按高級別報出，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，影響了生產周期，也造成了不必要的能源浪費。但這種組織也并不一定是低級別的欠熱組織，考慮標準評級圖的局限性，在試樣已經不能合格的情況下，類似組織可按<1.0級報出。
                        我們認為，一般由熱軋態直接進行球化退火的鋼，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片狀珠光體，無論這種組織是何種條件下出現的，均可按<1.0級報出。
                        5  結論
                        (1)碳化物呈粗大變形狀態存在，并伴有片狀珠光體存在的，應確認為是高級別組織。
                        (2)如果組織中無典型的大顆粒變形碳化物，既使有細片狀珠光體出現，也應判定為<1.0級，這種組織經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，當冷速<50℃/h(790℃)時，能得到合格的球化組織。高溫快冷(830℃,80℃/h)，因出現細片狀珠光體為不合格球化組織。