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轴承钢球化退火问题
GCr15球化退火問題轴承钢主要用制造滚动轴承滚珠、滚柱和套圈等,有时也用来制造工具,如冲模、量具、丝锥等。轴承在工作时承受着高的集中交变载荷,由于滚珠与轴承套圈之间的接触面积小,在高速转动的同时还有滑动,会产生很大的摩擦。所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性,以及高的弹性极限。因此轴承钢需具有隐晶回火马氏体+ 细小渗碳体颗粒组织。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格,是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。经过大量的试验和生产实践证明, 只有当轴承零件的原始组织为细球状珠光体时, 经过淬火加低温回火后, 才能获得隐晶回火马氏体及在其上分布着细小碳化物颗粒的组织, 这种金相组织才使得轴承零件具有高强度和韧性.
GCr15是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢占世界轴承钢生产总量的80%以上。含碳Wc为1%左右,%左右,从1901年诞生至今110多年,主要成分基本没有改变,现在生产轴承钢的主要工艺是连铸以及电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼,
GCr15钢是经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等,切削性能一般,焊接性能差,对形成白点敏感性能大,有回火脆性。所以要用球化退火。
将钢按完全退火的加热速度加热到Ac1以上20~30℃的温度(比不完全退火更低一些),保温后,再以每小时
20~50℃的速度降至钢的Ac1以下一个温度,并在这个温度下保温一段较长的时间,最后随炉冷到450~500℃左右出炉,再在空气中冷却。通过这种退火后,珠光体中渗碳体及过剩渗碳体都呈球状分布,故称球化退火。
目前,在工业生产中GCr15 钢多采用等温球化退火处理工艺,它是利用不均匀奥氏体中未溶碳化物或奥氏体中高浓度碳偏聚区的非自发形核的有利作用来加速球化。对于细珠光体组织,如果加热到A1 温度以上,随后缓冷到A1 以下,那么这种细珠光体组织则往往会被缓冷或保温过程中形成的粗大珠光体组织所替代,其结果反而不利于碳化物的球化[4] ;同时,在保温过程中又不断有渗碳体颗粒按Ostwald 熟化机制长大,使球化的渗碳体变大。
什么是球化退火?球化退火操作操作时应注意些什么?怎样缩短球化退火的时间?球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢(如制造刃具,量具,模具所用的钢种)。其主要目的在于降低硬度,改善切削加工性,并为以后淬火作好准备。
GCr15 钢的退火加热范围为780~ 810 ℃, 因而该厂采用790 ℃. 冷却速度控制在15~ 20℃?h 范围内, 整个工艺过程需要17h. 该厂根据这一工艺路线对轴承零件进行球化处理, 要求硬度为179~ 207 HBS, 球化组织级别为2~ 4 级.
将钢按完全退火的加热速度加热到Ac以上20-30℃的温度(比不完全退火温度更低一些); 保温后,再以每小时20-50℃的速度降至该钢的Ar1以下一个温度,并在这个温度下保温一段较长的时间,最后随炉冷到
450-500℃左右出炉,再在空气中冷却。通过这种退火后,珠光体重点渗碳体极过剩渗碳体,都呈球状分布,故称球化退火,是不完全退火的特殊操作,也是不完全退火的发展,它与等温退火是有区别的,我们不能把它们混淆起来。
球化退火之所以能使渗碳体球化,是因为它的加热温度只高于Ac1不多,珠光体虽然转变为奥氏体,但还有大量的碳化物保留着,在冷却的时候,为溶于奥氏体中的碳化物,作为结晶核心;另外碳化物溶于奥氏体中,并不等于奥氏体的成分已经均匀,在碳化物原先存在的地方,含碳浓度就高。这样就造成了奥氏体中各处碳浓度的差别,因此,当浓度不均匀的奥氏体冷却到Ar1以下时,未溶的碳化物及浓度不均匀的奥氏体,便析出碳化物,同时由于表面张力的作用形成了球粒状珠光体。
为了保证球化退火的质量,在进行球化退火时,必须严格注意下述几个方面。
(一) 严格控制加热温度与保温时间
严格控制加热速度是保证得到球状珠光体的主要条件。对任何钢种来说,球化退火加热温度只能是该钢的Ac1以上20-30℃。如果加热温度过高,则退火后便不能得到完全的球状球状珠光体,可能为球状和片状珠光体的混合物,甚至全部为片状珠光体。这是因为温度高了,使奥氏体化学成分均匀化而造成的。反之,如果加热温度太低,原来组织中的片状珠光体,未能转变而球化,因而也能达到预期的效果。
球化退火的保温时间也十分重要,球化退火的保温时间一般较长,根据经验数据,-。但在实际生产中,为了加热均匀和使原来的珠光体完全转变为奥氏体,保温时间势必大为增加。因此,对每个车间生产条件来说,应根据设备的实际情况,测定出合理的保温时间。