GCr15轴承钢热处理过程中碳化物的析出与演变行为

发布时间：2019-11-25 10:07

【摘要】：采用定量金相的方法研究GCr15轴承钢在球化退火、奥氏体化淬火、低温回火等不同热处理工序后其碳化物的演变行为,通过ThermoCalc软件进行数值模拟计算分析碳化物尺寸和成分对其在奥氏体化时固溶动力学的影响。结果表明:球化退火处理后形成的碳化物粒子尺寸呈多峰分布,奥氏体化和回火后的碳化物粒子尺寸分布为单峰分布,奥氏体化后碳化物中Cr含量略有增加;Cr含量高的碳化物粒子具有较大尺寸;球化退火形成的碳化物在奥氏体化时大量固溶形成了富碳奥氏体,淬火后转变为高碳马氏体并导致高硬度;奥氏体化时碳化物固溶发生Cr的配分导致碳化物中Cr含量增加;直径200nm的碳化物即使其Cr含量接近基体成分,也不能在奥氏体化热处理时完全固溶,未溶的碳化物颗粒将影响后续回火过程的碳化物析出。
【图文】：

球化退火,碳化物形貌,试样,渗碳体

两相，因而推测图１中的碳化物应该是渗碳体。ＧＣｒ１５（国外牌号１００４６）轴承钢获得了广泛应用，其球化退火工艺中碳化物的演变也被大量地研究。如剑桥大学著名学者Ｂｈａｄｅｓｈｉａ认为轴承钢的球化退火工艺只是将初始热轧态的片层状渗碳体转变为尺寸较大、尺寸差异也较大的球状渗碳体颗粒［７］，但也有部分研究指出原片层状渗碳体在高温退火时可转变为Ｍ２３Ｃ６［８］或者８００℃以上温度保温时可能转变为密排六方型碳化物Ｍ７Ｃ３［９］。本工作所图１３种钢试样在球化退火后的碳化物形貌（ａ）Ｓ１；（ｂ）Ｓ２；（ｃ）Ｓ３Ｆｉｇ．１Ｃａｒｂｉｄｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔｅｅｌｓａｆｔｅｒｓｐｈｅｒｏｉｄｉｚａｔｉｏｎａｎｎｅａｌｉｎｇ（ａ）Ｓ１；（ｂ）Ｓ２；（ｃ）Ｓ３９８

铁碳相图,轴承钢

第４５卷第６期ＧＣｒ１５轴承钢热处理过程中碳化物的析出与演变行为图２ＧＣｒ１５轴承钢的铁碳相图Ｆｉｇ．２Ｆｅ－ＣｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍｆｏｒｔｈｅＧＣｒ１５ｂｅａｒｉｎｇｓｔｅｅｌ研究的是所有碳化物颗粒的演变行为，，因此不再区分具体碳化物类型而统称为碳化物。球化退火后试样经８６０℃保温２０ｍｉｎ的奥氏体化处理后，碳化物如图３所示，粒状碳化物数量明显减少，这是因为在高温下铁素体基体转变为奥氏体后，大量碳化物开始溶于奥氏体中［１０］，观察到的是那些未溶残留的粒状碳化物，奥氏体化后淬火，基体发生马氏体转变，但通常会有少量残余奥氏体，因此淬火后的组织为马氏体基体＋粒状碳化物＋残余奥氏体，淬火后产生的马氏体和残余奥氏体均为亚稳定相［１１］，会缓慢地向稳定状态转变［１２，１３］，引起零件尺寸的变化，所以要进行低温回火处理消除淬火时产生的内应力并得到稳定态组织［１４］，低温回火可使马氏体分解，其中过饱和固溶碳原子再次以碳化物形式析出，因此回火后的组织为回火马氏体＋少量粒状碳化物，如图４所示，可以看出马氏体板条更为清晰且碳化物尺寸略有增大。图３３种钢试样在奥氏体化淬火后的碳化物形貌（ａ）Ａ１；（ｂ）Ａ２；（ｃ）Ａ３Ｆｉｇ．３Ｃａｒｂｉｄｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｅｓｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅｓｔｅｅｌｓａｆｔｅｒａｕｓｔｅｎｉｔｉｚａｔｉｏｎａｎｄｑｕｅｎｃｈｉｎｇ（ａ）Ａ１；（ｂ）Ａ２；（ｃ）Ａ３图４３种钢试样在低温回火后的碳化物形貌（ａ）Ｔ１；（ｂ）Ｔ２；（ｃ）Ｔ３Ｆｉｇ．４Ｃａｒｂｉｄｅｍｏｒｐｈｏｌ

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