Gr15球化工艺设计
第26卷 第1期2002年2月
武汉理工大学学报(交通科学与工程版)
Jou rnal of W uhan U n iversity of T echno logy
(T ran spo rtati on Science &Engineering )
V o l . 26 N o. 1Feb . 2002
αGC r 15钢球化退火工艺设计
戴 伟
(武汉理工大学材料科学与工程学院 武汉 430063)
摘要:针对某厂轴承钢球化退火质量的要求, 设计了一种球化退火工艺, , 它切实可行, 简单可靠, 并且节能效果明显. . 关键词:GC r 15钢; 球化退火; 不均匀奥氏体; 碳化物; 轴承套圈中图法分类号:T G 161
0 引 言
GC r 15, 随机取出, 编号为18#(外圈) , 22#(外圈) , 23#(内圈) , 24#(外圈) 样品为等温球化处理的成品.
检测设备为箱式电阻炉, 型号SX 24210, 炉膛尺寸300mm ×200mm ×120mm ; 用毫伏计控温, 型号KS W 24D 211; 用MM 6型金相显微镜观察金相显微组织, 在布氏硬度试验机上测定HB S 值, 作为工件球化效果的定量指标. 1. 2 工艺试验
1. 2. 1 原用等温球化退火工艺 某厂制定的等温球化退火工艺如图1所示. 这一工艺曲线严格遵循了退火工艺的三要素, 即加热温度、保温时间和冷却速度. GC r 15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
后, (索氏体) , 硬度较高, 达255～340S , 难以进行切削加工, 故需要进行一次球化退火, 以降低硬度, 同时也为淬火作好组织上的准备. 因为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. 在工业生产中, 常用的球化退火工艺包括一次球化退火工艺、等温球化退火工艺和周期球化退火等工艺. 某厂使用等温球化退火工艺来对轴承零件进行球化处理, 但遇到工艺周期长、耗能多、效率低等问题, 球化质量也不稳定, 直接影响到工件的淬火开裂倾向. 为此笔者对GC r 15钢制轴承零件的球化退火工艺进行了研究, 结合该厂对电炉的改造, 得出一个比较切合实际的球化退火工艺.
处理, 要求硬度为179～207HB S , 球化组织级别为2～4级
.
1 球化退火工艺试验
1. 1 试验材料及检测设备
GC r 15钢制轴承套圈, 内圈壁厚7mm , 外径400mm ; 外圈壁厚7mm , 外径500mm . 试验样品
α
收稿日期:20011217
图1 GC r 15钢等温球化退火工艺示意图
1. 2. 2 周期球化退火工艺的选用 周期球化退
戴 伟:男, 31岁, 硕士生,
主要研究领域为金属热处理工艺
第1期
戴 伟:GC r 15钢球化退火工艺设计・1
39・
火的工艺曲线如图2所示. 将钢加热至略高于A c1的温度, 保温一定时间后, 随炉冷至略低于A r1的温度等温处理. 如此反复加热和冷却, 最后冷至室温, 每一阶段的保温时间为1h , 目的是增加球化的核心, 以获得较为满意的球化组织. 这种工艺特别适用于难以球化的钢种
.
文献中指出, 在转变终了温度后的冷却速度对工
件的硬度没有影响, 因此转变后的冷速应该较快. 本试验在制定冷却速度时, 考虑到不致于给工件产生热应力, 将冷速定为30℃ h .
表1 不同等温转变温度的硬度值转变温度 ℃
[1**********]0
硬度值 HBS
[1**********]5
2 试验结果与分析
图2 GC r 15钢周期球化退火工艺示意图
2. 1. 2. 3 工艺参数的制定 文献[1]指出, GC r 15
钢的A c1是一个温度区间为735～765℃, 度超过A c1时, , 高, , 物越少, . 文献[2]研究了40C r 的影响, , 一旦加热温度升高, 则钢的淬火硬度明显增高, 这说明发生了奥氏体的富碳过程, 即碳化物溶解过多, 这样会导致球化困难. 同时还指出, 在高的温度奥氏体化下, 若保温时间延长, 同样会使球化困难, 而且影响十分明显. 这样看来, 退火加热温度是一个关键, 为此根据GC r 15钢的A c1, 在试验时将循环曲线的加热温度制定为770℃.
文献[2]还研究了等温温度即珠光体转变温度对球化过程的影响规律, 发现若将等温温度降低, 即使在奥氏体中有大量的未溶碳化物, 也将导致大量的片状珠光体形成. 因而让珠光体在比较高的温度下长时间保温对球化组织的形成也是很重要的. 为此笔者做了一个对比试验, 将轴承钢在770℃加热2h 后在不同的温度下等温2h , 然后以30℃ h 冷却至650℃下再空冷的试验(见表1) , 从试验结果可看出, 在720℃等温是合理的. 还可以这样来解释720℃等温的合理性, 因为冷却速度会影响奥氏体向珠光体转变的温度范围, 冷速越慢, 转变温度越高, 而在周期球化退火工艺中, 工件从770℃进入到720℃后, 冷速不会很快, 因此在720℃等温是合理的.
文献[3]对球化退火过程中冷却速度的影响做了详细的研究, 特别是在转变终了温度上作了很好的说明.
2) [GB 231]标准.
球化退火后的组织按机械电子工业部行业标准《JB 1255—91, 高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理技术条件》第一级别图进行评定, 第2～4级为合格组织, 同时也允许有细点状球化组织, 不允许有第1级欠热, 第5级碳化物颗粒不均匀和第6级过热组织. 2. 2 分析
从检测结果来看, 均符合部颁行业标准, 而且硬度和金相组织也满足工厂的要求, 试验结果令人满意. 这主要是由碳化物的析出规律和钢本身的特性决定的.
周期球化工艺的加热温度为770℃, 所以在钢奥氏体化时, 碳化物溶解很少, 奥氏体不均匀, 使奥氏体出现富碳区, 接着在随后的珠光体等温转变过程中, 不均匀的奥氏体中的富碳处成为渗碳体形核位置, 使一部分渗碳体直接成长为球状, 这样, 奥氏体转变为铁素体加球状渗碳体. 但仍有一部分渗碳体不可避免地以片状方式成长, 形成片状碳化物. 其中尺寸很小的细片状碳化物只作为中间产物存在, 紧接着又溶解并析集到邻近的稳定的球状碳化物上, 而其中部分尺寸较大的片状碳化物, 在等温过程中, 会发生破碎、碎片的变圆和粗化, 逐渐形成更稳定的球状碳化物.
可见, 在每一次循环的加热阶段, 由于奥氏体成分不均匀, 未溶碳化物多的这些因素, 加速了渗碳体的球化, 使得球化退火效果比较理想, 同时也缩短了工艺时间.
・140
・武汉理工大学学报(交通科学与工程版)
表2 检测结果
2002年 第26卷
试样编号
18#22#23#
热处理工艺周期球化退火周期球化退火周期球化退火等温球化退火
成品24#
金相组织
细小球状及点状珠光体, 组织黑白程度不十分一致, 化学成分略有偏析 细小球状及点状珠光体, 组织黑白程度不十分一致, 化学成分略有偏析 细小球状及点状珠光体, 组织黑白程度不十分一致, 化学成分略有偏析 细小球状, 点状及少量断续的片状珠光体, 组织黑白不一致, 化学成分略有偏析
球化级别
2221
图号
3456
布氏硬度30D 2
[1**********]6
3 结 论
1) , 硬度为207S , 级.
图3 18#试样周期球化退火工艺金相图500
×
图4 22#17h 降为7～8h , 具有显著.
参考文献
1 浙江大学, 上海机械学院, 合肥工业大学. 钢铁材料
及热处理工艺. 上海:上海科技出版社, 1978. 145
2 杨仁山. 40C r 钢的的快速循环球化退火的研究. 热加
工工艺, 1993(3) :5
3 高占勇, 刘宗昌, 李文学. 冷却速度对退火软化的影
图5 23试样周期球化退火工艺金相图500×
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图6 24试样等温球化退火工艺金相图500×
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响. 包头钢铁学院学报, 1998(3) :182～185
GC r 15Steel Sphero idizing A nnealing D esign
Da i W e i
(Colleg e of M a teria l S ciences and E ng ineering , W U T , W uhan 430063)
Abstract
T he sp hero idizing of GC r 15steel in a facto ry is no t effective , acco rding to the requ irem en t of the sp hero idizing quality in the facto ry , th is essay is to design a k ind of annealing techno logical p rocess , com p ared w ith the p revi ou s sp hero idizing m ethod in the facto ry , it is indeed reliab le , p ractical and si m p le , and the effect of saving energy is rem arkab le . T he sp hero idizing of the carb ides in GC r 15steel has been discu ssed also .
Key words :GC r 15steel ; sp hero idizing ; inhom ogenou s au sten ite ; carb ide ; bearing ferru le ; hardness