铸态GCr15钢在连续加热过程中的奥氏体化动力学特征与组织演变

利用DIL805A热膨胀仪记录了铸态GCr15钢在不同的加热速率下(0.5、3、5、30、100 ℃/s)的线膨胀量,获得了不同加热速率下的热膨胀曲线和奥氏体体积转变分数曲线,研究了加热速率对奥氏体化的影响。采用高温光学显微镜对该钢在连续加热过程中的奥氏体转变过程进行了观察分析。研究表明:GC15钢在连续加热过程中的奥氏体转变可分为3个阶段:在760~790 ℃为珠光体向奥氏体的转变、(Fe, Cr)₃C_II向奥氏体中的溶解和奥氏体的成分均匀化温度分别为790~890 ℃及890 ℃以上。并且随着加热速率提高,相变临界温度提高,相变速率提高。在连续加热过程中,铸态GCr15钢的奥氏体转变是一个形核和长大交替进行的过程。     

GCr15SiMo轴承钢球化退火过程的碳化物演变

借助差示扫描量热法、扫描电镜等检测分析手段以及JMatPro热力学软件,研究了等温球化退火的奥氏体化温度和保温时间对GCr15SiMo轴承钢碳化物的影响。结果表明,随着奥氏体化温度的升高和保温时间的延长,GCr15SiMo轴承钢中碳化物趋于均匀化、细小化,且有利于GCr15SiMo轴承钢退火过程碳化物球化效果。在奥氏体化温度为800℃、保温时间为30 min的等温球化退火工艺下,GCr15SiMo轴承钢中碳化物数量多、尺寸小、弥散分布度高,且组织最为均匀致密,硬度较低,球化效果最好。     

预处理对铬轴承钢混晶的影响

作者采用特殊的腐蚀剂,显示轴承钢的奥氏体实际晶粒度。运用金相法研究了不同预处理对GCr15轴承钢“混晶”的影响。结果为:预处理对GCr15轴承钢的奥氏体本质晶粒度有明显的影响。例如:对于所谓“本质细晶粒”的GCr15钢,经特殊预处理之后,在900℃加热保温1h,发生了奥氏体晶粒的异常长大。试验表明:GCr15轴承钢奥氏体化时,碳化物同时大量地溶解之刻,往往亦是晶粒异常长大发生之时。奥氏体化所得起始晶粒愈细小而不均匀,继续保温时愈易发生严重的晶粒异常长大。     

GCr15轴承钢消除大块状碳化物的热处理工艺

运用X射线测定了GCr15轴承钢连铸坯芯部宏观偏析区域和微观偏析区域C、Cr元素的浓度。基于C和Cr元素成分分布,用Thermo-Calc软件计算了GCr15轴承钢不同部位的熔点,从而确定了轴承钢连铸坯均匀化加热的最高温度限制。研究了不同温度下消除连铸坯芯部大块状碳化物所需要的时间。通过理论与实验相结合的方法,提出了一系列消除轴承钢连铸坯芯部大块状碳化物的热处理制度。     

高温变形处理对GCr15轴承钢液析碳化物的影响

为了有效控制GCr15轴承钢中的液析碳化物,采用gleeble 1500热模拟实验和变形热处理实验,研究了高温变形对其液析碳化物溶解行为的影响。结果表明,GCr15轴承钢的热轧温度越高,液析碳化物越少。液析碳化物经过热轧破碎后可以在950℃快速溶解,碳化物均匀性显著改善。     

20CrMo钢不同速率分段加热奥氏体化

采用DIL805A热膨胀仪,测定了20CrMo钢以3～180℃/min的速率加热奥氏体化过程中的膨胀量。根据杠杆原理计算了钢的奥氏体形成量。采用J-M-A方程进行了线性回归分析,以获得钢的等温奥氏体化动力学曲线。采用高温金相显微镜检测了以不同速率加热的20CrMo钢的奥氏体形成规律。结果表明：20CrMo钢的珠光体约在730～770℃开始转变为奥氏体,珠光体和铁素体约在860～890℃完全转变为奥氏体,奥氏体约在890℃以上温度达到成分均匀化。根据J-M-A方程计算的模型参数为：激活能Q约为6.014×10⁵ J/mol,n为0.607 477,ln k₀为62.442 15;在1 133 K以上温度钢中铁素体和珠光体转变为奥氏体的速率较快,转变时间在100 s以内;低于1 093 K时,铁素体和珠光体转变为奥氏体的时间显著延长。     

等温淬火工艺对GCr15钢领组织和耐磨性的影响

用正交试验方法对奥氏体化温度、等温淬火温度及时间、回火温度等工艺参数进行优化分析,研究不同工艺参数下GCr15轴承钢钢领的组织及硬度的变化规律。结果表明,奥氏体化温度对GCr15轴承钢钢领硬度影响最大,等温淬火温度对硬度有一定影响,而等温淬火时间和回火温度对硬度的影响不明显;随着碳化物颗粒数量增加,尺寸减小,GCr15轴承钢钢领的硬度升高;当奥氏体化温度偏低时,易产生拉长或者不规则的碳化物颗粒;碳化物颗粒的平均尺寸小于0.35 μm时,其尺寸越大,数量越多,耐磨性越好;GCr15轴承钢钢领较优的等温淬火工艺参数为：奥氏体化温度855 ℃保温10 min,等温温度210 ℃保温45 min,回火温度180 ℃保温120 min。     

GCr15轴承钢加热温度与碳化物的溶解扩散

为消除轴承钢中碳化物液析,改善带状组织,进行了加热温度与碳化物溶解扩散之间的关系研究,确定了GCr15轴承钢比较合理的加热温度和保温时间,并将试验结果实施于现场.实际应用结果表明,在现有加热能力的条件下,将加热温度提高到1200～1280℃,保温时间在3 h以上,可使碳化物带状级别控制在2级以下,碳化物液析得到消除.     

保温时间对轴承钢中碳化物溶解和贝氏体相变的影响

采用扫描电镜和Nano Measurer 1.2、Image J图像软件，对860℃不同两相区保温时间下的GCr15轴承钢中的碳化物尺寸、体积分数等进行了研究，并利用维氏显微硬度计进行了硬度测定；并利用DIL热膨胀仪及扫描电镜对经过不同两相区保温时间及不同贝氏体等温时间处理的轴承钢中的贝氏体相变进行了分析。结果表明，在860℃下，两相区保温时间越长，碳化物溶解量越多，硬度增加幅度越大，并且碳化物尺寸、体积分数明显减少。随两相区保温时间的延长，碳化物溶解越多，使得奥氏体中的C/Cr含量越趋于稳定、均匀，贝氏体转变孕育期延长，最佳两相区保温时间为30 min。贝氏体等温处理时间越长，贝氏体相变比例越大。     

回火温度对GCr15机械轴承钢组织和力学性能的影响

通过显微组织观察、拉伸试验、冲击试验和洛氏硬度试验等方法,研究了GCr15轴承钢终热处理工艺中回火温度对其组织与力学性能的影响。结果表明:在本试验条件下,淬火态GCr15钢试样组织主要由淬火马氏体、残余奥氏体及碳化物组成。在440～760℃温度范围内,随着回火温度的升高,GCr15钢试样组织中不断有碳化物析出并聚集,残余奥氏体逐渐分解。GCr15钢试样经830℃×30min油淬+520℃×2h回火终热处理后,其硬度为48.3HRC,抗拉强度为1536MPa,伸长率为13.5%,断面收缩率为47.8%,GCr15钢的综合性能优良,达到渗碳工艺处理G20Cr2Ni4A钢性能水平。     

回火温度对GCr15轴承钢组织和性能的影响

GCr15钢在轴承中广泛使用,其回火温度对轴承使用性能有重要影响。研究了不同回火温度对GCr15轴承钢的硬度、残余奥氏体含量、表面残余应力的影响。结果表明：当GCr15的回火温度为165~300℃时,随着回火温度的升高,硬度HRC由61.7降到56.2,残余奥氏体含量由9.88%下降到3.26%,表面残余应力由706.8 MPa下降至382.2 MPa;其显微组织主要为针状马氏体、颗粒碳化物和少量的亚稳定相残余奥氏体,随着回火温度的提高,碳化物逐渐聚集并不断长大。该研究为GCr15钢低温回火工艺的制定提供参考。     

大颗粒碳化物对GCr4Mo4V钢旋转弯曲疲劳的影响

以“真空感应+电渣重熔”工艺制备的退火态热轧直条高温轴承钢GCr4Mo4V为试验材料,经过1120℃保温30 min油淬以及3组530℃保温2 h的回火处理后,开展960、1000、1040、1080 MPa四个应力水平的旋转弯曲疲劳试验,得到S-N曲线并计算出中值疲劳极限为686 MPa,对旋弯疲劳试样断口形貌分析表明,GCr4Mo4V轴承钢旋转弯曲断口由近表面起裂源、裂纹扩展区、应力撕裂区3个特征区域构成,起裂源距试样表面约240μm,中心为粒径范围为16.93～53.94μm的大颗粒碳化物,裂纹在大颗粒碳化物与基体界面处形核,并逐渐向试样中心扩展,最终在扭矩作用下将试样撕扯断裂;数值分析表明,大颗粒碳化物粒径D与疲劳寿命对数lg(N)呈线性关系,经线性拟合后得到的数学关系式为lg(N)=-0.053 77D+7.326 82,由此指明了GCr4Mo4V轴承钢大颗粒碳化物的极限细化是进一步实现轴承钢长寿化的关键举措。     

电磁能条件下球化退火过程中GCr15轴承钢碳化物的溶解行为

对比研究了GCr15轴承钢在传统热场条件下和可控脉冲电磁能条件下,两相区球化退火保温阶段碳化物的演变过程,并采用扫描电镜观察了不同热处理条件下残留碳化物的形貌。结果表明,脉冲电磁能有助于缩短两相区球化退火的保温时间,残留碳化物分布密度由传统热场球化退火60 min后的2.6460 μm^-2降低至电磁能球化退火60 min后的0.7839 μm^-2。动力学分析认为,外加磁场降低了G_tot,提高了奥氏体的长大速度,促进了碳化物的溶解,缩短了球化退火时间。     

控锻控冷工艺对GCr15轴承钢组织演变规律的影响

采用微观组织表征的方法对比研究了GCr15轴承钢在传统工艺和控锻控冷工艺下的组织和网状碳化物分布的演变规律,并统计和分析了不同工艺下的晶粒度和残留奥氏体含量的变化规律。结果表明,GCr15轴承钢经控锻控冷工艺处理后,GCr15钢中粒状珠光体组织相对更细小,淬回火组织基体中的C元素分布更为均匀,同时洛氏硬度提高0.7 HRC;残留奥氏体含量降低;碳化物颗粒尺寸细化,平均颗粒尺寸减小40%以上,同时抑制粗大碳化物网状的形成;可使奥氏体晶粒度细化2级以上。     

滚动轴承钢冶金质量与疲劳性能现状及高端轴承钢发展方向

本文首先介绍了以GCr15为代表的第一代轴承钢、以M50和M50NiL为代表的第二代轴承钢、以Cronidur30和CSS-42L为代表的第三代轴承钢的发展历程,提出了以轻质化为特征的第四代轴承合金发展方向;通过对传统轴承钢的冶金质量和疲劳性能等归纳分析,提出了大颗粒夹杂物和碳化物细质化与均匀化的轴承钢冶金质量控制方向,揭示了轴承钢接触疲劳的夹杂物控制机制和碳化物控制的2种不同抗疲劳机制;通过对传统轴承钢GCr15的超高纯冶金质量控制工艺技术与定量表征技术的国内外最新进展,提出了超高纯与等向性的高端轴承钢冶金质量控制发展方向;通过对轴承钢GCr15和CSS-42L的基体和碳化物超细化的整体热处理技术与表面渗碳技术研究,创新研发出双细化热处理和表面超硬化热处理,从而将轴承钢GCr15的室温接触疲劳寿命提高到5倍和10倍以上。文章最后针对轴承钢的冶金质量与性能进行了检验检测技术分析,指出定量检验检测技术的应用是高性能轴承钢的重要保障。     

Effect of Prior Cold Deformation on the Stability of Retained Austenite in GCr15 Bearing Steel

In this work, the effect of prior cold deformation on the stability of retained austenite in GCr15 bearing steel was investigated after quenching and tempering treatment. The thermal stability was evaluated by calculating thermal activation energy for decomposition of retained austenite using differential scanning calorimeter. The mechanical stability was investigated according to the strain-induced martensitic transformation behavior of retained austenite under the standard compression testing. It is found that the prior cold deformation not only accelerates the carbide dissolution during the austenitization process but also contributes to the carbon partitioning in the tempering stage due to the higher density of phase boundaries, which results in the improvement of the thermal stability of retained austenite. Due to the enhanced carbide dissolution, the higher carbon content in the prior austenite will intensify the isotropic strain of martensitic transformation. As a consequence, the film-like retained austenite is likely to form under a higher hydrostatic pressure and thus shows a higher mechanical stability. Additionally, it is noteworthy that the benefits of the prior cold deformation to the stability of retained austenite would be saturated when the cold deformation degree is larger than 40%.     

轧后冷却速率对GCr15钢棒材组织的影响

GCr15轴承钢棒材在轧制后的冷却过程中往往会有网状碳化物的形成,对轴承钢的质量和寿命产生影响。通过Gleeble3800热模拟试验机对其轧制后的控冷工艺进行模拟研究,结果表明：在860 ℃终轧温度下,随着冷却速率的增加,晶界处二次碳化物由网状分布逐渐变为半网状、短条状分布,珠光体球团直径明显细化,CCT曲线得到的珠光体析出温度区间主要集中在600~700 ℃范围内,高温终轧后,控制冷却速率和终冷温度可以达到控制网状碳化物析出并得到珠光体的目的。     

高碳钢中残余奥氏体形态控制与利用

根据不均匀奥氏体淬火原理，通过加热过程控制，可使高碳铬钢（ＧＣｒ１５）中残余奥氏体呈薄膜或集聚态存在于碳化物周围。这种残余奥氏体有利于延迟马氏体／碳化物界面处裂纹的形核及扩展，是利用残余奥氏体韧化高碳钢的新途径。