GCr15鋼軸承套圈采用中頻加熱電源進行熱處理產生缺陷的原因及其工藝改進

某軋鋼機軸承套圈承受壓力為400kN，轉速為130r/min，采用GCr15鋼制造。熱處理工藝為：860℃加熱奧氏體化，230℃等溫淬火4h，粗磨后二次回火150℃x3h。等溫淬火后組織為：下貝氏體（體積分數為60%-70%）+回火馬氏體+均勻分布的碳化物，硬度≥63HRC。對于這些熱處理，我們常采用中頻加熱電源進行，但是生產中發現，套圈外表面出現橘皮狀組織缺陷，導致工件失效。

檢驗發現，套圈輥道上形成橘皮狀缺陷。微觀觀察發現，組織晶粒粗大，晶界氧化呈黑色網，部分晶界產生熔化現象，出現夾角形孔洞；同時檢驗發現橘皮下出現碳化物聚集，在距橘皮表面2mm處硬度下降至54HRC。這說明表面出現脫碳層，在橘皮區域發現多處裂紋并向基體延伸擴展。分析初步認為，橘皮和脫碳缺陷是工件表面出現加熱過燒引起的。金相觀察發現，工件材料部分氧化鋁超標，評為3-3.5 級，碳化物網狀為2級，碳化物液析為1.5-2級，碳化物帶狀為3-3.5級。工件熱處理后組織不均勻，典型組織為：針狀馬氏體帶+回火馬氏體+下貝氏體（體積分數占20%-30%）+黑色托氏體網+殘留奧氏體+碳化物。

分析認為，鑄錠凝固時，共晶碳化物形成樹枝狀偏析稱液析，枝晶碳含量較高，局部出現(Fe，Cr)3C+（Fe，Cr）7C3A三元共晶。工件鍛造使共晶骨架被打碎，某些共晶碳化物以液析形式保留下來，鍛造不充分使液析超標，從而引起工件易產生過燒缺陷。另一方面，工件加熱至860℃后，碳化物帶狀區奧氏體合金化較高，而非碳化物帶狀區奧氏體合金化程度低，加之爐溫不均與尺寸因素，合金元素擴散不充分，奧氏體均勻化較低，導致等溫轉變時間不一致。工件在230℃等溫中，有的區域：A-M（大部分），有的區域A-B下。由于工件大，等溫開始時需時較長，冷卻慢，使工件形成團絮狀托氏體，工件于是出現淬火軟點缺陷。工件回火中，又形成馬氏體，使尺寸脹大，增加工件變形傾向。此外，回火組織中有回火馬氏體和未回火馬氏體，并有體積分數為20%的下貝氏體，組織不均勻，引起內應力上升。當內應力大于工件屈服極限時，導致工件出現翹曲變形，并使套圈圓度超標。由于圓度超標套圈運行中輥道出現過度摩擦，如果同時存在缺油或供油不足及超負荷的工作狀態，極易產生摩擦生熱。當其溫度達到或超過偽共晶溫度1080℃時，工件出現過燒現象。

綜上分析，GCr15鋼套圈缺陷包括：組織中有1.5-2級的碳化物液析，鍛后組織不均勻，工件淬火加熱時液析區出現低熔點的偽三元共晶組織；工件熱處理后組織不均勻，馬氏體量過高而下貝氏體量不足，工件尺寸脹大引起內應力增大．導致工件圓度超標，使套圈運轉中摩擦加劇。產生工件表面過燒脫碳失效。

為防止上述缺陷和失效，工藝改進如下：

1)鍛造加熱應保持爐溫均勻，鍛后檢驗鍛件碳化物應均勻分布，鍛后組織符合技術標準。

2)熱處理加熱爐爐溫保持均勻一致，爐料安放應使工件溫度均勻，防止工件奧氏體化不均導致熱處理后組織不均、應力過大，使工件運行中出現摩擦劇烈過燒脫碳失效。

3)采用中頻加熱電源進行等溫熱處理，力求溫度均勻，組織轉變和形成組織均勻穩定，不致產生較大應力和變形，以及由此引發的工件過度摩擦出現的過燒現象。

工件在熱處理過程中受多方面因素的影響，不可避免的會產生一些缺陷，因此掌握常見缺陷的預防措施是很有必要的。本文簡單分析了軸承套圈產生缺陷的原因及其工藝改進，小編希望您能把學到的應用到工作中去。