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回火溫度對(duì)GCr15軸承鋼組織和性能的影響

發(fā)布時(shí)間：2026-03-27

鉻軸承鋼的淬火組織是淬火馬氏體、未溶解的二次碳化物和殘余奧氏體。其中馬氏體是C在a-Fe中的過飽和固溶體，是亞穩(wěn)定相，過飽和碳原子有從固溶體中自發(fā)析出的趨勢(shì)；奧氏體是高溫穩(wěn)定相，在室溫時(shí)不穩(wěn)定，有自發(fā)析出碳化物，轉(zhuǎn)變?yōu)閍-Fe固溶體的趨勢(shì)；碳化物相有聚合長大，自發(fā)降低分散度的趨勢(shì)；淬火過程中形成的內(nèi)應(yīng)力和亞晶結(jié)構(gòu)，也處于能量上的不穩(wěn)定，有自發(fā)向穩(wěn)定狀態(tài)過渡的趨勢(shì)，這些不穩(wěn)定因素，以及自發(fā)地向穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)，都是由熱力學(xué)本身決定的，其轉(zhuǎn)變都與擴(kuò)散密切相關(guān)。

回火溫度越高，這一過程相對(duì)地進(jìn)行得越迅速、越徹底殘余奧氏體是軸承材料經(jīng)淬回火后少量存在的亞穩(wěn)定相，在軸承貯存、運(yùn)輸和使用過程中將不斷地發(fā)生向馬氏體組織的轉(zhuǎn)變，由于奧氏體組織與馬氏體組織的比容差異，從而導(dǎo)致軸承零件的尺寸發(fā)生變化，影響軸承的使用壽命。

JB/T 1255- 2001 《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件》對(duì)于馬氏體、屈氏體、殘余奧氏體等方面的檢測(cè)，只在光學(xué)顯微鏡下對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)圖譜判定是否合格。為提高我國軸承的尺寸穩(wěn)定性和綜合性能，JB/T 1255- -2014 《高碳鉻軸承鋼滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件》在原標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，增加了軸承零件淬回火后殘余奧氏體含量要求，對(duì)于常規(guī)淬回火工藝處理后的零件，殘余奧氏體含量要求一般小于15%。

為此，本研究以深溝球軸承外圈GCr15材料為試驗(yàn)對(duì)象，通過改變回火溫度，研究相同時(shí)間回火后材料硬度殘余奧氏體含量、表面殘余應(yīng)力變化的情況，為GCr15鋼低溫回火工藝的制定提供參考。

1　試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料為GCrI5鋼車制的套圈，共計(jì)80件，按照CB/T 20066- 2006 《鋼和鐵化學(xué)成分測(cè)定用試樣的取樣和制樣方法》對(duì)試驗(yàn)用CCrl5鋼取樣，其化學(xué)成分如表1所示。

淬火油采用光亮淬火油，其閃點(diǎn)為186 ℃、粘度為23. 76 mm²/s、最大冷卻速率V... =98.4℃/s、特性溫度為593.7℃。將GCr15鋼車制好的外徑為φ160mm、幅高為37 mm、有效厚度為9.6 mm的深溝球軸承，放進(jìn)型號(hào)為RJCD - 240輥棒淬、回火生產(chǎn)爐，加熱至850 ℃保溫30分鐘后油冷淬火后，然后取出5件，將其中1件用線切割機(jī)沿軸向截取4塊試樣，隨后將這4塊試樣和其余4件外圈，按1塊試樣加1件外圈分別在165、200、250、300 ℃進(jìn)行回火處理，保溫時(shí)間均為3.5 小時(shí)，出爐后空冷至室溫。

將經(jīng)過不同溫度回火的軸承外圈按JB/T1255-2014的要求，用型號(hào)為HR150-A的洛氏硬度計(jì)測(cè)量其硬度，用型號(hào)為AMI -21的奧氏體測(cè)量儀測(cè)量其殘余奧氏體含量，用型號(hào)為dmax2500pc的X射線衍射儀測(cè)量其表面殘余應(yīng)力。將回火后線切割的試樣經(jīng)磨光、拋光后，用4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的硝酸酒精溶液腐蝕，制成金相試樣，在光學(xué)顯微鏡下觀察不同回火溫度下材料組織形貌。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1、回火溫 度對(duì)硬度、表面殘余應(yīng)力的影響

將4種不同溫度回火的試樣，沿外圈的端面一周均勻測(cè)量5點(diǎn)硬度值，具體測(cè)量結(jié)果見圖1；

沿外圈的端面一周均勻測(cè)量5點(diǎn)表面殘余應(yīng)力值，具體測(cè)量結(jié)果見圖2。

從圖1中可以看出，隨著回火溫度的升高，硬度由HRC 61.7下降至HRC 56.2，下降幅度為9.78%。從圖2中可以看出，隨著回火溫度的升高，表面殘余應(yīng)力總體呈下降趨勢(shì)，由165℃時(shí)的706.8MPa下降至300℃時(shí)的382.2MPa，'下降幅度為84.9%。

硬度的下降是由于馬氏體在回火過程中發(fā)生分解形成共析組織，同時(shí)析出的碳化物在回火保溫過程中聚集、粗化，且與基體脫離共格關(guān)系，晶格畸形降低，位錯(cuò)密度降低。且隨回火溫度的升高，馬氏體分解完全，析出的碳與基體的共格關(guān)系消失，應(yīng)力場(chǎng)消失，從而造成材料的軟化現(xiàn)象發(fā)生。此外，回火溫度越高使得淬火應(yīng)力得到釋放，因而表面應(yīng)力也顯著下降。250℃的表面殘余應(yīng)力高于200℃，可能與試驗(yàn)表面加工應(yīng)力較高有關(guān)。

2.2、回火溫度對(duì)殘余 奧氏體含量的影響

將4種不同溫度回火的試樣，沿外圈的端面-周均勻測(cè)量5點(diǎn)殘余奧氏體含量，具體測(cè)量結(jié)果見圖3；

從圖3中可以看出，隨著回火溫度的提高，殘余奧氏體含量由9.88%下降至3.26%。將線切割的試樣按JB/T 1255- 2014 的要求，進(jìn)行機(jī)械研磨、拋光，并經(jīng)4%的硝酸酒精腐蝕后，在光學(xué)顯微鏡下觀察其顯微組織，如圖4所示。

油冷試樣淬火態(tài)下組織主要為針狀馬氏體、顆粒碳化物和少量的亞穩(wěn)定相殘余奧氏體。從圖4中可以看出，隨著回火溫度的提高，碳化物逐漸聚集并不斷長大。這是由于隨著回火溫度的升高，碳化物從馬氏體內(nèi)析出轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體，呈暗灰針狀，當(dāng)回火溫度達(dá)到300C時(shí)，過飽和碳從馬氏體中析出聚集并逐漸長大。

3　結(jié)論

1) CCr15鋼隨回火溫度的提高，硬度由165℃時(shí)的HRC61.7下降至300℃時(shí)的HRC56.2；表面殘余應(yīng)力總體上逐漸降低。

2) GCr15鋼隨回火溫度的提高，殘余奧氏體含量由165℃時(shí)的9.88%降至300℃時(shí)的3.26%，且小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小于15%的要求；隨著回火溫度的提高，顯微組織中碳化物逐漸聚集并不斷長大。

（來源：每天學(xué)點(diǎn)熱處理）