GCr15钢轴承套圈采用中频加热电源进行热处理产生缺陷的原因及其工艺改进

某轧钢机轴承套圈承受压力为400kN，转速为130r/min，采用GCr15钢制造。热处理工艺为：860℃加热奥氏体化，230℃等温淬火4h，粗磨后二次回火150℃x3h。等温淬火后组织为：下贝氏体（体积分数为60%-70%）+回火马氏体+均匀分布的碳化物，硬度≥63HRC。对于这些热处理，我们常采用中频加热电源进行，但是生产中发现，套圈外表面出现橘皮状组织缺陷，导致工件失效。

检验发现，套圈辊道上形成橘皮状缺陷。微观观察发现，组织晶粒粗大，晶界氧化呈黑色网，部分晶界产生熔化现象，出现夹角形孔洞；同时检验发现橘皮下出现碳化物聚集，在距橘皮表面2mm处硬度下降至54HRC。这说明表面出现脱碳层，在橘皮区域发现多处裂纹并向基体延伸扩展。分析初步认为，橘皮和脱碳缺陷是工件表面出现加热过烧引起的。金相观察发现，工件材料部分氧化铝超标，评为3-3.5 级，碳化物网状为2级，碳化物液析为1.5-2级，碳化物带状为3-3.5级。工件热处理后组织不均匀，典型组织为：针状马氏体带+回火马氏体+下贝氏体（体积分数占20%-30%）+黑色托氏体网+残留奥氏体+碳化物。

分析认为，铸锭凝固时，共晶碳化物形成树枝状偏析称液析，枝晶碳含量较高，局部出现(Fe，Cr)3C+（Fe，Cr）7C3A三元共晶。工件锻造使共晶骨架被打碎，某些共晶碳化物以液析形式保留下来，锻造不充分使液析超标，从而引起工件易产生过烧缺陷。另一方面，工件加热至860℃后，碳化物带状区奥氏体合金化较高，而非碳化物带状区奥氏体合金化程度低，加之炉温不均与尺寸因素，合金元素扩散不充分，奥氏体均匀化较低，导致等温转变时间不一致。工件在230℃等温中，有的区域：A-M（大部分），有的区域A-B下。由于工件大，等温开始时需时较长，冷却慢，使工件形成团絮状托氏体，工件于是出现淬火软点缺陷。工件回火中，又形成马氏体，使尺寸胀大，增加工件变形倾向。此外，回火组织中有回火马氏体和未回火马氏体，并有体积分数为20%的下贝氏体，组织不均匀，引起内应力上升。当内应力大于工件屈服极限时，导致工件出现翘曲变形，并使套圈圆度超标。由于圆度超标套圈运行中辊道出现过度摩擦，如果同时存在缺油或供油不足及超负荷的工作状态，极易产生摩擦生热。当其温度达到或超过伪共晶温度1080℃时，工件出现过烧现象。

综上分析，GCr15钢套圈缺陷包括：组织中有1.5-2级的碳化物液析，锻后组织不均匀，工件淬火加热时液析区出现低熔点的伪三元共晶组织；工件热处理后组织不均匀，马氏体量过高而下贝氏体量不足，工件尺寸胀大引起内应力增大．导致工件圆度超标，使套圈运转中摩擦加剧。产生工件表面过烧脱碳失效。

为防止上述缺陷和失效，工艺改进如下：

1)锻造加热应保持炉温均匀，锻后检验锻件碳化物应均匀分布，锻后组织符合技术标准。

2)热处理加热炉炉温保持均匀一致，炉料安放应使工件温度均匀，防止工件奥氏体化不均导致热处理后组织不均、应力过大，使工件运行中出现摩擦剧烈过烧脱碳失效。

3)采用中频加热电源进行等温热处理，力求温度均匀，组织转变和形成组织均匀稳定，不致产生较大应力和变形，以及由此引发的工件过度摩擦出现的过烧现象。

工件在热处理过程中受多方面因素的影响，不可避免的会产生一些缺陷，因此掌握常见缺陷的预防措施是很有必要的。本文简单分析了轴承套圈产生缺陷的原因及其工艺改进，小编希望您能把学到的应用到工作中去。