GCr15钢的快速球化退火工艺

GCr15钢

Vol.26No.3

July2009

文章编号：1671-7872（2009）03-0239-04安徽工业大学学报J.ofAnhuiUniversityofTechnology第26卷第3期2009年7月

GCr15钢的快速球化退火工艺

汪东红1，杨霄2，陈其伟1，朱国辉1

（1.安徽工业大学材料科学与工程学院，安微马鞍山243002；2.宝山钢铁股份有限公司，上海201900）摘要：根据“离异共析”原理，对GCr15钢采用低温奥氏体化和快速球化退火新工艺，该工艺使得球化退火的奥氏体化保温时间和等温转变时间总和缩短到2h以内，与传统退火工艺相比节约能源50%以上。

关键词：快速球化；退火；离异共析；GCr15

中图分类号：TG156.1文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1671-7872.2009.03.010

FastSpheroidizingAnnealingforGCr15

WANGDong-hong1,YANGXiao2,ZHUGuo-hui1,CHENQi-wei1,

(1.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,AnhuiUniversityofTechnology,Ma′anshan243002,China；2.BaoshanIron&SteelCo.Ltd.,Shanghai201900,China)

Abstract：AnewtechniqueoflowaustenitizingtemperatureandfastspheroidizingannealingtechniqueisworkedoutbyDET(divorcedeutectoidtransformation)forGCr15.Thefastspheroidizingannealingtechnique,whichreducestheconventionaltechnologyspheroidizingannealingaustenitizationholdingandisothermalspheroidizingtimein2h,alsosavedenergynearlyover50%comparedtotheoldannealingtechnology.

Keywords：fastspheroidizing；annealing；DET；GCr15

GCr15是一种传统的高铬轴承钢,主要用于制造各种轴承的滚珠、滚柱和套圈等,被广泛应用于高速旋转高负荷的机械零部件,要求具有高的强度、弹性极限和耐磨性。GCr15的热轧组织往往由片层状珠光体组成，同时还存在少量的晶界碳化物。这种微观结构具有较高的硬度和较低的塑性,加工性能较差。因此高碳钢在后续加工之前需要进行球化退火，使钢中的碳化物球化，提高其加工性能和使用性能。根据美国ASM推荐的球化退火工艺，无论是连续的球化退火工艺还是等温的球化退火工艺都需要较长的退火时间，奥氏体化后退火工艺需要10～16h[1]，导致生产效率降低、耗费大量能源。因此快速球化退火得到了广泛的研究。

根据金属学原理，实现碳化物快速球化的关键在于通过控制相变的热力学和动力学来改变奥氏体向珠光体转变的模式—从传统的片层状转变机制改变为“离异共析”的转变形式，“离异共析”的转变形式是将奥氏体直接转变成球状珠光体，转变时间大为缩短[2]。文中鉴于“离异共析”原理的实验研究，分析等温退火快速球化工艺参数对GCr15球化组织和性能的影响，提出GCr15轴承钢快速球化退火的工艺参数。

1实验

实验材料取自热轧态的Φ=50mm的GCr15钢，用线切割机截得直径为10mm，长为7mm的圆柱试样。化学成份（w/%）为：C0.96，Mn0.31，Si0.21，Cr1.46。

1.1GCr15钢淬火试验

试样在厢式电阻炉分别加热到790，810，830，850，870℃，分别保温5，10，20，30min；然后直接水冷。实验工艺如图1所示。采用OPLYMPUS金相显微镜观察金相组织，用扫描电镜（SEM）进一步观察各种试样的

收稿日期：2008-11-13

基金项目:安徽省自然科学基金重点项目（2006KJ081A）

作者简介:汪东红（1984-），男，安徽宿松人，硕士生。

GCr15钢

240安徽工业大学学报2009年微观组织。力学性能采用洛氏硬度机测量。

1.2GCr15钢快速球化退火试验

试样选择790，810，830，850℃4个奥氏体化的加热温度，保温10min来进一步分析奥氏体化温度对后续等温球化退火过程的影响。在奥氏体化加热保温后随炉冷却到690，700，720℃等温球化处理，等温60min炉冷（约200℃/h）到650℃后空冷。具体的实验工艺如图2。采用OPLYMPUS金相显微镜观察金相组织，用扫描电镜（SEM）进一步观察各种试样的微观组织。力学性能采用布氏硬度机测量。

790℃保温5min

790℃保温5min

温度/℃炉冷，空冷

温度/℃720℃等温60min炉冷，空冷650℃

790℃保温5min

淬水

时间/min

图1GCr15钢淬火试验工艺时间/min图2GCr15钢快速球化退火试验工艺

2实验结果和分析

2.1奥氏体化温度和时间对残留碳化物粒子的影响

根据“离异共析”的原理，离异共析的核心是碳化物依附于原有的碳化物颗粒非均匀形核形成球状的颗粒，铁素体通过碳的扩散向奥氏体基体生长形成等轴状晶粒。因此，实现离异共析转变的关键是在基体中保持足够的弥散的未溶碳化物粒子作为后续的非均匀形核的核心。为此，在加热过程中奥氏体转变完成之后必须在奥氏体基体上残留足够的未溶碳化物颗粒作为随后冷却过程中珠光体离异共析转变的核心[3]。通过淬火试验研究奥氏体化温度和奥氏体化保温时间对奥氏体化时未溶碳化物粒子的影响。

10μm10μm

(a)790℃加热保温10min后(b)810℃加热保温10min后10μm10μm

(c)830℃加热保温10min后(d)810℃加热保温20min后

图3不同加热温度和保温时间后淬火实验下GCr15钢的显微组织

GCr15钢

第3期汪东红等：GCr15钢的快速球化退火工艺241

图3是不同加热温度和保温时间后淬火试验下试样的显微组织。从图3（a）可以看出790℃，试样组织中珠光体分解不完全，碳化物粒子不明显，同时存在大量网状碳化物。当加热温度升高到810℃时如图3（b），组织中存在大量的未溶碳化物粒子，晶界的碳化物网状减少。即使存在少量的网状碳化物，也已经断开成为沿晶界分布的粒状碳化物。该碳化物在随后的冷却过程中由于晶界扩散速度较快，会优先生长，完全消除网状碳化物特征。

当奥氏体化温度提高到830℃时如图3（c），奥氏体化的样品中残留碳化物减少。当碳化物粒子的数量减少到不能足以完全以长大的方式达到珠光体的平衡体积分数时，需要一部分珠光体通过均匀形核长大的方式实现转变，从热力学和动力学的角度，当珠光体以均匀形核长大的方式实现转变时，会形成片层状的珠光体，破坏快速球化的过程。

从图3（a），（b），(c)看出，过高的奥氏体化温度会导致碳化物的完全溶解，从而后续冷却过程中缺少形核位置，形成传统的片层状碳化物[3]。过低的加热温度会导致珠光体分解不完全以及网状碳化物的存在，从而导致球化组织不能满足要求。从实验结果看奥氏体化的温度选择在810℃比较有利于快速球化退火的。

从图3（b），(d)看出，随着保温时间的延长，碳化物颗粒逐渐减少，特别是一些短棒状细小的碳化物粒子消除，因此选择合理的加热温度，适当延长保温时间有利于获得球状的残留碳化物粒子，使碳化物粒子能够较为均匀的分布。需要注意的是，碳化物粒子数量减少会导致随后冷却过程中碳化物生长过程核心数目的不足。保温时间短造成材料局部成份不均匀，导致不均匀组织的产生[6]，适当地降低奥氏体化温度、延长保温时间，有助于缓解透烧加热产生的成份不均匀，同时保留足够多的剩余碳化物颗粒。故本试验的最好保温时间是10min。

2.2等温快速球化退火工艺对球化组织的影响

不同等温快速球化工艺处理后GCr15钢的显微组织如图4(a)，(b)。从图4(a),(b)看出，经过720℃的等温退火，790，810℃奥氏体化的试样均得到了球化的组织，但是830℃奥氏体化的试样中出现了少量的片层状珠光体。从表1看出，830℃GCr15钢奥氏体化的硬度基本达 …… 此处隐藏：3358字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……