Page 27 - 理化检验-物理分册2021年第十期

胡伟勇, 等: GCr15钢轴承套圈表面脱碳层形成机理

轴承套圈发生脱碳时表面含碳量低于规定值
甚至为零。轴承套圈在脱碳气氛中加热或在高温
下停留时间过长, 碳元素逸出表面发生氧化, 发生
全脱碳或部分脱碳。全脱碳时有较厚的表层铁素
体, 部分脱碳时除了生成较薄铁素体层外还伴有
碳化物含量减少、 局部生成团块片状珠光体, 即球
化不完全。
国 内 高 碳 铬 轴 承 钢 系 列 包 括 GCr15 、
GCr15SiMn 、 GCr9 、 GCr9SiMn 、 GCr6 等牌号钢种,
其中使用最广泛的是 GCr15钢, 产量达轴承钢总产
量的80%左右。 GCr15 钢也是笔者公司生产轴承
套圈的主要钢种。轴承套圈的脱碳缺陷一直是笔者
公司质量控制的核心问题 [ 1 ] 。
笔者针对高碳铬轴承钢( 以 GCr15 钢为代表)
球化退火后脱碳组织的生成和形貌问题探讨了脱碳
的产生机理。为了叙述方便, 以含碳量1.0% ( 质量
分数, 下同) 的铁碳合金( 碳含量与 T10A 钢相似) 为 图1 GCr15钢轴承套圈表面脱碳层微观形貌

例讨论球化退火的脱碳现象, 然后扩展推广说明 Fi g 1 Micromor p holo gy ofdecarburizationla y eronthe

surfaceofGCr15steelbearin g rin g a rawmaterial b for g in g stock
GCr15钢的脱碳。
似, 因此笔者采用 Fe-C二元相图类比描述 GCr15钢
1 高温热成形形成的脱碳现象 球化相变及脱碳缺陷形成机理。
在讨论球化退火脱碳前, 必须对原始材料表面 比较图2和图3 , Fe-Cr-C 三元相图中1.6%Cr

的脱碳现象作一说明。商用高碳铬轴承钢属于优质 垂直截面与 Fe-C 二元相图最大差异为727℃共析
工模具钢, 根据棒材交货状态, 对其脱碳层深有严格 转变水平线展开为三相 α+γ+ ( Fe , Cr ) C 共存温
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技术要求, 一般为0.01×直径( mm ), 大直径棒材则 度区, 其余各区域相组成基本不变。再考察其 ES
协议确定。笔者公司进货棒材的热处理状态为大气 线( 碳在奥氏体中的固溶线)( E 点: w C=1.50% ,

环境高温轧制+退火, 表面存在脱碳缺陷, 除了特殊 1140℃ ; S点: w C=0.65% , 730 ℃ ), 对照 Fe-C 相

交货状态( 如外表面车削), 表面脱碳缺陷总是存在 图 ES线( E 点: w C=2.11% , 1143 ℃ ; S 点: w C=

的。但是原材料棒材表面往往不是轴承工作条件最 0.77% , 727℃ ), 可见前者向左略有移动, 奥氏体区
恶劣的的滚道部位 [ 2 ] 。 缩小。所以, Fe-C-1.6Cr垂直变温截面图和铁碳相
笔者公司所生产的轴承套圈毛坯产品采用高速 图很相似, 用 Fe-C 二元相图说明 GCr15 钢轴承套

锻进行镦锻成形, 即棒料在1050~1100℃下中频 圈表面球化退火处理脱碳机理, 具有适用性 [ 4 ] 。

加热后热剪镦锻成形, 毛坯在大气环境中经历高温

加热、 停留和冷却过程而产生表面脱碳缺陷。图 1
为笔者公司轴承套圈的原材料及锻坯的表面脱碳层
微观形貌。

2 Fe-Cr-C 三元相图中1.6%Cr垂直截面和
Fe-C二元相图比较

Fe-Cr-C三元相图中1.6% Cr垂直截面描述了
GCr15高碳铬轴承钢在标准大气压状态下成分、 温度
与平衡相间的关系 。因为三元相图垂直截面不适
[ 3 ]
图2 Fe-C二元相图
用杠杆定律, 而 GCr15钢基本化学成分与 T10A 钢类
Fi g 2 Fe-Cbinar yp hasedia g ram
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