Page 32 - 理化检验-物理分册2022年第十一期
P. 32
胡伟勇, 等: GCr15 轴承钢的碳化物不均匀性缺陷
1.16 级增大到 1.68 级, 可见 GCr15 轴承钢的碳、 铬 碳化物中心部位液析和链状液析等不均匀性缺陷。
元素含量对碳化物不均匀性的影响很大 [ 1 ] 。笔者研 1.2 物相变化
究了碳化物不均匀性缺陷的形成机理, 为控制轴承 图2 为铬元素质量分数( w Cr ) 为1.6% 时垂直截
的质量提供理论基础。 面富铁端的 Fe-C-Cr三元相图 [ 2-3 ] , 可见该相图还保
持着 Fe-Fe 3 C 相图的基本形态, 但是单相奥氏体区
1 碳化物不均匀性缺陷的表现形式
缩小, E 点碳元素质量分数降低到了 1.5% , 共析点
1.1 微观形貌 碳元素质 量 分 数 降 低 到 了 0.65% , 共 析 点 温 度 升
GCr15轴承钢几种常见碳化物不均匀性缺陷的微 高; 共晶转变线和共析转变线展宽为三相共存区, 分
观形貌如图1所示, 主要有带状碳化物、 网状碳化物、 别为 L+γ+ ( Fe , Cr ) C 和 γ+α+ ( Fe , Cr ) C 。
3 3
图 1 GCr15 轴承钢几种常见碳化物不均匀性缺陷的微观形貌
0.05 , 表明材料形成树枝晶偏析的倾向较大。铬元
素在奥氏体中的扩散速率较慢, 减小了奥氏体中碳
元素的扩散系数。因此, GCr15 钢凝固过程中具有
较大的树枝晶偏析倾向 [ 1 ] 。图 2 中碳元素质量分数
为 1.0% 的 直 线 代 表 了 GCr15 钢 从 钢 液 冷 却 到
25 ℃ 的物相变化。
2 碳化物的形成机理
2.1 平衡结晶过程
, , , 分别表示平衡结晶过
图2中水平线 t 1 t 2 t 3 t 4
,
程中, GCr15 钢按照时间依次达到的几个温度, c 1
, , , 分别为平衡结晶过程中,
, , 以及d 1 a 2 a 3 a 4
b 2 b 3 b 4
为 1.6% 时垂直截面富铁端的 Fe-C-Cr三元相图
图 2 w Cr , , , 温度下呈现的液相和奥氏体
GCr15钢在 t 1 t 2 t 3 t 4
GCr15 钢的液相线温度和固相线温度分 别为 相成分, 各温度下表象点到两相区交点的距离和两相
1460 和 1220 ℃ , 液、 固两相共存区的温度范围较 含量成反比, 即符合杠杆定律。
大, 故 GCr15 钢产生偏析的趋势大。在 Fe-Cr-C 合 在平衡结晶过程中, 温度以无限小的间隔下降,
金凝固过程中, 碳、 铬元素的偏析系数分别为 0.87 , 合金中各元素充分扩散, 包括液相内部扩散、 固相内
1 6
