Page 88 - 理化检验-物理分册2023年第七期

胡伟勇, 等: 球化退火后轴承套圈锻坯表层的显微组织

程。根据 GB / T224 — 2019 , 脱碳层中碳浓度曲线 时, 发生碳原子迁移, 方向为由内到外, 表面碳含量

如图 1 所示 [ 2 ] , 由该曲线可以计算脱碳层的深度。 降低, 其值与炉气碳势有关; 随着碳原子的扩散和逸
是最核心的技术指
由图1可知: 有效脱碳层深度d 2 出, 工件内部碳含量逐渐降低, 形成了碳浓度梯度,
和部分 工件表面碳含量曲线左移, 直到相图纵坐标对应的
标, 总脱碳层深度d 4 由完全脱碳层深度d 1
相加而成; a 值为标准中规定的最小 温度与工件表层的温度重合, 在工件表层形成完整
脱碳层深度d 3
碳含量( 质量分数, 下同), b 值为基体的碳含量。 的碳含量曲线。

图2 球化退火时轴承钢工件的脱碳过程示意
图1 脱碳层中碳浓度曲线
2 球化退火后的显微组织
GCr15高碳铬轴承钢在进行热处理操作时, 炉
气碳含量( b 值) 的控制范围为 0.95%~1.05% ; 实 2.1 准备组织
际技术要求a 值应为基体碳含量的下限与允许误 锻坯冷却过程对后续球化组织的影响很大, 要
差值之和, 该值为球化退火和淬火操作时炉气碳含 求冷却速率适当, 使其发生伪共析转变, 抑制二次渗

量的最小值, 因此在进行轴承锻坯球化退火操作时, 碳体析出, 以保证球化退火后锻坯获得粒径均匀、 弥
炉气的碳含量应控制在a~b 。 散分布的碳化物, 以及圆度良好、 二次渗碳体级别合
当碳含量低于a 值时, 工件会发生一定程度的 格的球化组织[ 见图3a )]; 若正火工艺不当, 会产生

脱碳, 工件表面的碳含量沿着碳浓度曲线降低为0 , 网状或断续网状的二次渗碳体, 并遗留在球化组织
相当于在大气中加热, 因此该浓度曲线描述了在大 中, 降低切削加工效率, 从而降低球化、 淬火组织的
气环境中加热发生脱碳时, 从工件表面到材料公称
碳含量处的碳浓度变化。载气、 富化气等各种原料
气中均含有一定的水汽、 残氧和二氧化碳, 气态系统
中低浓度氧化组分具有很高的化学活性, 表面发生
薄层脱碳, 富化气发生化学反应, 从而消解了氧化气
氛的脱碳作用, 可以很快建立适当的碳势, 因此在技
术上规定了轴承钢工件的球化退火脱碳层厚度允
许值。
1.2 轴承套圈锻坯在球化退火时的脱碳过程
在Cr元素质量分数为1.6%的垂直截面富铁端
Fe-C-Cr三元相图的基础上 [ 3 ] , 以球化退 火 温 度

795℃为横坐标的原点、 以碳含量1.0%为纵坐标的
原点建立一个新坐标系, 以表示在球化退火时工件
的脱碳过程( 见图 2 )。由图 2 可知: 球化退火开始
时, 碳势与工件基体碳含量均为1.0% , 界面无碳原
子浓度差, 碳原子不发生迁移或扩散, 工件不发生脱
碳或增碳; 当碳势降低、 工件基体碳含量大于碳势 图3 球化退火前准备组织的微观形貌
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