軸承鋼的金相組織及檢驗(yàn)

 軸承鋼的金相組織及檢驗(yàn)
   軸承鋼適合于制造在各種不同環(huán)境中工作的各類滾動(dòng)軸承套圈和滾動(dòng)體。軸承除了適應(yīng)其本身高速、交變的運(yùn)動(dòng)特性之外，亦要適應(yīng)各種不同環(huán)境條件特點(diǎn)，例如耐低溫、耐高溫、耐沖擊、防銹、防磁、防輻照、高真空等，這就需要選用具有特殊性能的鋼材制造在特定條件下工作的軸承零件。

高碳高鉻軸承鋼以GCr15、GCr15SiMn鋼為代表。滲碳軸承鋼主要有G20CrMo、G20Cr2Ni4、25鋼、15Mn鋼等。不銹鋼軸承有9Cr18、1Cr18Ni9、1Cr17Ni2和Cr13類型，高溫軸承以Cr4Mo4 V、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2為代表。防磁軸承用25Cr18Nil0W、70Mn18Cr4V2WMoV或鈹青銅QBe2. 0。
   滾動(dòng)軸承對軸承鋼的性能要求比較高，各類軸承鋼對冶金質(zhì)量的要求比一般工業(yè)用鋼更嚴(yán)格，質(zhì)量檢測項(xiàng)目比較多。其中純潔度和均勻性是各類軸承鋼對冶金質(zhì)量要求的兩大基本特征。
   軸承鋼的純潔度是指：嚴(yán)格控制雜質(zhì)和有害成分。例如硫、磷含量較一般鋼材為低；鋼中非金屬夾雜物必須作為冶金質(zhì)量控制的重點(diǎn)。鋼中氣體含量盡可能低。
   軸承鋼的均勻性是指：化學(xué)成分均勻一致，盡可能降低成分偏析。盡可能減少鋼中碳化物的不均勻性，包括碳化物帶狀、網(wǎng)狀、液析。大顆粒碳化物是一種脆性相，它的危害性與脆性夾雜物相似，易形成疲勞源，使鋼的使用壽命下降。碳北物的不均勻性會(huì)增加鋼的局部過熱和硬度不均勻性。所以各類軸承鋼標(biāo)準(zhǔn)比其他鋼類更強(qiáng)調(diào)碳化物的均勻度。
此外，軸承鋼材表面不得有裂紋、折疊、拉裂、結(jié)痕、夾渣及其他有害的缺陷。低倍酸蝕檢驗(yàn)，不得有縮孔、疏松、白點(diǎn)、氣泡、裂紋和粗大的非金屬夾雜物。

一、鉻軸承鋼
   軸承鋼基本成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為含碳1.0和含鉻0.6％～1.5％。其中GCr15鋼是世界各國廣泛采用、用量最大的軸承用鋼。該鋼含有少量合金元素，綜合性能好，熱處理后的組織比較均勻穩(wěn)定，硬度高且均勻，耐磨性好，接觸疲勞強(qiáng)度高，具有良好的尺寸穩(wěn)定性和抗蝕性。但 GCr15鋼對形成白點(diǎn)敏感性大，可焊性差，淬透性也不能滿足大型軸承零件的需要。為了提高淬透性，在GCr15基本成分上加入適量的Si.、Mn或Mo,為此形成了以GCr15和GCr15SiMn為代表鋼號的高碳鉻軸承鋼。
（一）鉻軸承鋼熱處理工藝
   1．去應(yīng)力退火  加熱溫度400~670℃, 4~8 h 空冷。
   2．低溫退火  670~720℃、4~8 h 空冷。
3．等溫球化退火  780~810℃、3~6 h，以每小時(shí)小于20℃的冷卻速度冷到720℃保溫2~4 h，再用相同的冷速冷卻到650℃出爐，可得到球化組織，硬度170~207 HB。
   4．正火  用于消除和減輕碳化物網(wǎng)時(shí)，加熱溫度為900~950℃。用于細(xì)化組織時(shí)，加熱溫度為870~890℃，用于過熱零件返修時(shí)，在880~900℃正火。正火工藝應(yīng)針對零件尺寸等調(diào)整冷卻方式。
   5．淬火  加熱溫度830~860℃，小于13 mm鋼球在油中冷卻。13~50 mm鋼球在20~30℃蘇打水中冷卻。淬滾子在30~80℃油中冷卻。對套圈零件，在30~80℃或80~120℃熱油淬火；分級淬火采用120~160℃油；等溫淬火在130~135℃油中等溫；貝氏體淬火在210-240℃硝鹽中等溫。
   6．冷處理  -50~-78℃，1~2 h后置于空氣中。
   7．回火  淬火零件冷卻到室溫后應(yīng)及時(shí)回火，一般選擇150~180℃(61~65 HRC), 200℃（≥60HRC），250℃（≥58HRC）。
   8．附加回火  選擇120~150℃，3~6 h后空冷。

(二)鉻軸承鋼的金相組織檢驗(yàn)
鉻軸承鋼退火態(tài)主要檢驗(yàn)材料表面的脫碳層和球化退火組織的評定。可按JB/T1255-1991標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)脫碳層測定法和第一級別評級圖進(jìn)行評定。圖5-5為GCr15鋼球化退火組織。
 圖5-5   GCr15鋼球化退火組織  (500X)         圖5-6   GCr15鋼正常淬火低溫回火組織  (500X)
鉻軸承鋼淬火回火態(tài)試樣主要用于檢驗(yàn)原材料的非金屬夾雜物、碳化物網(wǎng)狀、帶狀、液析和軸承零件的淬火回火組織。試樣磨面應(yīng)取縱向或軋制方向，在直徑的3/4處的縱向剖面。未侵蝕試樣檢驗(yàn)非金屬夾雜物，按GB/T 10561-1989標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類和評級。試樣經(jīng)4％硝酸酒精溶液侵蝕后，檢驗(yàn)碳化物是否存在網(wǎng)狀、帶狀、液析等組織。JB/T 1255-1991標(biāo)準(zhǔn)中第二級別評級圖是評定鉻軸承鋼淬火回火后的組織，如馬氏體針的粗細(xì)、殘余奧氏體的多少及碳化物的分布狀況和其他混合組織等。圖5-6為GCr15軸承鋼正常淬火回火后的組織。
鉻軸承鋼的碳化物分布及偏析可按JB/T 1255-1991標(biāo)準(zhǔn)中的第三級別圖進(jìn)行評定。評級原則是按
照碳化物網(wǎng)的厚薄、網(wǎng)的封閉程度、網(wǎng)的大小進(jìn)行分級。

二、滲碳軸承鋼
（一）滲碳軸承零件的金相檢驗(yàn)
滲碳軸承鋼材的金相檢驗(yàn)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3203-1982。主要檢驗(yàn)項(xiàng)目有鋼中非金屬夾雜物和碳化物帶狀評級等。
   滲碳軸承鋼制滾動(dòng)軸承零件半成品和成品的金相組織檢驗(yàn)，主要依據(jù)《滾動(dòng)軸承零件滲碳熱處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(ZBJ 36001-1986)和《滾動(dòng)軸承零件深層熱處理質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(ZBJ 36002-1986)兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)項(xiàng)目包括表面滲碳后粗大碳化物的評級、高溫回火后滲碳層顯微組織評級、滲碳淬火回火后表層顯微組織評級、心部組織評級和滲碳層網(wǎng)狀碳化物評級及有效硬化層深度的測定等。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分別針對一般中小型滲碳零件金相檢驗(yàn)和特大型深層滲碳零件的金相檢驗(yàn)。
（二）深層滲碳軸承零件的金相檢驗(yàn)
   深層滲碳軸承零件多為大型、特大型零件，經(jīng)長時(shí)間滲碳并直接淬火后，滲碳層有大量殘留奧氏體，為了給最終二次淬火作組織準(zhǔn)備，需先經(jīng)高溫回火處理，以控制滲碳層的殘留奧氏體量和針狀碳化物的出現(xiàn)。高溫回火后的組織按（ZBJ 36002-1986）第二級別圖評定。凡經(jīng)深層滲碳處理的零件均需進(jìn)行二次淬火。二次淬火、回火后的滲層組織按（Z BJ 36002-1986）第三級別圖評定，評定原則是按馬氏體的
粗細(xì)、殘留奧氏體量多少進(jìn)行。

三、特殊用途的軸承鋼
 （一）不銹軸承鋼
   不銹軸承鋼主要用于制造化學(xué)工業(yè)、食品工業(yè)等腐蝕環(huán)境下和低溫下工作的軸承零件，其材料主要采用高碳鉻馬氏體不銹鋼，以9Cr18和9Cr18Mo為代表。有時(shí)也選用奧氏體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。
   9Cr18鋼的熱處理工藝分為原材料球化退火處理和淬火、回火處理。金相檢驗(yàn)可按高碳鉻不銹軸承鋼技術(shù)條件（GB/T3086-1982）的不銹軸承鋼材專用標(biāo)準(zhǔn)。球化退火處理后的組織應(yīng)為均勻分布的細(xì)粒狀珠光體，允許存在分散的一次碳化物。但若發(fā)現(xiàn)碳化物沿孿晶界析出，則判為不合格。
9Cr18鋼屬高碳高合金鋼，鑄態(tài)中存在大量共晶碳化物，經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒峒庸ず笠獧z驗(yàn)共晶碳化物的破碎程度及分布狀況，取鋼材直徑的1/2半徑處的縱向磨面來評定碳化物的不均勻度。評級按GB/T 3086-1982標(biāo)準(zhǔn)中第9級別圖評定。評級的原則根據(jù)碳化物分布的兩種基本形式考慮。當(dāng)碳化物以帶狀形式分布時(shí)，評級依據(jù)是帶的寬度、碳化物的密集程度、碳化物的堆積程度。當(dāng)碳化物以網(wǎng)狀形式分布時(shí)，評級原則是碳化物網(wǎng)的變形和破碎程度、網(wǎng)的粗細(xì)程度、網(wǎng)的堆積程度。
高碳鉻不銹鋼滾動(dòng)軸承零件經(jīng)淬火、回火后的組織應(yīng)為回火馬氏體加塊狀、粒狀碳化物和少量殘留奧氏體。組織的評定標(biāo)準(zhǔn)可按JB 1460-1992第二級別圖進(jìn)行評定。
 

（二）高溫軸承鋼
高溫軸承鋼一般用在長期服役于315℃左右，最高溫度達(dá)425℃的耐高溫軸承零件，其材料主要選用高速鋼和高鉻馬氏體不銹鋼，也可采用耐高溫的滲碳鋼。常用Cr4Mo4V鋼。該類鋼經(jīng)淬火、回火后的組織為細(xì)針狀馬氏體加碳化物和少量殘留奧氏體。組織的評級標(biāo)準(zhǔn)可按JB 2850-1992中第二級別圖進(jìn)行，評級原則是按馬氏體組織的粗細(xì)和碳化物的溶解程度來劃分。
（三）耐沖擊中碳合金軸承鋼
   耐沖擊軸承可選用滲碳軸承鋼或選用耐沖擊工具鋼和中碳合金鋼，例如冶金礦山用三牙輪鉆頭的滾動(dòng)體，鉆井用渦輪具上的滾動(dòng)軸承，所用的材料牌號如55SiMoV,50SiMo, 這類鋼淬火、回火后具有高的屈服強(qiáng)度、彈性極限和耐磨性，且有良好的抗疲勞和多沖擊性能。這類鋼經(jīng)淬火、回火后的組織由隱針、細(xì)針狀馬氏體、少量殘留奧氏體和碳化物組成。按JB/T 6366-1992滾動(dòng)軸承零件熱處理技術(shù)條件中的第二評級圖進(jìn)行評定。如果選用滲碳軸承鋼，經(jīng)表面滲碳、淬回火后的組織由隱針或針狀馬氏體、少量殘留奧氏體及碳化物組成。按JB/T 6366-1992標(biāo)準(zhǔn)中的第三級別圖評定。