GCr15軸承鋼套裂紋分析

吳玉蘭

（江蘇工程職業技術學院，南通 226007）

GCr15軸承鋼套裂紋分析

吳玉蘭

（江蘇工程職業技術學院，南通 226007）

某廠用GCr15鋼加工的HY-125鋼套，對鋼套一端局部圓周中頻加熱，用中頻加熱5～6s后，發現鋼套上出現裂紋。為了分析裂紋原因，對GCr15軸承鋼套裂紋及其所用的原材料進行高、低倍組織檢驗及化學成分分析，結果表明，該裂紋在中頻加熱之前就存在。

軸承鋼套 中頻加熱 裂紋GCr15鋼主要用于制造滾動軸承，是軸承專用鋼種，共有10余個鋼號，其中，以GCr15鋼應用最廣，而且常用來制造工具、量具、機床軸類和冷作模具。某廠用GCr15鋼加工的HY-125鋼套技術規定用中頻加熱對鋼套一端局部圓周加熱（兩條黑線間區域），淬火回火后硬度可達HRC60左右，另一端不加熱。當用中頻加熱5～6s后，發現鋼套上出現裂紋，隨即停止加熱、空冷，為了找出裂紋原因，對其進行宏觀和微觀全面分析。

1 理化檢驗

1.1 常規金相檢查

圖1 有裂紋的軸承鋼套圖

圖2 500X

工件裂紋見圖1，裂紋為橫向裂紋。在鋼套遠離加熱區部位縱向切取試樣1#。通過磨制、拋光后在光學顯微鏡下觀察材料拋光面上的雜質分布，參照GB/T10561-2005《鋼中非金屬夾雜物含量的測定 標準評級圖顯微檢驗法》標準規定的方法檢查，在放大100X的顯微鏡下對照標準檢查后，材料雜質符合標準要求。1#試樣用4%硝酸酒精侵蝕后，在光學顯微鏡下觀察，鋼套原始組織為球狀珠光體（圖2），參照JB/T1255-2001《高碳鉻軸承鋼滾動軸承零件熱處理顯微組織評級》標準，球化級別評定為2級，屬合格組織。根據標準規定，在縱向試樣上檢查碳化物帶狀組織和碳化物液析，都屬合格級別，未發現異常。

1.2 顯微組織檢查

在鋼套裂紋部位縱向切取試樣2#。通過磨制、拋光后在光學顯微鏡下觀察裂紋形貌，見圖3，裂紋并不剛勁，尾部也并不尖細，與淬火裂紋迥異。用4%硝酸酒精侵蝕后，觀察裂紋兩側組織，見圖4。圖5為裂紋中段高倍放大后的組織形貌。裂紋正好處于加熱區的邊緣，在裂紋兩側有明顯氧化脫碳層，并有完全脫碳層，完全脫碳層中的鐵素體呈等軸分布，說明裂紋產生在900℃以上。裂紋兩側有氧化物，由此可判斷該裂紋在中頻加熱前就已產生，并有氧化脫碳，在球化退火時又進一步脫碳氧化。遠離裂紋的未加熱區（A區）組織為球狀珠光體，近裂紋處有脫碳，另一側遠離加熱區處為細片狀珠光體（B區），近裂紋處也有明顯脫碳層。

圖3 鋼套裂紋形貌100X

圖4 鋼套裂紋兩側組100X

圖5 鋼套裂紋中段組織400X

在裂紋近加熱側脫碳區與片狀珠光體區之間發現有粗長的馬氏體及下貝氏體出現，如圖5所示。從上述檢驗結果可知，該鋼套在中頻加熱時發現的裂紋在中頻加熱前就已產生，裂紋正好處于加熱帶邊緣，所以在加熱過程中被發現。加熱區冷卻時，冷卻速度與未加熱區鋼材的熱傳導有關，在與未加熱區連接的部位因熱傳導作用而冷卻較快，因此出現淬火馬氏體和下貝氏體。從淬火區的馬氏體形態觀察，中頻加熱溫度嚴重超標，即使不出現原始裂紋，工件也可能在淬火時開裂。這也是該廠長期以來經常出現廢品的原因。

觀察加熱區中心部位，組織全部為細片狀珠光體，見圖6，圖7。

圖6 400X

圖7 加熱區中心部位顯微組織400X

1.3 化學成分分析

對軸承套圈進行化學成分分析，結果如下：C：0.95，Mn：0.30，Si：0.30，S：0.020，P：0.020，Cr：1.45，Mo：0.09，Ni：0.20，Cu：0.20。套圈的化學成分符合YB/T1-1980《高碳鉻軸承鋼》標準要求。

2 討論與建議

工件感應加熱淬火前的原始顯微組織對感應加熱淬火的結果有很大影響，所以必須根據其原始顯微組織來選擇或設計感應加熱工藝制度。根據實踐經驗和理論分析，碳化物呈細微顆粒均勻分布的組織，如調質所得的回火索氏體，在感應加熱時，可以在工藝允許的溫度范圍和較短時間內較快地轉變為奧氏體并均勻化。工件由這種顯微組織作為原始組織可以充分利用中頻或高頻感應，快速加熱淬火，以獲得硬度高的合格組織。用細片狀珠光體組織也可獲得滿意的結果，但目前軸承鋼中頻加熱淬火之前的原始組織一般都為球狀珠光體，球狀珠光體中的碳化物小球在快速加熱時難以全部溶解并均勻化，因此，該組織在中頻或高頻感應加熱淬火時，都有淬不硬或淬火過熱的傾向。因為具有這種原始組織的鋼，用中頻感應加熱時，要使足夠的碳化物進入奧氏體，必須用較長加熱時間達到較高的加熱淬火溫度，這將導致表面層晶粒粗化和淬火后獲得粗馬氏體甚至出現淬火裂紋，并有較多的殘余奧氏體，硬度甚至不能達標，工件開裂的可能性也急劇增加。另外，淬火溫度過高，也將導致較大的淬火變形。反之，若按常規溫度加熱，往往由于球狀碳化物溶解不良而硬度不達標。

綜上所述，建議用感應加熱淬火時，工件的原始顯微組織應盡可能采用調質后的回火索氏體或正火后的細片狀珠光體，盡量避免采用粗顆粒碳化物的球化組織。

3 結論

（1）中頻加熱過程中發現的裂紋是原材料裂紋，是管材在擴管過程中產生的裂紋。裂紋在擴管時已開始脫碳，在球化退火時進一步發展。

（2）為獲得均勻的奧氏體，工件在中頻加熱時溫度超標，淬火加熱后容易產生淬火裂紋；反之，采用常規溫度加熱，中頻加熱升溫速度較快，球化退火后球狀碳化物溶解不良，淬火硬度又不足。因此，建議廠家選擇調質組織或細片狀珠光體作為原始組織進行中頻加熱淬火。

（3）加強原材料的進廠檢驗，在淬火前作超聲波探傷。加強原材料進廠驗收，包括低倍、高倍檢驗，碳化物不均勻性等項目的檢驗，杜絕不合格原材料投入使用。

Crack of GCr15 Bearing Steel Sleeve

WU Yulan
(Jiangsu engineering Career Technical College, Nantong 226007)

A factory with GCr15 steel HY-125 st eel, the steel sleeve at the end of the local circumferential heating, with if heated to 5 ～ 6 seconds, found that the steel casing crack. In order to analyze the causes of cracks, the crack of GCr15 bearing steel and the chemical composition of the raw materials were analyzed. The results show that the crack is in the medium frequency heating.

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