高碳鉻軸承鋼熱處理工藝分析

薛鵬 張磊

關鍵詞：高碳鉻軸承;鋼熱處理;工藝

前言

全球軸承鋼生產(chǎn)總量中，高碳鉻軸承鋼約占80%，但鋼硬度、脆性等均會對軸承的疲勞壽命造成影響;因此，如何提升高碳鉻軸承鋼疲勞壽命和組織性能一直是鋼材料研究者最為關注的重點。

1.高碳鉻軸承鋼材料的概述

近年來，隨著材料領域的進一步發(fā)展，更多形式、更高質(zhì)量的材料紛紛涌現(xiàn)出來，并推動社會的進步，滿足了各行各業(yè)對材料的需求;軸承鋼作為最具代表的現(xiàn)代材料，也衍生了出很多類型，比如：高碳鉻類、滲碳類、不銹類、高溫類;而在以上類型中，尤以高碳鉻類的軸承鋼材料更為突出;此類型不僅在延展性、抗疲勞性、冷熱加工等方面的表現(xiàn)優(yōu)異，而且在該材料加工時所應用的熱加工處理操作更為簡便，整體材料含有的合金元素更低、價格適宜;這也使得該類型的軸承鋼材料應用范圍最廣。

但在高碳鉻軸承鋼材料飛速發(fā)展過程中，也遇到了更多的問題而影響到高碳鉻軸承鋼材料的性能，而從多角度、多方位對高碳鉻軸承鋼材料加工工藝進一步完善，不僅能夠最大限度提升軸承鋼材料的組織性能，而且還能夠進一步優(yōu)化材料使用的壽命和抗疲勞性能。

2.高碳鉻軸承鋼材料的成分設計

傳統(tǒng)高碳鉻軸承鋼材料的主要成分包含了1%的碳元素、1.5%的鉻元素，但隨著市場經(jīng)濟的轉(zhuǎn)變以及市場需求的多元化，高碳鉻軸承的尺寸越來越大，這也給軸承鋼材料的性能提出更高的要求;而材料研究者為進一步滿足市場以及時代的需求，也在軸承鋼材料中增加了錳元素、硅元素等的含量，并按照相應的配比來制造新興的軸承類型，即——鉻錳硅類軸承鋼，以此來提升軸承鋼材料的淬透性。此外，為增強軸承鋼材料的淬透性，研究者還通過減少高碳鉻軸承鋼中的鉬元素，研制出了鉻錳硅鉬類或鉻錳鉬類高碳鉻類型軸承鋼。

而在高碳鉻軸承鋼中，鉻（cr）的含量通常在0.5-1.65%之間，其能夠有效提升鋼耐腐蝕性、淬透眭，并保證軸承鋼中的碳化物均勻、細胞;錳（Mn）在高談軸承鋼中的含量較少，多在2%以下;而一旦Mn的含量超過2%，便會增加鋼的裂紋傾向性以及過熱敏感性，甚至還會降低鋼材料的尺寸穩(wěn)定性;硅（si）元素一旦過量也會導致高碳鉻軸承鋼的裂紋傾向性、過熱敏感性等增加，因此，si元素的含量也應控制在O.8%以下;鉬（Mo）元素能夠進一步提升高碳鉻軸承鋼的淬透性以及抗回火的穩(wěn)定性等，而且還有利于提升鋼疲勞的強度;因此，在高碳鉻軸承鋼中，Mo的含量通常在0.2-0.4%之間。雖然近百年來，高碳鉻軸承鋼的材料基本上未發(fā)生大的改變，但相關行業(yè)仍致力于研究提升高碳鉻軸承鋼性能和穩(wěn)定性的工藝。

3.高碳鉻軸承鋼熱處理工藝

3.1馬氏體淬火和回火工藝

高碳鉻軸承鋼熱處理過程中，使用的馬氏體淬火和回火工藝，即：將軸承的零件加熱至830-880℃，并保持此溫度0.5-1.0h以后;再油中淬火，具體淬火的工藝曲線見圖一。在馬氏體淬火以后，獲得由馬氏體、未溶碳化物、殘余奧氏體等構成的組織;而在淬火后要即刻實施回火，以提升鋼材料的韌性、保證鋼材料的尺寸和穩(wěn)定組織，消除其內(nèi)應力。

近年來，隨著熱處理工藝的日漸成熟，大部分高碳鉻軸承鋼均會在鋼零件磨削加工以后再行二次附加回火，以此來進一步提升鋼材料的穩(wěn)定性，保證其尺寸。但因常規(guī)馬氏體淬火后獲得的組織中，仍有殘余的奧氏體含量，此時的奧氏體處于亞穩(wěn)定相，其會在回火或零件使用期間發(fā)生分解;而分解后的零件硬度會有所提升、韌f生會下降;但不可否認的是，在一定條件下，殘余的奧氏體能夠降低接觸應力的集中，并提升軸承疲勞壽命，因此，適量殘余的奧氏體（6%-15%），有利于提升軸承的韌性和疲勞壽命。

3.2貝氏體等溫淬火工藝

貝氏體等溫淬火工藝主要是指：高碳鉻軸承鋼維持230-250℃等溫2-4h后進行淬火，最后獲得下貝氏體、未溶碳化物、殘余奧氏體等構成的組織。而在使用貝氏體溫淬火工藝進行熱處理過程中，隨著淬火的溫度上升，貝氏體條也會隨之變長;而隨著等溫溫度的上升，貝氏體條會隨之增寬，貝氏體條間的角度也會隨之變小，并趨于平等排列;而經(jīng)等溫淬火以后的貝氏體量，也會隨著等溫時間延長而不斷增多。

雖然貝氏體等溫淬火獲得的組織，其接觸疲勞壽命較低溫回火的馬氏體組織的低，但在水或煤漿等潤滑欠佳的條件下，貝氏體等溫淬火后的組織，其疲勞壽命更具優(yōu)勢;因此，貝氏體等溫淬火后的組織多被用于熱處理軋機、起重機等機器所需的軸承以及潤滑條件欠佳的礦山裝卸系統(tǒng)、運輸機上。

結束語

綜上所述，高碳鉻軸承鋼因其所具有的高延展性、耐磨性、抗疲勞性而被廣泛應用到各類機械的生產(chǎn)、使用中;但影響其疲勞壽命的因素也比較多，深入分析高碳鉻軸承鋼熱處理工藝尤為關鍵。本文主要概述了高碳鉻軸承鋼材料及其成本設計，并提出高碳鉻軸承鋼熱處理工藝，對于提升軸承壽命、節(jié)能環(huán)保、可靠性等均具有積極的意義。