滲碳鋼制軸承鍛件晶粒細化的方法研究

文/徐保中，陳輝·洛陽LYC 軸承有限公司，航空精密軸承國家重點實驗室

王玉杰·洛陽LYC 軸承有限公司

G20CrNi2Mo 滲碳鋼的特點是表面經過滲碳熱處理后具有很高的硬度和一定的耐磨性以及較高的抗疲勞強度而其心部仍然保留著良好的韌性,適用于制造中大型軋機、鐵路軸承等零件。如何提高滲碳鋼軸承的產品質量、避免軸承的質量缺陷，使滲碳鋼軸承能夠滿足其苛刻的工作環境、嚴格的質量標準，這是一個需要長期探索、研究和不斷優化、改進的課題。

晶粒度是表示金屬內部晶粒大小的一種尺度，晶粒小，晶界就多，這就加強了金屬的結合力，晶粒的大小對金屬的機械性能和工藝性能影響很大，滲碳鋼軸承鍛件的晶粒度是衡量軸承鍛件質量優劣的重要指標之一，在常溫下使用的金屬材料，晶粒愈小，不僅強度、硬度越高，而且塑性、韌性也越好，晶粒度的大小對于滲碳鋼軸承鍛件的質量判定是一個很重要的依據。

試驗材料及試驗方法

試驗階段

試驗選用材料為G20CrNi2Mo 的某型號軸承外圈鍛件實物。試樣尺寸為圓形，直徑：φ10 ～ φ12mm；方形邊長：10mm×10mm。

目前鍛造生產過程中所采用的冷卻方法有霧冷、堆冷和空冷。其中霧冷套圈是鍛后放置于料框內噴霧冷卻，堆冷套圈是鍛后放置于箱內隨箱冷卻，空冷套圈是鍛后單獨放置在空曠處進行空冷；同時從空冷套圈中隨機選出進行680℃回火熱處理。試驗所需套圈均從生產現場正常生產的產品中隨機取出。

試驗方法

對霧冷、堆冷、空冷和680℃回火四種熱處理工藝所得的套圈使用特定的球化退火工藝熱處理。通過對使用特定的球化退火工藝熱處理方式所得鍛件的晶粒度、硬度進行分析、對比，確定最佳的熱處理工藝方法。

對霧冷、堆冷、空冷和680℃回火的鍛件分別標識為1#、2#、3#和4#，從這4 個鍛件相同的部位上分別取3 個試樣塊，對1#鍛件的試樣塊標識11、 12 和13，對2#鍛件的試樣塊標識21、22 和23，對3#鍛件的試樣塊標識31、32 和33，對4#鍛件的試樣塊標識41、42 和43。試樣塊標識詳見表1。

不同狀態下的試驗結果

鍛件晶粒度、硬度檢測評定

鍛件晶粒度試樣加工采用晶界氧化法進行晶界顯示，平均晶粒度按《GB/T 6394-2002 金屬平均晶粒度測定方法》中金屬平均晶粒度標準系列圖片，采用比較法對鍛件晶粒度檢測評定，硬度按《JB/T 8881-2011 滾動軸承零件滲碳熱處理技術條件》檢測評定。

表1 4 個鍛件的試樣塊標識

試驗結果

對編號為11、21、31 和41 號未球化退火試樣塊直接測量其硬度和晶粒度，如圖1、圖2、圖3 和圖4 所示。

圖1 霧冷后鍛件晶粒度

圖2 堆冷后鍛件晶粒度

圖3 空冷后鍛件晶粒度

圖4 680℃回火后鍛件晶粒度

對編號為12、22、32 和42 號試樣塊在節能退火爐經過785℃球化退火后測量其硬度和晶粒度如圖5、圖6、圖7 和圖8所示。

對編號為13、23、33 和43 號 試樣塊在GKT-20 退火爐經過790℃球化退火后測量其硬度和晶粒度如圖9、圖10、圖11和圖12所示。

上述試驗獲得所有試樣硬度和晶粒度數據，見表2。

圖5 霧冷后經785℃球化退火鍛件晶粒度

圖6 堆冷后經785℃球化退火鍛件晶粒度

圖7 空冷后經785℃球化退火鍛件晶粒度

圖8 680℃回火后經785℃球化退火鍛件晶粒度

圖9 霧冷后經790℃球化退火鍛件晶粒度

圖10 堆冷后經790℃球化退火鍛件晶粒度

圖11 空冷后經790℃球化退火鍛件晶粒度

圖12 680℃回火后經790℃球化退火鍛件晶粒度

結束語

對霧冷、堆冷、空冷和680℃回火的四種熱處理工藝所得的軸承鍛件使用特定的GKT-20退火爐790℃球化退火工藝可以有效的細化鍛件晶粒，一般可將原鍛件的本質晶粒度等級細化提高1 ～2 級，試驗結果鍛件硬度172 ～179HBW,平均晶粒度級別在8.5 ～9.5 級 之間， 滿 足《JB/T 8881-2011 滾動軸承零件滲碳熱處理技術條件》的硬度≤229HBW，平均晶粒度級別5 級或更細的要求，該特定的球化退火工藝不僅能提高鍛件的綜合機械性能，延長軸承的使用壽命，而且能為滲碳鋼制軸承鍛件的內在質量提供有力保證。

表2 試樣硬度和晶粒度數據