淬火工藝對新型高碳鉻軸承鋼GCr17Mo組織與硬度的影響

國內軸承行業廣泛采用GCr15SiMn高碳鉻軸承鋼，進行馬氏體回火熱處理，滿足軸承用戶的技術要求。雖然GCr15SiMn鋼在淬火加熱和淬火冷卻工藝上采取了強烈冷卻的措施，但對一些大壁厚軸承零件，仍與用戶的需求存在一定的差距。而國外軸承行業往往采用一些具有更高淬透性的全淬軸承鋼來解決這一難題。用戶提供的GCr17Mo新型高淬透性軸承鋼，可以獲得較高的硬度，但該材料的熱處理工藝及組織性能檢驗方面缺少參考經驗。為此，科研人員針對用戶提供的GCr17Mo鋼，進行了原材料成分分析及相關檢驗，并開展熱處理工藝試驗及組織性能檢驗方面的工作，為批量生產加工提供技術保障。

試驗原材料為客戶提供的直徑Φ130mm的高碳鉻軸承鋼GCr17Mo，熱軋未退火態。利用直讀光譜分析儀對鋼的主要化學元素進行了檢測，見表1。

按照GB/T 18254—2002中GCr15SiMn鋼非金屬夾雜物及碳化物分布標準對原材料中的非金屬夾雜物及碳化物的形貌進行了觀察，評級結果見表2。

表1 GCr17Mo鋼的化學成分（質量分數，%）

將原材料鍛造成環件。環件鍛造工序流程為：鍛造加熱（溫度1130℃）→鍛造成形→霧冷→正火（加熱溫度920℃，保溫1.5h）→球化退火（球化溫度790℃，保溫時間6h）。經球化退火后的環件沿其中部線切割高度為30mm的環件試樣，在環形試樣上切取數塊試塊，用于退火組織檢驗及熱處理工藝試驗。

表2 GCr17Mo鋼非金屬夾雜物及碳化物評級

采用HB-3000布氏硬度計，檢測環件端面硬度。對金相試樣進行橫截面退火組織和縱截面退火組織觀察，均滿足JB/T 1255-2014鍛件要求。

對退火態試塊進行不同溫度淬火，淬火溫度為810、830、850、870和930℃，時間40min，之后在175℃回火2.5h。測量試樣淬火及回火后的硬度；觀察顯微組織和形貌，采用磁軛法對試樣進行裂紋檢測。試驗結果表明：

（1）對于新型高碳鉻軸承鋼GCr17Mo，在淬火時間40min條件下，當淬火溫度為810、830和850℃時，淬回火組織級別分別為2、3、3，淬回火后硬度為60.5～62.3HRC符合要求，且無淬火裂紋；當淬火溫度為870、930℃時，組織過熱不合格，且有細小淬火裂紋出現。綜合考慮淬火加熱溫度在820～850℃比較合理。