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含氮不锈钢制轴承套圈硬度低的原因分析及预防

含氮不锈钢是一种新型的耐蚀性轴承钢,牌号为40Cr15Mo2VN。与传统轴承不锈钢9Cr18相比,含氮不锈钢在力学性能相当的情况下,不仅接触疲劳寿命优于9Cr18,而且耐盐雾腐蚀性能远优于9Cr18。含氮不锈钢热处理后硬度要求≥58HRC,某型号含氮不锈钢制轴承套圈在热处理后发现表面硬度为55~56HRC,低于标准要求。


该套圈加工工艺为:下料→锻造→车加工→热处理。 

 

1.理化检验方法

选取热后套圈和车加工后套圈,横向线切割制成金相试样,试样的截面为金相组织观察面。金相试样经机械打磨和抛光后用饱和苦味酸盐酸酒精溶液腐蚀,用蔡司M2M金相显微镜和日本电子JSM-6610扫描电镜观察显微组织和碳化物分布形态。氮元素采用ONH-2000氧氮分析仪测定,其余元素应用ARL4460型直读光谱分析仪测定。


2.观察结果与分析

(1)化学成分分析

化学成分分析结果如表1所示。分析结果表明,套圈材料化学成分符合标准要求。


表1 化学成分(质量分数)  (%)

(2)硬度检验

分别检验试样表面和截面心部区域洛氏硬度,表面硬度为55~56HRC,截面硬度为58~59HRC,含氮不锈钢热处理后硬度要求为≥58HRC,表面硬度低于技术要求,截面硬度符合技术要求。


(3)淬回火组织对比

含氮不锈钢热处理后,显微组织应为回火马氏体+少量一次碳化物+弥散分布的二次碳化物。


选取热处理后的套圈线切割制成金相试样,经饱和苦味酸盐酸酒精溶液腐蚀后分别在金相显微镜和扫描电镜下观察。正常区域淬回火组织如图1所示,球状碳化物弥散分布在马氏体基体上;靠近表面区域淬回火组织如图2所示,相比正常区域,其碳化物分布大幅减少,且马氏体组织异常,有晶界出现。

(a)金相照片(500×)                        (b)电镜照片(1000×)

图1 正常区域淬回火组织

(a)金相照片(500×)                      (b)电镜照片(1000×)

图2  靠近表面区域淬回火组织

(4)退火组织对比

选取同批车加工后热处理前套圈制成金相试样,经腐蚀后分别在金相显微镜和扫描电镜下观察,正常区域球化退火组织如图3所示,正常区域均匀分布细小的球状和粒状碳化物;靠近套圈表面区域球化退火组织如图4所示,相比正常区域,靠近表面区域碳化物分布明显减少,且部分呈链状分布,类似于9Cr18钢退火孪晶状碳化物。

(a)金相照片(500×)                  (b)电镜照片(1000×)

图3 正常区域退火组织

(a)金相照片(500×)               (b)电镜照片(1000×)

图4 靠近表面区域退火组织

(5)表面碳含量

采用ARL4460型直读光谱分析仪检测淬回火后套圈表面的碳含量,其WC0.20%左右,低于标准值。


3.加工过程分析

复查本批套圈加工工艺与加工设备状况,热处理和锻造工艺参数符合相关要求。热处理采用真空炉加热淬火,设备运行记录无异常。锻造采用箱式电炉加热,由于电炉的一条电阻带损坏,导致加热炉升温缓慢。锻件毛坯在炉中保温时间过长,导致其脱贫碳深度超出正常要求范围。套圈车加工后表面有脱贫碳残留导致热处理后其表面硬度降低。


4.结语

(1)套圈表面硬度低的原因是由于贫碳引起的,造成贫碳的原因为锻造加热炉故障。


(2)套圈表面淬回火组织异常跟退火组织中链状碳化物有关,会使其脆性增加。


(3)在锻造和热处理生产过程中,应严格监视设备运行状况是否正常,保持完整加工参数记录,并严格按照工艺执行,发现有异常状况应加倍抽检,避免不合格品流入下道工序。


作者:刘汇河、仵永刚、曾朝凡、张玲,洛阳LYC轴承有限公司,航空精密轴承国家重点实验室

          曹迪,空军驻洛阳地区军事代表室

来源:《金属加工(热加工)》杂志

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