奥氏体化时间对GCr15轴承钢球化组织的影响

gcr15钢调质后金相组织GCR15钢是一种常用的轴承钢材料，具有优良的机械性能和磨损性能。

调质是一种常用的热处理方法，可以改善GCR15钢的力学性能和金相组织。

本文将对GCR15钢调质后的金相组织进行详细介绍。

调质是通过加热和冷却的方式改变钢材的组织结构，以达到提高材料硬度和强度的目的。

对GCR15钢进行调质处理后，其金相组织主要由马氏体、残余奥氏体和少量的回火组织组成。

马氏体是调质处理后GCR15钢的主要组织，具有高硬度和脆性。

马氏体的形成是通过快速冷却使奥氏体转变而成的。

马氏体的形态可以分为板状马氏体和条状马氏体两种，其形态取决于冷却速度和合金元素的影响。

残余奥氏体是在马氏体形成过程中没有完全转变的奥氏体，主要存在于马氏体的晶界和马氏体板片之间。

残余奥氏体的存在会降低材料的硬度和强度，因此在后续的处理过程中，需要通过回火处理来消除残余奥氏体，并提高材料的韧性。

回火是将调质处理后的材料加热到适当温度后进行保温一段时间，然后再进行适当的冷却。

回火处理可以消除残余奥氏体，降低材料的硬度和脆性，提高材料的韧性和塑性。

回火温度和时间的选择需要根据具体的应用要求和材料性能来确定。

调质后的GCR15钢的金相组织在显微镜下呈现出明显的马氏体和残余奥氏体的分布。

通过适当的回火处理，可以使残余奥氏体得到消除，形成均匀的回火组织。

回火组织具有一定的韧性和塑性，可以提高材料的可加工性和使用寿命。

总结起来，GCR15钢经过调质处理后的金相组织主要由马氏体、残余奥氏体和回火组织组成。

马氏体具有高硬度和脆性，残余奥氏体会降低材料的硬度和强度，而回火组织可以消除残余奥氏体，提高材料的韧性和塑性。

通过合理控制调质和回火处理的参数，可以获得优良的金相组织和力学性能，提高GCR15钢的使用性能和寿命。

GCr15轴承钢中残余奥氏体含量影响因素及其控制方法作者：荣治明蒋月静来源：《山东工业技术》2018年第17期摘要：本文首先说明了GCr15高碳铬轴承钢最终热处理方案，分析残余奥氏体在淬火钢中的形成机理；继而，阐述残余奥氏体含量对进行热处理零件性能的影响，分析了影响原理，及其控制方法；最后，介绍钢中残余奥氏体含量的测定方法。

关键词：高碳铬轴承钢；残余奥氏体；下贝氏体；马氏体DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2018.17.016GCr15作为高碳铬轴承钢的代表钢种，因较低的合金含量、优异的性能而广泛应用于制造中、小型轴承，还可以制造冷冲模、精密模具、机床丝杠等。

目前国内对GCr15轴承钢的最终热处理所常采用：方案一是860℃油淬及160 ±5℃进行（2至4h）回火工艺。

GCr15轴承钢在经过淬火处理后，其显微组织为隐晶马氏体基体，同时得到奥氏体晶粒，并在上面分布着均匀细小的碳化物。

经过低温回火后，显微金相组织为回火马氏体，碳化物和残余奥氏体均匀分布，如图1所示，硬度61～65HRC。

方案二是选用工艺为240 ℃贝氏体等温淬火处理，下贝氏体组织能提高高碳铬轴承钢GCr15的屈服强度、抗弯强度和断面收缩率等，下贝氏体组织与淬回火马氏体组织相比，前者具有更高的冲击韧性、断裂韧性及尺寸稳定性，表面应力状态为压应力；经过 160 ℃预先淬火，之后进行 240 ℃贝氏体等温处理过程中可得到马氏体+贝氏体复合组织，这样的贝氏体变温处理以后其组织由下贝氏体、马氏体和残余碳化物组成，如图2所示，具有20～30%的下贝氏体+马氏体复合组织具有最佳的强韧性配合[1]。

残余奥氏体的含量多少与轴承钢零部件的性能、失效行为等密切相关，一直以来，人们对GCr15轴承钢淬火、回火处理后残余奥氏体体积含量，给予了极大的关注，残余奥氏体含量对进行热处理零件性能的影响：1 尺寸的稳定性GCr15轴承钢尺寸稳定性可分两个方面。

GCr15轴承钢的球化退火组织鉴别时间：2009-07-04 点击：摘要：探讨了原始组织正常的热轧GCr15钢经球化退火后的组织特征及其评级问题。

针对生产实际及检验中出现的问题，制定球化退火工艺，找出工艺与球化组织形态特征的对应关系，以便较正确地评定GCr15钢的球化退火组织级别。

主题词：轴承钢；退火组织；冷却速度1 问题的提出轴承钢的球化退火组织检验，是考核轴承钢生产质量的一个重要的指标，其球化组织级别的评定，既影响着球化组织的合格率，也决定着能否为不合格产品提供可靠返修依据的问题。

由于各冶金厂及用户对标准图片的理解不同，以及退火工艺和生产设备的差别，使人们对球化组织的评级存在不同的看法。

本试验希望通过不同的退火工艺与球化组织形态特征的对应，比较正确地评定GCr15钢球化组织级别，以期达到使级别结果能准确反映生产实际的目的。

因生产中的轧后组织不易出现较严重的带状碳化物和网状碳化物，故试验仅就原始组织正常的热轧GCr15钢进行分析讨论，提出我们的看法。

2 试验材料及方法2.1 试验材料及设备试验用料取自轧态的Φ45mm的GCr15钢，用砂轮切片机切成厚10～20mm的试片，取其横截面的1/4留作试验。

其化学成分列于表1。

试验用设备为SRJX-8-13型箱式电阻炉，温度用M6809型微机控制。

控温精度士50C，用Neophot-2型金相显微镜观察组织和拍照。

2.2 热处理方法本试验基本依照车间生产的综合式，采用箱式电炉加热，工艺曲线见图1～8。

3 试验结果GCr15钢经上述球化退火处理后的组织形态特征和评定级别列于表2。

4 分析与讨论4.1 奥氏体化温度及保温时间的影响由试验可见，试样在740℃这一退火工艺加热时，尚属欠热状态，尽管有较长的保温时间，原始的片状珠光体却不能完全溶解，所以不可能得到合格的球化组织，为<1.0级的低级别组织特征，见图9。

其基体珠光体多以片状形式出现，呈棒锤形珠光体。

轴承钢热处理与轴承寿命滚动轴承的早期失效形式，主要有破裂、塑性变形、磨损、腐蚀和疲劳，在正常条件下主要是接触疲劳。

轴承零件的失效除了服役条件之外，主要受钢的硬度、强度、韧性、耐磨性、抗蚀性和内应力状态制约。

影响这些性能和状态的主要内在因素及控制方法：1．淬火钢中的马氏体：高碳铬钢原始组织为粒状珠光体时，在淬火低温回火状态下，淬火马氏体含碳量，明显影响钢的力学性能。

强度、韧性在0.5%左右，接触疲劳寿命在0.55%左右，抗压溃能力在0.42%左右，当GCr15钢淬火马氏体含碳量为0.5%～0.56%时，可以获得抗失效能力最强的综合力学性能。

应该指出，在这种情况下获得的马氏体是隐晶马氏体，测得的含碳量是平均含碳量。

实际上，马氏体中的含碳量在微区内是不均匀的，靠近碳化物周围的碳浓度高于远离碳化物原铁素体部分，因而它们开始发生马氏体转变的温度不同，从而抑制了马氏体晶粒的长大和显微形态的显示而成为隐晶马氏体。

它可避免高碳钢淬火时易出现的显微裂纹，而且其亚结构为强度与韧性均高的位错型板条状马氏体。

因此，只有当高碳钢淬火时获得中碳隐晶马氏体时轴承零件才可能获得抗失效能力最佳的基体。

2．淬火钢中的残留奥氏体：高碳铬钢经正常淬火后，可含有8%～20%Ar（残留奥氏体）。

轴承零件中的Ar有利也有弊，为了兴利除弊，Ar含量应适当。

由于Ar量主要与淬火加热奥氏体化条件有关，它的多少又会影响淬火马氏体的含碳量和未溶碳化物的数量，较难正确反映Ar量对力学性能的影响。

为此，固定奥氏条件，利用奥氏体体化热稳定化处理工艺，以获得不同Ar量，在此研究了淬火低温回火后Ar含量对GCr15钢硬度和接触疲劳寿命的影响。

随着奥氏体含量的增多，硬度和接触疲劳寿命均随之而增加，达到峰值后又随之而降低，但其峰值的Ar含量不同，硬度峰值出现在17%Ar左右，而接触疲劳寿命峰值出现在9%左右。

当试验载荷减小时，因Ar量增多对接触疲劳寿命的影响减小。

第一章滚动轴承用钢GCr15钢的热处理原理一、滚动轴承用钢应具有的特性1、高的接触疲劳强度；2、高的耐磨性；（发生滑动摩擦的主要部位）1）、滚动体与滚道的接触面；2）、滚动体与保持架兜孔的接触面；3）、保持架引导与套圈引导档边的接触面；4）滚子的端面与套圈档边的接触面。

3、高的弹性极限；4、高的硬度；5、一定的韧性；6、好的尺寸稳定性；7、一定的防锈功能；8、良好的工艺性能。

二、GCr15钢的物理性能1、GCr15钢的临界点：Ac1:760℃Acm：900℃Ar3：707℃Ar1：6952、GCr15钢的Ms点：Ms点随着奥氏体固溶度的变化而变化，亦即随着奥氏体温度的升高而降低，GCr15钢在860℃温度Ms点为216~225℃。

三、铬轴承钢热处理基础1、基本概念1）、奥氏体：是碳及合金元素溶于r-Fe八面体间隙的间隙式固溶体。

特征：[1]、在钢的各种组织中，奥氏体的比容最小；[2]、奥氏体的塑性高，屈服强度低，容易塑性变形加工成型。

2）、珠光体：是过冷奥氏体共析分解的铁素体和碳化物的整合组织片状珠光体：是指在光学显微镜下能够明显看出F与Fe3C呈片状分布的组织状态。

根据片间距的大小分为普通片状珠光体、索氏体、屈氏体。

粒状珠光体：铁素体基体上分布着粒状Fe3C的组织。

GCr15的正常锻造后组织应为细珠光体类型组织及细小的网状碳化物组成，不允许有＞3级的网状碳化物及明显线条状组织，不允许有粗针状马氏体和粗片状珠光体组织。

3)、马氏体：是碳在α-Fe中的过饱和固溶体。

马氏体分类：板条马氏体、片状马氏体、针状马氏体、隐晶马氏体。

GCr15钢淬火后得到的马氏体为隐晶马氏体或者细小结晶马氏体。

马氏体具有高的硬度、强度、耐磨性。

4）贝氏体：是过冷奥氏体在中温区域分解后所得的的产物，它一般是由铁素体和碳化物所组成的非层状组织。

贝氏体分类：上贝氏体、下贝氏体上贝氏体：是一种两相组织，有铁素体和Fe3C所组成的，大致平行的铁素体板条自奥氏体晶界的一侧或两侧向奥氏体晶粒内部长大，Fe3C分布于铁素体板条之间。

GCr15轴承钢热处理过程中碳化物的析出与演变行为马超;罗海文【摘要】采用定量金相的方法研究GCr15轴承钢在球化退火、奥氏体化淬火、低温回火等不同热处理工序后其碳化物的演变行为,通过ThermoCalc软件进行数值模拟计算分析碳化物尺寸和成分对其在奥氏体化时固溶动力学的影响.结果表明:球化退火处理后形成的碳化物粒子尺寸呈多峰分布,奥氏体化和回火后的碳化物粒子尺寸分布为单峰分布,奥氏体化后碳化物中Cr含量略有增加;Cr含量高的碳化物粒子具有较大尺寸;球化退火形成的碳化物在奥氏体化时大量固溶形成了富碳奥氏体,淬火后转变为高碳马氏体并导致高硬度;奥氏体化时碳化物固溶发生Cr的配分导致碳化物中Cr含量增加;直径200nm的碳化物即使其Cr含量接近基体成分,也不能在奥氏体化热处理时完全固溶,未溶的碳化物颗粒将影响后续回火过程的碳化物析出.%The evolution behavior of carbides in GCr15 bearing steels after spheroidization annealing, austenitization quenching and low temperature tempering was investigated by the method of quantitative metallography.Numerical simulations on the dissolution kinetics of carbide size and composition during austenitization were performed by ThermoCalc software.The results indicate that the carbide particles formed after spheroidization annealing have a multimodal distribution whilst their size distribution changes to have a single peak after austenitization and tempering, and Cr content increases slightly after austenitization;the carbide particles appear to have larger size with higher Cr content;C rich austenite is formed during austenitization through solid solution by carbides after spheroidization annealing, and then high carbon martensiteis formed after quenching and results in the high hardness;Cr atoms can partition from austenite to carbide during the dissolution of carbide, lead to the increasing Cr content of rest carbide particles;the numerical simulations indicate that the carbide particles with the diameter of 200nm cannot completely be dissolved during austenitization even if its Cr content is close to the nominal Cr content of steel, and the undissolved ones may affect the precipitation of carbides during the subsequent tempering.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2017(045)006【总页数】7页(P97-103)【关键词】碳化物;热处理;固溶;热力学;动力学计算【作者】马超;罗海文【作者单位】北京科技大学冶金与生态工程学院,北京 100083;北京科技大学冶金与生态工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TG142.1GCr15轴承钢是一种高碳铬轴承钢，主要用于制作滚动轴承的零件，如滚珠、轴承套圈等。

GCr15球化退火类型
GCr15钢是轴承钢的主要钢种，一般以热轧态交货，在轴承制造前需要进行球化退火处理。

该退火工艺之所以称为球化，是因为通过退火工艺，可以获得铁素体基体上均匀分布细小的球状碳化物颗粒组织，提高轴承钢性能，并降低轴承钢的硬度，切削加工方便。

一般的GCr15轴承钢的球化退火工艺分为：连续的球化退火工艺、等温的球化退火工艺、周期球化退火工艺3种。

1、连续的球化退火工艺
是指在略高于钢的Ac1温度保温一定时间后，随炉缓冷至650℃后控冷至室温。

GCr15轴承钢连续球化退火一般采用780-810℃的加热温度，奥氏体化以后一般以10-25℃/h的冷速缓冷，这种工艺需要20h以上时间，且球化退火质量不好。

2、等温球化退火
是将轴承钢加热到略高于Ac1温度保温一定时间后，快冷至Ar1以下温度（一般为680-740℃）等温处理，然后出炉空冷至室温。

等温球化退火工艺同样时间较长，一般为10-16h。

3、周期球化退火工艺
是将轴承钢加热到略高于Ac1温度保温一定时间后，快冷至Ar1以下温度等温一定时间，然后再加热至Ac1温度保温一定时间，快冷至Ar1以下温度等温一定时间，此过程重复进行n次，后缓冷至650℃后空冷至室温。

一周期球化退火类似于等温球化退火。

周期球化退火工艺适合轴承钢，其球化效果充分，但控制频繁，所以以往工业上应用不多。

专题讲座残余应力和残余奥氏体对轴承使用寿命的影响洛阳轴承研究所雷建中高元安梅亚莉随着科学技术的迅猛发展，对为主机配套的关键基础件——轴承的要求越来越苛刻，不仅要求高的加工精度、低的噪音；高的承载能力；小型化和单元化；高温、高速等，更主要的是长的轴承使用寿命和高的可靠度。

近几年来，国内外的科技工作者为进一步提高轴承的使用寿命和可靠性，在提高轴承钢材料的纯洁度、钢中非金属夹杂物的改性、新型长寿命轴承钢的开发、轴承的优化设计、轴承的加工技术及装备、轴承的清洗及润滑、特殊热处理技术及表面处理技术等方面进行了大量卓有成效的研究，特别是对残余应力和残余奥氏体对轴承使用寿命的影响及作用有了更全面、更深入的认识。

一、残余压应力是提高轴承使用寿命和可靠性的主要途径根据疲劳机理中的最大切应力理论，球轴承在承载运转时，疲劳源最容易在轴承零件（轴承的内外套、钢球）的表面下最大切应力深度处产生，而后在交变应力的作用下，疲劳裂纹向轴承的表面扩展，最终导致剥落而使轴承失效。

在正常的运行负荷情况下，无论是球轴承或滚子轴承，其最大的切应力点在表面下0.005~0.5mm范围内。

如何提高该范围内的残余压应力，特别是在轴承零件表面下0.005~0.2mm 处的残余压应力值是提高轴承使用寿命和可靠性的关键。

下面分别对轴承套圈和钢球进行一下简单介绍。

1.1采用可控气氛热处理可控气氛热处理技术是通过氧探头对热处理炉内的气氛进行有效的控制，使轴承零件的表面在热处理后不出现脱贫碳现象，甚至在零件表面层产生微增碳现象，可改变轴承零件表面热处理后的应力状态，即尽量减少或消除轴承零件在热处理过程中由于脱贫碳导致淬火时在表面产生的残余拉应力。

国外轴承制造技术先进的国家在八十年代已全部采用该技术。

目前，我国轴承行业的热处理工艺装备正处于由保护气氛热处理向可控气氛热处理转变的关键时期，尽快淘汰落后的空气加热炉和无碳势控制的保护气氛淬火炉是提高我国轴承使用寿命和可靠性的关键点之一。