高碳铬轴承钢退火缺陷组织及评级

《高碳Cr-Si-Mo轴承钢的组织及力学性能》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，轴承作为机械设备的核心部件，其性能和寿命直接关系到设备的稳定性和可靠性。

高碳Cr-Si-Mo 轴承钢因其优良的硬度、耐磨性及抗疲劳性能在工业领域中广泛应用。

然而，为了进一步优化其性能，了解其微观组织和力学性能之间的关系变得尤为重要。

本文将探讨高碳Cr-Si-Mo轴承钢的组织结构及力学性能，旨在为相关研究提供理论依据。

二、实验材料与方法本实验所采用的高碳Cr-Si-Mo轴承钢来自某知名钢铁企业，其化学成分经过严格把控。

通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等设备，对钢材的微观组织进行观察和分析。

同时，利用硬度计、拉伸试验机等设备，对钢材的力学性能进行测试。

三、组织结构分析1. 显微组织观察通过金相显微镜观察，高碳Cr-Si-Mo轴承钢的显微组织主要由高硬度的碳化物、珠光体及基体组织组成。

其中，碳化物的存在有助于提高钢材的硬度和耐磨性。

此外，通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察，可发现钢中存在大量细小的析出物，这些析出物对提高钢材的抗疲劳性能具有重要作用。

2. 晶粒结构分析高碳Cr-Si-Mo轴承钢的晶粒结构较为均匀，晶界清晰可见。

在晶粒内部，存在大量的位错和亚结构，这些结构对钢材的力学性能具有重要影响。

四、力学性能研究1. 硬度测试高碳Cr-Si-Mo轴承钢的硬度较高，这主要得益于其高碳含量和细小的晶粒结构。

在经过适当的热处理后，其硬度可达到较高水平，满足轴承的使用要求。

2. 抗拉强度与延伸率高碳Cr-Si-Mo轴承钢具有较高的抗拉强度，这得益于其均匀的晶粒结构和细小的析出物。

同时，钢材的延伸率也较高，表明其具有良好的塑性和韧性。

3. 耐磨性与抗疲劳性能高碳Cr-Si-Mo轴承钢的耐磨性和抗疲劳性能优异，这主要归功于其高硬度的碳化物和细小析出物的共同作用。

此外，钢材的均匀晶粒结构和较低的内部应力也有助于提高其抗疲劳性能。

滚动轴承高碳铬轴承钢零件热处理技术条件一、 JB1255——2014第一级别图——退火显微组织1、评级图说明放大倍率：500倍、1000倍腐蚀剂：2％硝酸酒精溶液。

评级原则① 按碳化物的颗粒大小。

② 按碳化物的分布均匀性。

③ 按碳化物的形态（球化程度）。

2、组织特征第1级 放大倍数： 500X第1级 放大倍数： 1000X 1级：细点状+细粒状珠光体+局部细片状珠光体。

组织特征：碳化物粒细小呈点状，分布弥散，局部有细片状。

为不合格组织。

第2级 放大倍数： 500X第2级 放大倍数：1000X 2级：点状珠光体+细粒状珠光体组织。

组织特征：碳化物颗粒细小呈点状和细粒状，园度好，分布均匀。

为优良的合格组织。

第3级 放大倍数： 500X第3级 放大倍数： 1000X 3级：球状珠光体组织。

组织特征：碳化物颗粒大于2级，球化完全，分布均匀，为良好的合格组。

第4级 放大倍数： 500X第4级 放大倍数： 1000X 4级：球状珠光体组织。

组织特征：碳化物颗粒较粗，场均性较差，碳化物分布不均，有的区域密集，有的区域稀少，为合格组织。

上述2、3、4级退火组织属正常工艺情况下形成。

GCr15、ZGCr15钢硬度应在HB179-207范围内，GCr15SiMn、zGCr15SiMn钢硬度应在179-217范围内。

第5级 放大倍数： 500X第5级 放大倍数： 1000X 5级：不均匀的粗粒状珠光体+片状珠光体。

组织特征：碳化物颗粒大小不均，部分区域出现明晰片状珠光体，约占视场总面积的11.8％，为不合格组织。

二、 JB1255——2014第二级别图——淬回火显微组织1、评级图说明放大倍数：500倍、1000倍腐蚀剂：4％硝酸酒精溶液。

2、评级原则① 按马氏体粗细程度和残留奥氏体数量。

② 按残留碳化物数量多少和颗粒大小。

③ 按屈氏体组织的形状、大小和数量。

3、组织特征：第1级 放大倍数： 500X第1级 放大倍数： 1000X1级：隐晶马氏体+较多的残留碳化物+残留奥氏体。

轴承钢的金相组织及检验轴承钢的金相组织及检验轴承钢的金相组织及检验轴承钢适合于制造在各种不同环境中工作的各类滚动轴承套圈和滚动体。

轴承除了适应其本身高速、交变的运动特性之外，亦要适应各种不同环境条件特点，例如耐低温、耐高温、耐冲击、防锈、防磁、防辐照、高真空等，这就需要选用具有特殊性能的钢材制造在特定条件下工作的轴承零件。

高碳高铬轴承钢以GCr15、GCr15SiMn钢为代表。

渗碳轴承钢主要有G20CrMo、G20Cr2Ni4、25钢、15Mn钢等。

不锈钢轴承有9Cr18、1Cr18Ni9、1Cr17Ni2和Cr13类型，高温轴承以Cr4Mo4 V、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2为代表。

防磁轴承用25Cr18Nil0W、70Mn18Cr4V2WMoV或铍青铜QBe2. 0。

滚动轴承对轴承钢的性能要求比较高，各类轴承钢对冶金质量的要求比一般工业用钢更严格，质量检测项目比较多。

其中纯洁度和均匀性是各类轴承钢对冶金质量要求的两大基本特征。

轴承钢的纯洁度是指：严格控制杂质和有害成分。

例如硫、磷含量较一般钢材为低；钢中非金属夹杂物必须作为冶金质量控制的重点。

钢中气体含量尽可能低。

轴承钢的均匀性是指：化学成分均匀一致，尽可能降低成分偏析。

尽可能减少钢中碳化物的不均匀性，包括碳化物带状、网状、液析。

大颗粒碳化物是一种脆性相，它的危害性与脆性夹杂物相似，易形成疲劳源，使钢的使用寿命下降。

碳北物的不均匀性会增加钢的局部过热和硬度不均匀性。

所以各类轴承钢标准比其他钢类更强调碳化物的均匀度。

此外，轴承钢材表面不得有裂纹、折叠、拉裂、结痕、夹渣及其他有害的缺陷。

低倍酸蚀检验，不得有缩孔、疏松、白点、气泡、裂纹和粗大的非金属夹杂物。

一、铬轴承钢轴承钢基本成分的质量分数为含碳1.0和含铬0.6％～1.5％。

其中GCr15钢是世界各国广泛采用、用量最大的轴承用钢。

该钢含有少量合金元素，综合性能好，热处理后的组织比较均匀稳定，硬度高且均匀，耐磨性好，接触疲劳强度高，具有良好的尺寸稳定性和抗蚀性。

GCr15轴承钢球的热处理工艺及缺陷分析摘要：本论文重点对GCr15轴承钢球热处理工艺的设计进行了讨论，同时对热处理后其可能存在的热处理工艺缺陷进行了分析。

钢球在不同热处理工艺下虽然都能达到其使用要求，但所需的成本却大不相同，因此在满足其使用要求的同时也应该注意生产成本。

热处理常常因操作、原材料等产生缺陷，但只要有正确的热处理工艺并严格按工艺进行加工热处理缺陷也是可以避免的，即使产生了缺陷也可以采取相应的措施及时修复缺陷。

关键词：GCr15 轴承钢球热处理设计热处理工艺热处理缺陷引言滚动轴承是机械工业十分重要的基础标准件之一;滚动轴承依靠元件间的滚动接触来承受载荷，与滑动轴承相比:滚动轴承具有摩擦阻力小、效率高、起动容易、安装与维护简便等优点。

缺点是耐冲击性能较差、高速重载时寿命低、噪声和振动较大。

图 1 轴承及钢球实物图滚动轴承的基本结构（图 1）：内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。

常用的滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子。

轴承的内、外圈和滚动体，一般是用轴承钢（如GCr15、GCr15SiMn）制造，热处理后硬度应达到61～65HRC。

当滚动体是圆柱或滚针时，有时为了减小轴承的径向尺寸，可省去内圈、外圈或保持架，这时的轴颈或轴承座要起到内圈或外圈的作用。

为满足使用中的某些需要，有些轴承附加有特殊结构或元件，如外圈带止动环、附加防尘盖等。

滚动轴承钢球的工作条件极为复杂，承受着各类高的交变应力。

在每一瞬间，只有位于轴承水平面直径以下的那几个钢球在承受载荷，而且作用在这些钢球的载荷分布也不均匀。

力的变化由零增加到最大，再由最大减小到零，周而往复得增大和减小。

在运转过程中，钢球除受到外加载荷外，还受到由于离心力所引起的载荷，这个载荷随轴承转速的提高而增加。

滚动体与套圈及保持架之间还有相对滑动，产生相对摩擦。

滚动体和套圈的工作面还受到含有水分或杂质的润滑油的化学侵蚀。

在某些情况下，轴承零件还承受着高温低温和高腐蚀介质的影响。

JBT1255-2014评级标准滚动轴承⾼碳铬轴承钢零件热处理技术条件⼀、 JB1255——2014第⼀级别图——退⽕显微组织1、评级图说明放⼤倍率：500倍、1000倍腐蚀剂：2％硝酸酒精溶液。

评级原则①按碳化物的颗粒⼤⼩。

②按碳化物的分布均匀性。

③按碳化物的形态（球化程度）。

2、组织特征第1级放⼤倍数： 500X第1级放⼤倍数： 1000X 1级：细点状+细粒状珠光体+局部细⽚状珠光体。

组织特征：碳化物粒细⼩呈点状，分布弥散，局部有细⽚状。

为不合格组织。

第2级放⼤倍数： 500X第2级放⼤倍数：1000X 2级：点状珠光体+细粒状珠光体组织。

组织特征：碳化物颗粒细⼩呈点状和细粒状，园度好，分布均匀。

为优良的合格组织。

第3级放⼤倍数： 500X第3级放⼤倍数： 1000X 3级：球状珠光体组织。

组织特征：碳化物颗粒⼤于2级，球化完全，分布均匀，为良好的合格组。

第4级放⼤倍数： 500X第4级放⼤倍数： 1000X 4级：球状珠光体组织。

组织特征：碳化物颗粒较粗，场均性较差，碳化物分布不均，有的区域密集，有的区域稀少，为合格组织。

上述2、3、4级退⽕组织属正常⼯艺情况下形成。

GCr15、ZGCr15钢硬度应在HB179-207范围内，GCr15SiMn、zGCr15SiMn钢硬度应在179-217范围内。

第5级放⼤倍数： 500X第5级放⼤倍数： 1000X 5级：不均匀的粗粒状珠光体+⽚状珠光体。

组织特征：碳化物颗粒⼤⼩不均，部分区域出现明晰⽚状珠光体，约占视场总⾯积的11.8％，为不合格组织。

⼆、 JB1255——2014第⼆级别图——淬回⽕显微组织1、评级图说明放⼤倍数：500倍、1000倍腐蚀剂：4％硝酸酒精溶液。

2、评级原则①按马⽒体粗细程度和残留奥⽒体数量。

②按残留碳化物数量多少和颗粒⼤⼩。

③按屈⽒体组织的形状、⼤⼩和数量。

3、组织特征：第1级放⼤倍数： 500X第1级放⼤倍数： 1000X1级：隐晶马⽒体+较多的残留碳化物+残留奥⽒体。

轴承钢热处理轴承钢材料检测一、常用轴承材料1、轴承钢的分类1）、铬轴承钢2）、无铬轴承钢3）、渗碳轴承钢4)、不锈轴承钢5)、高温轴承钢6)、防磁轴承钢2、我公司常用材料表1国内外牌号对照表二、轴承钢常用热处理轴承钢热处理轴承钢材料检测，正火是为了消除和改善锻造后的网状碳化物和粗片状珠光体组织。

gcr15的正火温度930-950℃，保温30-60分钟。

2高温扩散退火目的是减小钢材的显微偏析。

gcr15的扩散温度1180-1220℃，保温10小时以上。

3球化退火目的：1）为淬火提供良好的原始组织；2）降低硬度以便于切削加工；3）提高塑性，以便于冷拉等加工。

4去应力退火目的是消除加工应力，减小淬火变形和开裂。

550±10℃保温3-5小时取出空冷或650℃保温3-5小时随炉冷却至550℃后取出空冷。

5再结晶退火目的是消除冷变形引起的晶格扭曲、晶粒破碎或变形，消除冷变形引起的加工硬化和大的内应力。

gcr15的再结晶温度670-720℃，保温2-8小时，具体保温时间视装炉量多少而定。

6淬回火目的是为了提高钢的硬度、强度、耐磨性和接触疲劳强度，并通过以后的回火使钢获得优良的综合机械性能。

gcr15的淬火加热温度820-860℃，保温时间视具体情况而定。

三、高碳铬轴承钢高低倍组织的评定1低倍组织从任意6根圆钢的任意端各取1个试样进行检验。

将试样在温度为65~80℃、50%（质量分数）盐酸（工业用）水溶液中浸蚀25~40分钟，以正确显示钢的低倍组织为准，用目视或不大于10倍放大镜观察，按gb/t18254附录a第1、2和3级别图评定。

中心疏松的评级：主要依据试样中心部位的缺陷大小、数量、聚集程度以及占据的面积。

一般疏松的评级：主要根据试样面上缺陷的大小、数量、所占面积和树枝状晶的粗细程度。

偏析的评级：主要根据试样面上偏析带的组织疏松程度及偏析带的宽度。

经酸浸的试样面上应无缩孔、裂纹、皮下气泡、过烧、白点及有害夹杂物。

8.10轴承钢退火后金相组织等级1. 背景简介轴承钢是一种用于制造轴承零部件的特殊钢材，其材料性能直接关系到轴承的使用寿命和工作效率。

在轴承钢的生产过程中，经常会进行退火工艺来调节其组织结构，以达到提高其材料性能的目的。

而金相显微镜是观察金相组织的一种主要方法，通过对金相组织的等级评定，可以对轴承钢的质量进行客观评价。

2. 金相组织等级的意义金相组织等级是指通过对金相显微镜下观察到的组织形貌和组织大小等进行评定，从而得出的材料组织特征的等级。

金相组织等级的评定可以反映出轴承钢的晶粒度、相的分布和形貌等情况，从而为材料的性能预测和材料制备工艺提供重要参考。

3. 轴承钢退火后金相组织等级的影响因素轴承钢在退火过程中，其金相组织等级受多种因素的影响，主要包括退火温度、保温时间、冷却方式等因素。

合理的退火工艺可以有效地调控金相组织的形成，从而得到理想的金相组织等级。

4. 金相组织等级的评定方法金相组织等级的评定是一个客观而系统的过程，需要以金相显微镜为工具进行组织观察，并根据相应的评定标准进行等级划分。

常用的金相组织等级评定标准包括GB/T 1182-2008《金相组织等级图示法》和ASTM E112《金相组织等级标准规范》等。

5. 实际案例这里给出一个轴承钢退火后金相组织等级的实际案例。

某钢厂生产的GCr15轴承钢在进行退火处理后，经金相显微镜观察得到金相组织等级为1级，晶粒度均匀细小，且相分布均匀。

通过对金相组织等级进行评定，可以明确该批轴承钢材料具有良好的组织结构特征，能够满足轴承制造的要求。

6. 结论退火是轴承钢材料生产中不可或缺的工艺环节，金相组织等级的评定则是对轴承钢材料质量的客观评价。

轴承钢在退火后，通过对其金相组织等级的观察和评定，可以直观地反映出材料的组织结构特征，为轴承质量的控制和材料性能的提升提供重要的依据。

7. 金相组织等级与轴承钢性能的关系金相组织等级与轴承钢材料的性能密切相关。

GCr15球化退火問題轴承钢主要用制造滚动轴承滚珠、滚柱和套圈等,有时也用来制造工具，如冲模、量具、丝锥等。

轴承在工作时承受着高的集中交变载荷，由于滚珠与轴承套圈之间的接触面积小，在高速转动的同时还有滑动，会产生很大的摩擦。

所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。

因此轴承钢需具有隐晶回火马氏体+ 细小渗碳体颗粒组织。

对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。

经过大量的试验和生产实践证明, 只有当轴承零件的原始组织为细球状珠光体时, 经过淬火加低温回火后, 才能获得隐晶回火马氏体及在其上分布着细小碳化物颗粒的组织, 这种金相组织才使得轴承零件具有高强度和韧性.GCr15是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢占世界轴承钢生产总量的80%以上。

含碳Wc为1%左右，含铬量Wcr为1.5%左右，从1901年诞生至今110多年，主要成分基本没有改变，现在生产轴承钢的主要工艺是连铸以及电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼，GCr15钢是经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。

该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。

所以要用球化退火。

将钢按完全退火的加热速度加热到Ac1以上20~30℃的温度（比不完全退火更低一些），保温后，再以每小时20～50℃的速度降至钢的Ac1以下一个温度，并在这个温度下保温一段较长的时间，最后随炉冷到450~500℃左右出炉，再在空气中冷却。

通过这种退火后，珠光体中渗碳体及过剩渗碳体都呈球状分布，故称球化退火。

目前,在工业生产中GCr15 钢多采用等温球化退火处理工艺,它是利用不均匀奥氏体中未溶碳化物或奥氏体中高浓度碳偏聚区的非自发形核的有利作用来加速球化。

对于细珠光体组织,如果加热到A1 温度以上,随后缓冷到A1 以下,那么这种细珠光体组织则往往会被缓冷或保温过程中形成的粗大珠光体组织所替代,其结果反而不利于碳化物的球化[4] ;同时,在保温过程中又不断有渗碳体颗粒按Ostwald 熟化机制长大,使球化的渗碳体变大。

GCr15钢是高碳铬轴承钢的代表钢种，具有良好的综合性能，如热加工性好，广泛应用于制造内燃机、电机车、机床、拖拉机、轧钢设备、钻探机、铁道车辆以及矿山机械等传动轴上的钢球、滚子和轴套等。

GCr15钢按化学成分可以分为合金钢，按用途可以分为工具钢，按质量可以分为普通钢，合称为合金工具钢。

至于GCr15的等级分类，一般来说，GCr15淬回火马氏体组织根据其组织特征可以分为不同的等级。

具体来说，根据马氏体粗细程度和残余奥氏体数量，以及残留碳化物数量多少和颗粒大小，还有屈氏体组织的形态、大小和数量，GCr15淬回火马氏体组织一般分为3级。

其中，汽车与轴承取3级为合格。