熱處理工藝對耐磨板顯微組織及斷裂韌性的影響

  耐磨板具有優異的綜合耐磨性能和冷熱加工工藝性能,在300℃時其硬度仍能保持在58HRC以上,因而廣泛用于工作溫度在300℃以下、dn值在2.4×106mm.r/min左右的航空發動機主軸軸承。當工作溫度大于200℃時,鋼中殘余奧氏體分解并引起尺寸變化,影響零件的正常使用。耐磨板在正(zheng)常加熱規范下淬火(huo),殘(can)余(yu)奧(ao)氏體(ti)含量(liang)較高,所以(yi)淬火(huo)后必(bi)須經(jing)多次(ci)回火(huo)處理,使殘(can)余(yu)奧(ao)氏體(ti)含量(liang)降到最(zui)低值。因此,應選(xuan)用(yong)合適的熱處理工(gong)藝,控制耐磨板的顯微組織及殘(can)余(yu)奧(ao)氏體(ti)含量(liang),降低其在使用(yong)中尺寸變化率和磨削應力,保(bao)證軸承(cheng)的高精度、長壽命和高可靠性。

  試驗用料為JFE-C400耐磨板,采(cai)用真空(kong)(kong)(kong)感應+真空(kong)(kong)(kong)自(zi)耗(VIM+VAR)的“雙(shuang)真空(kong)(kong)(kong)”冶(ye)煉工藝(yi)制備(bei),在(zai)VOQ2-65型雙(shuang)室(shi)真空(kong)(kong)(kong)淬火(huo)爐中進行(xing)淬火(huo)處理(li),淬火(huo)劑選用真空(kong)(kong)(kong)淬火(huo)油。共制備(bei)了16個試(shi)樣(每種工藝(yi)4個),分(fen)別用于對顯(xian)微組(zu)織、硬度、殘(can)余奧氏體和斷裂韌性試(shi)驗。

  在(zai)Quanta600掃描(miao)電(dian)子顯(xian)微(wei)鏡和PhilipsCM200透射電(dian)鏡上觀(guan)察顯(xian)微(wei)組(zu)織;采用CrKα射線法分別測(ce)(ce)定馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)、奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)衍射峰,4峰兩兩組(zu)合得(de)到4個殘(can)余奧氏(shi)(shi)體(ti)(ti)含(han)量值,取其均值;在(zai)MTS810-100kN電(dian)液(ye)伺服材料試驗機上進行(xing)斷裂(lie)(lie)韌(ren)性(xing)(KIC)測(ce)(ce)試,預(yu)制疲勞裂(lie)(lie)紋參(can)數。

  為研究不(bu)同(tong)熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)對耐(nai)(nai)磨板(ban)(ban)中(zhong)殘余(yu)(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)影(ying)響,對耐(nai)(nai)磨板(ban)(ban)淬(cui)火(huo)(huo)后增(zeng)加冷處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)序,測試不(bu)同(tong)熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)后耐(nai)(nai)磨板(ban)(ban)中(zhong)殘余(yu)(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)含量(liang),可以看(kan)出,隨(sui)淬(cui)火(huo)(huo)溫度升高(gao),耐(nai)(nai)磨板(ban)(ban)中(zhong)殘余(yu)(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)含量(liang)增(zeng)加。由于該軸承鋼在高(gao)溫使(shi)用過程中(zhong)殘余(yu)(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)易發生轉變(bian),導致體(ti)(ti)(ti)(ti)積變(bian)化,影(ying)響鋼的(de)尺寸(cun)。因此,降低殘余(yu)(yu)奧(ao)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)含量(liang),可保(bao)證(zheng)其制(zhi)品尺寸(cun)穩定性(xing),提高(gao)零件使(shi)用壽(shou)命和(he)可靠性(xing)。不(bu)同(tong)熱(re)處(chu)(chu)理(li)(li)工(gong)藝(yi)后耐(nai)(nai)磨板(ban)(ban)的(de)斷裂韌性(xing)KIC值隨(sui)淬(cui)火(huo)(huo)溫度升高(gao)而(er)減小(xiao)。由于淬(cui)火(huo)(huo)溫度升高(gao),馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)中(zhong)固溶(rong)碳量(liang)增(zeng)加,馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)(ti)較(jiao)粗大,亞結構(gou)中(zhong)孿晶數(shu)量(liang)增(zeng)加,脆性(xing)增(zeng)大。試驗研究結論如下:

  (1)耐磨板經不同熱處理工藝處理后,其顯微組織均為回火馬氏體+碳化物(一次碳化物、剩余碳化物及析出碳化物)+少量殘余奧氏體,淬火溫度越高,馬氏體越粗大。
  (2)耐磨板中殘余奧氏體含量隨淬火溫度的升高而增加;淬火溫度相同時,在回火前增加冷處理工序,可有效降低殘余奧氏體含量,以提高尺寸穩定性。
  (3)耐磨板斷裂韌性KIC值淬火溫度的升高而降低;但淬火溫度在1100℃時,由于殘余奧氏體數量增多,其脆性又有所減小。
  (4)耐磨板較優的熱處(chu)理工藝為660℃×30min→850×40min→1070℃×55min+540℃×120min(3次)。