熱處理工藝和充氫對GCr15SiMoAl軸承鋼壓縮性能的影響

自20世紀中葉，國內外開始對新一代貝氏體組織的軸承鋼進行研究，而且應用到鐵路貨車軸承、鐵路轍叉及軋機軸承上。

軸承鋼都是屬于超高強度鋼，這類超高強度鋼對氫十分敏感，軸承在服役時從環(huán)境介質中吸收氫，氫對鋼顯著的影響是降低材料的塑韌性。氫在鋼中是一種有害元素，當氫含量達到一定的臨界值時，可能會發(fā)生脆性斷裂。同時氫對軸承鋼疲勞性能也有重要影響，氫會促進表面剝落，降低貝氏體鋼的疲勞壽命。本課題以研發(fā)的新型GCr15SiMoAl鋼為研究對象，通過鹽浴等溫淬火得到無碳化物貝氏體鋼，對該鋼進行不同熱處理工藝下的充氫前后的壓縮變形，以探討新型貝氏體軸承鋼的壓縮變形及其斷裂機理。

本試驗鋼在GCr15軸承鋼的成分基礎上，向鋼中加入Si和Al抑制貝氏體鋼中碳化物的析出，同時Al也能加快貝氏體相變；Mo元素的加入可以降低等溫淬火時間獲得貝氏體組織，也會提高軸承鋼的韌性。本試驗用鋼的成分（質量分數(shù)，%）為：0.99C，1.54Cr，0.83Si，0.97Al，0.24Mn，0.35Mo，0.07Ni，0.002S，0.004P，余Fe。

用DIL40型熱膨脹儀測量試驗鋼的相變點，其Ac1為770℃，Accm為813℃。首先進行球化退火工藝，將試樣隨爐升溫至950℃，保溫2h，空冷至600℃，再放入600℃的爐中，保溫1h，空冷至室溫，得到片狀珠光體，將試樣加熱到700℃，保溫10h，然后爐冷至室溫。

為使碳化物完全溶解，最終得到無碳化物的組織，對試驗鋼的奧氏體化溫度設定為950℃，保溫2h。然后在230℃鹽浴等溫淬火分別為0.5、3、73h，再加熱到210℃回火1h。另外，對試驗鋼進行傳統(tǒng)的熱處理工藝，隨爐升溫到860℃保溫1h，進行油淬，然后210℃回火1h。GCr15鋼熱處理工藝為隨爐升溫到860℃保溫1h，進行油淬，然后210℃回火1h。

利用光學顯微鏡觀察不同熱處理狀態(tài)下試樣的顯微組織；利用熱機械模擬試驗機對未充氫及充氫3h后的試樣進行常溫下壓縮試驗，應變速率為0.01s-1；利用場發(fā)射式掃描電子顯微鏡對壓縮后試樣的斷口進行觀察；用衍射儀測量壓縮前后殘留奧氏體的體積分數(shù)。結果表明：

1）GCr15SiMoAl軸承鋼經(jīng)0.5h等溫獲得了貝氏體鐵素體、殘留奧氏體及馬氏體的復合組織，其綜合壓縮性能最好。隨著鹽浴等溫時間的延長，抗壓強度逐漸降低，相對壓縮率先高后降低。且GCr15SiMoAl軸承鋼在所有工藝下獲得的性能均優(yōu)于傳統(tǒng)的GCr15軸承鋼。

2）氫對軸承鋼的抗壓強度影響較小，但是由于氫會促進殘留奧氏體發(fā)生應變誘發(fā)馬氏體轉變，嚴重降低了軸承鋼的塑性。

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