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含氮不銹鋼是一種新型的耐蝕性軸承鋼,牌號為40Cr15Mo2VN。與傳統軸承不銹鋼9Cr18相比,含氮不銹鋼在力學性能相當的情況下,不僅接觸疲勞壽命優于9Cr18,而且耐鹽霧腐蝕性能遠優于9Cr18。含氮不銹鋼熱處理后硬度要求≥58HRC,某型號含氮不銹鋼制軸承套圈在熱處理后發現表面硬度為55~56HRC,低于標準要求。

該套圈加工工藝為:下料→鍛造→車加工→熱處理。

一、理化檢驗方法

選取熱后套圈和車加工后套圈,橫向線切割制成金相試樣,試樣的截面為金相組織觀察面。

金相試樣經機械打磨和拋光后用飽和苦味酸鹽酸酒精溶液腐蝕,用蔡司M2M金相顯微鏡和日本電子JSM-6610掃描電鏡觀察顯微組織和碳化物分布形態。氮元素采用ONH-2000氧氮分析儀測定,其余元素應用ARL4460型直讀光譜分析儀測定。

二、觀察結果與分析

(1)化學成分分析

化學成分分析結果如附表所示。分析結果表明,套圈材料化學成分符合標準要求。

(2)硬度檢驗

分別檢驗試樣表面和截面心部區域洛氏硬度,表面硬度為55~56HRC,截面硬度為58～59HRC,含氮不銹鋼熱處理后硬度要求為≥58HRC,表面硬度低于技術要求,截面硬度符合技術要求。

(3)淬回火組織對比

含氮不銹鋼熱處理后,顯微組織應為回火馬氏體+少量一次碳化物+彌散分布的二次碳化物。選取熱處理后的套圈線切割制成金相試樣,經飽和苦味酸鹽酸酒精溶液腐蝕后分別在金相顯微鏡和掃描電鏡下觀察。正常區域淬回火組織如圖1所示,球狀碳化物彌散分布在馬氏體基體上;靠近表面區域淬回火組織如圖2所示,相比正常區域,其碳化物分布大幅減少,且馬氏體組織異常,有晶界出現。

圖1 正常區域淬回火組織

圖2 靠近表面區域淬回火組織

(4)退火組織對比

選取同批車加工后熱處理前套圈制成金相試樣,經腐蝕后分別在金相顯微鏡和掃描電鏡下觀察,正常區域球化退火組織如圖3所示,正常區域均勻分布細小的球狀和粒狀碳化物;靠近套圈表面區域球化退火組織如圖4所示,相比正常區域,靠近表面區域碳化物分布明顯減少,且部分呈鏈狀分布,類似于9Cr18鋼退火孿晶狀碳化物。

圖3 正常區域退火組織

圖4 靠近表面區域退火組織

(5)表面碳含量

采用ARL4460型直讀光譜分析儀檢測淬回火后套圈表面的碳含量,其WC為0.20%左右,低于標準值。

三、加工過程分析

復查本批套圈加工工藝與加工設備狀況,熱處理和鍛造工藝參數符合相關要求。熱處理采用真空爐加熱淬火,設備運行記錄無異常。鍛造采用箱式電爐加熱,由于電爐的一條電阻帶損壞,導致加熱爐升溫緩慢。鍛件毛坯在爐中保溫時間過長,導致其脫貧碳深度超出要求范圍。套圈車加工后表面有脫貧碳殘留導致熱處理后其表面硬度降低。

四、結語

(1)套圈表面硬度低的原因是由于貧碳引起的,造成貧碳的原因為鍛造加熱爐故障。

(2)套圈表面淬回火組織異常跟退火組織中鏈狀碳化物有關,會使其脆性增加。

(3)在鍛造和熱處理生產過程中,應嚴格監視設備運行狀況是否正常,保持完整加工參數記錄,并嚴格按照工藝執行,發現有異常狀況應加倍抽檢,避免不合格品流入下道工序。

作者:劉匯河,曹迪,仵永剛,曾朝凡,張玲

單位:洛陽LYC軸承有限公司,航空精密軸承國家重點實驗室


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