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。耐磨板在正常加熱規范下淬火,殘余奧氏體含量較高,所以淬火后必須經多次回火處理,使殘余奧氏體含量降到最低值。因此,應選用合適的熱處理工藝,控制耐磨板的顯微組織及殘余奧氏體含量,降低其在使用中尺寸變化率和磨削應力,保證軸承的高精度、長壽命和高可靠性。

  試驗用料為JFE-C400耐磨板,采用真空感應+真空自耗(VIM+VAR)的“雙真空”冶煉工藝制備,在VOQ2-65型雙室真空淬火爐中進行淬火處理,淬火劑選用真空淬火油。共制備了16個試樣(每種工藝4個),分別用于對顯微組織、硬度、殘余奧氏體和斷裂韌性試驗。

  在Quanta600掃描電子顯微鏡和PhilipsCM200透射電鏡上觀察顯微組織;采用CrKα射線法分別測定馬氏體、奧氏體衍射峰,4峰兩兩組合得到4個殘余奧氏體含量值,取其均值;在MTS810-100kN電液伺服材料試驗機上進行斷裂韌性(KIC)測試,預制疲勞裂紋參數。

  為研究不同熱處理工藝對耐磨板中殘余奧氏體的影響,對耐磨板淬火后增加冷處理工序,測試不同熱處理工藝后耐磨板中殘余奧氏體含量,可以看出,隨淬火溫度升高,耐磨板中殘余奧氏體含量增加。由于該軸承鋼在高溫使用過程中殘余奧氏體易發生轉變,導致體積變化,影響鋼的尺寸。因此,降低殘余奧氏體含量,可保證其制品尺寸穩定性,提高零件使用壽命和可靠性。不同熱處理工藝后耐磨板的斷裂韌性KIC值隨淬火溫度升高而減小。由于淬火溫度升高,馬氏體中固溶碳量增加,馬氏體較粗大,亞結構中孿晶數量增加,脆性增大。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)耐磨板較優的熱處理工藝為660℃×30min→850×40min→1070℃×55min+540℃×120min(3次)。