GCr15SiMo钢中贝氏体含量对力学性能及干摩擦磨损性能的影响

目的通过控制等温淬火时间,在GCr15SiMo轴承钢中获得不同含量的贝氏体组织,并研究不同含量的贝氏体组织对材料力学性能和干摩擦磨损性能的影响。方法采用SEM、3D morphology、TEM、EDS、XRD、洛氏硬度计、冲击试验机等仪器观测GCr15SiMo轴承钢经不同等温淬火时间后的微观组织、物相含量和力学性能,并使用HL-R7000重载往复摩擦磨损试验机对不同贝氏体组织含量的试样进行摩擦磨损性能检测。结果当等温淬火时间由2 h延长至72 h时,材料中贝氏体的体积分数由14.5%增至83.5%。随着GCr15SiMo轴承钢材料中韧性贝氏体含量的增多、脆性马氏体含量的减少,其硬度逐渐降低,冲击功逐渐增大,磨损率呈现先降低再升高的趋势。材料的磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损,随着等温淬火时间的延长,基于韧性贝氏体含量的增加,材料的磨粒磨损减弱、黏着磨损增强。结论在等温淬火温度为210℃、等温淬火时间为8 h时,材料中贝氏体的体积分数约为55.6%,马氏体的体积分数为33.2%,此时马氏体和贝氏体复相组织具有良好的强韧性匹配,材料的耐磨性能较好。

复合等温淬火对GCr15Si1Mo钢贝氏体转变及磨损性能影响

纳米贝氏体轴承钢具有优异的综合性能,然而长时间的等温转变周期是限制其广泛应用的主要难题.为了加速GCr15Si1Mo轴承钢纳米贝氏体转变,本文中以常规一步(190℃)等温淬火工艺作为对比,设计了1种复合三步(157℃+190℃+250℃)等温淬火工艺,并对试验钢进行了不同工艺下的热处理.使用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和洛氏硬度仪等对GCr15Si1Mo轴承钢微观组织和力学性能进行了表征,利用UMT摩擦磨损试验机和三维形貌轮廓仪对试验钢的摩擦磨损性能进行了测试,并分析了其磨损机制.结果表明:复合等温淬火工艺从纳米贝氏体的孕育期和转变期两阶段对其转变进行加速,当转变相当含量贝氏体(53%~55%)时其相转变时间较常规等温淬火工艺缩短了5 h,明显提高了贝氏体转变效率;与常规等温淬火工艺相比较,复合等温淬火工艺材料微观组织中的残余奥氏体含量明显降低,且块状残余奥氏体大量转变为薄膜状残余奥氏体,材料的冲击韧性明显提高,但随复合等温淬火时间的延长,材料的冲击韧性出现了先升高后降低的趋势;当复合等温淬火工艺参数为157℃×5 min+190℃×2.0 h+250℃×1.0 h时,材料的强韧性匹配和耐磨性最佳,且其耐磨性明显也优于常规等温淬火工艺下材料的耐磨性.磨损机制结果表明:复合等温淬火和常规等温淬火处理后试验钢的磨损机制均以磨粒磨损为主,但复合等温淬火工艺下材料的磨粒磨损程度有所减轻并伴随轻微的黏着磨损和疲劳磨损.

等温淬火工艺对GCr15SiMo钢微观组织和摩擦磨损性能的影响

为了探究等温淬火工艺对GCr15SiMo轴承钢微观组织和摩擦磨损性能的影响.本文中通过改变等温淬火温度(190、210和230℃)和保温时间(4、8和24 h)对GCr15SiMo轴承钢进行不同等温淬火参数下的热处理.利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和洛氏硬度计等对其微观组织、物相和硬度进行表征,并借助摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行研究.结果表明,GCr15SiMo轴承钢传统油淬得到的组织主要为马氏体,等温淬火工艺获得的组织主要由贝氏体铁素体、残余奥氏体、少量马氏体和未溶碳化物组成.且随着等温淬火温度升高和保温时间延长,由于碳原子的扩散能力增强,贝氏体转变周期变短,贝氏体的含量增多,马氏体含量减少,未溶碳化物和残余奥氏体含量也逐渐降低.传统油淬后的材料组织以脆性马氏体为主,摩擦磨损时马氏体以细小碎片的形式剥落并作为硬质颗粒在摩擦表面移动,导致其磨损机制以微观切削和氧化磨损为主.等温淬火工艺下,固定等温淬火时间为8 h,随等温淬火温度升高,材料中贝氏体含量增多,韧性提高,材料磨损机制由微观切削逐渐转变为黏着磨损;当固定等温淬火温度为210℃,随等温淬火时间的延长,材料中贝氏体含量大幅度增加,材料韧性在提高的同时其硬度降低,导致材料磨损机制由黏着磨损逐渐转变为严重的磨粒磨损.最后,文中最佳的等温淬火工艺是等温淬火温度为210℃,保温时间为8 h,此时组织中各物相体积分数分别为残余奥氏体4.3%,未溶碳化物4.8%,马氏体32.3%,贝氏体58.6%,材料具有良好的强韧性,磨损率最低,为0.38×10^(−4)mg/(N·m).