第一代、第二代和第三代轴承钢及其热处理技术的研究进展(一)

按搜集的近一二十年来很多和很新的资料加以比较详细综述,阐明轴承钢的主要类型;GCr15钢的球化退火; GCr15钢的淬火回火组织结构; GCr15钢的贝氏体转变;残余奥氏体、纳米贝氏体和纳米析出相;淬火-分配QP处理;光学显微镜下出现黑、白的腐蚀区分析;第2、第3代轴承钢的组织转变与性能;轴承钢的纯净度和非金属夹杂物以及双真空冶炼技术;航空轴承用钢的双重(复合)硬化处理等。试着为我国轴承钢研究方面的突破性进展作出努力。     

客车轴承贝氏体等温淬火生产线

长期以来，我国铁路客车轴承一直采用GCr15钢马氏体淬火工艺。马氏体组织强度高，但韧性低，畸变量大。伴随着我国铁路客车的普遍提速，GCr15钢马氏体淬火的组织性能已经不能满足要求，为进一步适应铁路运输事业的发展，采用新材料GCr18Mo钢贝氏体等温淬火工艺，以获得力学性能比马氏体更优越的贝氏体组织。     

脉冲电场对GCr15钢球化退火组织的影响

研究了在脉冲电场作用下,GCr15钢球化退火组织的变化行为,研究结果表明,采用接触式脉冲电场作用于GCr15钢的退火,可明显改善该钢化物的形态和分布,在相同的等温温度下,可以缩短GCr15钢的球化退火时间。     

退火工艺对ECAE处理GCr15钢组织与硬度的影响

以ECAE热挤压处理GCr15钢为对象,研究退火工艺对其微观组织和性能的影响。结果表明,随退火温度的升高,GCr15钢微观组织中的碳化物形貌发生变化,由大块状最终变为细小颗粒状。随退火温度的升高和保温时间的延长,GCr15钢试样的硬度呈下降趋势。     

Thermo-Calc和JMatPro软件在纳米贝氏体轴承用钢设计中的应用

应用Thermo-Calc和JMatPro热力学和动力学模拟软件在GCr15轴承钢基础上进行了新型纳米贝氏体轴承用钢的成分设计研究。结果表明,纳米贝氏体组织的形成需要满足一定的热力学条件,在GCr15中添加Si或Al元素都使仲平衡条件下的奥氏体/渗碳体相界向高碳方向移动,从而有利于纳米贝氏体组织的形成。在GCr15钢中添加2%以上的Si或Al或Si+Al都可形成纳米贝氏体组织。添加3%的Si或Al或Si+Al则可在100～300℃内较快形成纳米贝氏体组织。     

铁路提速客车轴承贝氏体淬火工艺研究与应用

长期以来,我国铁路客车轴承一直采用GCr15钢进行马氏体淬火,马氏体组织强度高,但韧性低。因此,随着客车的普遍提速,采用GCr15钢进行马氏体淬火已经不能满足轴承各方面性能的要求,为进一步适应铁路运输事业的发展,我们采用新材料GCr18Mo钢进行贝氏体淬火,贝氏体淬火组织具有马氏体组织无法相比的优点。本文主要研究了铁路     

G8Cr15与GCr15轴承钢热处理工艺与性能对比分析

研究了G8Cr15与GCr15两种轴承钢的热处理工艺,并对其进行了冷变形抗力试验和冲击韧性试验。结果表明:G8Cr15轴承钢在770～790℃球化退火,得到的退火硬度和球化退火组织均检验合格。在830～840℃加热淬火,G8Cr15与GCr15两种轴承钢均得到细小的马氏体组织与高的硬度值。G8Cr15钢的淬硬性、抗回火性与GCr15钢相当。在相同试验条件下,G8Cr15钢比GCr15钢的平均压缩量大24%,冷变形抗力小9%,冲击韧度提高11.1%。     

GCr15钢等温及超塑性压缩研究

本文研究了球化退火的GCr15钢的等温压缩变形和超细化的GCr15钢的超塑性压缩变形的流变曲线,力学特性及变形前后显微镜组织的变化。     

GCr15钢奥氏体化工艺对快速球化退火效果的影响

研究了快速球化退火的奥氏体化温度、保温时间以及双相区冷却速度对GCr15钢残留碳化物粒子的数量和分布形态的影响。根据"离异共析"的原理和奥氏体状态对残留碳化物粒子影响的研究结果,制定了GCr15钢的快速球化退火工艺。试验表明,GCr15钢经790℃×10 min奥氏体化,炉冷至720℃等温60 min炉冷快速球化退火后,其球化组织为2.5级,总退火时间为3.5 h,明显优于传统球化退火工艺。     

9SiCr钢的两种退火组织

对9Sicr钢的两种贝氏体组织进行了亚温退火处理，观察和分析了退火后的球化组织与多边形化组织，介绍了特殊的淬火时效工艺与操作方法，根据系统热力学和现代物理冶金学原理探讨了9SiCr钢变态奥氏体（A2）和其贝氏体相变与贝氏体组织。     

微观组织对GCr15轴承钢氢扩散行为的影响

通过对球化退火态、球化退火+淬回火(Q&T)态GCr15轴承钢进行电化学氢渗透试验来描述氢扩散行为,并分析了微观组织以及热处理状态对氢扩散行为的影响。结果表明,对于球化退火态试样,碳化物的分布情况对氢扩散行为影响很大。氢在带状碳化物中扩散最快,而沿晶界分布的网状碳化物作为氢陷阱,可以捕捉更多的氢原子。Q&T试样中,氢在带状未溶碳化物中扩散最快,且随着残留奥氏体体积分数的增大,有效氢扩散系数减小。球化退火试验钢的氢扩散系数远高于Q&T钢。Q&T试样中残留奥氏体的存在使氢陷阱增加,导致氢的渗透更难进行。     

减小GCr15轴承套圈热处理变形的工艺研究

观察了采用铸链炉淬火热处理的GCr15钢轴承套圈淬火前后的金相组织，并观察了其锻造和球化退火后的组织，发现淬火前组织均匀，而淬火后的组织中存在部分屈氏体组织。考虑到生产成本，采用适当升高淬火加热温度、延长保温时间，同时采用压缩空气搅拌冷却淬火介质的方法处理套圈零件，并对比不同方案处理的套圈变形量，发现此方法可以在一定程度上降低套圈的热处理变形，且成本增加很少。     

GCr15轴承钢在不同加热速率下的奥氏体转变研究

加热速率对GCr15轴承钢铸坯表面组织有较大影响。利用DIL805A热膨胀仪进行热模拟试验,通过分析GCr15轴承钢在连续加热过程中的热膨胀曲线,研究了不同加热速率下的奥氏体转变过程,分析了加热温度对奥氏体转变温度和奥氏体转变量的影响,分析了不同加热速率下奥氏体转变规律和大断面铸坯表面组织。结果表明:GCr15轴承钢中珠光体转变为奥氏体,温度范围约为760~810 ℃;(Fe,Cr)₃C_Ⅱ向奥氏体中的溶解,温度范围约为810~1 100 ℃;奥氏体的成分均匀化温度大于1 100 ℃。若GCr15大断面铸坯表面过热度大,相变后晶粒粗大,相对于内部组织其表面的耐磨性和抗疲劳性下降,且铸坯表面奥氏体浓度均匀性差,后续液析碳化物溶解过程受阻碍,碳化物溶解浓度不均匀,表面的组织性能受到影响。根据J-M-A方程,计算了模型参数,GCr15轴承钢激活能Q约为7.156×10⁵ J/mol,n=0.52,k₀=75。     

GCr15SiMo轴承钢球化退火过程的碳化物演变

借助差示扫描量热法、扫描电镜等检测分析手段以及JMatPro热力学软件,研究了等温球化退火的奥氏体化温度和保温时间对GCr15SiMo轴承钢碳化物的影响。结果表明,随着奥氏体化温度的升高和保温时间的延长,GCr15SiMo轴承钢中碳化物趋于均匀化、细小化,且有利于GCr15SiMo轴承钢退火过程碳化物球化效果。在奥氏体化温度为800℃、保温时间为30 min的等温球化退火工艺下,GCr15SiMo轴承钢中碳化物数量多、尺寸小、弥散分布度高,且组织最为均匀致密,硬度较低,球化效果最好。     

喷油嘴偶件的选材与热处理

研究了喷油嘴偶件用GCr152钢代替W18Cr4V高速钢与18Cr2Ni4WA钢及其热处理。 结果表明,GCr15钢采用光亮淬火方法,工艺易于控制,产品捏好,符合技术要求。其力学性能使硬度、抗弯强度稍低,耐韧度指标（ak、kIC）优于高速钢偶件,分别高出约60％、65％。GCr15钢断口,其特征为：准确理＋韧窝状混合形貌。寿命试验表明,GCr15钢偶件装机使用2000h以上还在正常工作,其性能完全满足使用要求,而且成本明显降低。     

电冶熔铸WC/GCr15钢复合材料的摩擦磨损特性

选择大颗粒WC作增强相，采用电冶熔铸工艺制备了含27％WC粒子的WC／GCr15钢复合材料，观察了复合材料中WC颗粒与钢基体的结合情况；在MM-200型摩擦磨损试验机上研究了室温下复合材料同GCr15钢对摩时的摩擦磨损性能。结果表明：复合材料中的WC颗粒部分溶解于钢基体相，两相界面形成厚达数微米的反应层，有效地提高了界面结合强度。电冶熔铸WC／钢复合材料的耐磨性能比基体材料GCr15钢提高了5倍以上，扫描电镜下的磨痕照片显示：大颗粒WC承担了磨损的主要载荷，实验中没有发生明显脱落的现象，说明界面结合强度在提高复合材料磨损性能方面所起的作用。     

轧制温度对GCr15轴承钢组织性能的影响

在Gleeble-3500热模拟试验机上对GCr15钢试样进行了双道次热压缩,模拟其在预精轧与精轧阶段在不同温度下的组织演变过程。同时设计了特殊GCr15钢试样,可在Gleeble-3500上双道次压缩试验后,再加工成拉伸样,得到相应压缩条件下试样的拉伸性能。采用光学显微镜、扫描电镜(SEM)和拉伸试验机等观察测试了不同压缩温度条件下GCr15钢试样的组织形貌及拉伸性能。结果表明:当精轧温度为800~850℃时,GCr15钢试样可获得珠光体团直径较小、渗碳体片层较细、网状碳化物较少的组织;拉伸试验表明,精轧温度为800℃时,GCr15钢试样的抗拉强度达到最大,温度低于800℃和高于800℃时,抗拉强度逐渐降低。     

微弧熔覆GCr15涂层的结构与性能研究

研究了微弧熔覆GCr15涂层的结构和性能。结果表明，GCr15涂层的表而显微硬度可达980HV(68 HRC)，比基体C级钢的硬度提高了近4倍；涂层与基体实现了冶金结合；涂层的热影响区小，未出现魏氏组织。     

高碳铬轴承钢现行标准的梳理及对GCr15的标准比较

梳理了高碳铬轴承钢现行的标准，列出了这些标准的标准号、名称、标准类别、标准适用范围及标准体系类别；同时以某钢铁企业为例，选用牌号成分接近的GCr15、GCr15PGI的高碳铬轴承钢的内控标准与GB/T 18254-2016及ISO 683-17进行比较，说明了不同标准对于GCr15牌号成分及相近成分轴承钢在碳化物、夹杂物及化学成分上的要求，发现我国GB/T 18254-2016较ISO 683 17更为严格，而企业内控标准则在GB/T 18254-2016的基础上做了更深入的要求。     

高碳铬轴承钢现行标准的梳理及对GCr15的标准比较

梳理了高碳铬轴承钢现行的标准,列出了这些标准的标准号、名称、标准类别、标准适用范围及标准体系类别;同时以某钢铁企业为例,选用牌号成分接近的GCr15、GCr15PGI的高碳铬轴承钢的内控标准与GB/T 18254—2016及ISO 683-17进行比较,说明了不同标准对于GCr15牌号成分及相近成分轴承钢在碳化物、夹杂物及化学成分上的要求,发现我国GB/T 18254—2016较ISO 683 17更为严格,而企业内控标准则在GB/T 18254—2016的基础上做了更深入的要求。