轴承钢超细化处理

萧落花生

今天看书上介绍一种可以提高轴承钢(GCr15)接触疲劳寿命的工艺：碳化物超细化处理，即高温（1050）固溶处理+高温（690~720）回火/短时间球化退火720*1h—780*1h—720*1h—炉冷500度出炉。请问这种方法在实际中有应用的吗？反正我没遇到过

aaron01

这个是用来溶掉液析的吗？

笑靥

aaron01 发表于 2013-6-29 18:39
这个是用来溶掉液析的吗？

溶掉碳化物

aaron01

笑靥 发表于 2013-6-29 18:40
溶掉碳化物

普通碳化物900C以上就可以溶掉了，液析的粗大碳化物，1050C又未必溶得掉，恐怕要高温扩散退火才行的吧。

笑靥

aaron01 发表于 2013-6-29 18:49
普通碳化物900C以上就可以溶掉了，液析的粗大碳化物，1050C又未必溶得掉，恐怕要高温扩散退火才行的吧。 ...

哦，我再查查，有2本书上都有这工艺，回头拍个照你们详细讲讲

笑靥

aaron01 发表于 2013-6-29 18:39
这个是用来溶掉液析的吗？

哦，他说的高温，应该是930-1050，估计少打啦个范围

吉祥如意

能否告诉一下：此工艺是针对什么用途的轴承钢而言？

萧落花生

aaron01 发表于 2013-6-29 18:39
这个是用来溶掉液析的吗？

对的，但还不太明白液析的概念，能否详解一下？

萧落花生

吉祥如意 发表于 2013-6-29 19:02
能否告诉一下：此工艺是针对什么用途的轴承钢而言？

只是说GCr15钢的这个工艺，有利于提高接触疲劳寿命。

萧落花生

笑靥 发表于 2013-6-29 18:59
哦，他说的高温，应该是930-1050，估计少打啦个范围

就1050度左右

aaron01

萧落花生 发表于 2013-6-29 19:27
对的，但还不太明白液析的概念，能否详解一下？

一次渗碳体是指金属在凝固时，从液态里直接析出的碳化物，又称液析碳化物。
在凝固过程中，由于冷速过快，会造成残留液体严重偏析，可达4%以上的碳含量，造成大块的碳化物析出。
如果严重的局部偏析，在正常奥氏体化工艺时，根本不可能将成分扩散均匀，所以正常奥氏体化工艺，是无法溶解一次渗碳体的。

萧落花生

轴承钢的超细化处理工艺介绍！（想问问实际有没有应用？）

aaron01

其实就是扩散+淬火工艺，再加个球化过程。目的就是消除液析。

萧落花生

aaron01 发表于 2013-6-29 19:42
其实就是扩散+淬火工艺，再加个球化过程。目的就是消除液析。

那应该可以这样理解:轴承钢超细化处理只是为了解决原材料液析这一问题？

aaron01

萧落花生 发表于 2013-6-29 19:52
那应该可以这样理解:轴承钢超细化处理只是为了解决原材料液析这一问题？ ...

是的，其他似乎没有什么意义。

microsoft

aaron01 发表于 2013-6-29 20:42
是的，其他似乎没有什么意义。

这个超细化处理是洛阳轴承研究所的杰作，生产上并没有人使用这种工艺，本人认为没有什么价值。

aaron01

microsoft 发表于 2013-6-29 20:56
这个超细化处理是洛阳轴承研究所的杰作，生产上并没有人使用这种工艺，本人认为没有什么价值。 ...

是啊，我也觉得GCr15就那么点液析，整那么麻烦干什么，锻后都打碎了，对性能影响不会很大的。

笑靥

aaron01 发表于 2013-6-29 21:04
是啊，我也觉得GCr15就那么点液析，整那么麻烦干什么，锻后都打碎了，对性能影响不会很大的。 ...

会不会这样比锻打更细？

笑靥

吉祥如意 发表于 2013-6-29 19:02
能否告诉一下：此工艺是针对什么用途的轴承钢而言？

第一，对精密轴承
第二，超细化后直接加工模具
见图

笑靥

萧落花生 发表于 2013-6-29 19:32
就1050度左右

哦，是我记错啦，我回去再查查其他钢细化处理

吉祥如意

我觉得是否有必要？
相当多的工件在热处理之前，要是经过锻造处理的。对于合金含量较高的工件，是必须考虑锻造的质量要求的，其中之一的功能，就是使碳化物分布均匀化。而且其效果远远大于热处理的均匀化处理。

aaron01

拿Cr12MoV等高碳高合金钢，或者高速钢来比吧，GCr15的液析碳化物无论是数量还是大小，和前面说的两者钢种相比，都是小巫见大巫。
高碳合金钢怎么解决这个问题的？反复锻打，把碳化物打碎，然后做正火，消除网状碳化物（二次渗碳体），然后做球化退火。
没听说过用扩散来消除液析的，虽然最终淬火组织不可避免存在一部分液析碳化物，但是对整体材料性能并没有特别大的影响。
就碳化物而言，二次碳化物更可怕，往往成为材料杀手，原因是奥氏体里析出碳化物往往是沿晶分布的，对材料强度和塑性都削弱很多，必须严格控制，所以我们在渗碳时才会对碳化物严格控制。

吉祥如意

有个思考题：为什么如此多的资料或书刊都是一种口吻来用热处理的所谓超细化来立论呢？

孤鸿踏雪

　　　细化晶粒的途径及其有关问题
　　　锻件要获得细晶粒不外乎以下三种途径：
　　　（1）在原材料冶炼时加入一些细化晶粒的合金元素（钽、铌、锆、钼、钨、钒、钛等）及最终采用铝、钛等作脱氧剂。它们的细化作用主要在于：当液态金属凝固时，那些高熔点化合物起弥散的结晶核心作用，从而保证获得极细晶粒，而且这些化合物同时又起到机械阻碍作用，使已形成的细小晶粒不易长大。
　　　（2）采用适当的变形程度和变形温度。例如，在设计模具和选择坯料时，既要使变形量大于临界变形程度，也要避免出现变形程度很大的激烈变形区，并且在模锻时应采用良好的润滑剂，以改善金属流动条件，获得均匀变形。
　　　锻造时应恰当控制最高热加工温度（既要考虑到加热温度，也要考虑到热效应引起的温升），以免发生聚集再结晶。如果变形量较小时，应适当降低热加工温度。
　　　终锻温度不宜过高，以免晶粒长大。但是对于高温合金等无同素异构转变的材料，终锻温度又不宜太低，即不应低于出现混合变形组织的温度。
　　　另外，有些材料变形后晶粒尚未来得及长大时就马上快冷，也可以得到细晶粒。例如GCr15大轴承钢球，棒料在900~920℃加热，热棍扎后立刻水冷，表层得到细晶粒。
　　　（3）采用锻后正火（或退火）等相变重结晶方法来细化锻件晶粒。
　　　另外，如GCr15材料加热到800~850℃用冰盐水冷却，这样急热急冷反复四次，可以获得超细晶粒。
　　　为了细化锻件晶粒，以下几个问题值得探讨：
　　　（1）热变形时再结晶不充分，热处理加热时将产生粗大晶粒  
　　　无同素异构转变的高温合金，常由于热变形温度低，再结晶充分，在固溶处理时形成粗晶。这是由于未再结晶的晶粒经过恢复阶段后再结晶核少所引起的。例如GH33高温合金，再结晶温度高，变形抗力随温度降低急剧增大，热变形温度区间很窄（1000~1150℃）。由于这些特点吗，在锻造这类合金时，容易出现变形极不均匀的现象，结果导致再结晶极不充分甚至没有发生再结晶，使锻后晶粒大小不均匀，因而随后固溶处理加热时，将获得粗晶或大小极不均匀的晶粒。
　　　某厂在锻造GH33合金小型锻件时，锻前加热温度选为1100℃，经平锻机一次锻造成形，固溶处理后晶粒粗大不合格，而将锻前加热温度提高之后就得到了合格的晶粒组织。锻前加热温度（1100℃）虽然高于再结晶温度，但由于锻件尺寸较小，在操作过程中温度降低太快，所以实际变形时的坯料温度已接近或低于再结晶温度。经这样锻造和热处理后得到的是晶粒粗细不均匀的组织。适当提高加热温度，虽然在操作过程中坯料温度会有所下降，但变形终了时仍能保证在再结晶温度以上，最后得到的是均匀的细晶组织。
　　　（2）奥氏体再结晶
　　　一般结构钢锻件正火时，加热温度超过相变点（Ac3或Accm）之后，将获得单相奥氏体。单相奥氏体晶粒大小与温度相对应，随着加热温度不断升高，奥氏体晶粒不断增大。但发现在单相奥氏体却存在一个温度区间，在这一温度区间正火的晶粒要比低于或高于这个温度区间正火的晶粒小一些，通常把这一温度区间称为改钢的奥氏体再结晶温度。产生奥氏体再结晶的动力来自相变应力。结构钢锻件正火加热时，当温度达到相变温度（Ac1~Ac3）时发生相变，由于相变体积效应，从而在系统内产生相变应力，促使已形成的单相奥氏体产生轻微变形。所以，在以后某一温度范围使奥氏体发生再结晶，再结晶的结果使晶粒略微细小一些。
　　　有一些材料（如碳素钢等）相变重结晶与奥氏体的再结晶同时进行，则在单相奥氏体区就见不到奥氏体再结晶温度区间。有些材料（如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等），这两个温度区间相差100~150℃左右，所以奥氏体再结晶温度区间就显得突出。
　　　存在明显奥氏体再结晶温度区间的材料，建议锻件在此区间正火，对细化晶粒是比较有利的。
　　　（3）晶粒遗传问题  
　　　有些锻件（特别是马氏体钢模锻件）由于锻造加热温度与停锻温度较高，锻后容易形成粗大的奥氏体晶粒。冷却到室温后，在原来一颗颗奥氏体晶粒内由于相变形成许多颗小晶粒。发现这些小晶粒的空间取向往往与原来的奥氏体空间取向基本上一致，也就是说，形式上是原来一颗大晶粒分割成许多颗小晶粒，而实质上还是原来一颗大晶粒。当重新正火加热时，这些小晶粒将会还原成原来的奥氏体晶粒，且取向基本上没有多大变化。随着正火温度高低不同，只是还原程度不同而已。正火冷却时，一颗奥氏体晶粒又再次重新分割成若干个小晶粒。这样，正火前（即锻后）原来粗大的奥氏体晶粒经正火后形式上虽细化了（分割成许多颗小晶粒），但实质上由于很多小晶粒的位向与原来奥氏体晶粒一致，所以仍保留了粗大晶粒的特征。这一现象称为晶粒的遗传现像。
　　　当制成金相试样时，在显微镜下观察往往不易发现这种高温时的原奥氏体晶界。这是由于被锻件冷却（一般淬火状态时）时相变后的组织所掩盖罢了。采用特殊腐蚀剂显示晶粒的方法或者打断口方法，就很容易观察到这种原始晶粒。
　　　不同的材料这种晶粒遗传程度与顽固性是不同的。很显然，这种粗大晶粒的遗传，给最终热处理及使用性能（特别是承受过载的冲击性能）带来极为不利的影响。
　　　解决这种晶粒的遗传现象，可采用下列方法：
　　　（1）采用二次或多次正火方法  
　　　一般结构钢锻件经一次正火即可完成细化，原始晶界消失。而有些材料（如18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等）经一次正火后，原始晶界难以消失，即出现晶粒遗传现象，需经二次或多次正火，有的甚至需采用高温正火或反复高温正火工艺。因为每经一次正火加热与冷却，即很颗多小晶粒还原成原来的奥氏体晶粒（程度与大小不同）或一颗奥氏体晶粒分解成很多小晶粒。但它们之间的位向总不能完全一致，所以经二次或多次正火对那些遗传性比较顽固的材料就可以破坏其遗传，从而得到真正的细小晶粒。
　　　（2）采用退火方法
　　　对于3Cr3Mo3VNb等马氏体型工具钢进行退火或等温退火、通过相变重结晶来细化晶粒，能有效消除粗大的晶粒遗传问题。
　　　（3）采用锻后回火的方法
　　　对于18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等钢锻件，在冷却到室温后再进行一次高温回火，然后再正火，晶粒的遗传现象即被破坏。
　　　锻件在高温回火时，由于高度弥散分布质点的析出及基体α-相的再结晶，促使在以后正火加热时容易以这些析出的质点为核心形成奥氏体晶粒，从而破坏了空间取向，所以相变后得到了真正的充分细化。
　　　（4）采用低温大变形程度的方法
　　　模锻时坯料尺寸确定之后，变形程度也就大体确定了。而自由锻时可以通过反复镦拔等方法来增大变形程度，且其终锻温度可低些，因而锻后不仅晶粒细小，而且由于残留大量的变形和内应力，在正火加热温度稍高于相变点时，将促使α→γ相按无序转变方式形成奥氏体，破坏了原来的空间取向，所以相变后晶粒将得到真正的充分细化。

萧落花生

孤鸿踏雪 发表于 2013-7-1 18:14
　　　细化晶粒的途径及其有关问题
　　　锻件要获得细晶粒不外乎以下三种途径：
　　　（1）在原材料冶炼 ...

哇  杨工太给力了，好好看看！

孤鸿踏雪

萧落花生 发表于 2013-7-1 18:26
哇  杨工太给力了，好好看看！

　　　多循环快速奥氏体化
　　　多循环快速奥氏体化又称超细晶粒淬火。已知多晶体材料的屈服强度与晶粒直径的平方根成反比（σs＝σ0+Kd-1/2，σ0为单晶体的屈服点），故如能获得超细晶粒组织，将使材料韧度显著提高。依据此理，使钢进行α←→γ多次循环相变，即可获得奥氏体的超细化晶粒。
　　　产生超细化的原因是，由于加热速度快，奥氏体形核率高，起始晶粒细，且未明显长大，经反复相变而达细化之目的。
　　　实验指出，循环加热淬火的要点是：原始晶粒应细，加热速度要快（一般为10～20℃/s，如感应加热、火焰加热、激光加热、离子束加热等）；循环次数不易过多，一般不超过5次以防晶粒高度细化不稳定；加热温度要控制，只能略高于AC3，以免晶粒长大。显然，具有组织遗传的材料不适宜循环加热淬火。
　　　GCr15钢选用相同温度加热、循环4次，或选用逐次降温加热、循环4次的方法获得了比常规工艺优良的显微组织和强韧度性能。
　　　
         碳化物超细化淬火
　　　过共析钢中剩余碳化物愈小，分布愈均匀，钢的强韧度愈高，接触疲劳强度愈高。利用这一原理，GCr15轴承钢取得了显著的强韧化效果。其方法有两种；一种是将GCr15加热至1040℃保温30min，使过剩碳化物全部溶入奥氏体中，然后在620～550℃等温转变为细珠光体，或在450～370℃等温转变为下贝氏体，获得极细的碳化物（平均直径<0.1μm）；另一种方法是先高温加热使碳化物完全溶解，油冷淬火，获得马氏体加大量残余奥氏体，然后进行冷处理，或在300～350℃等温，消除残余奥氏体，并获得极细的碳化物，最后高频加热淬火并低温回火。

腊月寒沫

国内市场多为需求而做。偷工减料又太多
曾经有次公司需要40Cr调质，外协发了件样品。硬度是到了，组织完全两回事。退回，对方解释说是调质前组织，也要确认下。我就纳闷了。既然态度这么好为毛GCr15淬回火前不给我看看球化做得这么样
观另一面，一日本电动车轮毂样品。其晶粒在400倍下观察如同100倍下观察8级晶粒度一般。
换做国内某些厂家一定想电动车做那么好就赚少了
不是国内技术做不到，只是想法没到

落水残阳

残阳的看法，这个所谓超细化处理，是为了得到极细的球状碳化物。与液析关系不大。
锻造温度超过1100°C，保温时间多过半小时。比这个工艺介绍的也要高，所以要处理液析，也在锻造时处理了，不会这么再来一次。
该工艺相对于普通球化退火，可以得到更细更均匀的球状碳化物。
按残阳目前所知，如果淬火前碳化物极细极均匀，固然是好的，但如果保温时间不严格控制，会抹煞了这个优点。
矛盾有主要方面一说，对于轴承寿命，影响因素很多，在目前看来，此方面还没有变成主要方面。

吉祥如意

估计是个论文性质的文章。

aaron01

落水残阳 发表于 2013-7-8 14:16
残阳的看法，这个所谓超细化处理，是为了得到极细的球状碳化物。与液析关系不大。
锻造温度超过1100°C，保 ...

液析是成分严重偏析引起的，要溶掉液析碳化物，光光高温是不够的，要扩散，要把局部高碳区扩散掉，需要时间，这就相当于做扩散退火，不是锻造能解决的。

吉祥如意

aaron01 发表于 2013-7-8 14:59
液析是成分严重偏析引起的，要溶掉液析碳化物，光光高温是不够的，要扩散，要把局部高碳区扩散掉，需要时 ...

锻造打碎了，容易溶解。

aaron01

吉祥如意 发表于 2013-7-8 15:22
锻造打碎了，容易溶解。

如果锻造能根本解决问题，就不会在淬火组织里发现液析了。

吉祥如意

aaron01 发表于 2013-7-8 15:34
如果锻造能根本解决问题，就不会在淬火组织里发现液析了。

锻造只能是把大的打碎变成小的。东西始终是存在的。只是改变了形态。