GCr15轴承钢叶片环热处理后磁粉探伤异常的原因

章宝明,尚延伟,倪 军,张斌辉

(国家中小型轴承产品质量监督检验中心(浙江),绍兴 312500)

GCr15轴承钢是一种合金含量少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢，经过淬火+回火处理后具有高硬度、良好耐磨性等优点，广泛用于轴承内外圈、滚动体、轴套、冲模等对耐磨蚀性能要求高的结构件，以及制作承受大负荷的小截面零件(经调质处理)和应力较小的大型零件(经正火处理)。

盐浴炉加热速度快，温度均匀，工件始终处于盐液内加热，出炉时其表面会附着一层盐膜。对于加热温度和表面质量要求较高的工件，常采用盐浴炉加热。常用的中性盐浴加热用盐主要包括氯盐、碳酸盐和硝酸盐三大类。氯盐常用的有氯化钠、氯化钾，主要用于中温加热，氯化钡主要用于高温加热。碳酸盐常用的有碳酸钠、碳酸钙等。硝酸盐主要用于低温加热，也可用作淬火介质。

某公司生产的GCr15轴承钢叶片环属于承受负荷较大的小截面零件，其尺寸见图1。该零件为环形，在热处理过程中极易变形，采用夹具紧固、盐浴淬火的方式进行淬火处理后，平面度由50 μm降到10 μm以下，圆度由40 μm降到20 μm以下。但是，在后续磁粉探伤过程中，该叶片环外表面沿轴向发生磁粉聚集现象。笔者通过化学成分分析、宏观观察、显微组织观察和能谱分析等方法，分析了该叶片环外表面发生磁粉聚集的原因。

图1 叶片环的尺寸示意

1 理化检验

1.1 化学成分分析

采用ARL4460型直读光谱仪检测该叶片环的化学成分。由表1可见，其化学成分符合标准GB/T 18254-2016《高碳铬轴承钢》中对GCr15轴承钢的技术要求。

表1 GCr15轴承钢叶片环的化学成分

1.2 宏观观察

采用蔡司Stemi 2000-C型体视显微镜，观察该叶片环侧面磁粉聚集处的宏观形貌。由图2可见，该叶片环侧面沿轴向可见线条状磁粉聚集现象，将其擦拭后，外表面无肉眼可见的磁粉聚集现象，推测该缺陷位于零件产品内部。

图2 叶片环侧面磁粉聚集处的宏观形貌

1.3 金相检验

在该叶片环磁粉聚集处截取剖面试样，经镶嵌、磨抛后，用4%(体积分数)硝酸酒精浸蚀，采用蔡司Axio observer.A1m型光学显微镜进行观察。由图3可见，在距该叶片环侧面8.9 μm深度处存在黑色点状缺陷，缺陷长度约为146 μm。

图3 叶片环磁粉聚集处内部缺陷的微观形貌

1.4 能谱分析

采用EM-30AX型能谱仪(EDS)，对该叶片环黑色点状缺陷处和基体处进行元素分析。由图4可见，基体处未检测到氯元素，黑色点状缺陷处存在氯元素。

图4 该叶片环基体处和黑色点状缺陷处的EDS谱

2 分析与讨论

由化学成分分析结果可知，该叶片环的化学成分符合GB/T 18254-2016标准对GCr15钢的技术要求。通过宏观观察和金相检验结果可知，在距叶片环侧面8.9 μm深度处有黑色点状缺陷，缺陷长度约为146 μm。通过能谱分析结果可知，基体处未检测到氯元素，而缺陷处存在氯元素，推测该缺陷为腐蚀坑。该叶片环其余位置未发生腐蚀或发生轻微腐蚀。

氯离子是一种强腐蚀性离子，被称为点蚀的“激发剂”。氯离子半径小、穿透能力强，常从钝化膜破损处渗入，与金属离子发生反应，形成强酸溶解钝化膜，从而强烈地吸附在金属表面[1]。

在热处理过程中，工件变形是一种不可避免的现象。淬火时，高温工件放入冷却剂中会产生收缩。工件截面各部分的冷却是有先后的，工件表面先冷却、先发生收缩，工件中心后冷却、后发生收缩，工件表面收缩就必然受到中心部分的牵制。

薄壁环状工件一般需要采用专用夹具紧固，并沿轴向垂直浸入淬火冷却剂，以减轻或防止工件产生翘曲变形[2]。该批叶片环采用夹具紧固的方式进行淬火处理，淬火介质易残留在叶片环之间的间隙中且较难清洗，淬火介质中残留的氯离子在该处诱发腐蚀，进而形成点蚀坑。

3 结论及建议

(1)该叶片环采用多只叠加及夹具紧固的方式进行淬火处理，淬火介质易残留在叶片环之间的间隙中且较难清洗，淬火介质中残留在该处的氯离子诱发腐蚀，进而形成点蚀坑，造成磁粉聚集现象。

(2)建议先拆除夹具，再清除叶片环之间的淬火液残留物。