高碳铬轴承钢热处理工艺分析

薛鹏 张磊

关键词：高碳铬轴承;钢热处理;工艺

前言

全球轴承钢生产总量中，高碳铬轴承钢约占80%，但钢硬度、脆性等均会对轴承的疲劳寿命造成影响;因此，如何提升高碳铬轴承钢疲劳寿命和组织性能一直是钢材料研究者最为关注的重点。

1.高碳铬轴承钢材料的概述

近年来，随着材料领域的进一步发展，更多形式、更高质量的材料纷纷涌现出来，并推动社会的进步，满足了各行各业对材料的需求;轴承钢作为最具代表的现代材料，也衍生了出很多类型，比如：高碳铬类、渗碳类、不锈类、高温类;而在以上类型中，尤以高碳铬类的轴承钢材料更为突出;此类型不仅在延展性、抗疲劳性、冷热加工等方面的表现优异，而且在该材料加工时所应用的热加工处理操作更为简便，整体材料含有的合金元素更低、价格适宜;这也使得该类型的轴承钢材料应用范围最广。

但在高碳铬轴承钢材料飞速发展过程中，也遇到了更多的问题而影响到高碳铬轴承钢材料的性能，而从多角度、多方位对高碳铬轴承钢材料加工工艺进一步完善，不仅能够最大限度提升轴承钢材料的组织性能，而且还能够进一步优化材料使用的寿命和抗疲劳性能。

2.高碳铬轴承钢材料的成分设计

传统高碳铬轴承钢材料的主要成分包含了1%的碳元素、1.5%的铬元素，但随着市场经济的转变以及市场需求的多元化，高碳铬轴承的尺寸越来越大，这也给轴承钢材料的性能提出更高的要求;而材料研究者为进一步满足市场以及时代的需求，也在轴承钢材料中增加了锰元素、硅元素等的含量，并按照相应的配比来制造新兴的轴承类型，即——铬锰硅类轴承钢，以此来提升轴承钢材料的淬透性。此外，为增强轴承钢材料的淬透性，研究者还通过减少高碳铬轴承钢中的钼元素，研制出了铬锰硅钼类或铬锰钼类高碳铬类型轴承钢。

而在高碳铬轴承钢中，铬（cr）的含量通常在0.5-1.65%之间，其能够有效提升钢耐腐蚀性、淬透眭，并保证轴承钢中的碳化物均匀、细胞;锰（Mn）在高谈轴承钢中的含量较少，多在2%以下;而一旦Mn的含量超过2%，便会增加钢的裂纹倾向性以及过热敏感性，甚至还会降低钢材料的尺寸稳定性;硅（si）元素一旦过量也会导致高碳铬轴承钢的裂纹倾向性、过热敏感性等增加，因此，si元素的含量也应控制在O.8%以下;钼（Mo）元素能够进一步提升高碳铬轴承钢的淬透性以及抗回火的稳定性等，而且还有利于提升钢疲劳的强度;因此，在高碳铬轴承钢中，Mo的含量通常在0.2-0.4%之间。虽然近百年来，高碳铬轴承钢的材料基本上未发生大的改变，但相关行业仍致力于研究提升高碳铬轴承钢性能和稳定性的工艺。

3.高碳铬轴承钢热处理工艺

3.1马氏体淬火和回火工艺

高碳铬轴承钢热处理过程中，使用的马氏体淬火和回火工藝，即：将轴承的零件加热至830-880℃，并保持此温度0.5-1.0h以后;再油中淬火，具体淬火的工艺曲线见图一。在马氏体淬火以后，获得由马氏体、未溶碳化物、残余奥氏体等构成的组织;而在淬火后要即刻实施回火，以提升钢材料的韧性、保证钢材料的尺寸和稳定组织，消除其内应力。

近年来，随着热处理工艺的日渐成熟，大部分高碳铬轴承钢均会在钢零件磨削加工以后再行二次附加回火，以此来进一步提升钢材料的稳定性，保证其尺寸。但因常规马氏体淬火后获得的组织中，仍有残余的奥氏体含量，此时的奥氏体处于亚稳定相，其会在回火或零件使用期间发生分解;而分解后的零件硬度会有所提升、韧f生会下降;但不可否认的是，在一定条件下，残余的奥氏体能够降低接触应力的集中，并提升轴承疲劳寿命，因此，适量残余的奥氏体（6%-15%），有利于提升轴承的韧性和疲劳寿命。

3.2贝氏体等温淬火工艺

贝氏体等温淬火工艺主要是指：高碳铬轴承钢维持230-250℃等温2-4h后进行淬火，最后获得下贝氏体、未溶碳化物、残余奥氏体等构成的组织。而在使用贝氏体温淬火工艺进行热处理过程中，随着淬火的温度上升，贝氏体条也会随之变长;而随着等温温度的上升，贝氏体条会随之增宽，贝氏体条间的角度也会随之变小，并趋于平等排列;而经等温淬火以后的贝氏体量，也会随着等温时间延长而不断增多。

虽然贝氏体等温淬火获得的组织，其接触疲劳寿命较低温回火的马氏体组织的低，但在水或煤浆等润滑欠佳的条件下，贝氏体等温淬火后的组织，其疲劳寿命更具优势;因此，贝氏体等温淬火后的组织多被用于热处理轧机、起重机等机器所需的轴承以及润滑条件欠佳的矿山装卸系统、运输机上。

结束语

综上所述，高碳铬轴承钢因其所具有的高延展性、耐磨性、抗疲劳性而被广泛应用到各类机械的生产、使用中;但影响其疲劳寿命的因素也比较多，深入分析高碳铬轴承钢热处理工艺尤为关键。本文主要概述了高碳铬轴承钢材料及其成本设计，并提出高碳铬轴承钢热处理工艺，对于提升轴承寿命、节能环保、可靠性等均具有积极的意义。