摘  要:從化學(xué)成分、顯微組織、硬度等方面，對比了國外及國內(nèi)相近規(guī)格軸承滾子原材料及熱處理質(zhì)量水平。結(jié)果表明:國外及國內(nèi)滾子原材料成分接近、國外滾子有帶狀組織、非金屬夾雜相當(dāng);熱處理質(zhì)量方面馬氏體組織級別接近、硬度相近、國內(nèi)屈氏體組織優(yōu)于國外，但殘留奧氏體含量高于國外的，并提出了軋機(jī)軸承滾子采用馬貝復(fù)合淬火的方案。 

關(guān)鍵詞:冷軋薄板軋機(jī);圓柱軸承滾子;軋機(jī)軸承;原材料;熱處理

軋機(jī)軸承滾子的早期疲勞失效模式是在表面層下 一定深度的***大交變切應(yīng)力處產(chǎn)生細(xì)小裂紋，隨著持續(xù)的負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)，裂紋逐步擴(kuò)展散到表面，使材料剝落產(chǎn)生麻點(diǎn)和凹坑，隨著表面接觸狀況的惡化，***后導(dǎo)致軸承早期失效，非金屬夾雜物以及碳化物液析，也是降低滾子的接觸疲勞強(qiáng)度和耐沖擊性能的原因之一［1］。國內(nèi)某軋鋼廠冷軋薄板軋機(jī)上使用過國內(nèi)外兩家的圓柱軸承，其中國外軸承壽命能達(dá)到兩個多月而失效，而國內(nèi)［2］軸承套圈雖然采用滲碳鋼制造，滾動體采用高碳鉻軸承鋼，但使用壽命只能達(dá)到20天。為了提高國內(nèi)軋機(jī)軸承的使用壽命，針對國外軋機(jī)軸承滾子的原材料及熱處理質(zhì)量進(jìn)行了分析，為提高國內(nèi)軋機(jī)軸承壽命提供了一種方案。

1   滾子原材料質(zhì)量

1.1 滾子結(jié)構(gòu)

國外軋機(jī)軸承滾子為圓柱形結(jié)構(gòu)，滾子大小為φ29.5 mm，長度為50mm;LYC滾子大小φ30mm，長度為50mm。

1.2 化學(xué)成分對比

采用瑞士AＲL4460直讀光譜儀，參照標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2235—2010《鐵道車輛滾動軸承技術(shù)條件》，對國外軸承滾子及近似規(guī)格的LYC軸承滾子用材進(jìn)行成分分析，結(jié)果見表1。從其結(jié)果來看，國外軸承滾子與 LYC用的滾子用材料相當(dāng)于國內(nèi)GCr15鋼，成分相近。

1.3 非金屬夾雜及碳化物分布

軸承鋼性能的好壞直接影響到軸承的性能。影響軸承鋼質(zhì)量的因素主要有四個，一是鋼中的夾雜物含量、形態(tài)、分布和大小;二是鋼中的碳化物含量、形態(tài)、分布和大小;三是鋼中的中心疏松縮孔和中心偏析;四是軸承鋼產(chǎn)品性能的一致性［3］。按照J(rèn)B/T 18254—2002《高碳鉻軸承鋼》相應(yīng)的級別圖，對國外軋機(jī)軸承滾子及LYC滾子用原材料，在非金屬夾雜及碳化物的不均勻性方面進(jìn)行了評級，檢驗(yàn)結(jié)果見表2。從檢測結(jié)果來看，各類夾雜缺陷、帶狀碳化物和碳化物液析均符合TB/T 2235—2010標(biāo)準(zhǔn)。對比 檢驗(yàn)結(jié)果可知，LYC滾子用GCr15電渣鋼材料質(zhì)量達(dá)到國外軋機(jī)軸承滾子用材的質(zhì)量，在帶狀組織控制方面稍占優(yōu)。

2   熱處理質(zhì)量檢驗(yàn)

2.1 組織及硬度檢查

采用OLYMPUS GX51型光學(xué)顯微鏡對國內(nèi)外軋機(jī)軸承滾子進(jìn)行了顯微組織檢測，腐蝕劑為4%硝酸酒精溶液。為了掌握國外軋機(jī)軸承滾子的硬度及其分布情況，將滾子沿長度的1/2處切開，磨削橫截面，由表及里進(jìn)行了硬度檢測。對滾子的表面組織、心部組織、碳化物網(wǎng)狀、滾動面硬度及心部硬度進(jìn)行了檢測，其結(jié)果見表3。

表3反映了國內(nèi)外滾子熱處理質(zhì)量的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，圖1和圖2分布代表了國外、國內(nèi)軸承滾子的顯微組織形貌。

按照J(rèn)B/T 1255—2014《滾動軸承高碳鉻軸承鋼 零件熱處理技術(shù)條件》評定其顯微組織及硬度，國內(nèi)外滾子的熱處理質(zhì)量均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，T代表屈氏體組織。從表3可以看到，LYC滾子熱處理質(zhì)量與國外軸承滾子相當(dāng)，由于國內(nèi)滾子是在帶保護(hù)氣氛輥底爐生產(chǎn)線進(jìn)行鹽浴淬火回火，無論是馬氏體組織的控制級別及馬氏體組織的均勻性(見圖2(a))，還是屈氏體組織(見圖2(b))的控制方面，均不低于國外軸承滾子的顯微組織水平((見圖1(a)和(b))。國外軸承滾子表面馬氏體組織為3級，而LYC滾子表面馬氏體組織相比實(shí)際控制可以達(dá)到2～3級;LYC滾子心部淺腐蝕組織僅有少量屈氏體，但國外滾子心部組織淺腐蝕有屈氏體2級。對比帶狀組織，國外原材料存在，但在帶上碳化物分布均勻細(xì)小((見圖1(c));而LYC滾 子無帶狀分布((見圖2(c));對比網(wǎng)狀碳化物，國外滾子存在，且單個顆粒碳化物尺寸較大((見圖1 (d))，而LYC組織網(wǎng)狀碳化物無，且碳化物顆粒分布細(xì)小均勻((見圖2(d))。對比滾子心部硬度，LYC滾子的硬度梯度變化不大，稍高于國外滾子心部硬度。 從網(wǎng)狀碳化物和帶狀碳化物來看，國內(nèi)的軸承滾子原材料質(zhì)量與國外原材料相當(dāng)。

2.2 表面殘留奧氏體

利用便攜式Xstrees3000X射線應(yīng)力儀，對兩種滾子的縱截面試樣，進(jìn)行了殘留奧氏體含量的測試，國內(nèi)外軋機(jī)軸承滾子殘奧檢測結(jié)果見表4。

從表面殘留奧氏體的測試數(shù)值來看，國內(nèi)殘留奧氏體含量大于國外滾子的殘留奧氏體含量。由此可見:該類軋機(jī)軸承滾子屬于馬氏體類淬火工藝，且采用鹽浴淬回火熱處理 方式，而我國軸承行業(yè)JB/T 1255—2014對殘留奧氏體進(jìn)行了規(guī)定。對于鹽淬方式的殘留奧氏體而言，重新回火后殘留奧氏體變化甚小。雖然殘留奧氏體含量偏高，但200℃回火對其影響不大。在殘留奧氏體方面，LYC滾子若用于軋機(jī)方面，可采用馬貝復(fù)合淬 火［4］的熱處理方式代替滾子原有的馬氏體淬火，淬火后得到的組織不是單一的貝氏體組織，而是以貝氏體為主，含有少量馬氏體的復(fù)合組織，這種“馬-貝復(fù)合組織”不僅具有高的強(qiáng)度和硬度，而且具有良好的沖擊性能，可以滿足軋機(jī)軸承的服役條件。為了獲得此類復(fù)合組織，工藝方案采用先馬后貝［5］，淬火先發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，奧氏體內(nèi)含碳量低的部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，奧氏體內(nèi)含碳量高的部分在隨后的Ms點(diǎn)以上的下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度等溫過程中轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w，***終淬火后殘留奧氏體量少，尺寸穩(wěn)定性高。第一次淬火過程轉(zhuǎn)變的馬氏體組織在隨后下貝氏體轉(zhuǎn)變溫度等溫時(shí)進(jìn)行了及時(shí)回火，因而淬火過程不易產(chǎn)生裂紋。工藝采用:淬火加熱溫度860℃，加熱時(shí)間84min，第一次冷卻溫度為180℃，等溫溫度為230℃，等溫時(shí)間5h。

2.3 晶粒度對比

根據(jù)GB/T 6394—2002《金屬平均晶粒度測定方 法》中晶粒度的顯示，侵蝕劑采用2g苦味酸+1g十 三苯亞磺酸鈉+100mL H2O，常溫下腐蝕;可以顯示高碳鉻軸承鋼的淬火回火后的奧氏體晶粒度大小。利用金相顯微鏡按GB/T 6394—2002標(biāo)準(zhǔn)，采用人工截點(diǎn)法進(jìn)行評級。兩種滾子的晶粒度對比見圖3，國外滾子為10.2級，LYC滾子為10.4級。影響晶粒度的因素有很多，***主要的是材料的化學(xué)成分及熱處理時(shí)的加熱溫度和保溫時(shí)間;熱處理時(shí)的加熱溫度越高，保溫時(shí)間越長，晶粒越粗大，反之亦然。這進(jìn)一步說明了兩者熱處理淬火加熱溫度相當(dāng)，屬于合理的溫度分布。

3   結(jié)論

1)國內(nèi)相近規(guī)格的電渣軸承鋼滾子用材料與國外軋機(jī)軸承滾子用材化學(xué)成分接近，原材料質(zhì)量完好，所以可以用GCr15電渣軸承鋼的替代國外軋機(jī)軸承滾子用材。

2)國內(nèi)軸承滾子的熱處理質(zhì)量如顯微組織、晶粒度、硬度與國外的相當(dāng)，但在殘留奧氏體的控制方面稍高于國外，可以通過開展先馬后貝的熱處理工藝，獲得良好的力學(xué)性能。

3)隨著馬貝生產(chǎn)線的推廣應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)“馬-貝復(fù)合組織”的熱處理工藝:建議采用淬火加熱溫度860℃， 加熱時(shí)間84min，第一次冷卻溫度為180℃，等溫溫度為230℃，等溫時(shí)間5h進(jìn)行小批量試制。

【參考文獻(xiàn)】

［1］趙旭平，寇紅濤，崔建春，等．GCr15鋼軸承滾子的早期磨損失效 分析［J］．金屬熱處理，2009，34(10):101-102． 

［2］鄒龍江，周全，高路斯．G20Cr2Ni4A鋼滲碳軸承滾子斷裂失效分析［J］．金屬熱處理，2013，38(10):101-103．

［3］曹文全，李紹昆，雷建中，等．國內(nèi)外軸承鋼現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［N］．世界金屬導(dǎo)報(bào)，2015年/8月/11日/第B12版．

［4］董漢杰，沈偉毅，王明禮，等．盾構(gòu)機(jī)主軸承滾子的熱處理工藝試驗(yàn)［J］．金屬熱處理，2015，40(4):150-151． 

［5］尤紹軍，毛玉紅，姜長英．高碳鉻軸承鋼馬貝復(fù)合組織淬火新技術(shù)［J］．軸承，2012(4):14-15