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GCr15軸承鋼裂紋缺陷分析與研究
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時(shí)間：2015-11-25
以GCr15為代表的高碳鉻軸承鋼是軸承鋼中產(chǎn)量最大的鋼種，由于軸承的工作特點(diǎn)是承受強(qiáng)沖擊載荷和交變載荷，其工作環(huán)境惡劣，因此要求軸承鋼具有高且均勻的硬度、高接觸疲勞強(qiáng)度、良好的韌性和一定的淬透性。
以GCr15為代表的高碳鉻軸承鋼是軸承鋼中產(chǎn)量最大的鋼種，由于軸承的工作特點(diǎn)是承受強(qiáng)沖擊載荷和交變載荷，其工作環(huán)境惡劣，因此要求軸承鋼具有高且均勻的硬度、高接觸疲勞強(qiáng)度、良好的韌性和一定的淬透性。最近某鋼廠在日常檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)個(gè)別GCr15軸承鋼試樣出現(xiàn)裂紋，為了找出裂紋產(chǎn)生的原因，研究人員進(jìn)行了詳細(xì)的分析與討論，為實(shí)際生產(chǎn)提供了理論依據(jù)。
GCr15軸承鋼的化學(xué)成分見(jiàn)表1，熱軋態(tài)組織為細(xì)片狀珠光體+碳化物（Fe，Cr）3C，一般需經(jīng)球化退火，淬火+低溫回火熱處理，熱處理后組織為細(xì)小的隱晶馬氏體+滲碳體顆粒。
表1 GCr15軸承鋼化學(xué)成分
C
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Si
|
Mn
|
Cr
|
Mo
|
P
|
S
|
0.950～1.050
|
0.150～0.350
|
0.250～0.450
|
1.400～1.650
|
≤0.100
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≤0.025
|
≤0.025
|
?
對(duì)裂紋缺陷試樣進(jìn)行切割取樣，用標(biāo)樂(lè)磨拋機(jī)磨制拋光，用日本電子JSM-6490掃描電鏡對(duì)裂紋缺陷進(jìn)行平面、橫截面觀察，采用牛津儀器OXFORD對(duì)裂紋內(nèi)進(jìn)行能譜成分分析，采用日本島津EPMA-1720電子探針對(duì)裂紋及其附近進(jìn)行微區(qū)成分元素偏析分析，然后用4%硝酸酒精腐蝕后進(jìn)一步觀察裂紋附近組織變化情況。
金屬學(xué)理論通常認(rèn)為晶界是強(qiáng)化元素，即晶界的鍵合力高于晶內(nèi)，只有在晶界被弱化時(shí)才會(huì)產(chǎn)生沿晶脆斷。通常情況下，造成晶界弱化的原因有幾個(gè)方面：一是晶界沉淀相造成的沿晶斷裂，是由晶界的夾雜和第二相沉淀造成的，晶界上的析出相通常是不連續(xù)的，呈球狀、棒狀或樹(shù)枝狀，有時(shí)可覆蓋50%以上的晶界面積，晶界沉淀相越多，斷裂應(yīng)力越低。二是雜質(zhì)元素在晶界偏聚造成沿晶脆斷，主要有元素周期表中的Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ族的主族元素，如Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te等。三是環(huán)境介質(zhì)浸蝕而引起的沿晶斷裂，如銅脆、鎘脆等。四是高溫下的沿晶斷裂，主要有焊接熱裂紋、磨削裂紋、蠕變斷裂等。
從掃描電鏡、電子探針的裂紋內(nèi)成分分析結(jié)果來(lái)看，排除了雜質(zhì)元素的偏聚影響，另外，所研究的試樣熱軋后僅經(jīng)退火工序，沒(méi)有經(jīng)過(guò)環(huán)境介質(zhì)的影響和高溫的促進(jìn)作用，也排除了第三、四種原因。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)裂紋內(nèi)含有C、O、Cr、Si、Mn等元素，且Cr含量的異常偏高，說(shuō)明了晶界有降低晶界強(qiáng)度的腐蝕性物質(zhì)存在，從電子探針的面掃描結(jié)果可以看出：晶界上Cr析出物的覆蓋率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于50%的晶界面積，符合第一種情況，即晶界上有沉淀相造成的沿晶斷裂。因此，試驗(yàn)分析的試樣裂紋應(yīng)是在煉鋼過(guò)程中局部高濃度的Cr塊未溶解而形成的Cr偏析，能譜分析結(jié)果C、Cr的成分比例接近Cr23C6,在晶界形成了類似不銹鋼中的富Cr的碳化物而弱化了晶界，導(dǎo)致沿晶裂紋的產(chǎn)生。
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