欧亮龙，叶健熠，冯继伟，夏谦

(1.洛阳轴承研究所有限公司，河南 洛阳 471039；2.河南省高性能轴承技术重点实验室，河南 洛阳 471039；3.滚动轴承产业技术创新战略联盟，河南 洛阳 471039)

GCr15钢是常用的滚动轴承材料，根据轴承的使用要求，其淬火方式主要是常规马氏体淬火、淬火后高温回火和下贝氏体等温淬火，淬回火方式不同，得到的组织也不相同，不同组织对性能影响很大，一般情况下常规马氏体淬火得到的组织硬度高，但脆性大；高温回火后硬度降低，韧性提高[1-3]；GCr15和GCr18Mo钢经等温淬火得到下贝氏体组织，硬度适中，韧性优良[4-6]。因此，在承受较大冲击载荷下使用的轴承零件，尤其是套圈经常采用等温淬火[7]。而钢球通常采用马氏体淬回火，采用等温淬火以获得下贝氏体组织的情况却不常见。现以φ10 mm GCr15钢球为例，通过试验研究其在上述3种淬火工艺下得到的3种组织的硬度、压碎载荷、抗回火性等性能，为等温淬火在钢球上的应用提供基础试验数据。

1 试验条件

1.1 试样

试验用GCr15原材料均为热轧退火盘条，直径为7.1 mm，化学成分和冶金质量分别见表1、表2。

表1 GCr15原材料的化学成分

表2 GCr15原材料的冶金质量

1.2 试验设备

钢球马氏体淬火和贝氏体淬火设备分别为RCWC9-6000×600型可控气氛网带炉和AICHELIN盐淬多用炉，抗回火性能试验设备为XC881-T远红外快速节能烘干箱和DQX-30-6箱式电阻炉。

1.3 钢球的热处理工艺

φ10 mm钢球的生产过程为：冷镦→去应力退火→软磨→淬回火→检验淬回火后钢球的硬度、组织、压碎载荷等→热检合格后转入磨削加工→成品。

把钢球分成3组(每组3个)，分别用Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ组表示，Ⅰ和Ⅱ组在可控气氛网带炉中淬火，淬火工艺相同，回火温度不同；Ⅲ组为贝氏体淬火。具体热处理工艺如图1所示。

图1 热处理工艺曲线

2 结果与分析

2.1 钢球的硬度和组织

依据GB/T 34891—2017《滚动轴承 高碳铬轴承钢零件 热处理技术条件》检验评定淬回火后钢球的硬度(每个钢球随机测3点)，结果见表3，热处理后各组织的金相图如图2所示，晶粒度如图3所示，按GB/T 6394—2017《金属平均晶粒度测定方法》分别被评定为8.2，8.2，8.0级。

图2 热处理后组织的金相图

图3 热处理后组织的晶粒度

表3 淬回火后钢球的硬度

由表3可知，与Ⅱ，Ⅲ组钢球相比，Ⅰ组钢球的硬度高出2～3 HRC。

综上可知，3组钢球淬回火组织形态不同，但晶粒度基本一致，排除了晶粒度对钢球性能的影响。

2.2 钢球的压碎载荷

通过钢球压碎试验既可以发现钢球热处理和原材料方面的缺陷，又可以研究不同回火温度下各个指标的变化规律[6]。依据GB/T 34891—2017中钢球压碎载荷测试方法对热处理后的钢球进行压碎载荷试验，3组钢球同时试验，加载速度相同，均为1.3 kN/s，试验结果见表4。

表4 淬回火后钢球的压碎载荷

由表4可知，下贝氏体与高温回火马氏体的压碎载荷值较高，且基本相当；常规回火组的压碎载荷值较低。Ⅱ，Ⅲ组钢球平均压碎载荷值分别是Ⅰ组的1.42，1.48倍，故Ⅰ组钢球具有更高的脆性，Ⅱ，Ⅲ组钢球硬度较低，具有较好的韧性及较低的裂纹敏感性。

2.3 抗回火性能

取Ⅰ，Ⅲ组淬回火钢球分别在200，240，250，300，350，400，450 ℃回火3 h，检测回火后钢球的硬度，并分析常规马氏体与下贝氏体的抗回火性能，回火后硬度平均值如图4所示。

图4 GCr15钢马氏体组织与下贝氏体组织的抗回火性能对比

由图4可知，抗回火性能试验中，与Ⅰ组钢球相比，Ⅲ组钢球的抗回火性能更优。GCr15钢球贝氏体组织的抗回火性能明显优于常规马氏体组织的抗回火性能，即在相同回火工艺下，下贝氏体组织的硬度下降值小于马氏体组织。

3 结论

1)GCr15钢球在240 ℃回火和240 ℃等温淬火后得到的组织不同，但硬度值、压碎载荷值相当，两者的压碎载荷值明显高于常规马氏体回火的钢球。

2)GCr15钢球等温淬火后得到的贝氏体组织的抗回火性能明显优于常规马氏体组织的抗回火性能。

3)要得到高强韧性的GCr15钢球，除了采用高温回火外，也可以采用等温淬火，以得到完全下贝氏体组织。