循环冷处理对低碳马氏体不锈轴承钢组织和性能的影响

zhangkai

轴承钢的生产和发展水平是一个国家机械工业化水平高低的重要标志之一。低碳Fe-Cr-Co-Ni-Mo系马氏体不锈轴承钢经热处理后产生马氏体相变强化和第二相析出强化相互叠加可使材料获得更好的强韧性。但由于合金含量较高，经淬回火后仍有大量的残留奥氏体。冷处理不仅能促使残留奥氏体向马氏体转变，同时还能提高零件的精度和耐磨性能。为此，研究了循环冷处理对低碳不锈轴承钢组织和性能的影响。

以一种低碳不锈马氏体轴承钢为研究材料，主要成分如表1所示。材料经过双真空熔炼后铸锭，在1050～1100℃锻压后空冷至室温。

表1 试验钢的化学成分（质量分数，%）

C	Cr	Co	Mo	Ni	Si	Fe
0.1～ 0.15	12.0～14.0	12.0～13.0	3.5～ 4.4	1.5～ 1.9	0.05～0.07	余量

试验热处理在箱式电阻炉中进行，淬火温度为1040℃。电阻加热炉加热到预定温度后，将试样装入炉中保温60min油淬到室温。清洗干净后立即装入-75℃冷柜中进行冷处理120min。试验钢回火温度为510℃，保温时间为120min，详细工艺如表2。

表2 试验钢的热处理工艺

工艺	淬火	一次冷处理	一次回火	二次冷处理	二次回火
Q	1040℃×1h
QC	1040℃×1h	-75℃×2h
QCT	1040℃×1h	-75℃×2h	510℃×2h
QCTC	1040℃×1h	-75℃×2h	510℃×2h	-75℃×2h
QCTCT	1040℃×1h	-75℃×2h	510℃×2h	-75℃×2h	510℃×2h

冲击试验按GB/T229-1994《金属夏比缺口冲击试验方法》。洛氏硬度采用HR-150A型洛氏硬度试验机。采用Rigaku D、max-2200型X射线衍射仪进行结构和相分析。采用PHILIPS XL30ESEM TMPSEM型扫描电镜观察和分析试验钢在不同工艺下的微观组织和断口形貌。用JEM-2100型透射电子显微镜观察试验钢的马氏体形貌及残留奥氏体形态。结果表明：
（1）试验钢经1040℃淬火后，再经不同次数的冷处理及回火处理，组织均为板条马氏体+少量的残留奥氏体。随冷处理次数和回火次数增加，马氏体板条进一步细化，平均宽度减小，钢中残留奥氏体含量减少。
    （2）随着冷处理+回火次数的增加，试验钢的硬度增加而韧性下降。