热处理工艺对20Cr14Co12Mo5轴承钢力学性能的影响

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随着国内外航空航天技术的发展，轴承材料面临着高转速、高赫兹应力、耐温、耐蚀及减重等需求，对轴承材料各方面性能的要求越来越高，特别是强韧性能直接导致超高强度轴承、齿轮钢的迅速发展，新一代高强度、超高强度轴承、齿轮钢都采用二次硬化原理设计。20Cr14Co12Mo5轴承钢采用低碳马氏体和二次硬化机理设计，具有较高的抗拉强度、断裂韧性和耐腐蚀性能以及一定的耐热性能。如何热处理，对试验钢的力学性能具有十分重要的作用，斯洛文尼亚的V.LESKOVSEK提出的回火后进行深冷处理硬度略有提高，再进行一次回火硬度基本不变，使得试验钢在二次回火后韧性增加的同时，表面硬度也能够达到要求。钢铁研究总院结构材料研究所的科研人员研究了20Cr14Co12Mo5高性能轴承钢的热处理工艺对组织和强韧性能的影响规律。

试验用20Cr14Co12Mo5钢主要成分见表1，经过VIM+VAR处理后，铸成100kg钢锭，高温锻压成φ20mm的棒料。用HR150A型洛氏硬度计测试硬度，每个试样为5个点硬度值的平均值；拉伸试样尺寸（mm）为φ5×65的标准样，每个数据为3个试样的平均值；冲击试样的尺寸（mm）为10×10×55，U型缺口；断裂韧性试样尺寸（mm）为20×40×180，断裂韧性试验在MTS880万能力学试验机上进行。20Cr14Co12Mo5轴承钢分别以1050℃、1080℃、1100℃温度淬火，在冷处理后采用回火的温度为500℃，回火时间为3h；在1100℃淬火处理和冷处理后，分别采用490℃×2h，490℃×3h，500℃×3h的回火制度。

表1 试验钢化学成分（质量分数）
%

C	Cr	Co	Mo	Ni	S	P
0.10-0.20	13.6-14.4	11.5-12.4	4.5-5.4	1.8-2.3	≤0.002	≤0.008

试验结果如下：

1）双真空超洁净熔炼初步研制出一种20Cr14Co12Mo5超高强韧性、耐热耐蚀轴承钢，通过控制相转变，达到Rm为1840MPa，Rp0.2为1410MPa，A为17%，Z为62.5%，Aku为75J•cm-2，KIc为108MPa•m1/2等。

2）通过分析轴承钢强度与韧性变化特征，发现固溶强化、超细化马氏体板条、细小而弥散分布的强化相Laves相和M2C、M23C6等碳化物与少量残余奥氏体是轴承钢强韧化的重要因素。

3）通过分析热处理不同工序对硬度与冲击韧性的影响，发现冷处理对钢的硬度和冲击韧性影响显著；第一次回火显著增加材料硬度，而对冲击韧性影响较小。