热处理工艺和充氢对GCr15SiMoAl轴承钢压缩性能的影响

铭晨

自20世纪中叶，国内外开始对新一代贝氏体组织的轴承钢进行研究，而且应用到铁路货车轴承、铁路辙叉及轧机轴承上。轴承钢都是属于超高强度钢，这类超高强度钢对氢十分敏感，轴承在服役时从环境介质中吸收氢，氢对钢显著的影响是降低材料的塑韧性。氢在钢中是一种有害元素，当氢含量达到一定的临界值时，可能会发生脆性断裂。同时氢对轴承钢疲劳性能也有重要影响，氢会促进表面剥落，降低贝氏体钢的疲劳寿命。本课题以研发的新型GCr15SiMoAl钢为研究对象，通过盐浴等温淬火得到无碳化物贝氏体钢，对该钢进行不同热处理工艺下的充氢前后的压缩变形，以探讨新型贝氏体轴承钢的压缩变形及其断裂机理。

本试验钢在GCr15轴承钢的成分基础上，向钢中加入Si和Al抑制贝氏体钢中碳化物的析出，同时Al也能加快贝氏体相变；Mo元素的加入可以降低等温淬火时间获得贝氏体组织，也会提高轴承钢的韧性。本试验用钢的成分（质量分数，%）为：0.99C，1.54Cr，0.83Si，0.97Al，0.24Mn，0.35Mo，0.07Ni，0.002S，0.004P，余Fe。

用DIL40型热膨胀仪测量试验钢的相变点，其Ac1为770℃，Accm为813℃。首先进行球化退火工艺，将试样随炉升温至950℃，保温2h，空冷至600℃，再放入600℃的炉中，保温1h，空冷至室温，得到片状珠光体，将试样加热到700℃，保温10h，然后炉冷至室温。

为使碳化物完全溶解，最终得到无碳化物的组织，对试验钢的奥氏体化温度设定为950℃，保温2h。然后在230℃盐浴等温淬火分别为0.5、3、73h，再加热到210℃回火1h。另外，对试验钢进行传统的热处理工艺，随炉升温到860℃保温1h，进行油淬，然后210℃回火1h。GCr15钢热处理工艺为随炉升温到860℃保温1h，进行油淬，然后210℃回火1h。

利用光学显微镜观察不同热处理状态下试样的显微组织；利用热机械模拟试验机对未充氢及充氢3h后的试样进行常温下压缩试验，应变速率为0.01s-1；利用场发射式扫描电子显微镜对压缩后试样的断口进行观察；用衍射仪测量压缩前后残留奥氏体的体积分数。结果表明：

（1）GCr15SiMoAl轴承钢经0.5h等温获得了贝氏体铁素体、残留奥氏体及马氏体的复合组织，其综合压缩性能最好。随着盐浴等温时间的延长，抗压强度逐渐降低，相对压缩率先高后降低。且GCr15SiMoAl轴承钢在所有工艺下获得的性能均优于传统的GCr15轴承钢。

（2）氢对轴承钢的抗压强度影响较小，但是由于氢会促进残留奥氏体发生应变诱发马氏体转变，严重降低了轴承钢的塑性。