更新时间：2024-06-19 11:46
屈氏体也称 托氏体。是350-500范围内奥氏体等温转变形成，片层间距平均小于0.1μm，即使在高倍光学显微镜下也无法分辨出片层，只有在电子显微镜下才能分辨出层片，与珠光体、索氏体只有粗细之分，并无本质之分。
在一般光学显微镜下，只能看到如墨菊状的黑色形态。当其少量析出时，沿晶界分布，呈黑色网状；当其大量析出时，成大块黑状。屈氏体的耐蚀性较差。
屈氏体是铁素体与渗碳体组成的极细混合物, 极易被硝酸酒精腐蚀。为了便于观察屈氏体,采用2%的硝酸酒精对试样进行浅腐蚀后, 放置在1 000倍显微镜下观察, 可清楚地看到距工件表面0 ～ 0.070 mm有较多的细针状屈氏体, 含量大于1%, 而工艺要求表面屈氏体含量≤1%。根据其形态判断, 该类屈氏体属冷却不良所致。
同时, 在显微镜下还观察到网状的黑色组织,其上分布着剩余碳化物颗粒。仔细观察还发现黑色的网络状是沿奥氏体晶界形成的, 距试样表面深度约为0.020 mm, 采用2%的硝酸酒精进行浅腐蚀处理即可将其清晰地显示出来。
黑色组织的硬度
采用HVS-1000 型显微硬度计(试验力为3 N)对不同区域进行硬度检测, 结果表明, 表面黑色组织区域硬度明显低于马氏体区域的硬度。
从组织结构和硬度对比来看, 黑色组织是100Cr6钢在淬火时发生的扩散型相变产物, 其也是珠光体类型中的屈氏体。
100Cr6钢和GCr15 钢的特性相近, 其恒温转变曲线上有2个奥氏体加速分解的阶段。第1 个阶段在650 ℃附近, 第2个阶段在450 ～ 480 ℃附近。第2个阶段(中温转变阶段)的奥氏体分解速度小于第1个阶段。100Cr6钢淬火是为了得到需要的马氏体组织, 在冷却过程中必须避免钢中有珠光体(屈氏体)形成, 因此在连续冷却时第1 个阶段的转变具有决定性的作用。奥氏体转变为马氏体的临界冷却速度取决于钢的成分, 当钢材成分确定时, 为避免淬火组织中屈氏体含量超标, 应从热处理工艺方面着手解决。
炉内气氛
根据样件检验结果, 该型号套圈表面有0.01 mm的渗碳层。增碳使100Cr6钢表层碳浓度提高, 碳与铬易形成含铬碳化物, 在高温下碳原子不断扩散深入100Cr6钢表层,处于稳定状态的奥氏体晶界面上的铬首先与碳结合成为碳化物, 从而使晶界面上铬浓度降低, 随着碳的扩散含铬碳化物也不断增多, 贫铬区域逐步由晶界面向晶粒内发展, 导致晶粒内贫铬, 即产生所谓的“增碳贫铬”现象。
合金元素铬具有明显的增大奥氏体稳定性的作用(特别是抑制奥氏体第1 个阶段分解的作用), 因此贫铬区域的过冷奥氏体就会变得不稳定, 加上钢中未溶的剩余碳化物进一步起到加速奥氏体分解的作用。所以, 淬火时“增碳贫铬”区域的过冷奥氏体就容易首先分解得到珠光体产物———屈氏体。由于距表面0.02 mm范围内贫铬最为严重, 故在该区域内就会大量出现珠光体形成网状黑色组织;而距表面0.02 ～ 0.07 mm, 因少量贫铬而出现针状屈氏体。为降低工件表面屈氏体含量, 就需要降低炉内碳势。
原工艺采用“ N2 +甲醇+丙烷”保护气氛加热。为降低炉内碳势, 关闭了丙烷, 只通“ N2 +甲醇”, 将氧势从1 000 降为950 (辊底炉选用氧势表)进行试验, 结果工件表面屈氏体含量明显降低, 且表面也没有再出现黑色组织。
淬火油槽搅拌速度
淬火油槽搅拌的作用是加快淬火油的流动, 缩短工件淬火过程中产生蒸气膜的时间, 增强冷却效果。100Cr6钢制工件表面的屈氏体超标, 是在一定的冷却条件下才发生的, 当改变淬火油槽搅拌速度时, 淬火后工件表面屈氏体的含量明显不同。
在下述试验中, 其他淬火参数不变, 将油槽搅拌速度设为25 Hz和45 Hz进行淬火。结果表明,搅拌速度25 Hz时淬火工件屈氏体含量较多, 而搅拌速度45 Hz时淬火工件屈氏体含量较少。
淬火油温度
我公司采用的等温淬火油适合于有效壁厚8 mm以下的轴承套圈淬火。同快速淬火油相比,等温淬火油更有利于控制套圈淬火变形量。等温淬火油的使用温度为80 ～ 140 ℃, 随着油温的升高, 等温淬火油的淬透性提高, 淬火工件表面屈氏体减少。
试验中其他工艺参数不变, 分别采用105 ℃和130 ℃的油温淬火。结果显示, 采用105 ℃油温淬火的工件表面和心部屈氏体含量都较高, 而采用130 ℃油温淬火的工件表面和心部屈氏体含量均较低。但油温过高会加快油品老化, 缩短淬火油使用寿命, 增加生产成本。
通过以上分析和试验, 确定的新热处理工艺如表4所示。
采用此工艺进行处理并对淬、回火工件进行了检验, 结果表明, 淬火工件的表面屈氏体含量小于1%, 且其他质量指标也均能满足客户要求。
由于屈氏体硬度低, 会直接影响到磨加工质量。若成品的工作面上还剩有屈氏体薄层, 则会造成轴承早期磨损, 甚至会导致轴承早期失效。因此, 100Cr6钢制轴承套圈在淬火加热过程中, 必须严格控制表层的屈氏体含量。
分析结果表明, 热处理工艺不当是造成轴承套圈表面屈氏体含量超标的主要原因。针对不同类型的热处理设备及淬火油, 应根据产品的结构特点正确控制炉内碳势, 避免加热过程中产生严重的增碳或脱碳;同时还应注意选择适当的淬火油温度及搅拌速度, 这样才可有效地降低表面屈氏体含量。