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高碳鉻鋼制軸承零件馬氏體淬回火后組織應為隱晶、細小結晶或小針狀馬氏體、均勻分布的細小殘留碳化物和少量的殘留奧氏體，除微型軸承外，允許存在少量的針狀或塊狀屈氏體（如圖1所示）。
淬回火后的顯微組織按《JB/T1255—2014 滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》標準條款3.2.2顯微組織的規定。具有這種組織的高碳鉻軸承鋼硬度、強度、耐磨性和耐疲勞性能都很好。經過回火還可以使軸承鋼獲得一定彈性、韌性、尺寸穩定性等良好的綜合性能。
圖1 馬氏體淬回火金相組織（500×）
高碳鉻鋼制軸承零件在熱處理過程中，由于軸承鋼材料缺陷、熱處理工藝、加工設備以及人為因素等導致了過熱金相顯微組織（粗針狀馬氏體組織）、欠熱金相顯微組織（屈氏體超標）、粗大顆粒碳化物和嚴重的網狀碳化物等顯微組織缺陷。這些金相顯微組織組織缺陷有的直接造成了產品報廢，如過熱金相顯微組織組織（粗針狀馬氏體組織）。有的缺陷雖然不至于使產品報廢，但會對壽命產生影響如欠熱金相顯微組織（屈氏體超標），對軸承壽命產生影響導致軸承早期破環，嚴重影響軸承產品質量。
1.淬火過熱金相顯微組織（粗針狀馬氏體）
圖2、圖3 為淬火過熱金相顯微組織，組織特征為明顯的粗大針狀馬氏體。該組織會導致軸承的韌性下降，抗沖擊性能降低，軸承的壽命也會縮短，過熱嚴重甚至會造成淬火裂紋。
圖2
圖3
（1）產生原因
主要是淬火加熱溫度過高，或在淬火加熱溫度上限保溫時間太長造成的，使二次碳化物溶解太多；奧氏體晶粒也有機會長大，則阻礙馬氏體長大的作用減弱，致使馬氏體有可能長得較大，在500倍（或1000倍）金相顯微鏡下可看到粗針狀馬氏體即過熱金相顯微組織。
也可能是原材料碳化物帶狀嚴重或退火組織碳化物大小分布不均勻，以及退火組織中有細片狀珠光體時，即使在正常的淬火工藝下，也容易在碳化物分布稀少或者顆粒細小處，馬氏體長大的阻礙少，從而形成粗大針狀馬氏體。
在表面脫碳處，沒有或只有少量的碳化物，阻礙馬氏體長大的作用較小，在冷卻條件較好時，馬氏體也有機會長大，形成粗大針狀馬氏體。
（2）措施
合理選擇淬火加熱溫度、加熱時間。按材料標準選用，嚴格控制碳化物帶狀。提高退火質量，生產過程中密切注意爐溫，如遇停電、設備故障等及時采取有效措施。
2.淬火欠熱金相顯微組織（屈氏體超標）
屈氏體是欠熱或冷卻不良產生的組織，是奧氏體在冷卻過程中發生珠光體轉變的產物，是極細的珠光體組織。軸承鋼中出現的屈氏體，按金相形態分為塊狀屈氏體（見圖4）、針狀屈氏體（見圖5）、針狀和塊狀的混合組織（見圖6）以及帶狀屈氏體（見圖7）。
圖4 金相顯微組織有較大團塊狀屈氏體
圖5 金相顯微組織有明顯針狀屈氏體
圖6 金相顯微組織針狀屈氏體與塊狀屈氏體混合
圖7 金相顯微組織帶狀屈氏體
屈氏體組織存在于淬火軸承鋼中，會引起鋼的硬度和強度的下降，對耐磨性和耐疲勞性也不利，并大大降低軸承鋼的防銹性能。零件硬度合格但存在少量的針狀、塊狀屈氏體符合《JB/T1255—2014 滾動軸承 高碳鉻軸承鋼零件 熱處理技術條件》標準規定的金相顯微組織要求，但大塊狀和網狀屈氏體超過了標準規定，是不合格組織，該組織可能導致零件硬度低，酸洗也容易發現軟點。
（1）產生原因
塊狀屈氏體是由于加熱不足（加熱溫度偏低或者保溫時間短）產生的。就是說加熱不足或者保溫時間不夠，使奧氏體合金化濃度低且不均勻，局部區域淬透性低，在正常冷卻時該區域發生珠光體轉變；針狀屈氏體是冷卻不良（淬火介質冷卻速度不夠）引起的。冷速不夠，即使在正常加熱下，鋼中有部分區域未達到臨界冷卻速度；帶狀屈氏體是軸承鋼原材料中帶狀碳化物引起并在貧碳區呈條帶狀分布的。
（2）措施
生產中若出現屈氏體，則要檢查其金相顯微組織，分析原因并采取相應的措施。如屈氏體為塊狀的，則要適當提高淬火加熱溫度，延長保溫時間；若是針狀屈氏體，則應加大冷卻速度。若加熱溫度、保溫、冷卻皆正常又出現屈氏體，則要檢查原材料問題、控溫問題、設備故障等方面，及時找出原因并采取措施。
3.嚴重的網狀碳化物
圖8試樣是采用4%硝酸酒精溶液深腐蝕后顯示的嚴重網狀碳化物。此組織缺陷不是淬火過程中形成的，而是由軋、鍛或退火不當形成的，只是在淬火后檢查才發現。
圖8 網狀碳化物
（1）產生原因
網狀碳化物將增大鋼中化學成分的不均勻性，在熱處理淬火時易造成很大的組織應力，導致零件的變形及開裂。網狀碳化物的存在大大削弱了基體晶粒間的聯系，使鋼材的力學性能、尤其是沖擊性能降低，且隨著網狀碳化物級別的增大，沖擊性能則不斷降低。網狀碳化物對抗彎強度和抗拉強度也有著顯著的影響。另外，隨著鋼材中網狀碳化物級別的增加，接觸疲勞強度降低，存在有粗大網狀碳化物的縱向試樣的接觸疲勞強度約降低30％。網狀碳化物級別每增高一級，零件的使用壽命降低約1/3。
嚴重的網狀碳化物在隨后的球化退火過程中無法將其消除，只有通過正火工藝才能消除或改善網狀碳化物的組織。如果網狀碳化物較輕，在球化退火過程中部分網絡可以斷開，而且可以被球化。但造成碳化物的顆粒較大和球化退火組織中的碳化物顆粒不均勻。
（2）措施
嚴格控制軸承鋼原材料存在的網狀碳化物，使其網狀碳化物級別不能超過《GB/T18254—2016 高碳鉻軸承鋼》標準規定的級別?？刂戚S承鍛件鍛造加工過程中的冷卻速度，避免因冷速過慢產生網狀碳化物，必要時采用風冷方式，加快鍛件的冷卻速度，防止產生網狀碳化物。
4.結語
以上對高碳鉻軸承鋼零件淬火后產生的顯微組織主要缺陷產生原因進行了深入的分析，并針對性地提出預防糾正措施，期望對提高高碳鉻軸承鋼零件淬火質量期望起到拋磚引玉的作用。在生產實踐中情況十分復雜，必須對不同的情況做具體的分析，只有這樣才能保證高碳鉻軸承鋼零件淬火的質量，為軸承產品的內在質量提供可靠保證。
作者：孫欽賀
單位：杭州駿馬軸承有限公司質保部
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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