摘 要:GCr15軸承鋼葉片環(huán)經(jīng)熱處理后,進(jìn)行磁粉探傷檢查,發(fā)現(xiàn)其側(cè)面沿軸向發(fā)生磁粉聚集 現(xiàn)象,擦拭磁粉后表面恢復(fù)平整。采用化學(xué)成分分析、宏觀觀察、金相檢驗(yàn)及能譜分析等方法,分析 了該葉片環(huán)外表面發(fā)生磁粉聚集的原因。結(jié)果表明:該葉片環(huán)采用多只疊加及夾具緊固的方式進(jìn) 行淬火處理,淬火介質(zhì)易殘留在葉片環(huán)之間的間隙中且較難清洗,淬火介質(zhì)中的氯離子誘發(fā)腐蝕, 進(jìn)而在距離葉片環(huán)外表面8.9μm 處形成點(diǎn)蝕坑,點(diǎn)蝕造成磁粉聚集現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞:GCr15軸承鋼;葉片環(huán);點(diǎn)蝕

中圖分類號:TG115 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1001-4012(2022)01-0062-02

GCr15軸承鋼是一種合金含量少、具有良好性 能、應(yīng)用最廣泛的高碳鉻軸承鋼,經(jīng)過淬火+回火處 理后具有高硬度、良好耐磨性等優(yōu)點(diǎn),廣泛用于軸承 內(nèi)外圈、滾動(dòng)體、軸套、沖模等對耐磨蝕性能要求高 的結(jié)構(gòu)件,以及制作承受大負(fù)荷的小截面零件(經(jīng)調(diào) 質(zhì)處理)和應(yīng)力較小的大型零件(經(jīng)正火處理)。

鹽浴爐加熱速度快,溫度均勻,工件始終處于鹽 液內(nèi)加熱,出爐時(shí)其表面會附著一層鹽膜。對于加 熱溫度和表面質(zhì)量要求較高的工件,常采用鹽浴爐 加熱。常用的中性鹽浴加熱用鹽主要包括氯鹽、碳 酸鹽和硝酸鹽三大類。氯鹽常用的有氯化鈉、氯化 鉀,主要用于中溫加熱,氯化鋇主要用于高溫加熱。 碳酸鹽常用的有碳酸鈉、碳酸鈣等。硝酸鹽主要用 于低溫加熱,也可用作淬火介質(zhì)。

某公司生產(chǎn)的 GCr15軸承鋼葉片環(huán)屬于承受 負(fù)荷較大的小截面零件,其尺寸見圖1。該零件為 環(huán)形,在熱處理過程中極易變形,采用夾具緊固、鹽 浴淬火的方式進(jìn)行淬火處理后,平面度由50μm 降 到10μm 以下,圓度由40μm 降到20μm 以下。但 是,在后續(xù)磁粉探傷過程中,該葉片環(huán)外表面沿軸向 發(fā)生磁粉聚集現(xiàn)象。筆者通過化學(xué)成分分析、宏觀 觀察、顯微組織觀察和能譜分析等方法,分析了該葉片環(huán)外表面發(fā)生磁粉聚集的原因。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 化學(xué)成分分析

采用 ARL4460型直讀光譜儀檢測該葉片環(huán)的 化學(xué)成分。由表1可見,其化學(xué)成分符合標(biāo)準(zhǔn) GB/ T18254-2016《高碳鉻軸承鋼》中對 GCr15軸承鋼 的技術(shù)要求。

1.2 宏觀觀察

采用蔡司Stemi2000-C型體視顯微鏡,觀察該 葉片環(huán)側(cè)面磁粉聚集處的宏觀形貌。由圖2可見, 該葉片環(huán)側(cè)面沿軸向可見線條狀磁粉聚集現(xiàn)象,將 其擦拭后,外表面無肉眼可見的磁粉聚集現(xiàn)象,推測 該缺陷位于零件產(chǎn)品內(nèi)部。

1.3 金相檢驗(yàn)

在該葉片環(huán)磁粉聚集處截取剖面試樣,經(jīng)鑲嵌、 磨拋后,用4%(體積分?jǐn)?shù))硝酸酒精浸蝕,采用蔡司 Axioobserver.A1m 型光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察。由圖 3可見,在距該葉片環(huán)側(cè)面8.9μm 深度處存在黑色點(diǎn)狀缺陷,缺陷長度約為146μm。

1.4 能譜分析

采用 EM-30AX 型能譜儀(EDS),對該葉片環(huán) 黑色點(diǎn)狀缺陷處和基體處進(jìn)行元素分析。由圖4可 見,基體處未檢測到氯元素,黑色點(diǎn)狀缺陷處存在氯 元素。

2 分析與討論

由化學(xué)成分分析結(jié)果可知,該葉片環(huán)的化學(xué)成分 符合 GB/T18254-2016標(biāo)準(zhǔn)對 GCr15鋼的技術(shù)要 求。通過宏觀觀察和金相檢驗(yàn)結(jié)果可知,在距葉片環(huán) 側(cè)面8.9μm 深度處有黑色點(diǎn)狀缺陷,缺陷長度約為 146μm。通過能譜分析結(jié)果可知,基體處未檢測到氯 元素,而缺陷處存在氯元素,推測該缺陷為腐蝕坑。 該葉片環(huán)其余位置未發(fā)生腐蝕或發(fā)生輕微腐蝕。 氯離子是一種強(qiáng)腐蝕性離子,被稱為點(diǎn)蝕的“激 發(fā)劑”。氯離子半徑小、穿透能力強(qiáng),常從鈍化膜破 損處滲入,與金屬離子發(fā)生反應(yīng),形成強(qiáng)酸溶解鈍化 膜,從而強(qiáng)烈地吸附在金屬表面[1]。

在熱處理過程中,工件變形是一種不可避免的 現(xiàn)象。淬火時(shí),高溫工件放入冷卻劑中會產(chǎn)生收縮。 工件截面各部分的冷卻是有先后的,工件表面先冷 卻、先發(fā)生收縮,工件中心后冷卻、后發(fā)生收縮,工件 表面收縮就必然受到中心部分的牽制。

薄壁環(huán)狀工件一般需要采用專用夾具緊固,并 沿軸向垂直浸入淬火冷卻劑,以減輕或防止工件產(chǎn) 生翹曲變形[2]。該批葉片環(huán)采用夾具緊固的方式進(jìn) 行淬火處理,淬火介質(zhì)易殘留在葉片環(huán)之間的間隙 中且較難清洗,淬火介質(zhì)中殘留的氯離子在該處誘 發(fā)腐蝕,進(jìn)而形成點(diǎn)蝕坑。

3 結(jié)論及建議

(1)該葉片環(huán)采用多只疊加及夾具緊固的方式進(jìn)行淬火處理,淬火介質(zhì)易殘留在葉片環(huán)之間的間 隙中且較難清洗,淬火介質(zhì)中殘留在該處的氯離子 誘發(fā)腐蝕,進(jìn)而形成點(diǎn)蝕坑,造成磁粉聚集現(xiàn)象。

(2)建議先拆除夾具,再清除葉片環(huán)之間的淬 火液殘留物。

參考文獻(xiàn):

[1] 管明榮.Cl - 離子對孔蝕的作用機(jī)理[J].青島理工大 學(xué)學(xué)報(bào),1997(3):95-98.

[2] 楊良會,吳永安,謝撰業(yè),等.預(yù)防薄壁環(huán)鍛件熱處理 變形模具設(shè)計(jì)[J].模具工業(yè),2017,43(3):60-62.

<文章來源>材料與測試網(wǎng)>期刊論文>理化檢驗(yàn)－物理分冊>58卷>1期(pp:62-63)>