回火工艺对Cr4Mo4V微型轴承套圈组织与性能的影响(3)

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1.2.1 球化退火

在轴承钢进行最终热处理前，需先对其进行球化退火，其目的是为了将低硬度，使轴承钢原材料易于切削加工成各种形状；同时获球状颗粒且弥散分布在铁素体基体上的渗碳体，为最终热处理备好组织[9~11]。国内外通常采用的球化退火工艺为：在高于AC1的某温度下，保温数段时间后随炉冷却至650℃以下，然后空冷至室温。如今，不少厂家也采用等温球化退火的方法来节省时间，而工艺操作上较为复杂[12]。

1.2.2 马氏体淬回火

轴承钢的最终热处理通常是通过马氏体淬回火的方式完成。通常先在AC1~ACm间某一温度加热保温一段时间，然后淬火。其中，奥氏体化温度越高，原始组织的稳定性越差，易导致淬火显微裂纹的出现。通常马氏体淬火组织由淬火马氏体、未溶解的碳化物及残余奥氏体组成。在淬火完成后，立即进行回火来消除内应力，并稳定组织尺寸。为消除磨削时产生的磨削应力，并更加稳定组织，通常要再磨削后进行附加回火。而精密轴承为保证服役期间的尺寸稳定性，常采用淬火后冰冷处理加高温回火的方法[13][14]。

1.2.3 其他轴承钢热处理技术

除以上两种主要热处理技术外，轴承钢的热处理还包括贝氏体等温淬火，马氏体应力淬火及表面改性技术等[15]。其中，贝氏体等温淬火技术在上世纪50年代已在国外生产中广泛被应用于汽车、起重机、铁路等耐冲击轴承，国内则在上世纪70年代对轴承钢贝氏体淬火进行了大量研究，大力推广则是在90年代初，代表钢种即为GCr18Mo[16-17]；马氏体应力淬火和表面改性技术，则是从上世纪80年代开始，基于对轴承钢寿命及可靠性的要求而兴起的轴承钢热处理技术，但同时由于成本的问题，主要应用于特殊要求的轴承。

1.3 残余奥氏体对轴承钢组织与性能的影响

作为一种非稳定向，残余奥氏体通常有向更稳定的α相转变的趋势。因为马氏体比容比奥氏体大，故过多的残余奥氏体转变成马氏体的过程中，会导致轴承尺寸的改变，从而降低轴承的尺寸稳定性[18][19]。而另一方面，奥氏体又是一类韧性相，在某种程度上能吸收裂纹在扩展时所产生的能量，减轻裂纹尖端的应力集中，协调裂纹在扩展时产生的塑性变形，从而使裂纹的扩展过程受到延缓或终止。故少量的残余奥氏体稳定相能增加轴承的疲劳寿命[20][21]。而残余奥氏体的含量则受多个不同因素的影响：

1）钢的化学成分和原始组织。钢中含稳定奥氏体元素的量越多，淬火冷却后残奥量越多。

2）淬火冷却速度。若未产生非马氏体转变，则残余奥氏体量随冷却速度升高而降低。

3）淬火加热温度及保温时间。淬火温度越高，保温时间越长，碳化物溶解越多，使淬火后残余奥氏体越多。

4）回火温度和时间。残余奥氏体的分解是一个温度-时间相关的过程，回火后残余奥氏体含量会随回火温度的升高，和回火保温时间的增长而降低。

此外，碳化物含量和形态分布、残余奥氏体量等，都会影响残余奥氏体的稳定性。国内外诸多研究者均对此展开过研究，其中，Speer等人研究发现，一定温度下淬火后保温，会造成碳从马氏体中向奥氏体分配，使残余奥氏体的稳定性和其碳含量提高；而我国的徐祖耀对此进行进一步研究发现，加入一定量的碳化物形成元素，然后在碳分配温度下保温，最后回火至更高温度，能达到二次硬化的效果来提高强度。

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