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GCr15球化退火問題轴承钢主要用制造滚动轴承滚珠、滚柱和套圈等,有时也用来制造工具，如冲模、量具、丝锥等。轴承在工作时承受着高的集中交变载荷，由于滚珠与轴承套圈之间的接触面积小，在高速转动的同时还有滑动，会产生很大的摩擦。所以要求轴承钢有高而均匀的硬度和耐磨性，以及高的弹性极限。因此轴承钢需具有隐晶回火马氏体+细小渗碳体颗粒组织。对轴承钢的化学成分的均匀性、非金属夹杂物的含量和分布、碳化物的分布等要求都十分严格，是所有钢铁生产中要求最严格的钢种之一。经过大量的试验和生产实践证明,只有当轴承零件的原始组织为细球状珠光体时,经过淬火加低温回火后,才能获得隐晶回火马氏体及在其上分布着细小碳化物颗粒的组织,这种金相组织才使得轴承零件具有高强度和韧性.GCr15是一种合金含量较少、具有良好性能、应用最广泛的高碳铬轴承钢占世界轴承钢生产总量的80%以上。含碳Wc为1%左右，含铬量Wcr为1.5%左右，从1901年诞生至今110多年，主要成分基本没有改变，现在生产轴承钢的主要工艺是连铸以及电炉冶炼+电渣重熔工艺冶炼，标准号钢号化学成分%CSiMnPSCrMoNiYB(T)1-91GCr150.95-1.050.15-0.350.25-0.45＜0.025＜0.0251.40-1.65＜0.30GCr15钢是经过淬火加回火后具有高而均匀的硬度、良好的耐磨性、高的接触疲劳性能。该钢冷加工塑性中等，切削性能一般，焊接性能差，对形成白点敏感性能大，有回火脆性。所以要用球化退火。将钢按完全退火的加热速度加热到Ac1以上20~30℃的温度（比不完全退火更低一些），保温后，再以每小时20～50℃的速度降至钢的Ac1以下一个温度，并在这个温度下保温一段较长的时间，最后随炉冷到450~500℃左右出炉，再在空气中冷却。通过这种退火后，珠光体中渗碳体及过剩渗碳体都呈球状分布，故称球化退火。目前,在工业生产中GCr15钢多采用等温球化退火处理工艺,它是利用不均匀奥氏体中未溶碳化物或奥氏体中高浓度碳偏聚区的非自发形核的有利作用来加速球化。对于细珠光体组织,如果加热到A1温度以上,随后缓冷到A1以下,那么这种细珠光体组织则往往会被缓冷或保温过程中形成的粗大珠光体组织所替代,其结果反而不利于碳化物的球化[4];同时,在保温过程中又不断有渗碳体颗粒按Ostwald熟化机制长大,使球化的渗碳体变大。什么是球化退火？球化退火操作操作时应注意些什么？怎样缩短球化退火的时间？球化退火主要用于过共析的碳钢及合金工具钢（如制造刃具，量具，模具所用的钢种）。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。GCr15钢的退火加热范围为780～810℃,因而该厂采用790℃.冷却速度控制在15～20℃öh范围内,整个工艺过程需要17h.该厂根据这一工艺路线对轴承零件进行球化处理,要求硬度为179～207HBS,球化组织级别为2～4级.将钢按完全退火的加热速度加热到Ac以上20-30℃的温度(比不完全退火温度更低一些)；保温后，再以每小时20-50℃的速度降至该钢的Ar1以下一个温度，并在这个温度下保温一段较长的时间，最后随炉冷到450-500℃左右出炉，再在空气中冷却。通过这种退火后，珠光体重点渗碳体极过剩渗碳体，都呈球状分布，故称球化退火，是不完全退火的特殊操作，也是不完全退火的发展，它与等温退火是有区别的，我们不能把它们混淆起来。球化退火之所以能使渗碳体球化，是因为它的加热温度只高于Ac1不多，珠光体虽然转变为奥氏体，但还有大量的碳化物保留着，在冷却的时候，为溶于奥氏体中的碳化物，作为结晶核心；另外碳化物溶于奥氏体中，并不等于奥氏体的成分已经均匀，在碳化物原先存在的地方，含碳浓度就高。这样就造成了奥氏体中各处碳浓度的差别，因此，当浓度不均匀的奥氏体冷却到Ar1以下时，未溶的碳化物及浓度不均匀的奥氏体，便析出碳化物，同时由于表面张力的作用形成了球粒状珠光体。为了保证球化退火的质量，在进行球化退火时，必须严格注意下述几个方面。(一)严格控制加热温度与保温时间严格控制加热速度是保证得到球状珠光体的主要条件。对任何钢种来说，球化退火加热温度只能是该钢的Ac1以上20-30℃。如果加热温度过高，则退火后便不能得到完全的球状球状珠光体，可能为球状和片状珠光体的混合物，甚至全部为片状珠光体。这是因为温度高了，使奥氏体化学成分均匀化而造成的。反之，如果加热温度太低，原来组织中的片状珠光体，未能转变而球化，因而也能达到预期的效果。球化退火的保温时间也十分重要，球化退火的保温时间一般较长，根据经验数据，大约每一厘米厚度或直径需要0.5-1.0小时。但在实际生产中，为了加热均匀和使原来的珠光体完全转变为奥氏体，保温时间势必大为增加。因此，对每个车间生产条件来说，应根据设备的实际情况，测定出合理的保温时间。(二)严格控制冷却速度球化退火冷却速度的大小对于能否形成球状碳化物使没有什么影响的，但却使形成的组织粗细、强度与硬度有着密切的关系。冷却愈快，所得的组织强度与硬度便愈高，组织也就愈细；相反地，冷却速度太快，形成的组织太粗，也不一定符合我们的要求，同时，也不经济。因此，球化退火多采用20-50℃/小时的速度，降温到等温温度，然后在等温温度，然后在等温温度下(一般在Ar1以下10-30℃)停留一段较长的时间的1.5倍。等温停留后，再随炉冷至450-500℃左右出炉，最后在空气中冷却。(三)消除工件中的网状碳化物过共析钢在球化退火前，如果有网状碳化物存在时，将阻止球化的进行。对具有这种组织的钢即使球化退火后，网状碳化物便呈链条状沿晶界分布，这种组织对钢的性能来说，仍然十分不利。为了消除这种缺陷，所以在球化退火前，必须对这类钢施以正火处理，以便消除网状碳化物。球化退火需要很长的时间，而且有些合金钢很不容易球化。在这样的情况下，为了加快球化过程，并缩短退火时间，可采用所谓摆动退火法(或周期退火法)。即将工件加热至退火温度后，保温一定的时间，冷却到680-700℃保温一定时间，然后再加热到退火温度保温，再冷却至680-700℃，再保温。这样重复几次(一般约三至五次)，就能使片状珠光体球化，其规范如图2-4所示。这种操作方法之所以能加速球化过程，是因为加热过程中，前一次形成的球状碳化物比未球化的片状碳化物在加热时溶解要缓慢一些，故可以作为下一次冷却时增加新的球化结晶核心。不过这种方法只适用于小型和少量工件的热处理。对大批装炉料来说，由于冷却太慢，并不经济。球化退火是不完全退火的一种，主要用于小型和少量工件的热处理。对大批装炉料来说。由于冷却太慢，并不经济。球化退火是不完全退火的一种，主要用于共析钢或过共析钢的碳工具钢和合金工具钢的退火，以改善其碳化物的形状于加工性能。现将各种常见的工具钢球化退火规范列于表2-1，以供参考。GCr15的退火工艺，Acl约为750~760℃，如仅加热到750℃以上，则得到浓度很均匀的奥氏体和大量未溶的碳化物，冷却后为不均匀的球状珠光体。当退火温度提高到780~800℃时，难溶的(FeCr)3C才逐渐团聚和溶解，冷却时可获得均匀的细粒状珠光体。球化退火温度应控制在790℃±10℃范围内，当退火温度高到820~840℃时，由于二次碳化物大部分溶解，晶核减少，退火后则得到较粗大的不均匀的球状珠光体。若退火温度高于840℃时，淬火时也容易过热和变形。保温时间一般为1~2h，具体时间要根据炉型及装炉量等因素决定。退火后组织中的碳化物弥散度决定于冷却速度，冷却速度越大，弥散度越高，硬度也相应增加。一般采用（20~30℃）/h进行冷却，降至500℃后空冷。金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。在机器制造工艺过程中,热处理是耗能大户。其电能消耗一般为机械制造企业的20%～30%。据20世纪90年代调查,全国每年用于热处理的电能约86亿度(kW·h),占总发电量的1%左右。美国1996年热处理用电总量为59亿度,仅为我国用电的68%。我国机械工厂的热处理用电费用占生产成本约40%。可见合理选择热处理能源,有效和节约使用能源也是热处理生产技术发展和改造的重要出发点之一。电是二次能源,热电厂发一度电约需9196kJ的热能,发电的效率在30%～40%。如果热处理加热炉的热效率能达到80%,则按一次能源的利用率计算,综合热效率只有24%～32%。而利用天然气的燃烧炉,再加上利用烟道气的燃烧空气预热,综合热效率达到60%～65%是很容易做到的。因此在有条件使用天然气的地域,用燃烧炉代替部分电阻炉,从能源利用上是很有利的。在设备上精确保证生产条件,如炉温均匀度、加热和冷却速度以及工件材料化学成分和淬透性带的范围等就可以实现在不同炉次、同一炉次不同部位产品质量的同一性和再现性,使产品的组织性能、畸变等质量的分散度达到趋于零的程度,真正实现精密生产。少无(质量)分散由于材料化学成分、加热炉有效加热区温度的不一致,加热和冷却条件的差别和人为操作因素的影响会使同一炉次热处理件质量(硬度、组织、畸变、表面状态、渗层深度、渗入元素的表面浓度和沿渗层的浓度梯度)造成明显差异,或不同炉次产品质量的不可重复性。采用科学的管理和先进技术可以使这种差异降到最低程度。美国金属学会(ASM)和能源部于1997年组织的“热处理技术方针讨论会(HeatTreatingTechnologyRoadmapWorkshop)”的报告中提出,2020年的目标要使热处理工件的质量分散度降低到零。为逐步实现这个目标,设备的可靠性、工艺的先进性和稳定性、加热炉温度的均匀性,炉气的均匀循环,制件材料成分的合格与稳定、自动化生产和质量的在线控制可消除人为因素影响都是非常重要的课题。轴承钢的物理性能主要以检查显微组织、脱碳层、非金属夹杂物、低倍组织为主。一般情况下均以热轧退火、冷拉退火交货。交货状态应在合同中注明。钢材的低倍组织必须无缩孔、皮下气泡、白点及显微孔隙。中心疏松、一般疏松不得超过1.5级，偏析不得超过2级。钢材的退火组织应为均匀分布的细粒状珠光体。脱碳层深度、非金属夹杂物和碳化物不均匀度应符合相应有关国家标准规定。对轴承钢的冶炼质量要求很高，需要严格控制硫、磷、氢等含量以及非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况，因为非金属夹杂物和碳化物的数量、大小和分布状况对轴承钢的使用寿命影响很大，往往轴承的失效就是在大的夹杂或碳化物周围产生的微裂纹扩展而成。夹杂物的含量和钢中氧含量密切相关，氧含量越高，夹杂物数量就越多，寿命就越短。夹杂物和碳化物粒径越大、分布越不均匀，使用寿命也越短，而它们的大小、分布状况与使用的冶炼工艺和冶炼质量密切相关，还有少量采用真空感应+真空自耗的双真空或+多次真空自耗等工艺来提高轴承钢的质量。因此滚动轴承钢应具有高的硬度、耐磨性和疲劳强度，对钢的金相组织、化学成分要求是十分严格的，生产制造方法：对轴承钢的冶炼质量要求很高，需要严格控制硫、磷和非金属夹杂物的含量和分布，因为非金属夹杂物的含量和分布对轴承钢的寿命影响很大。夹杂物量愈高，寿命就越短。为了改善冶炼质量，近来已采用电炉冶炼并经电渣重熔，亦可采用真空冶炼，真空自耗精炼等新工艺来提高轴承钢的质量。物理性能轴承钢的物理性能主要以检查显微组织、脱碳层、非金属夹杂物、低倍组织为主。一般情况下均以热轧退火、冷拉退火交货。交货状态应在合同中注明。钢材的低倍组织必须无缩孔、皮下气泡、白点及显微孔隙。中心疏松、一般疏松不得超过1.5级，偏析不得超过2级。钢材的退火组织应为均匀分布的细粒状珠光体。脱碳层深度、非金属夹杂物和碳化物不均匀度应符合相应有关国家标准规定。包装直径小于20mm要打包交货，大于20mm时可以裸装交货。对冷拔钢应涂防锈油。货物出厂前应附质量保证书、注明钢号、炉号、重量、规格、化学成分、检验标准及检验结果。目前我国轴承钢产量排名世界第一，轴承产量排名世界第四，已是名副其实的