摘 要:GCr15軸承鋼葉片環經熱處理后,進行磁粉探傷檢查,發現其側面沿軸向發生磁粉聚集 現象,擦拭磁粉后表面恢復平整。采用化學成分分析、宏觀觀察、金相檢驗及能譜分析等方法,分析 了該葉片環外表面發生磁粉聚集的原因。結果表明:該葉片環采用多只疊加及夾具緊固的方式進 行淬火處理,淬火介質易殘留在葉片環之間的間隙中且較難清洗,淬火介質中的氯離子誘發腐蝕, 進而在距離葉片環外表面8.9μm 處形成點蝕坑,點蝕造成磁粉聚集現象。
關鍵詞:GCr15軸承鋼;葉片環;點蝕
中圖分類號:TG115 文獻標志碼: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、應用最廣泛的高碳鉻軸承鋼,經過淬火+回火處 理后具有高硬度、良好耐磨性等優點,廣泛用于軸承 內外圈、滾動體、軸套、沖模等對耐磨蝕性能要求高 的結構件,以及制作承受大負荷的小截面零件(經調 質處理)和應力較小的大型零件(經正火處理)。
鹽浴爐加熱速度快,溫度均勻,工件始終處于鹽 液內加熱,出爐時其表面會附著一層鹽膜。對于加 熱溫度和表面質量要求較高的工件,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。
某公司生產的 GCr15軸承鋼葉片環屬于承受 負荷較大的小截面零件,其尺寸見圖1。該零件為 環形,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,在后續磁粉探傷過程中,該葉片環外表面沿軸向 發生磁粉聚集現象。筆者通過化學成分分析、宏觀 觀察、顯微組織觀察和能譜分析等方法,分析了該葉片環外表面發生磁粉聚集的原因。
1 理化檢驗
1.1 化學成分分析
采用 ARL4460型直讀光譜儀檢測該葉片環的 化學成分。由表1可見,其化學成分符合標準 GB/ T18254-2016《高碳鉻軸承鋼》中對 GCr15軸承鋼 的技術要求。
1.2 宏觀觀察
采用蔡司Stemi2000-C型體視顯微鏡,觀察該 葉片環側面磁粉聚集處的宏觀形貌。由圖2可見, 該葉片環側面沿軸向可見線條狀磁粉聚集現象,將 其擦拭后,外表面無肉眼可見的磁粉聚集現象,推測 該缺陷位于零件產品內部。
1.3 金相檢驗
在該葉片環磁粉聚集處截取剖面試樣,經鑲嵌、 磨拋后,用4%(體積分數)硝酸酒精浸蝕,采用蔡司 Axioobserver.A1m 型光學顯微鏡進行觀察。由圖 3可見,在距該葉片環側面8.9μm 深度處存在黑色點狀缺陷,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 黑色點狀缺陷處和基體處進行元素分析。由圖4可 見,基體處未檢測到氯元素,黑色點狀缺陷處存在氯 元素。
2 分析與討論
由化學成分分析結果可知,該葉片環的化學成分 符合 GB/T18254-2016標準對 GCr15鋼的技術要 求。通過宏觀觀察和金相檢驗結果可知,在距葉片環 側面8.9μm 深度處有黑色點狀缺陷,缺陷長度約為 146μm。通過能譜分析結果可知,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。 該葉片環其余位置未發生腐蝕或發生輕微腐蝕。 氯離子是一種強腐蝕性離子,被稱為點蝕的“激 發劑”。氯離子半徑小、穿透能力強,常從鈍化膜破 損處滲入,與金屬離子發生反應,形成強酸溶解鈍化 膜,從而強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 現象。淬火時,高溫工件放入冷卻劑中會產生收縮。 工件截面各部分的冷卻是有先后的,工件表面先冷 卻、先發生收縮,工件中心后冷卻、后發生收縮,工件 表面收縮就必然受到中心部分的牽制。
薄壁環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 生翹曲變形[2]。該批葉片環采用夾具緊固的方式進 行淬火處理,淬火介質易殘留在葉片環之間的間隙 中且較難清洗,淬火介質中殘留的氯離子在該處誘 發腐蝕,進而形成點蝕坑。
3 結論及建議
(1)該葉片環采用多只疊加及夾具緊固的方式進行淬火處理,淬火介質易殘留在葉片環之間的間 隙中且較難清洗,淬火介質中殘留在該處的氯離子 誘發腐蝕,進而形成點蝕坑,造成磁粉聚集現象。
(2)建議先拆除夾具,再清除葉片環之間的淬 火液殘留物。
參考文獻:
[1] 管明榮.Cl - 離子對孔蝕的作用機理[J].青島理工大 學學報,1997(3):95-98.
[2] 楊良會,吳永安,謝撰業,等.預防薄壁環鍛件熱處理 變形模具設計[J].模具工業,2017,43(3):60-62.
<文章來源>材料與測試網>期刊論文>理化檢驗－物理分冊>58卷>1期(pp:62-63)>