軸承鋼主要用于工業(yè)生產(chǎn).滾柱和軸承套圈在工業(yè)生產(chǎn)中起著非常重要的作用，因?yàn)樗鼈兙哂懈哂捕?、耐磨性和高彈性極限。在球形退火處理過(guò)程中，軸承鋼會(huì)給鋼表面帶來(lái)一定量的水，促使其在保護(hù)大氣中處理時(shí)仍會(huì)發(fā)生脫碳。脫碳后，軸承鋼的強(qiáng)度.耐磨性等方面會(huì)受到很大影響，其使用性能會(huì)大大降低。軸承鋼的脫碳過(guò)程可分為以下四個(gè)部分：滲碳體的分解.碳的擴(kuò)散.產(chǎn)生氣體的反應(yīng).離開金屬表面。從本質(zhì)上講，脫碳實(shí)際上是碳原子在鋼內(nèi)擴(kuò)散的結(jié)果，加熱溫度會(huì)影響碳原子的擴(kuò)散速度，進(jìn)而影響脫碳層的厚度。實(shí)際生產(chǎn)工藝和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在一定溫度下，加熱時(shí)間越長(zhǎng)，鋼材脫碳越嚴(yán)重。這是因?yàn)樵谝欢囟认?，碳原子的擴(kuò)散系數(shù)基本不變。隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，碳原子與爐氣的擴(kuò)散反應(yīng)越多，脫碳越嚴(yán)重。大多數(shù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了軸承鋼的脫碳情況，并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，獲得了鋼脫碳層厚度與影響因素之間的關(guān)系。本文研究了軸承鋼球化退火過(guò)程中的脫碳情況，分析了軸承鋼在不同絕緣時(shí)間下的脫碳情況，獲得了絕緣時(shí)間對(duì)脫碳層厚度的影響規(guī)律，為優(yōu)化軸承鋼球化退火工藝奠定了基礎(chǔ)。

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　　實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方案

　　本文搭建了GCr15軸承鋼脫碳工藝試驗(yàn)平臺(tái)，試驗(yàn)平臺(tái)在不同溫度下進(jìn)行純氮?dú)庠?，控制含水量，將混合物通入管道加熱爐，提供試驗(yàn)所需的大氣條件;設(shè)置管道加熱爐的加熱速度.加熱溫度和保溫時(shí)間等。為了保證樣品的加熱溫度，使用K型熱電偶和34972ALXI模型數(shù)據(jù)采集/記錄儀采集和記錄樣品的加熱溫度。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)示意圖如圖1所示。

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　　試驗(yàn)材料和樣品加工的選擇

　　本文中使用的材料是工廠的生產(chǎn)規(guī)范Φ28mm的熱軋后GCr15軸承鋼棒材料，然后加工材料。首先，用電火花將原棒材料切割成大小相近的樣品，然后將其切割成10個(gè)大小mm×10mm×15mm小長(zhǎng)方形，距上表層2.5mm處開直徑為3mm埋孔，離下表層5mm處開直徑為3mm，深層為5mm圓孔;樣品處理后，將樣品放入超聲波清洗器中，用無(wú)水乙醇清洗;清洗后的樣品在室溫下自然干燥，隔離空氣儲(chǔ)存，最后用于脫碳試驗(yàn)。樣品處理后的樣品如圖2所示。

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　　脫碳實(shí)驗(yàn)方案

　　在固體中，擴(kuò)散是原子轉(zhuǎn)移的唯一途徑，而鋼坯的脫碳實(shí)際上是鋼坯中碳原子的擴(kuò)散過(guò)程。因此，軸承鋼脫碳現(xiàn)象的核心問(wèn)題是碳原子在不同的鋼成分中.溫度不同.不同保溫時(shí)間和不同加熱氣氛下的傳質(zhì)過(guò)程。本文主要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行研究GCr15保溫時(shí)間對(duì)軸承鋼加熱和熱處理過(guò)程中脫碳的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)中保溫時(shí)間設(shè)定為20~70min，含0.3%水3%的氮?dú)猓S承鋼溫度為810℃(軸承鋼球化退火溫度)，具體實(shí)驗(yàn)方案如表1所示。

　　表1保溫時(shí)間對(duì)GCr15軸承鋼脫碳實(shí)驗(yàn)方案

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　　結(jié)果及脫碳實(shí)驗(yàn)分析

　　對(duì)試樣在810℃.氣氛包含0.3%H2O在不同保溫時(shí)間的前提下，試樣冷卻后鑲嵌樣品.打磨.拋光和腐蝕處理，然后在金相顯微鏡下觀察樣品的脫碳情況，具體情況如圖3所示。

　　(a)保溫20min

　　(b)保溫30min

　　(c)保溫40min

　　(d)保溫50min

　　(e)保溫60min

　　(f)保溫70min

　　圖3在810℃.含0.3%H2O不同時(shí)間的氮?dú)獗?/p>

　　測(cè)量樣品脫碳層的厚度，測(cè)量值如表2所示，保溫時(shí)間分別為20.30.40.50.60.70min，在每個(gè)保溫時(shí)間下測(cè)量脫碳層厚度5次。深層整理每個(gè)保溫溫度下的總脫碳層均值，如圖4所示。

　　從圖4可以看出，隨著保溫時(shí)間的增加，脫碳層的厚度也顯著增加，脫碳層的厚度大致隨保溫時(shí)間的雙曲線而變化。然后，處理數(shù)據(jù)得到總脫碳層的厚度隨保溫時(shí)間的平方根的變化曲線，如圖5所示。從圖5可以看出，總脫碳層的厚度隨著保溫時(shí)間的平方根基本增加。

　　當(dāng)軸承鋼在810℃球化退火時(shí)，總脫碳層厚度與保溫時(shí)間的關(guān)系如下：

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　　結(jié)論

　　本文研究了軸承鋼球化退火過(guò)程中保溫時(shí)間對(duì)脫碳層厚度的影響規(guī)律，制定了不同保溫時(shí)間下的脫碳工藝實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)方案。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，球形退火溫度為810℃，保護(hù)大氣(氮?dú)?含水量為0.3%時(shí)，保溫時(shí)間為20~70min軸承鋼時(shí)會(huì)有明顯的脫碳，脫碳層厚度為55~116μm。隨著保溫時(shí)間的增加，脫碳層的層的厚度，總脫碳層的厚度與保溫時(shí)間的平方根成正比。