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摘要：随着科学技术的快速发展，不锈轴承钢材料的应用范围越来越广泛，不仅用于航空、航天、核工业以及高新技术产品中，还广泛用于化工、石油、造船和食品等行业中。目前国内不锈轴承钢材料中共晶碳化物分布不均匀，而且热处理时无法消除，这对轴承套圈的磨削和超精工序产生不利的影响，不能满足轴承对噪音及精度的要求。基于这种情况，国内外开发了多种含氮不锈轴承钢，该类材料中均匀分布着氮和碳形成的很小的粒状碳氮化合物，类似于高碳铬轴承钢的球化退火组织，而不出现高碳铬不锈钢中粗大的共晶碳化物和针片状共晶碳化物等脆性项，氮的加入也提高了钢的强度、韧性和耐蚀性。本文对国产含氮不锈轴承钢40Cr15Mo2VN的热处理工艺进行了系统的研究，通过调整影响热处理工艺的参数，找出了适合该材料生产的最佳热处理工艺。
关键词：含氮不锈轴承钢；热处理；显微组织
1试验材料及方法
本试验材料采用真空感应熔炼，冶炼合金的化学成分见表1，其中氮元素采用氧氮分析仪，其余元素用光谱法测定。加工20mm×10mm×10mm的试样若干个，在ZC2-65真空炉中进行不同工艺的热处理试验。然后测试不同工艺处理后试样的硬度和残余奥氏体。采用HＲ-150A型洛氏硬度计测试试样的硬度；采用便携式Xstrees3000X射线应力仪测试试样的残余奥氏体。
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表1 试验材料化学成分（质量分数，%）
2试验结果与分析
2.1淬火温度对试样硬度、残余奥氏体影响
淬火温度是影响热处理组织和性能的重要因素，为了研究淬火温度对试样的影响，固定冷处理和回火工艺进行不同淬火温度的工艺试验，见表2。
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表2 不同淬火温度工艺试验
由图1可以看出，随着淬火温度的升高，试样的硬度随之上升，淬火温度超过1080℃时，试样的硬度增加不明显。这是因为随着淬火温度的升高，奥氏体化后合金中的碳含量增加，淬火后生成更多细小的马氏体，提高淬火后的硬度，但是温度上升到一定值以后，奥氏体中的碳含量增加较少，此时奥氏体晶粒发生长大，影响淬火后的硬度。试样的残余奥氏体含量随淬火温度的升高而提高，这是由于在高温下奥氏体化时，更多的碳原子和合金元素溶入奥氏体中，增加了奥氏体的稳定性，淬火后合金中的残余奥氏体量增加，即产品的稳定性能下降。为了兼顾产品的尺寸稳定性和硬度，最终确定淬火温度为1060℃。
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图1 淬火温度对硬度和残余奥氏体的影响
2.2冷处理工艺对试样残余奥氏体影响
淬火工艺1060℃/1h，回火工艺160℃/2h，研究不同的冷处理工艺对材料的残余奥氏体的影响。首先采用不同的冷处理温度对试样进行一次冷冻处理，具体的工艺见表3。
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表3 冷处理工艺试验1
图2为冷处理温度对合金淬火后残余奥氏体含量的影响，由图可以看出，随着冷处理温度的降低，残余奥氏体的含量不断地减少，但是总体来说，残余奥氏体的含量都较高，即使在－196℃的低温下对试样进行冷处理，残余奥氏体的含量也在11%左右，不能满足产品对残余奥氏体的要求。因此，在此工艺的基础上，增加一次冷处理，以此来减少残余奥氏体的含量，达到产品要求。增加一次冷处理后的热处理工艺见表4。
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图2 冷处理温度对淬火后残余奥氏体的影响
由图3可以看出，两次冷处理后残余奥氏体的含量明显的减少，经过－196℃两次低温冷处理后，残余奥氏体的含量在5%左右，满足产品的要求，因此该产品的冷处理工艺为－196℃/2h。
2.3回火温度对试样硬度的影响
图3 冷处理过程对残余奥氏体的影响
淬火及冷处理工艺确定后，改变回火温度，研究回火温度对材料性能的影响，具体的热处理工艺见表5。回火后检测结果发现，回火组织均为回火马氏体+少量一次碳化物+弥散分布的二次碳化物，金相组织及残余奥氏体含量的变化差异较小；回火后硬度变化较大，200℃回火后硬度较其他温度回火低1HＲC，考虑到淬火和冷处理后热应力和组织应力较大，最终确定回火工艺为160℃/2h。
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表5 回火工艺试验
结束语
1）通过热处理工艺试验得出，随着淬火温度的升高，硬度和残余奥氏体的含量都会提高；淬火后在－196℃冷冻两次，残余奥氏体的含量降低到5%左右；随着回火温度的升高，硬度呈下降趋势。2）该含氮不锈轴承钢的最佳热处理工艺为：1060℃/1h的淬火、两次－196℃/2h的冷处理和160℃/2h的回火，该工艺处理后硬度和残余奥氏体含量都能满足产品的要求。
参考文献：
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