一種碳氮共滲后的高碳鉻長壽命軸承零件的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高碳鉻軸承鋼（GCrl5)零件的檢測方法，具體為一種碳氮共滲后 的高碳鉻長壽命軸承零件的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 使用于汽車手動變速箱、工業(yè)減速機(jī)、摩托車曲軸、汽車交流發(fā)電機(jī)等用途的滾動 軸承，由于潤滑油或潤滑脂的污染比較嚴(yán)重，工作條件非常惡劣，滾動軸承往往會由于軸承 零件發(fā)生表面起源型的疲勞剝落而發(fā)生早期失效。例如，在汽車手動變速箱中，齒輪的嚙合 產(chǎn)生很多金屬碎肩和金屬粉末，這些金屬碎肩和金屬粉末俗稱磨粒，混在潤滑油中，隨潤滑 油進(jìn)入軸承內(nèi)部，在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，磨?？ㄈ脘撉蚝蜐L道的接觸區(qū)，在鋼球和滾道表面引 起大量壓痕，使軸承零件發(fā)生表面起源型的疲勞剝落，使軸承早期失效。如果對高碳鉻軸 承鋼零件進(jìn)行碳氮共滲處理，使零件的表層組織中存在一定的殘余奧氏體含量，同時在碳 氮原子的固溶強(qiáng)化作用下，不降低零件表層的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度，這樣就能夠降低壓痕 的危害性，從而延長污染潤滑工況下軸承的使用壽命。因此，若能保證軸承零件的碳氮共滲 處理質(zhì)量，則能延長既定設(shè)計軸承的長壽命。然而，評價軸承零件碳氮共滲的質(zhì)量和效果需 要對軸承進(jìn)行疲勞壽命試驗。軸承的疲勞壽命是基于足夠的試驗數(shù)據(jù)并通過概率統(tǒng)計的方 法得到的，耗時長、成本高，并且不能滿足生產(chǎn)線上快速生產(chǎn)和檢測的需求，進(jìn)而難以高效 率指導(dǎo)軸承零件的碳氮共滲熱處理工藝。
[0003] 中國專利：申請公布號為CN104328373A，申請公布日為2015年2月4日的發(fā)明專 利公開了一種高碳鉻軸承鋼碳氮共滲有效硬化層深度檢測方法，該方法先將碳氮共滲處理 后的高碳鉻軸承鋼零件在300~400°C下回火至少1小時，然后空冷至室溫，經(jīng)過切割、鑲 嵌、磨制和拋光處理后檢測維氏硬度。該方法采用300~400°C的回火處理，但在上述溫度 范圍對軸承零件進(jìn)行回火處理后，從零件表面到心部的硬度梯度變化仍然不明顯；另外該 方法定義有效硬化層深度為從表面測至硬度值平穩(wěn)處的垂直距離，但硬化層與心部之間沒 有明顯的分界線，難以精確找到表面至心部硬度平穩(wěn)處的距離，具有較大誤差。另一方面， 有效硬化層一般根據(jù)零件的服役條件來設(shè)計，其有效深度需符合零件的性能要求。參照中 國機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 7363-2011的定義，該發(fā)明提供的方法實際測得的是總硬化層深度， 并不是有效硬化層深度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是克服傳統(tǒng)軸承疲勞壽命試驗耗時較長以及現(xiàn)有檢測方法不能準(zhǔn) 確反應(yīng)有效硬化層深度的問題，提供一種既能有效縮短檢測時間，又能夠準(zhǔn)確檢測實施碳 氮共滲后的長壽命軸承零件的檢測方法。
[0005] 為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案： 一種碳氮共滲后的高碳鉻長壽命軸承零件的檢測方法，該檢測方法包括有效硬化層深 度檢測、滲層碳氮濃度檢測、硬度檢測、殘余奧氏體含量檢測以及滲層金相組織檢測； 所述有效硬化層深度檢測是指：先于500± KTC下對所述零件回火處理1小時，然后檢 測零件表面至其心部維氏硬度為500HV處的垂直距離為0. 3~0. 5mm，該距離即為有效硬化 層深度； 所述滲層碳氮濃度檢測是指：于距零件表面〇. 15mm深處測得碳氮濃度為：C 1. 2%~ 1. 6%、N 彡 0· 1%、C+N 1. 5% ~2. 0% ; 所述硬度檢測包括表層硬度檢測和心部硬度檢測； 所述表層硬度檢測是指：于距零件表面0.1 mm深處測量維氏硬度為713~923HV ; 所述心部硬度檢測是指：于距零件表面2mm深處測量維氏硬度為664~795HV ; 所述殘余奧氏體含量檢測包括表層殘余奧氏體含量檢測和心部殘余奧氏體含量檢 測； 所述表層殘余奧氏體含量檢測是指：于距零件表面〇. 〇5mm深處進(jìn)行X射線衍射分析， 測得殘余奧氏體含量為17%~40% ; 所述心部殘余奧氏體含量檢測是指：于距零件表面2mm深處進(jìn)行X射線衍射分析，測得 殘余奧氏體含量為5%~12% ; 所述滲層金相組織檢測是指：采用金相顯微鏡檢測滲層具有隱針或細(xì)針含氮馬氏體、 殘余奧氏體、碳氮化合物，無顯微組織缺陷，其中，碳氮化物呈顆粒狀分布，無塊狀、角狀、網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，且碳氮化物的顆粒尺寸不大于8 μ m。
[0006] 所述有效硬化層深度檢測依次包括以下步驟： ① 于500± KTC下對所述零件回火處理1小時后空冷至室溫； ② 檢測垂直于所述零件表面的截面上的維氏硬度梯度，并以維氏硬度值為縱坐標(biāo)，以 至表面的距離為橫坐標(biāo)，繪制硬度分布曲線； ③ 采用圖解法求得硬度分布曲線上零件表面至其心部維氏硬度為500HV處的垂直距 離為0· 3~0· 5mm。
[0007] 所述表層硬度檢測是指：先在垂直于所述零件表面的截面上，于距零件表面 0.1 mm深處測量維氏硬度為713~923HV，然后將其換算成洛氏硬度為60~67HRC ; 所述心部硬度檢測是指：先在垂直于所述零件表面的截面上，于距零件表面2mm深處 測量維氏硬度為664~795HV，然后將其換算成洛氏硬度為58~63HRC。
[0008] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為： 本發(fā)明提供一種碳氮共滲后的高碳鉻長壽命軸承零件的檢測方法包括有效硬化層深 度檢測、滲層碳氮濃度檢測、硬度檢測、殘余奧氏體含量檢測以及滲層金相組織的檢測，有 效硬化層深度檢測將臨界硬度設(shè)定為維氏硬度500HV，不僅能準(zhǔn)確反映出碳氮共滲零件的 有效硬化層深度，而且也能間接反映出零件表層的性能；滲層碳氮濃度檢測保證了滲層穩(wěn) 定的滲碳和滲氮量，使得經(jīng)淬回火處理后的零件能夠得到合理的滲層組織，還可避免零件 表層產(chǎn)生大顆粒及塊狀碳化物；硬度檢測將零件表層及心部的硬度均控制在一定范圍內(nèi)， 在此較高的硬度范圍內(nèi)的零件才具有較好的疲勞性能；金相組織及殘余奧氏體的檢測通 過控制零件滲層組織和殘余奧氏體含量，保證了在不影響軸承零件心部組織及性能的前提 下，零件表層具有隱針或細(xì)針狀的含氮馬氏體、殘余奧氏體和細(xì)小顆粒狀的碳氮化合物，避 免了粗針狀馬氏體及較大顆粒的碳氮化物降低軸承零件的疲勞性能，同時表層適量的殘余 奧氏體能夠降低零件表面壓痕凹坑邊緣的應(yīng)力集中，從而降低壓痕的危害性，提高在較污 染的潤滑條件下使用的軸承壽命。上述檢測方法可廣泛適用于高碳鉻碳氮共滲軸承零件的 檢測，不僅能夠準(zhǔn)確測定零件的質(zhì)量，從而確保零件的長壽命，而且與傳統(tǒng)的軸承的疲勞壽 命試驗相比，大幅度縮短了檢測耗時。因此，本發(fā)明方法不僅可靠，而且能降低檢測成本。
【附圖說明】
[0009] 圖1為回火處理后從軸承零件表面到心部的硬度分布曲線。
[0010] 圖2為在潤滑油中摻入金屬粉末條件下的疲勞壽命試驗驗證結(jié)果。
【具體實施方式】
[0011] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0012] 一種碳氮共滲后的高碳鉻長壽命軸承零件的檢測方法，該檢測方法包括有效硬化 層深度檢測、滲層碳氮濃度檢測、硬度檢測、殘余奧氏體含量檢測以及滲層金相組織檢測； 所述有效硬化層深度檢測是指：先于500± KTC下對所述零件回火處理1小時，然后檢 測零件表面至其心部維氏硬度為500HV處的垂直距離為0. 3~0. 5mm，該距離即為有效硬化 層深度； 所述滲層碳氮濃度檢測是指：于距零件表面〇. 15mm深處測得碳氮濃度為：C 1. 2%~ 1. 6%、N 彡 0· 1%、C+N 1. 5% ~2. 0% ; 所述硬度檢測包括表層硬度檢測和心部硬度檢測； 所述表層硬度檢測是指：于距零件表面0.1 mm深處測量維氏硬度為713~923HV ; 所述心部硬度檢測是指：于距零件表面2mm深處測量維氏硬度為664~795HV ; 所述殘余奧氏體含量檢測包括表層殘余奧氏體含量檢測和心部殘余奧氏體含量檢 測； 所述表層殘余奧氏體含量檢測是指：于距零件表面〇. 〇5mm深處進(jìn)行X射線衍射分析， 測得殘余奧氏體含量為17%~40% ; 所述心部殘余奧氏體含量檢測是指：于距零件表面2mm深處進(jìn)行X射線衍射分析，測得 殘余奧氏體含量為5%~12% ; 所述滲層金相組織檢測是指：采用金相顯微鏡檢測滲層具有隱針或細(xì)針含氮馬氏體、 殘余奧氏體、碳氮化合物，無顯微組織缺陷，其中，碳氮化物呈顆粒狀分布，無塊狀、角狀、網(wǎng) 狀結(jié)構(gòu)，且碳氮化物的顆粒尺寸不大于8 μ m。
[0013] 所述有效硬化層深度檢測依次包括以下步驟： ① 于500±KTC下對所述零件回火處理1小時后空冷至室溫； ② 檢測垂直于所述零件表面的截面上的維氏硬度梯度，并以維氏硬度值為縱坐標(biāo)，以 至表面的距離為橫坐標(biāo)，繪制硬度分布曲線； ③ 采用圖解法求得硬度分布曲線上零件表面至其心部維氏硬度為500HV處的垂直距 離為0· 3~0· 5mm。
[0014] 所述表層硬度檢測是指：先在垂直于所述零件表面的截面上，于距零件表面 0.1 mm深處測量維氏硬度為713~923HV，然后將其換算成洛氏硬度為60~67HRC ; 所述心部硬度檢測是指：先在垂直于所述零件表面的截面上，于距零件表面2mm深處 測量維氏硬度為664~795HV，然后將其換算成洛氏硬度為58~63HRC。
[0015] 以下對本發(fā)明提供的碳氮共滲后高碳鉻長壽命軸承零件的檢測方法原理進(jìn)行說 明： 鋼鐵材料理論表明，鋼鐵材料的成分、冶煉乳制工藝以及熱處理等過程共同決定了其 金相組織結(jié)構(gòu)，金相組織結(jié)構(gòu)的不同又必然帶來鋼鐵材料不同的性能，如果能對軸承零件 材料的力學(xué)性能、材料成分及金相組織等給出一定的要求，則能確保既定設(shè)計的軸承的長 壽命，從而避免耗費(fèi)進(jìn)行每批次軸承疲勞壽命試驗所需要的大量工時。為此，本發(fā)明系統(tǒng)地 提供了一種可靠的碳氮共滲高碳鉻長壽命軸承零件檢測方法，對有效硬化層深度、滲層碳 氮濃度、硬度、殘余奧氏體含量以及滲層金相組織給出了明確的要求，保證了軸承零件的長 壽命。
[0016] ( 1)有效硬化層深度的檢測 一方面，檢測前對軸承零件進(jìn)行500± KTC回火處理1小時，零件表層組織高溫回火后 硬度沒有顯著降低，而心部組織的硬度下降顯著，使得零件滲層到心部的硬度梯度變化更 為明顯，提高了檢測的準(zhǔn)確度；另一方面，有效硬化層深度規(guī)定為軸承零件表面至心部維氏 硬度為500HV處的垂直距離，是基于如下考慮：碳氮共滲零件的硬化層與心部之間沒有明 顯的分界線，難以精確找到表面至心部硬度平穩(wěn)處的距離，將維氏硬度500HV規(guī)定為有效 硬化層的界限硬度，不僅能準(zhǔn)確反映出碳氮共滲零件的有效硬化層深度，而且也能夠間接 反映碳氮共滲零件表層的性能。
[0017] (2)硬度檢測 表層硬度檢測