轴承钢新材料ZWZ15热处理工艺研究

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为了满足特大型轴承特殊使用工况要求，轴承零件需要进行深层渗碳，目前现有的深层渗碳轴承材料G20Cr2Ni4渗碳层深度和表面硬度无法同时满足要求，和钢厂进行共同研究ZWZ15新型渗碳钢材料，现对新材料ZWZ15的锻造加热和冷却工艺及热处理渗碳、淬回火工艺进行研究，以满足特大型轴承特有工况的使用要求。

1.ZWZ15材料分析

ZWZ15材料成分见表1。

表1 ZWZ15化学成分（质量分数）（%）

C	Si	Mn	Cr	Ni	Mo	P
0.19	0.32	0.52	1.55	3.54	0.23	0.008
S	Cu	Ti	Ca	Al	H	O
0.004	0.02	0.0012	0.0008	0.017	0.0001	0.0012

热处理技术要求：ZWZ15制特大型轴承成品硬化层深度不小于10.0mm，成品轴承表面含碳量0.8%～1.05%，表面硬度58～63HRC，心部硬度不低于35HRC。

成品零件渗碳层粗大碳化物按JB/T 8881第一级别图评定，第1～2级为合格。成品零件渗碳层网状碳化物按JB/T 8881第二级别图评定，第1～3级为合格。成品零件二次淬、回火组织按JB/T 8881第五级别图评定，第1～3级为合格组织。

2.ZWZ15热处理工艺研究

（1）渗碳工艺研究

强渗碳势为1.30%，强渗温度为960℃，强渗时间为298h；渗碳扩散区碳浓度1.0%，扩散温度为940℃，扩散时间为35h，扩散过程中要随时对渗碳炉进行定碳，并检测过程试样碳浓度。

（2）一次淬回火工艺研究

一次淬火温度为880℃，出油温度170℃以上，但应注意防火，空冷至70℃，清洗后及时高温回火，高温回火工艺为消除残奥620℃×10h，消除奥氏体针650℃×12h。

（3）二次淬回火工艺研究

二次淬火，碳势控制在0.80%～0.90%范围内，淬火加热温度820℃，总加热时间3.5h，工件淬火前涂防脱碳剂，工件入油时油温60℃，工件在淬火油中冷却23min，工件出油后，油温为74℃，工件出油温度90℃,工件冷却到60℃清洗，清洗液温度19℃，工件清洗后温度30℃。

二次淬火后要及时回火，否则工件在淬火后室温放置时间长，容易产生淬火裂纹。回火温度为160℃, 回火时间为15h。

（4）工件检测分析

二次淬、回火后碳浓度梯度见表2。

表2 碳浓度梯度

深度/mm	碳浓度（%）	深度/mm	碳浓度（%）
0	0.57	1.8	0.85
0.1	0.76	2.2	0.87
0.4	0.78	2.4	0.87
0.8	0.83	2.5	0.86
1.0	0.85	2.7	0.84
1.2	0.85	3.0	0.85
1.4	0.86	3.2	0.87
1.6	0.85	3.5	0.89

二次淬、回火后硬度检测，硬度梯度见表3，表面硬度60.5HRC、60.5HRC、61.0HRC，心部硬度39HRC。

表3  渗碳层硬度梯度

距离/mm	3	5	7	9	11	11.5	12
硬度梯度HRC	60.2	60	58.5	54.5	52.3	50	49

二次淬、回火后表面组织检测，根据JB/T 8881-2011的第五级别图评定，表面组织为2级（见附图）。

轴承钢新材料ZWZ15热处理工艺研究

ZWZ15二次淬、回火后表面组织图500×

3.结语

（1）渗碳工艺为强渗碳势为1.30%，强渗温度为960℃，渗碳扩散区碳浓度1.0%，扩散温度为940℃，强渗时间和扩散时间依渗层深度而定。

（2）工件由扩散温度降至880℃进行一次淬火处理，淬火后进行高温回火，高温回火工艺为消除残奥620℃×10h，消除奥氏体针650℃×12h。

（3）二次淬、回火工艺为淬火加热温度820℃，总加热时间6h，二次淬火后要及时回火，避免出现裂纹。回火温度为160℃，回火时间为15h。（来源：热处理生态圈）