深冷处理对GCr15钢耐磨性的影响

深冷处理作为一种材料的新型强韧性技术以其明显提高材料的耐磨性等方面的作用而引起人们的关注 。GCr15钢制成的零件经淬火、回火处理后，总会有10~20%奥氏体存在。深冷处理可减少钢中残余的奥氏体量，将使残存的奥氏体趋于稳定，从而显著地提高零件的尺寸稳定性和耐磨性[1本文主要研究了不同深冷处理工艺对材料耐磨性的影响。 1 材料、热处理工艺及实验设备 材料化学成份（Wt %）：元素C，Si ，Mn，Cr；含量 1.02 ，0.34，0.34 ，1.56。 热处理工艺。GCr15钢 850℃±5℃淬火,160×3h回火，试样加工前球化退火：790℃±5℃×90min，炉冷至720℃±10℃×2.5h，热处理工艺850℃±50℃×25min油，160℃±5℃×3h空。HRC62。 深冷处理装置。所有被测试样的深冷处理都是在YZK-II低温处理装置中一次完成的[2]。深冷处理装置利用液氮作为冷却介质，冷却工艺：-196℃×35h是该装置的自动控制系统监测执行的。 用MM-2000磨损试验机比较试样的相对耐磨性。 2 实验方法 实验严格按GB12444.2—90执行，根据MM200磨损试验机对滑动磨损试样的要求，本实验中上试样为被测试样，即处理试样尺寸（35255）mm。下试样为标准试样，材料为GCr15，经淬火回火处理，硬度为HRC56—62，在对磨过程中上试样保持静止不动，下试样以200r/min匀速转动，实验温度15℃，摩擦磨损实验在润滑介质中进行，润滑介质采用矿物润滑油，对磨时间1小时，对磨时分别施加正压力为300N。 本实验耐磨损性能的评价采用体积磨损，即磨损后试样失去的体积如图1所示，体积磨损量由公式： 来计算，式中：R——下试样半径，mm；a——磨痕宽度，mm；b——磨痕长度，mm。 图1 磨损磨痕示意图 试样的摩擦系数由公式： 来计算，式中： ——摩擦系数； ——摩擦力矩，N•m； ——实验正压力，N； ——下试样半径，mm。 3 实验结果 被测试样编号：0号……未经处理的试样2个，编为0—1、0—2，其中对0—1做磨损实验；1号……先离子注入，后经低温处理3个，编为1—1、1—2、1—3，其中对1—1和1—3做磨损实验。2号……仅用离子注入3个，编为2—1、2—2、2—3，其中对2—1和2—3做磨损实验。3号……低温处理+回火1个，编为3—1，并做了磨损实验。4号……仅用低温处理1个，编为4—1，并做了磨损实验。 各种试样的体积磨损量如表1，其对比图如2。 表1 各种式样体积磨损量 试样 磨痕宽度a（mm）* 体积磨损量（mm3） 0号 5.61 7.115 1号 3.93 2.337 2号 3.86 2.207 3号 4.03 2.531 4号 3.78 2.065 *对同一种试样磨痕宽度均取平均值 图2 不同试样体积磨损量对比 各种试样摩擦系数的变化。根据试样在磨损过程中摩擦力矩的变化，算出不同试样在磨损过程中的摩擦系数随时间的变化如图3所示。从图中可以看出未经处理的0号试样摩擦系数在整个磨损过程中均比较大，仅用离子注入处理的2号试样摩擦系数最小，1号试样在开始比2号大，但最后与2号试样的摩擦系数相同，3号和4号试样的摩擦系数在前30分钟均比0号的小，但在后期与0号相同。 图3 不同试样摩擦系数随时间的变化 4 结论 从实验数据得出，经过深冷处理和离子注入的试样的体积磨损量均比未处理的试样要小，未做处理的试样体积磨损量是处理后试样的3倍左右。从磨痕宽度也可以看出未做处理的试样的磨痕宽度明显较大。 进一步分析不同处理工艺下试样的摩擦学性能发现：仅用离子注入处理的试样摩擦系数最小，磨损量也比较小；仅用低温处理的试样磨损量最小，而摩擦系数要比其他工艺条件下的较大；用低温处理+回火的试样的磨损量在1、2、3、4号试样中是最大的，而且摩擦系数也比较大。 参考文献: 1 沈利群.工模具材料的深冷处理及其效果[ J ].金属热处理.1995，(4)：3-7.25 2 刘昭全.一种自动控制的液压式低温改性处理机[J].真空与低温.2002，(3)：174-176