一种碳氮共渗后的高碳铬长寿命轴承零件的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高碳铬轴承钢（GCrl5)零件的检测方法，具体为一种碳氮共渗后 的高碳铬长寿命轴承零件的检测方法。
【背景技术】
[0002] 使用于汽车手动变速箱、工业减速机、摩托车曲轴、汽车交流发电机等用途的滚动 轴承，由于润滑油或润滑脂的污染比较严重，工作条件非常恶劣，滚动轴承往往会由于轴承 零件发生表面起源型的疲劳剥落而发生早期失效。例如，在汽车手动变速箱中，齿轮的啮合 产生很多金属碎肩和金属粉末，这些金属碎肩和金属粉末俗称磨粒，混在润滑油中，随润滑 油进入轴承内部，在轴承运转过程中，磨粒卡入钢球和滚道的接触区，在钢球和滚道表面引 起大量压痕，使轴承零件发生表面起源型的疲劳剥落，使轴承早期失效。如果对高碳铬轴 承钢零件进行碳氮共渗处理，使零件的表层组织中存在一定的残余奥氏体含量，同时在碳 氮原子的固溶强化作用下，不降低零件表层的硬度和接触疲劳强度，这样就能够降低压痕 的危害性，从而延长污染润滑工况下轴承的使用寿命。因此，若能保证轴承零件的碳氮共渗 处理质量，则能延长既定设计轴承的长寿命。然而，评价轴承零件碳氮共渗的质量和效果需 要对轴承进行疲劳寿命试验。轴承的疲劳寿命是基于足够的试验数据并通过概率统计的方 法得到的，耗时长、成本高，并且不能满足生产线上快速生产和检测的需求，进而难以高效 率指导轴承零件的碳氮共渗热处理工艺。
[0003] 中国专利：申请公布号为CN104328373A，申请公布日为2015年2月4日的发明专 利公开了一种高碳铬轴承钢碳氮共渗有效硬化层深度检测方法，该方法先将碳氮共渗处理 后的高碳铬轴承钢零件在300~400°C下回火至少1小时，然后空冷至室温，经过切割、镶 嵌、磨制和抛光处理后检测维氏硬度。该方法采用300~400°C的回火处理，但在上述温度 范围对轴承零件进行回火处理后，从零件表面到心部的硬度梯度变化仍然不明显；另外该 方法定义有效硬化层深度为从表面测至硬度值平稳处的垂直距离，但硬化层与心部之间没 有明显的分界线，难以精确找到表面至心部硬度平稳处的距离，具有较大误差。另一方面， 有效硬化层一般根据零件的服役条件来设计，其有效深度需符合零件的性能要求。参照中 国机械行业标准JB/T 7363-2011的定义，该发明提供的方法实际测得的是总硬化层深度， 并不是有效硬化层深度。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是克服传统轴承疲劳寿命试验耗时较长以及现有检测方法不能准 确反应有效硬化层深度的问题，提供一种既能有效缩短检测时间，又能够准确检测实施碳 氮共渗后的长寿命轴承零件的检测方法。
[0005] 为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案： 一种碳氮共渗后的高碳铬长寿命轴承零件的检测方法，该检测方法包括有效硬化层深 度检测、渗层碳氮浓度检测、硬度检测、残余奥氏体含量检测以及渗层金相组织检测； 所述有效硬化层深度检测是指：先于500± KTC下对所述零件回火处理1小时，然后检 测零件表面至其心部维氏硬度为500HV处的垂直距离为0. 3~0. 5mm，该距离即为有效硬化 层深度； 所述渗层碳氮浓度检测是指：于距零件表面〇. 15mm深处测得碳氮浓度为：C 1. 2%~ 1. 6%、N 彡 0· 1%、C+N 1. 5% ~2. 0% ; 所述硬度检测包括表层硬度检测和心部硬度检测； 所述表层硬度检测是指：于距零件表面0.1 mm深处测量维氏硬度为713~923HV ; 所述心部硬度检测是指：于距零件表面2mm深处测量维氏硬度为664~795HV ; 所述残余奥氏体含量检测包括表层残余奥氏体含量检测和心部残余奥氏体含量检 测； 所述表层残余奥氏体含量检测是指：于距零件表面〇. 〇5mm深处进行X射线衍射分析， 测得残余奥氏体含量为17%~40% ; 所述心部残余奥氏体含量检测是指：于距零件表面2mm深处进行X射线衍射分析，测得 残余奥氏体含量为5%~12% ; 所述渗层金相组织检测是指：采用金相显微镜检测渗层具有隐针或细针含氮马氏体、 残余奥氏体、碳氮化合物，无显微组织缺陷，其中，碳氮化物呈颗粒状分布，无块状、角状、网 状结构，且碳氮化物的颗粒尺寸不大于8 μ m。
[0006] 所述有效硬化层深度检测依次包括以下步骤： ① 于500± KTC下对所述零件回火处理1小时后空冷至室温； ② 检测垂直于所述零件表面的截面上的维氏硬度梯度，并以维氏硬度值为纵坐标，以 至表面的距离为横坐标，绘制硬度分布曲线； ③ 采用图解法求得硬度分布曲线上零件表面至其心部维氏硬度为500HV处的垂直距 离为0· 3~0· 5mm。
[0007] 所述表层硬度检测是指：先在垂直于所述零件表面的截面上，于距零件表面 0.1 mm深处测量维氏硬度为713~923HV，然后将其换算成洛氏硬度为60~67HRC ; 所述心部硬度检测是指：先在垂直于所述零件表面的截面上，于距零件表面2mm深处 测量维氏硬度为664~795HV，然后将其换算成洛氏硬度为58~63HRC。
[0008] 与现有技术相比，本发明的有益效果为： 本发明提供一种碳氮共渗后的高碳铬长寿命轴承零件的检测方法包括有效硬化层深 度检测、渗层碳氮浓度检测、硬度检测、残余奥氏体含量检测以及渗层金相组织的检测，有 效硬化层深度检测将临界硬度设定为维氏硬度500HV，不仅能准确反映出碳氮共渗零件的 有效硬化层深度，而且也能间接反映出零件表层的性能；渗层碳氮浓度检测保证了渗层稳 定的渗碳和渗氮量，使得经淬回火处理后的零件能够得到合理的渗层组织，还可避免零件 表层产生大颗粒及块状碳化物；硬度检测将零件表层及心部的硬度均控制在一定范围内， 在此较高的硬度范围内的零件才具有较好的疲劳性能；金相组织及残余奥氏体的检测通 过控制零件渗层组织和残余奥氏体含量，保证了在不影响轴承零件心部组织及性能的前提 下，零件表层具有隐针或细针状的含氮马氏体、残余奥氏体和细小颗粒状的碳氮化合物，避 免了粗针状马氏体及较大颗粒的碳氮化物降低轴承零件的疲劳性能，同时表层适量的残余 奥氏体能够降低零件表面压痕凹坑边缘的应力集中，从而降低压痕的危害性，提高在较污 染的润滑条件下使用的轴承寿命。上述检测方法可广泛适用于高碳铬碳氮共渗轴承零件的 检测，不仅能够准确测定零件的质量，从而确保零件的长寿命，而且与传统的轴承的疲劳寿 命试验相比，大幅度缩短了检测耗时。因此，本发明方法不仅可靠，而且能降低检测成本。
【附图说明】
[0009] 图1为回火处理后从轴承零件表面到心部的硬度分布曲线。
[0010] 图2为在润滑油中掺入金属粉末条件下的疲劳寿命试验验证结果。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0012] 一种碳氮共渗后的高碳铬长寿命轴承零件的检测方法，该检测方法包括有效硬化 层深度检测、渗层碳氮浓度检测、硬度检测、残余奥氏体含量检测以及渗层金相组织检测； 所述有效硬化层深度检测是指：先于500± KTC下对所述零件回火处理1小时，然后检 测零件表面至其心部维氏硬度为500HV处的垂直距离为0. 3~0. 5mm，该距离即为有效硬化 层深度； 所述渗层碳氮浓度检测是指：于距零件表面〇. 15mm深处测得碳氮浓度为：C 1. 2%~ 1. 6%、N 彡 0· 1%、C+N 1. 5% ~2. 0% ; 所述硬度检测包括表层硬度检测和心部硬度检测； 所述表层硬度检测是指：于距零件表面0.1 mm深处测量维氏硬度为713~923HV ; 所述心部硬度检测是指：于距零件表面2mm深处测量维氏硬度为664~795HV ; 所述残余奥氏体含量检测包括表层残余奥氏体含量检测和心部残余奥氏体含量检 测； 所述表层残余奥氏体含量检测是指：于距零件表面〇. 〇5mm深处进行X射线衍射分析， 测得残余奥氏体含量为17%~40% ; 所述心部残余奥氏体含量检测是指：于距零件表面2mm深处进行X射线衍射分析，测得 残余奥氏体含量为5%~12% ; 所述渗层金相组织检测是指：采用金相显微镜检测渗层具有隐针或细针含氮马氏体、 残余奥氏体、碳氮化合物，无显微组织缺陷，其中，碳氮化物呈颗粒状分布，无块状、角状、网 状结构，且碳氮化物的颗粒尺寸不大于8 μ m。
[0013] 所述有效硬化层深度检测依次包括以下步骤： ① 于500±KTC下对所述零件回火处理1小时后空冷至室温； ② 检测垂直于所述零件表面的截面上的维氏硬度梯度，并以维氏硬度值为纵坐标，以 至表面的距离为横坐标，绘制硬度分布曲线； ③ 采用图解法求得硬度分布曲线上零件表面至其心部维氏硬度为500HV处的垂直距 离为0· 3~0· 5mm。
[0014] 所述表层硬度检测是指：先在垂直于所述零件表面的截面上，于距零件表面 0.1 mm深处测量维氏硬度为713~923HV，然后将其换算成洛氏硬度为60~67HRC ; 所述心部硬度检测是指：先在垂直于所述零件表面的截面上，于距零件表面2mm深处 测量维氏硬度为664~795HV，然后将其换算成洛氏硬度为58~63HRC。
[0015] 以下对本发明提供的碳氮共渗后高碳铬长寿命轴承零件的检测方法原理进行说 明： 钢铁材料理论表明，钢铁材料的成分、冶炼乳制工艺以及热处理等过程共同决定了其 金相组织结构，金相组织结构的不同又必然带来钢铁材料不同的性能，如果能对轴承零件 材料的力学性能、材料成分及金相组织等给出一定的要求，则能确保既定设计的轴承的长 寿命，从而避免耗费进行每批次轴承疲劳寿命试验所需要的大量工时。为此，本发明系统地 提供了一种可靠的碳氮共渗高碳铬长寿命轴承零件检测方法，对有效硬化层深度、渗层碳 氮浓度、硬度、残余奥氏体含量以及渗层金相组织给出了明确的要求，保证了轴承零件的长 寿命。
[0016] ( 1)有效硬化层深度的检测 一方面，检测前对轴承零件进行500± KTC回火处理1小时，零件表层组织高温回火后 硬度没有显著降低，而心部组织的硬度下降显著，使得零件渗层到心部的硬度梯度变化更 为明显，提高了检测的准确度；另一方面，有效硬化层深度规定为轴承零件表面至心部维氏 硬度为500HV处的垂直距离，是基于如下考虑：碳氮共渗零件的硬化层与心部之间没有明 显的分界线，难以精确找到表面至心部硬度平稳处的距离，将维氏硬度500HV规定为有效 硬化层的界限硬度，不仅能准确反映出碳氮共渗零件的有效硬化层深度，而且也能够间接 反映碳氮共渗零件表层的性能。
[0017] (2)硬度检测 表层硬度检测