常 洪，陳廣勝，付 玲，買 潔

（洛陽(yáng)LYC軸承有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

滲碳軸承套圈的心部硬度不僅影響套圈的靜載強(qiáng)度，而且也影響表面殘余應(yīng)力的分布，從而影響彎曲疲勞強(qiáng)度。若心部硬度過高，會(huì)降低其沖擊韌度；心部硬度過低，承載時(shí)易出現(xiàn)心部屈服和滲碳層剝落。因此滲碳軸承套圈的心部硬度都有一定的要求［1］。

在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)于有效壁厚不太大的滲碳軸承套圈通過調(diào)整熱處理工藝參數(shù)等即可很好地控制其心部硬度，但對(duì)于某些有效壁厚大的滲碳軸承套圈由于受淬透性、表面組織等因素的影響，如果遇到鋼材成分差異太大的情況，只靠調(diào)整工藝參數(shù)就很難達(dá)到要求，這就需要尋求其他解決途徑。文中從滲碳軸承鋼中化學(xué)元素的含量入手，研究其對(duì)心部硬度的影響程度，以在符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，調(diào)整材料中某個(gè)或某些元素的含量，在正常加工工藝過程下，穩(wěn)定高效地達(dá)到控制滲碳軸承套圈心部硬度的目的。

灰色系統(tǒng)理論（Grey System）是本分析研究的主要手段和支撐［2］，它是以系統(tǒng)理論為指導(dǎo)，以“部分信息已知，部分信息未知”的“小樣本、貧信息”的灰色系統(tǒng)為主要研究對(duì)象，緊緊地抓住表征信息，通過對(duì)部分已知信息的生成和開發(fā)，提取有價(jià)值的信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行行為的正確認(rèn)識(shí)（找規(guī)律）和有效控制（實(shí)踐應(yīng)用）?；疑P(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)理論的基本內(nèi)容，事實(shí)上是動(dòng)態(tài)發(fā)展態(tài)勢(shì)的量化分析。信息不完全、不確定性系統(tǒng)的普遍存在，決定了灰色系統(tǒng)理論具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

1 試驗(yàn)過程

1.1 化驗(yàn)原材料成分進(jìn)行數(shù)據(jù)采集

針對(duì)某個(gè)大壁厚的軸承型號(hào)，取不同材料爐號(hào)的套圈9件，依次編號(hào)為Ⅰ～Ⅸ，在工裝設(shè)備、工藝參數(shù)和路線、操作人員等不變的條件下，對(duì)試驗(yàn)套圈進(jìn)行滲碳、二次淬、回火等熱處理加工，然后破碎、取樣，檢驗(yàn)其有效硬化層深度、心部硬度及心部硬度處的化學(xué)成分，從中選擇可能對(duì)心部硬度有影響的8種元素，其結(jié)果見表1。

表1 心部硬度與各化學(xué)成分的檢驗(yàn)結(jié)果

1.2 利用“灰色系統(tǒng)理論”將各化學(xué)成分與心部硬度進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析

1.2.1 建立各項(xiàng)指標(biāo)的對(duì)應(yīng)代號(hào)

為便于計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)，將各原材料成分元素與心部硬度等指標(biāo)建立代號(hào)，見表2。

表2 各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)代號(hào)

1.2.2 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度

設(shè)參考數(shù)列（心部硬度）為：

將各化學(xué)成分的關(guān)聯(lián)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，列于表3。

表3 各化學(xué)成分與心部硬度的關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式：

按照關(guān)聯(lián)度公式經(jīng)計(jì)算，原材料化學(xué)成分中C，S，P，Mn，Si，Ni，Cr，Mo與心部硬度的關(guān)聯(lián)度分別為γ1＝0.761，γ2＝0.641，γ3＝0.628，γ4＝0.740，γ5＝0.856，γ6＝0.824，γ7＝0.855，γ8＝0.841。

1.2.3 灰色關(guān)聯(lián)分析

可以看出，成分中Si，Ni，Cr，Mo與心部硬度的關(guān)聯(lián)度值較高，其中Si含量與心部硬度的關(guān)聯(lián)度γ5＝0.856為最大，且其數(shù)據(jù)處于成分要求含量0.15～0.40的下限者較多，有提高其含量的余地。S含量X2和P含量X3對(duì)心部硬度X0的影響較小。

1.3 利用“曲線趨勢(shì)圖”分析

根據(jù)1.2的分析結(jié)果，對(duì)影響心部硬度較大的化學(xué)成分C，Mn，Si，Cr，Ni和Mo的含量數(shù)據(jù)擴(kuò)大一定的倍數(shù)與心部硬度數(shù)據(jù)繪制成如圖1所示的曲線圖。

圖1 心部硬度值與各化學(xué)成分曲線趨勢(shì)圖

從圖中直觀分析可知：Si含量曲線與心部硬度曲線的幾何形狀最接近，且心部硬度值隨著Si含量的增減而增減；其次是Cr含量曲線等，這與1.2中量化分析的結(jié)果相吻合。

2 化學(xué)元素對(duì)滲碳軸承鋼作用的定性分析

滲碳軸承鋼中，C含量對(duì)滲碳淬火后零件心部硬度和淬透性起著決定性作用，C含量過低，其淬透性差、心部硬度值低，且強(qiáng)度下降。

S在滲碳軸承鋼中是有害元素，應(yīng)嚴(yán)格控制。

P對(duì)鋼的低溫韌性不利，對(duì)沖擊韌性的影響非常大。在有耐沖擊要求的場(chǎng)合，P是有害元素，應(yīng)盡量減少。

Mn能溶于鐵素體而強(qiáng)化鐵素體基體，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和淬透性，但會(huì)使鋼的塑性和韌性略有降低，另外Mn還會(huì)使鋼的耐腐蝕性能降低?？刂其撝蠱n含量，使鋼的綜合性能達(dá)到最佳。Mn在滲碳軸承鋼中，控制含量應(yīng)不超過0.7%。

Si也能固溶于鐵素體而強(qiáng)化鐵素體基體，提高鋼的強(qiáng)度和硬度，還能提高屈強(qiáng)比及疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的比值。鋼中加入適量的Si可以提高淬透性，改善抗回火軟化組織。在滲碳軸承鋼中，Si和Mn的復(fù)合作用能顯著提高滲碳層的抗回火穩(wěn)定性，Si含量越高，抗回火穩(wěn)定性能越好，控制Si含量不超過0.4%，這樣對(duì)鋼的韌性和塑性影響不大。

在滲碳軸承鋼中，Ni是作為合金元素加入的，在鋼中能降低表面吸收碳原子的能力，加速碳原子在奧氏體中的擴(kuò)散，減少滲碳層中的碳濃度，Ni可以減慢滲碳速度，提高鋼的韌性。

Cr在滲碳軸承鋼中，可以提高淬透性、提高滲碳層耐磨性，并能改善鋼的力學(xué)性能，同時(shí)Cr還能使鋼的熱處理工藝穩(wěn)定。

Mo是使奧氏體化區(qū)域縮小的元素。在滲碳軸承鋼中，Mo的主要作用是提高淬透性，提高韌性、耐磨性和滲碳性能，改善力學(xué)性能。

結(jié)合前面的灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果，也可以看出，作為有害化學(xué)元素的S，P已經(jīng)在滲碳軸承鋼中得到有效控制，即使在各試樣的化學(xué)成分中，最高與最低含量S為4倍，Si為1.6倍，P為1.4倍，S和P對(duì)心部硬度的影響最小，與Si的影響相比仍差許多。

通過前面的分析可以得出：當(dāng)C，Mn，Ni，Cr，Mo等元素在材料成分合格范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，Si含量對(duì)心部硬度的影響成為最大因素，且心部硬度值隨著Si含量的增減而增減。同時(shí)，可預(yù)見到不管是進(jìn)口還是國(guó)產(chǎn)滲碳軸承鋼，如果Cr，Ni，Mo（關(guān)聯(lián)度較大者）僅在要求的下限，即使Si含量較大，也將制約心部硬度的提高。因此，對(duì)滲碳軸承鋼的化學(xué)成分進(jìn)行有效控制，心部硬度的問題將不再是加工生產(chǎn)中的一項(xiàng)難題。同時(shí)，對(duì)于有效壁厚較小的滲碳軸承套圈的心部硬度，也將會(huì)得到更充分地保證，從而對(duì)其有效硬化層深度、金相組織等也有一定的改善。

3 生產(chǎn)驗(yàn)證

根據(jù)試驗(yàn)分析結(jié)論，經(jīng)與鋼廠協(xié)商，對(duì)心部硬度影響較大的C，Cr，Si，Mn等元素成分按表4要求專門定制一爐鋼材，以便對(duì)試驗(yàn)結(jié)論做進(jìn)一步驗(yàn)證。

表4 專門定制鋼材的主要化學(xué)成分要求

材料入廠后，對(duì)應(yīng)質(zhì)保書進(jìn)行原材料檢驗(yàn)，各成分含量見表5。根據(jù)關(guān)聯(lián)分析，可以預(yù)測(cè)本爐材料加工的套圈熱處理后的心部硬度將在35～40 HRC之間。

表5 定制材料入廠后的檢驗(yàn)結(jié)果

在同樣的熱處理加工狀態(tài)下，本爐鋼材加工套圈分為3個(gè)滲碳批次，二次淬、回火后從3個(gè)批次中各隨機(jī)取1件產(chǎn)品，破碎、制樣，檢驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 定制材料加工的套圈二次淬回火后的檢驗(yàn)結(jié)果

由此可見，通過鋼材化學(xué)元素的合理組配，實(shí)現(xiàn)了滲碳軸承鋼二次淬火心部硬度的有效控制。