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钢球回火过程中微氧化行为的研究 张玉 张黔冯晓丹 (武汉大学动机学院，武汉，湖北，430072) 摘要- 论文时铬铡成品钢球不同加热方式回火时产牛的微氧化进行了研究；加热温度160～240C，保温时间为 05～4h范例内随着加热温度的升高和时间延长到…定范闱，表面氧化膜颜色由浅黄逐渐变化到深紫色。在转动 条件F加热回火，表面颜色的变化与滚筒转速有关，高的转动速度加剧表面微氧化，但也引起氧化膜结构变化。 关键词： 商碳铬钢：微氧化膜；回火：着色 在生产和科学实践中，有时会发现钢的表面在加热后出现不同的颜色。当加热温度较低时，钢表面产 生的氧化膜很薄，用常规干分尺不能准确测定出其厚度，本文对这类膜厚在纳米级范围的热氧化膜称为微 氧化膜，钢产生相应氧化的过程则称为微氧化。微氧化的外观特征是钢表面具有光泽的色度。这一特点对 于区分同一直径不同公差的轴承钢球十分有利。同时，钢表面的微氧化膜在摩擦对中具有减磨作用【Ij。因 此，对于精密钢球，能否在第二次的稳定化回火过程中采用空气作为回火介质，通过工艺的控制来控制钢 球的色度是项令人关注的问题。在文献“1对于金属表面的氧化色进行了较为详细的论述，然而对于有关 钢微氧化的规律以及性能缺乏研究。本文为此进行了探讨。 l实验方法 实验用钢球为GCrl5钢成品，球径为6 普通实验电炉加热和滚动加热两种方式。为 了获得较为精确的温度控制，对普通实验室 电炉进行了改制；其要点是通过改变电炉丝 的连接方式将原加热功率由4千瓦降为1干 瓦，使温度的波动减小。此外，在输入电炉 的导线前装置调压设备，通过调整电压的大 小实现准确控温，炉温的波动可控制在3～4 ℃。由j：钢球在滚动状态下加热较为均匀， 图1实验装置示意图 采用了如图1所示的实验装置。钢球5置于带 1一车床机座：2-变速箱及卡盘；3一炉体及炉盖：4一密封罐：5 螺旋盖的密封罐4中，通过其上端部杆柄可夹在 一工件；6一热电偶孔 车床卡盘2内实现旋转。通过车床本身的变速装 置使密封罐获得不同的转速。实验采用的转动速度范围为230～1000 r．p．m。密封罐的罐体部分位于电炉3 中进行加热，通过热电偶6测温。电炉可在车床导轨上移动。 时，在密封罐内放入一定量的化学纯Si02与在空罐里滚动加热相比较，用以研究固体粉末高速旋转冲击工 件表面所带来的影响。 实验后试样用肉眼观察其表面颜色色度，在HR一150A洛氏硬度计测定其硬度；采用多个钢球为一组 进行称重试验，通过总的氧化增重计算出单个钢球的增重并由此近似计算氧化膜的厚度。对称重钢球试验 前后用酒精进行仔细清洗，试验在TG328型光学读数分析天平称量，精度为万分之一克。 之间的Si的氧化物。 2实验结果及分析 2．1回火温度和保温时间的影响 表1为在不同温度下静止空气中加热1．5h后钢球表面色度的变化和硬度值。表2为180℃下不同回火 时间所获颜色、硬度及单个球重变化的比较。 实验结果表明，表面氧化色的变化与与一般热 表1不同濡席下回火15h钢五艮的表面颜色和砸席蛮化 处理过程体现的规律相同，温度对表面色的影响 比时间的影响更为显著。钢球在180。C保温4h所 获颜色与210C保温1．5h的效果相同。在实验中 J：160。C保温1．5h的钢表面仍保持亮白色，不能 此外，经热氧化后的试样普遍具有比原先本色更亮的特点。部分实验中，对比了粗糙度较高的未经热处理 的钢球，这些试样均不出现氧化色。 I 表中列入了相应色度对应的硬度变化 表2 80。C下不同回火时间所获颜色、硬度及表面膜厚度 值。 。般来说回火的程度越强，即硬度值 下降越大，表面色显得越深。由于对于色 度的鉴别目前仪靠肉眼，还不能明确二者 的定量联系。 在实验中设计了试样增重测定，目的 在于通过钢球受到氧化后的增熏，再假定