摘  　要：主要研究了采用GCr15轴承钢的出油阀座淬火后其表面产生的黑色组织，分析和探寻了黑色组织的本质和成因，认为：选择适当的淬火工艺就可以避免黑色组织的产生，进一步提高出油阀座的热处理质量。

　　关键词：黑色组织；脱碳；增碳；冷却

　　引　言

　　当前无锡威孚集团公司生产的柴油机泵体上有相当一部分零件所用的材料是GCr15钢，如出油阀座就是其中之一。出油阀座在平磨后表面经常会有磨损现象出现，导致该种零件的疲劳强度和弹性极限降低，因此必需对出油阀座的材料GCr15钢进行了分析研究。

　　1　实验与结果分析

　　经过对表面有磨损的出油阀座进行金相分析，发现金相组织中除了表面有黑色组织外其余的指标都符合技术要求，为此，技术人员专门对轴承钢黑色组织进行了分析研究。

　　1.1 GCr15轴承钢的化学成分

　　GCr15轴承钢的化学成分见表1：

　　1.2 GCr15钢表面黑色组织

　　1.2.1 伴随脱碳层的黑色组织

　　淬火加热中，当GCr15钢表面产生程度不同的脱碳时，淬火后(在一定的冷却条件下)其表面会产生一层黑色组织。不同的生产批次，黑色组织的形态和深度有所不同。黑色组织轻微时只形成网络状，深度为几十微米到几百微米，严重时则形成层片状+网络状，深度几百微米。因黑色组织易受硝酸酒精腐蚀变黑，故采用浅腐蚀处理即可将其清楚地显示出来(如图1所示)。

　 
　图1　GCr15钢表面脱碳时的网状黑色组织
(500×，4%硝酸酒精溶液腐蚀)

　 
图2　GCr15表面增碳时的黑色组织
(500×，4%硝酸酒精溶液腐蚀)

　　1.2.2　伴随增碳层的黑色组织

　　淬火加热中，当GCr15钢表面产生不同程度的增碳时，淬火后(在一定的冷却条件下)其表面产生一层黑色组织，其形态深度与受腐蚀程度和前述基本相同(如图2所示)。

　　1.3　黑色组织的本质

　　1.3.1　形态和组织结构

　　光学显微镜下观察到的黑色组织具有网络状或层片状+网络状的形态，其上分布着剩余碳化物颗粒。黑色组织易受硝酸酒精腐蚀(相当于淬火马氏体)，黑色的网络状是沿奥氏体晶界形成的。从图1，图2可以看出，层片状黑色组织正是由黑色的细网络扩大变粗，几个邻近的网络连接成小黑块，再由小黑块间彼此连接成层片状而形成，所以黑色组织的形成经历了由网络状到小块状再到层片状的发展过程。

　　1.3.2　硬度

　　黑色组织的硬度明显低于马氏体的硬度(如下表2所示)：

　　综合上述分析可以证实，黑色组织是GCr15钢在淬火时发生的扩散型相变产物，它是珠光体类型中的屈氏体。

　　1.4　黑色组织的形成原因

　　GCr15钢的恒温转变曲线上有2个奥氏体加速分解的阶段[1]。第1阶段在650℃附近，第2阶段在450～480℃附近，第2阶段(中温转变)的奥氏体分解速度小于第1阶段的奥氏体分解速度。

　　GCr15钢的淬火是为了得到需要的马氏体淬火组织，在冷却过程中必须制止钢中有珠光体形成，因此在连续冷却时第1阶段的转变具有决定性的作用。

　　抑制珠光体转变的临界速度取决于钢的成分，首先取决于碳在固溶体中的浓度，淬火时临界速度的大小随固溶体中含碳量的多少而变化，当GCr15钢加热时表面产生脱碳，则在脱碳区域内固溶体的碳浓度