本發(fā)明屬于物理學(xué)領(lǐng)域，涉及一種測量殘余奧氏體含量的方法，具體來說是是一種軸承鋼材料熱處理過程中所對應(yīng)殘余奧氏體含量的測定方法。

背景技術(shù)：

在成品軸承零件中，尤其是精密軸承零件，對尺寸穩(wěn)定性有較嚴(yán)格的要求。殘余奧氏體是軸承鋼等含Cr鋼中的不穩(wěn)定的物相，它在成品零件存放或使用過程中將發(fā)生體積變化的相轉(zhuǎn)變，此轉(zhuǎn)變將導(dǎo)致軸承的尺寸變化，影響軸承的精度，甚至可導(dǎo)致報廢。因此，殘余奧氏體的精確測量和控制，是保證軸承零件的尺寸穩(wěn)定性從而保證軸承正常使用的關(guān)鍵技術(shù)。

理論計算表明，每轉(zhuǎn)變1％的殘余奧氏體，其相對長度尺寸增大約0.01-0.1％數(shù)量級，體積將增大約0.03％，這對于外徑為10mm的軸承，將變化0.003mm，這已經(jīng)是精密工件的尺寸超差的極限。因此，對于軸承零件熱處理(或冷處理)后的殘余奧氏體量應(yīng)定量測量，并根據(jù)軸承的具體工況和性能要求，采用適當(dāng)熱處理(或冷處理)工藝對其含量進(jìn)行控制。

目前測量殘余奧氏體的方法有兩種，一種是磁性檢測分析法，此法測量精度低，且不能測量5％以下的殘余奧氏體；另一種方法是X射線衍射法，此方法可測量到0.5％左右的殘余奧氏體。但是，由于X射線衍射儀這類的現(xiàn)代大型測試儀器一般只有科研機(jī)構(gòu)及高校才有配備，生產(chǎn)企業(yè)鮮有配備，這主要是其購入及維修成本均較高，且操作復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員。因此生產(chǎn)企業(yè)一般只能委托研究機(jī)構(gòu)或者高校來測量，這增加了生產(chǎn)成本，且分析測量過程時間長，無法即時的指導(dǎo)生產(chǎn)。另外，X射線衍射法測量的僅為表面薄層區(qū)域(約10-15μm深度)的殘余奧氏體含量。因此，對于軸承零件整體的殘余奧氏體含量的測定，缺乏一種既能實現(xiàn)精確定量、且代價不高的相變分析方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種軸承鋼材料熱處理過程中所對應(yīng)殘余奧氏體含量的測定方法，所述的這種軸承鋼材料熱處理過程中所對應(yīng)殘余奧氏體含量的測定方法要解決現(xiàn)有技術(shù)中采用X射線衍射法測量殘余奧氏體含量的成本高、分析測量過程時間長的技術(shù)問題。

本發(fā)明提供了一種軸承鋼材料熱處理過程中所對應(yīng)殘余奧氏體含量的測定方法，包括如下步驟：

(1)首先建立待測軸承鋼材料的殘余奧氏體含量與比容的關(guān)系；

先測量待測軸承鋼材料不同熱處理狀態(tài)下所對應(yīng)的比容，隨后對經(jīng)電解拋光制樣的上述軸承鋼試樣進(jìn)行X射線法實驗，得出殘余奧氏體含量；

以殘余奧氏體含量為橫坐標(biāo)，待測軸承鋼材料的比容為縱坐標(biāo)，建立待測軸承鋼材料的殘余奧氏體含量與比容之間的關(guān)系式，即工作曲線；

(2)通過步驟(1)中的工作曲線圖，根據(jù)待測軸承鋼材料不同熱處理狀態(tài)下所測出比容數(shù)值在工作曲線圖中的位置，或通過比較不同的熱處理狀態(tài)下的比容，定量計算得出待測軸承鋼材料在某一熱處理狀態(tài)對應(yīng)的殘余奧氏體含量。

進(jìn)一步的，所述待測軸承鋼材料經(jīng)不同的熱處理狀態(tài)所對應(yīng)的比容的測量是通過阿基米德法測量而得，所述阿基米德法測量的步驟如下：

首先，測量某一熱處理狀態(tài)下待測軸承鋼材料在空氣中的質(zhì)量，記作m₁；然后，將某一熱處理狀態(tài)下的待測軸承鋼材料放置在盛有已知密度的液體的容器中，測量待測軸承鋼材料浸沒在密度為ρ_液的液體中的質(zhì)量，記作m₂；最后，按計算公式(1)，得到上述某一熱處理狀態(tài)下的待測軸承鋼材料的比容v_物(即ρ_物^-1)，

公式(1)：

進(jìn)一步的，所述待測軸承鋼材料殘余奧氏體的含量是通過X射線法測量而得，所述的X射線法測量的步驟按照標(biāo)準(zhǔn)YB/T 5338-2006“鋼中殘余奧氏體定量測定X射線衍射儀法”執(zhí)行。

進(jìn)一步的，測量待測軸承鋼材料質(zhì)量所用的儀器為精密天平，所述精密天平的感量至少為10^-3g。

進(jìn)一步的，所述的待測軸承鋼材料為含有殘余奧氏體的高鉻碳鋼。

進(jìn)一步的，所述的待測軸承鋼材料的熱處理狀態(tài)包括軸承鋼的淬火、或者深冷處理。

本發(fā)明提供了一種新的測量殘余奧氏體含量(體積)的方法。該方法可直接反映殘余奧氏體轉(zhuǎn)變過程的變化；測量精度高，重復(fù)性高；儀器價格及使用費用低，易操作。利用該方法，可以在企業(yè)內(nèi)方便地、實時地實現(xiàn)對軸承零件熱處理(或冷處理)后的殘余奧氏體量的定量測量，進(jìn)而調(diào)整其熱處理(或冷處理)工藝參數(shù)，及時在線的優(yōu)化生產(chǎn)工藝。

本發(fā)明的技術(shù)原理是：材料熱處理的相變往往都是伴隨著體積及尺寸改變的一級相變。因此，測量材料熱處理前、后體積的變化，即可定量表征材料的熱處理及相變的狀態(tài)。一方面，單位質(zhì)量的體積可用比容(v＝ρ^-1即密度的倒數(shù))來表達(dá)，密度是固體材料的一個基本的性能，其可由二次稱重法(阿基米德法)，用精密天平來實現(xiàn)測量。密度的測量精度受到儀器精度及儀器操作的限制，以前的舊式天平測量，采用人工加載砝碼，人工讀取光標(biāo)數(shù)據(jù)，除皮操作麻煩，重復(fù)性差，誤差大，操作費時費工。因此舊式天平難以有效的實現(xiàn)本發(fā)明的精確測量。目前殘余奧氏體含量測量的可靠方法是X射線衍射方法，此方法可測量到0.5％左右的殘余奧氏體，但是，X射線衍射法測量的僅為表面薄層區(qū)域(約10-15μm深度)的殘余奧氏體含量，此前未見他人用密度方法來測量和分析材料內(nèi)部的殘余奧氏體含量的報道。

另一方面，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，精密的電子天平一改舊式天平繁瑣的測量加載和測量結(jié)果的讀取方法，測量操作簡單，精度較高，測量感量達(dá)到1-0.01mg。本發(fā)明正是利用目前測量儀器的進(jìn)步，將二次稱重法應(yīng)用于軸承鋼材料熱處理過程的殘余奧氏體含量的測量分析領(lǐng)域。

本發(fā)明將比容差法應(yīng)用于軸承鋼材料整體的殘余奧氏體含量的測量分析和研究。該方法具有精度較高、且對軸承鋼材料殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的體積(或比容)變化敏感，殘余奧氏體含量相對體積感量(或精確度)可達(dá)0.01％及更高。

本發(fā)明可直接反映軸承鋼材料的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變過程的變化，分析中所用儀器為天平，簡單通用，操作過程簡單，并且操作時儀器無需變溫、真空條件等特殊環(huán)境；對待測軸承鋼試樣的制備無特殊要求，對待測軸承鋼材料無損，數(shù)據(jù)處理簡單，精準(zhǔn)度高；分析過程速度快、耗能低、耗材少，即整個分析判斷的過程不要求操作人員有很高的理論知識，減少了人力、物力、財力的消耗。

本發(fā)明和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進(jìn)步是顯著的。本發(fā)明的測量方法具有試樣制備簡單，測量儀器通用，操作方便，實驗數(shù)據(jù)精度高，重復(fù)性高，數(shù)據(jù)可靠等優(yōu)點。本發(fā)明適用于不同熱處理狀態(tài)的軸承鋼材料的殘余奧氏體含量的測量，不同熱處理狀態(tài)包括軸承鋼的淬火，以及深冷處理等狀態(tài)。本發(fā)明的測量材料軸承鋼材料包括ZGCr15，9Cr18，Cr4Mo4V等，同時適用于所有含有殘余奧氏體的高鉻碳鋼。

附圖說明

圖1是實施例1中待測軸承鋼材料的工作曲線。

具體實施方式

下面通過具體實例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步闡述，但不局限本發(fā)明。

實施例1

一種軸承鋼材料熱處理過程中所對應(yīng)殘余奧氏體含量的測定方法，具體操作步驟如下：

(1)首先建立待測軸承鋼材料的殘余奧氏體含量與比容的工作曲線

先測量3個待測軸承鋼試樣在不同熱處理狀態(tài)下所對應(yīng)的比容，然后對經(jīng)過電解拋光的軸承鋼試樣進(jìn)行X射線法實驗，得到殘余奧氏體含量；以殘余奧氏體含量為橫坐標(biāo)，比容為縱坐標(biāo)，建立待測軸承鋼材料的殘余奧氏體含量與比容的關(guān)系式，即工作曲線；

本發(fā)明實施例中質(zhì)量測定所用的儀器為CP153型電子數(shù)字天平，感量為10^-3g，對質(zhì)量為10g物體相對測量精度可達(dá)0.01％。

待分析測試的軸承鋼材料為ZGCr15，三個軸承鋼試樣的尺寸約為φ20×10mm，重量大于10g，測量誤差為±0.01％。試樣編號分別為A1，A2，A3；其中A1為835℃淬火，A2為835℃淬火后-40℃深冷，并指定其為待測試樣，A3為835℃淬火后-120℃深冷。

三個試樣以二次稱重法測量比容，得到的比容分別為v_A1＝0.1285(單位為cm³/g，誤差為±0.0001，下同)，v_A2＝0.1286和v_A3＝0.1290；上述三個試樣通過XRD實驗得到殘余奧氏體含量分別為w_A1＝6.70％，w_A2＝5.10％，w_A3<0.5％。

由上述結(jié)果知，A1和A3的相對比容差約為0.39％，對于質(zhì)量為20g的試樣，此質(zhì)量的變化約為78mg，遠(yuǎn)大于測量天平的感量1mg，即該結(jié)果準(zhǔn)確可信。由A1，A3可建立待測軸承鋼材料的工作曲線，具體如圖1所示的斜線，線的左端點為A3、右端點為A1點；

(2)由步驟(1)所得的工作曲線，根據(jù)待測的軸承鋼試樣A2的比容數(shù)值在圖1中的位置(即圖1中間位置的點)，即可判斷出待測軸承鋼材料(835℃淬火、-40℃深冷)對應(yīng)的殘余奧氏體含量(w_A2＝5.386％)；以判斷其是否是預(yù)期的殘余奧氏體含量；

由步驟(1)的比容測定結(jié)果知，A2在圖1中的位置基本處于預(yù)期的工作曲線上(比容的相對偏差僅為0.01％，在測量范圍內(nèi))。

由此得出：(1)軸承鋼深冷處理后的殘余奧氏體含量與比容的關(guān)系可用線性變化來表示；(2)A2試樣的處理工藝達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果，其殘余奧氏體含量符合(線性)變化規(guī)律，偏差小、可忽略，即該工藝過程及實際處理結(jié)果達(dá)到了預(yù)期工藝要求。

此例表明了本發(fā)明的分析方法的準(zhǔn)確性和可靠性。

以上所述僅是本發(fā)明的實施方式的舉例，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)的發(fā)明，在未超越本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。