1 常用的几种提高 GCr15 耐磨性工艺方法及分析
（1）传统热处理工艺方法及分析 因 为 由 锻 造 或 轧 制 所 生 产 的 GCr15 钢 材 具 有 过共析成分，在晶界有网状渗碳体析出的层片状珠 光体，硬度较低，韧性不足，为此，要正火处理，以消 除原始组织中的粗大网络；正火后的 GCr15 还要进 行球化退火处理， 以降低其过热和变形开裂敏感 性；最 后 还 要 进 行 淬 火 及 回 火 处 理 ，方 可 获 得 较 为 理想的硬化效果及强韧性。 常规热处理工艺处理 TiC 薄膜，注入时间、注 入脉宽和工 作气体对 GCrl5 轴承钢表面改性效果具有显著的影响。 发展到后来 的 C ，N ，O 多元共渗处理，周海等人进行了这方面的 实验研究。 经多元共渗，材料表面硬度得到较大提 高，改善了材料的耐磨性、抗蚀性。 还有采用激光熔 凝方法对 GCrl5 钢表面稀土渗碳层进行改 性处理 ， 如张素芳、许越等人的实验研究。 我 国 学 者 比 较 系 统 地 开 展 了 提 高 GCr15 钢 的 GCr15 钢工艺复杂，处理周期长，处理后的材料韧性 不足，硬度也较低，常因崩裂、裂纹、变形而失效，使 * 郑州市科技局资助项目 (002010) ；郑州轻工业学院博士科研基金 资助项目 (000431) 16 第 30 卷第 9 期 —王小飞，等 GCr15 的耐磨性研究现状及展望—— Vol.30No.9 摩擦磨损性能的多种处理工艺方法 ， 如深冷处理、 离子注入及碳氮共渗等工艺方法。 目前普遍使用的 过程中是纯剪切方式，变形应力状态******，合金材 料承受变形能力显著增大，从而变形量大幅度增 加，经随后适当的恢复再结晶处理，获得极细小微 米晶组织。 因此 ECAE 工艺提高材料屈服强度与 塑性的效果远高于一般形变处理工艺。 研究表明，ECAE 工艺不仅可使金属材料进行 超大变形量变形，更令人感兴趣的是，变形后材料 经适当退火处理，可获得极细小微米晶粒，此微米 晶合金材料的屈服强度显著高于同种合金普通晶 粒尺寸材料，同时合金的极限延伸率亦明显提高。 GCr15 钢表面处理方法在一定程度上提高了表面材 料 的硬度 ，提 高 了 其 摩 擦 磨 损 性 能 ，但 这 些 表 面 处 理方法达不到理想的效果。 由于存在处理效果不稳 定、表 面 层 与 基 体 材 料 组 织 结 构 不 一 致 ，表 面 材 料 韧性较差等缺点，这些都将影响 GCr15 钢材料整体 性能的发挥。 同时，由于上述方法都是在材料的表 面进行处理，当表面层的耐磨性能降低或表面层被 磨穿后 ，其 摩 擦 磨 损 性 能 会 急 剧 降 低 ，因 此 ，GCr15 钢基体材料的强韧性、硬度等不仅影响材料力学性 能的好坏， 也是提高其摩擦磨损性能的决定性因 素。
（2 ）晶粒细化工艺方法及分析 晶粒细化是提高材料综合力学性能的一种有 效方法。 晶粒细化工艺一般从 4 个方面着手：液态 时 的细化 ，如 加 入 各 种 晶 粒 细 化 剂 、借 助 外 部 能 量 使枝晶破碎等 ; 固态变形加工细化如 轧制 、挤压 等； 热处理细化 ; 超细粉末冶金成形工艺。 这些工艺中， 以固态变形加工细化如大比率挤压工艺的晶粒细 化效 果 很 明 显 ，工 业 应 用 最 广 ，但 大 比 率 挤 压 工 艺 对设备要求高，难以大规模生产。 因此，就迫切需要 一种新型的细化晶粒效果好的工艺手段。 近年来，由于超细晶材料 ( 包括纳米材料和亚微 晶材料 ) 表现出许多不寻常的物理、 化学和力学性 能，这些逐渐引起人们的关注。 20 世纪 80 年代前苏 联科学家 Segal 提出了一种基于大塑性变形理论的 ECAE(Equal Channel Angular Extrusion) 方 法 制 备 大 块超细晶材料，通过将试样压入一个特别设计的模 具中以实现大的剪切变形来细化晶粒。 与一些传统 的制备超细晶材料的方法相比，这种方法避免了研 磨过程中可能带入的杂质以及超细微粉冷压合成 法制备的超细晶材料中存在的大量微空隙。 因此， ECAE 工艺不仅适用于处理强度较低的 Al 合金、Cu 合金，Semiatin S L 等人成功地将 ECAE 工艺应用于 TiAl 金属间化合物，获得极细小微米晶 TiAl 合金材 料。 GCr15 钢具有比 TiAl 金属间化合物更佳的塑 性，更低的强度和热加工温度，因此，应用 ECAE 工 艺研制微米晶 GCr15 钢块体材料是完全可行的。 如前所述，将 ECAE 工艺应用于 GCr15 钢，由 于晶粒细化至微米级，可望进一步提高 GCr15 钢抵 抗塑性变形能力，可显著提高 GCr15 钢的强韧性， 提高其硬度等机械性能，进而提高其抗磨耐磨性 能。 为改变传统 GCr15 钢材料处理工艺的繁琐、发 展潜力不足及 GCr15 钢的广泛应用开辟一条有效 途径。 向国权，康延利，王小飞等人对 GCr15 进行 ECAE 工艺处理研究，成功细化 GCr15 钢晶粒组织 的试验研究是对高碳钢细晶强化的全新探索，为其 他与其性能相近的高强度金属材料的 ECAE 加工 提供了很好的借鉴。 研究发现经过 ECAE 工艺处 理，GCr15 晶粒得到细化，耐磨性得到提高。
2 结语及展望
（1 ）目前普遍使用的这些常规热处理、化学热 处理、离子注入等工艺方法，都是在一定程度上提 高了表面材料的硬度，提高了其摩擦磨损性能，但 这些表面处理方法达不到理想的效果。 由于存在 处理效果不稳定、表面层与基体材料组织结构不一 致，表面材料韧性较差等缺点，这些都将影响 GCr15 钢材料整体性能的发挥。 同时，由于上述方法都是 在材料的表面进行处理，当表面层的耐磨性能降低 或表面层被磨穿后，其摩擦磨损性能会急剧降低， 因此，GCr15 钢基体材料的强韧性、硬度等不仅影响 材料力学性能的好坏，也是提高其摩擦磨损性能的 决定性因素。
（2 ）ECAE 工艺应用于 GCr15 钢，由于晶粒细化 至微米级，进一步提高 GCr15 钢抵抗塑性变形能 力，可显著提高 GCr15 钢的强韧性，提高其硬度等 机械性能，进而提高其抗磨耐磨性能。 ECAE 方法是制备三维大尺寸超细晶材料的一种有 效 的工艺 ，具 有 很 大 的 工 业 应 用 潜 力 ，近 年 来 越 来 越受到材料研究领域学者的广泛关注。
