岛津EPMA-8050G对高碳铬轴承钢的分析-微信文章-仪器谱

导读

轴承作为机械设备（汽车、高铁、飞机等）的基础件，主要在机械传动过程中起固定和减小载荷摩擦系数的作用。轴承用钢包括高碳铬轴承钢、渗碳轴承钢、不锈轴承钢、高温轴承钢及特殊工况下应用的特殊轴承钢等。其中，以高碳铬轴承钢应用最广，约占世界年轴承钢总产量的80%以上。高碳铬轴承钢的质量即疲劳寿命的高低关乎机械、国防、汽车、铁路等行业的设备是否正常安全的运行，故对所含杂质元素和非金属夹杂物数量、尺寸、类型、分布及碳化物不均匀性要进行严格评估和控制。

本文向您介绍使用场发射型电子探针显微分析仪（岛津EPMA-8050G）对高碳铬轴承钢进行分析的示例。

高碳铬轴承钢

轴承钢通过退火处理使网状渗碳体（Fe3C）球化获得良好的切削加工性能。在淬火回火后的马氏体组织内弥散分布1 μm以下的硬质球状碳化铬从而具有更好的硬度和耐磨性。

除了耐磨性和耐久性的机械性能外，优异的滚动接触疲劳寿命对轴承钢也很重要。通过球化退火，均匀分散球状碳化物来提高机械性能。另一方面，杂质和夹杂物等的材料缺陷会影响滚动接触疲劳寿命，尤其是呈不连续颗粒状排列的B型夹杂物和不规则分散的C型夹杂物（氧化物类非金属夹杂物）对其影响非常大，需要去除这些夹杂物，或对其进行弥散化处理。

图1为高碳铬轴承钢基体的元素分布图，可以看出约1 μm的球状Cr碳化物得到了均匀的弥散分布。

氮化处理是一种使氮（N）原子渗入含有铝（Al）、铬（Cr）、钼（Mo）等与氮（N）之间的结合力更强的基体表层，使其生成氮化物的热化学处理工艺。

通过在钢表面形成硬质耐腐蚀的氮化合物层来提高钢表面耐磨性的硬化方法应用非常广泛。其中，铝是影响氮化层硬度的重要元素。

对高碳铬轴承钢的氮化处理表层进行元素面分析的结果如图2所示。除碳化铬的分布外，还观察到了约100nm的细小氮化铬（CrN）和100nm以下的细微氮化铝（AlN）的分布。

相位分析和状态分析

通过相分析，能将绘制在散布图上的强度（浓度）作为点集（簇）提取，因此可以准确地显示化合物相。C-Cr、N-Cr、N-Al在各自的二维散布图中作为簇提取的结果如图3所示，C-N-Cr反映于三维散布图中的结果如图4所示。化合物碳化铬、氮化铬以及氮化铝在图5中分别显示为紫色、棕色和品红色。

图6 Cr状态分析可使用Cr-L线对铬进行状态分析。当铬形成化合物时，Cr-Lβ/Cr-Lα的比例与单独的铬相比会发生变化。作为不同的铬的化合物，氮化铬与氧化铬的Cr-Lα峰形会有所改变，其改变结果如图6所示。

岛津公司高端场发射电子探针显微分析仪EPMA-8050G，采用先进的高亮度肖特基发射体，比一般传统SEM使用的发射体针尖更大，输出更高，即可以保持其高亮度，还可以提供高灵敏度分析不可缺少的稳定大电流（3μA @ 30kV）。同时，岛津公司EPMA-8050G的52.5°高X射线取出角，以及搭载具有约翰逊型全聚焦分光晶体的4英寸X射线谱仪，可兼顾高灵敏度和高分辨率，实现优越的元素状态分析，以及超轻元素和稀土微量元素分析。