55CrMo钢是一种中碳低合金钢,广泛应用于滚珠丝杠。相比于国外滚珠丝杠的技术质量,国内滚珠丝杠材料热处理后容易出现裂纹、硬度不均匀及耐磨性差等问题,影响了滚珠丝杠的生产质量及工作效率。为了提高滚珠丝杠在感应淬火后的表面硬度及均匀性,有必要仔细选择55CrMo钢的感应淬火工艺参数,以获得所需的组织和性能,提高其耐磨性,延长工作寿命。首先利用Gleeble-1500D热模拟试验机,通过测试不同快速加热及冷却工艺参数的膨胀曲线,研究工艺参数(加热速度、奥氏体化温度、保温时间、冷却速度)对55CrMo钢相变(奥氏体转变、铁素体和珠光体转变、贝氏体转变、马氏体转变)的影响规律;利用光学显微镜和扫描电子显微镜进行显微结构表征;利用X射线衍射仪测量残余奥氏体的体积分数,由膨胀曲线结合微观组织及显微硬度分析其相变特性。然后,在热模拟试验结果的基础上,利用感应加热电源和多匝比中频淬火变压器对薄板状试样进行加热,通过金相分析、拉伸试验、显微硬度测试,分析抗拉强度及断口形貌特征,对其力学性能及失效破坏机制进行了评价。最后,对比研究了同类型的日本进口中碳钢S55C的组织及性能特点。试验结果表明:快速加热淬火不同于常规淬火,有利于55CrMo钢组织细化,获得性能优良的隐晶马氏体组织;对比同类型的S55C钢,55CrMo钢的淬透性更好,热处理后的组织及性能更优异。(1)55CrMo钢的热模拟试验结果表明:在快速加热过程中,奥氏体化温度随着加热速度的增大而升高。55CrMo钢的加热冷却阶段的相变为高温的铁素体珠光体相变,中温的贝氏体相变,低温的马氏体相变。不同的加热及冷却工艺参数影响最终相变发生的类型。随着加热温度的升高和保温时间的增加,促进了原始组织的溶解,提高了过冷奥氏体的稳定性,有利于淬火试样中马氏体的体积分数增加。当加热温度升高到900℃以上时,只发生马氏体相变,残余奥氏体含量较低。当加热温度超过1 000℃时,较高的温度导致残余奥氏体体积分数增加,且晶粒变粗大,产生裂纹。(2)55CrMo钢的感应淬火试验结果表明:当感应加热温度为800℃时,试样处于非均匀的奥氏体组织状态,在随后的冷却过程中形成了由铁素体珠光体、贝氏体和马氏体组成的混合组织,硬度低且不均匀,抗拉强度低。当加热温度在850～950℃范围内时,可获得完整的高硬度的隐晶马氏体组织,残余奥氏体的体积分数较低,抗拉强度较高,且断裂机制为准解理断裂以及解理和微孔聚合的混合机制。但随着加热温度的继续升高,试样的抗拉强度降低,出现沿晶脆性断裂。对硬度、强度和耐磨性要求较高的55CrMo钢零件,奥氏体化温度在850～950℃范围内是较好的感应淬火参数。(3)S55C钢的感应淬火试验结果表明:S55C钢感应加热油淬的最终组织是细小的马氏体及贝氏体的混合组织。然而,S55C钢感应加热水淬的组织较油淬更均匀,但是由于水的冷速过大,试样容易发生沿晶开裂,因此S55C钢感应加热可以选择冷速介于水和油之间的淬火介质。尽管在较低加热温度下组织为细小的马氏体,但是油淬试样在室温下拉伸断口为脆性断裂。当感应加热温度为900℃时,断口形貌含有较多解理台阶及韧窝,对应抗拉强度较高。因此,S55C钢感应加热油淬的比较适宜的温度范围为900～1000℃。相比之下,55CrMo钢的组织比S55C钢更均匀细小,硬度更均匀,抗拉强度更高。