目前G20Cr2Ni4A鋼常規(guī)滲碳溫度通常采用900℃～940℃，滲碳時(shí)間長(zhǎng)且效率低，生產(chǎn)成本高。提高滲碳溫度，可以極大的提高滲碳速度，縮短滲碳時(shí)間，提高滲碳效率，降低生產(chǎn)成本。但滲碳溫度過高，會(huì)使?jié)B碳零件力學(xué)性能降低。本文擬對(duì)G20Cr2Ni4A鋼970℃高溫滲碳與940℃常規(guī)滲碳進(jìn)行力學(xué)性能對(duì)比。
1.試驗(yàn)工藝
采用尺寸為Φ540mm×Φ450mm×100mm（外徑×內(nèi)徑×高度）的G20Cr2Ni4A鋼制鍛造退火套圈，在其上截取一段圓弧加工成：12個(gè)40mm×40mm×100mm拉伸試樣毛坯，12個(gè)30mm×30mm×80mm沖擊試樣毛坯。試樣化學(xué)成分見表1。
表1 試樣化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）
化學(xué)成分 | C | S | P | Mn | Si | Ni | Cr |
檢測(cè)值 | 0.20 | 0.003 | 0.010 | 0.48 | 0.24 | 3.45 | 1.49 |
GB3203-82標(biāo)準(zhǔn)要求 | 0.17～0.23 | ≤0.020 | ≤0.020 | 0.30～0.60 | 0.15～0.40 | 3.25～3.75 | 1.25～1.75 |
對(duì)沖擊試樣毛坯和拉伸試樣毛坯均勻涂上防滲碳劑進(jìn)行防護(hù)處理見圖1。常規(guī)滲碳工藝過程為工藝1：經(jīng)過940℃常規(guī)滲碳淬火及600℃高溫回火15h和650℃高溫回火12h，再加熱到810℃保溫30min出爐油淬。
高溫滲碳工藝過程為工藝2：經(jīng)過970℃高溫滲碳淬火及600℃高溫回火15h和650℃高溫回火12h，再加熱到810℃保溫30min出爐油淬。
取其中3個(gè)拉伸試樣毛坯和6個(gè)沖擊試樣毛坯隨爐進(jìn)行940℃常規(guī)滲碳處理后除去滲碳層加工成力學(xué)性能樣塊。另取3個(gè)拉伸試樣毛坯和6個(gè)沖擊試樣毛坯隨爐進(jìn)行970℃高溫滲碳處理后除去滲碳層加工成力學(xué)性能樣塊。對(duì)樣塊作好標(biāo)識(shí)按圖2工藝曲線進(jìn)行二次淬回火。
2.力學(xué)性能試驗(yàn)
二次淬回火后的樣塊按照GB228.1、GB229加工成拉伸試樣及沖擊試樣。
使用WE-30型液壓式萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)（見圖3）進(jìn)行拉伸試驗(yàn), ZBC2302N-3型擺錘沖擊試驗(yàn)機(jī)（見圖4）進(jìn)行沖擊試驗(yàn)。沖擊試樣、拉伸試樣試驗(yàn)前形貌見圖5，試驗(yàn)后試樣形貌見圖6、圖7；斷口形貌見圖8～圖11。試樣的力學(xué)性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。
由圖6～圖11可以看出，工藝1與工藝2沖擊試樣斷口均為韌性斷口有明顯的剪切唇，工藝1與工藝2拉伸試樣斷口均有明顯的韌性收縮。
表2 試樣力學(xué)性能試驗(yàn)
試樣熱處 理制度 | 試樣 編號(hào) | 常溫沖擊 功Aku/J | 抗拉強(qiáng)度 Rm/MPa | 伸長(zhǎng)率 （%） | 收縮率 （%） | 硬度HRC |
工藝1 | 1 | 106 | 1440 | 14 | 59 | 44.5，44.5,44.0 |
2 | 98.9 | 1440 | 14 | 59 | 44.0,43.5,43.5 | |
3 | 100 | 1440 | 13 | 58 | 44.0, 44.0,43.5 | |
4 | 101.9 | — | — | — | 43.5,44.0,44.0 | |
5 | 98 | — | — | — | 44.0,44.0,43.5 | |
6 | 100 | — | — | — | 43.5,44.0,44.0 | |
工藝2 | 1 | 99.2 | 1435 | 14 | 58 | 42.0,42.0.42.5 |
2 | 99.8 | 1430 | 13 | 58 | 42.5, 42.0,42.0 | |
3 | 99.0 | 1435 | 14 | 58 | 42.0,42.0，42.0 | |
4 | 99.0 | — | — | — | 42.5,42.0,42.0 | |
5 | 99.0 | — | — | — | 42.0,42.0,42.0 | |
6 | 108.09 | — | — | — | 42.5,42.0,42.0 |
由表2可以看出，工藝1與工藝2試樣沖擊功與力學(xué)性能基本相當(dāng)。
3.結(jié)語(yǔ)
（1）采用940℃常規(guī)滲碳工藝和970℃高溫滲碳工藝對(duì)G20Cr2Ni4A鋼進(jìn)行熱處理，其力學(xué)性能基本相當(dāng)。
（2）G20Cr2Ni4A鋼采用970℃高溫滲碳工藝熱處理后力學(xué)性能可以滿足軸承套圈的使用要求。
文/孫小東、王云廣、孫偉、楊哲
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