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高温渗碳与常规渗碳力学性能对比

目前G20Cr2Ni4A钢常规渗碳温度通常采用900℃~940℃,渗碳时间长且效率低,生产成本高。提高渗碳温度,可以极大的提高渗碳速度,缩短渗碳时间,提高渗碳效率,降低生产成本。但渗碳温度过高,会使渗碳零件力学性能降低。本文拟对G20Cr2Ni4A钢970℃高温渗碳与940℃常规渗碳进行力学性能对比。

 

1.试验工艺

采用尺寸为Φ540mm×Φ450mm×100mm(外径×内径×高度)的G20Cr2Ni4A钢制锻造退火套圈,在其上截取一段圆弧加工成:12个40mm×40mm×100mm拉伸试样毛坯,12个30mm×30mm×80mm冲击试样毛坯。试样化学成分见表1。

 试样化学成分(质量分数)         %

化学成分

C

S

P

Mn

Si

Ni

Cr

检测值

0.20

0.003

0.010

0.48

0.24

3.45

1.49

GB3203-82标准要求

0.17~0.23

≤0.020

≤0.020

0.30~0.60

0.15~0.40

3.25~3.75

1.25~1.75

对冲击试样毛坯和拉伸试样毛坯均匀涂上防渗碳剂进行防护处理见图1。常规渗碳工艺过程为工艺1:经过940℃常规渗碳淬火及600℃高温回火15h和650℃高温回火12h,再加热到810℃保温30min出炉油淬。

高温渗碳工艺过程为工艺2:经过970℃高温渗碳淬火及600℃高温回火15h和650℃高温回火12h,再加热到810℃保温30min出炉油淬。


取其中3个拉伸试样毛坯和6个冲击试样毛坯随炉进行940℃常规渗碳处理后除去渗碳层加工成力学性能样块。另取3个拉伸试样毛坯和6个冲击试样毛坯随炉进行970℃高温渗碳处理后除去渗碳层加工成力学性能样块。对样块作好标识按图2工艺曲线进行二次淬回火。

2.力学性能试验

二次淬回火后的样块按照GB228.1、GB229加工成拉伸试样及冲击试样。


使用WE-30型液压式万能材料试验机(见图3)进行拉伸试验, ZBC2302N-3型摆锤冲击试验机(见图4)进行冲击试验。冲击试样、拉伸试样试验前形貌见图5,试验后试样形貌见图6、图7;断口形貌见图8~图11。试样的力学性能试验数据见表2。

由图6~图11可以看出,工艺1与工艺2冲击试样断口均为韧性断口有明显的剪切唇,工艺1与工艺2拉伸试样断口均有明显的韧性收缩。

表2   试样力学性能试验

试样热处

理制度

试样

编号

常温冲击

功Aku/J

抗拉强度

Rm/MPa

伸长率

(%)

收缩率

(%)

硬度HRC

工艺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

工艺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,工艺1与工艺2试样冲击功与力学性能基本相当。


3.结语

(1)采用940℃常规渗碳工艺和970℃高温渗碳工艺对G20Cr2Ni4A钢进行热处理,其力学性能基本相当。


(2)G20Cr2Ni4A钢采用970℃高温渗碳工艺热处理后力学性能可以满足轴承套圈的使用要求。


文/孙小东、王云广、孙伟、杨哲

洛阳LYC轴承有限公司,航空精密轴承国家重点实验室。

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