無錫不銹鋼板：G13Cr4Mo4Ni4V鋼滲碳時(shí)粗大及網(wǎng)狀碳化物的成因及消除
時(shí)間：2019-06-13
作者：無錫不銹鋼板
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G13Cr4Mo4Ni4V是新型高溫滲碳軸承鋼，具有較高的強(qiáng)度及耐高溫性能，已廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)。軸承套圈加工流程為：鍛造→退火→車加工→滲碳→一次淬火→高溫回火→二次淬火→回火，其中，滲碳過程直接影響軸承工作表面的熱處理質(zhì)量。在滲碳過程中，一方面要使碳盡量均勻地?cái)U(kuò)散到零件表面，避免形成網(wǎng)狀碳化物，另一方面對已形成的網(wǎng)狀碳化物進(jìn)行消除。其目的是防止淬火時(shí)滾道表面因存在網(wǎng)狀碳化物而開裂，影響軸承的耐磨性等使用性能。因此，有必要消除滲碳時(shí)形成的粗大碳化物，減少滲碳過程中網(wǎng)狀碳化物形成幾率。洛陽LYC軸承有限公司的研究人員制定了研究方案，開展相關(guān)的熱處理工藝試驗(yàn)。
G13Cr4Mo4Ni4V軸承鋼的化學(xué)成分見表1。
表1 G13Cr4Mo4Ni4V軸承鋼的化學(xué)成分（ω，%）
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元素
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C
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Cr
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Mo
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V
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Ni
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Mn
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標(biāo)準(zhǔn)值
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0.11～0.15
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4.0～4.25
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4.0～4.5
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1.13～1.33
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3.2～3.6
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0.15～0.35
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實(shí)測值
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0.14
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4.15
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4.32
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1.22
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3.49
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0.27
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元素
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Si
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S
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P
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Co
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W
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Cu
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標(biāo)準(zhǔn)值
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0.1～0.25
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≤0.01
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≤0.015
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≤0.25
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≤0.15
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≤0.10
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實(shí)測值
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0.16
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≤0.01
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≤0.015
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≤0.25
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≤0.15
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≤0.10
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滲碳過程中消除方法：根據(jù)擴(kuò)散第二定律，擴(kuò)散系數(shù)D與溫度T呈指數(shù)關(guān)系，晶界的粗大碳化物向晶內(nèi)、表層深處和表面外進(jìn)行強(qiáng)烈擴(kuò)散，使碳分布趨于均勻，從而消除網(wǎng)狀碳化物。高溫滲碳鋼滲碳時(shí)溫度為945℃，當(dāng)過程試樣出現(xiàn)粗大碳化物時(shí)將爐溫提高5℃，保持碳勢不變進(jìn)行擴(kuò)散試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散3～4小時(shí)即可消除網(wǎng)狀碳化物，將該方法應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際加工，效果明顯。
二次淬火過程中消除方法：常規(guī)工藝下的高溫滲碳軸承鋼套圈的滲碳層二次淬、回火組織應(yīng)為均勻分布的碳化物+隱晶馬氏體+少量殘余奧氏體。對于出現(xiàn)粗大碳化物的套圈，通過調(diào)整加熱溫度或保溫時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度提高5℃或保溫時(shí)間延長5min即可消除粗大碳化物。
對于形成網(wǎng)狀碳化物的套圈，通過提高溫度及延長保溫時(shí)間的工藝方法進(jìn)行多次試驗(yàn)，均不能消除，只能通過補(bǔ)滲擴(kuò)散的方法進(jìn)行消除，但補(bǔ)滲擴(kuò)散出爐后，套圈需要經(jīng)過二次滲碳高溫淬火，淬火過程中在組織應(yīng)力和熱應(yīng)力共同作用下，套圈的變形量增大，外徑也會(huì)縮小，甚至超出尺寸要求，因此，滲碳時(shí)應(yīng)盡量避免網(wǎng)狀碳化物產(chǎn)生。
對于滲碳過程中有粗大碳化物的套圈，通過上述方法進(jìn)行處理，淬回火后硬度可達(dá)62HRC以上，與無粗大碳化物的套圈相比，其硬度提高1HRC。故為獲得較高硬度，可以在滲碳過程中控制粗大碳化物的含量，在后續(xù)二次淬火過程中進(jìn)行消除，但要根據(jù)套圈磨削留量的要求嚴(yán)格控制，防止粗大碳化物的深度超標(biāo)。