G13Cr4Mo4Ni4V鋼滲碳時粗大及網狀碳化物的成因及消除

G13Cr4Mo4Ni4V是新型高溫滲碳軸承鋼,具有較高的強度及耐高溫性能,已廣泛應用于航空發(fā)動機。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量。在滲碳過程中,一方面要使碳盡量均勻地擴散到零件表面,避免形成網狀碳化物,另一方面對已形成的網狀碳化物進行消除。其目的是防止淬火時滾道表面因存在網狀碳化物而開裂,影響軸承的耐磨性等使用性能。因此,有必要消除滲碳時形成的粗大碳化物,減少滲碳過程中網狀碳化物形成幾率??蒲腥藛T制定了研究方案,開展相關的熱處理工藝試驗。

G13Cr4Mo4Ni4V軸承鋼的化學成分見表1。
表1
滲碳過程中消除方法:根據(jù)擴散第二定律,擴散系數(shù)D與溫度T呈指數(shù)關系,晶界的粗大碳化物向晶內、表層深處和表面外進行強烈擴散,使碳分布趨于均勻,從而消除網狀碳化物。高溫滲碳鋼滲碳時溫度為945℃,當過程試樣出現(xiàn)粗大碳化物時將爐溫提高5℃,保持碳勢不變進行擴散試驗,發(fā)現(xiàn)擴散3~4小時即可消除網狀碳化物,將該方法應用于生產實際加工,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,通過調整加熱溫度或保溫時間進行試驗,發(fā)現(xiàn)當溫度提高5℃或保溫時間延長5min即可消除粗大碳化物。

對于形成網狀碳化物的套圈,通過提高溫度及延長保溫時間的工藝方法進行多次試驗,均不能消除,只能通過補滲擴散的方法進行消除,但補滲擴散出爐后,套圈需要經過二次滲碳高溫淬火,淬火過程中在組織應力和熱應力共同作用下,套圈的變形量增大,外徑也會縮小,甚至超出尺寸要求,因此,滲碳時應盡量避免網狀碳化物產生。

對于滲碳過程中有粗大碳化物的套圈,通過上述方法進行處理,淬回火后硬度可達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)二次淬火過程中進行消除,但要根據(jù)套圈磨削留量的要求嚴格控制,防止粗大碳化物的深度超標。

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