目前G20Cr2Ni4A鋼常規滲碳溫度通常采用900℃～940℃，滲碳時間長且效率低，生產成本高。提高滲碳溫度，可以極大的提高滲碳速度，縮短滲碳時間，提高滲碳效率，降低生產成本。但滲碳溫度過高，會使滲碳零件力學性能降低。本文擬對G20Cr2Ni4A鋼970℃高溫滲碳與940℃常規滲碳進行力學性能對比。
1.試驗工藝
采用尺寸為Φ540mm×Φ450mm×100mm（外徑×內徑×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40mm×40mm×100mm拉伸試樣毛坯，12個30mm×30mm×80mm沖擊試樣毛坯。試樣化學成分見表1。
表1 試樣化學成分（質量分數） （%）
化學成分 | C | S | P | Mn | Si | Ni | Cr |
檢測值 | 0.20 | 0.003 | 0.010 | 0.48 | 0.24 | 3.45 | 1.49 |
GB3203-82標準要求 | 0.17～0.23 | ≤0.020 | ≤0.020 | 0.30～0.60 | 0.15～0.40 | 3.25～3.75 | 1.25～1.75 |
對沖擊試樣毛坯和拉伸試樣毛坯均勻涂上防滲碳劑進行防護處理見圖1。常規滲碳工藝過程為工藝1：經過940℃常規滲碳淬火及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個拉伸試樣毛坯和6個沖擊試樣毛坯隨爐進行940℃常規滲碳處理后除去滲碳層加工成力學性能樣塊。另取3個拉伸試樣毛坯和6個沖擊試樣毛坯隨爐進行970℃高溫滲碳處理后除去滲碳層加工成力學性能樣塊。對樣塊作好標識按圖2工藝曲線進行二次淬回火。
2.力學性能試驗
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型液壓式萬能材料試驗機（見圖3）進行拉伸試驗, ZBC2302N-3型擺錘沖擊試驗機（見圖4）進行沖擊試驗。沖擊試樣、拉伸試樣試驗前形貌見圖5，試驗后試樣形貌見圖6、圖7；斷口形貌見圖8～圖11。試樣的力學性能試驗數據見表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 試樣力學性能試驗
試樣熱處 理制度 | 試樣 編號 | 常溫沖擊 功Aku/J | 抗拉強度 Rm/MPa | 伸長率 （%） | 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試樣沖擊功與力學性能基本相當。
3.結語
（1）采用940℃常規滲碳工藝和970℃高溫滲碳工藝對G20Cr2Ni4A鋼進行熱處理，其力學性能基本相當。
（2）G20Cr2Ni4A鋼采用970℃高溫滲碳工藝熱處理后力學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
洛陽LYC軸承有限公司，航空精密軸承國家重點實驗室。
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