無錫不銹鋼板：G13Cr4Mo4Ni4V鋼滲碳時粗大及網狀碳化物的成因及消除
時間：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，具有較高的強度及耐高溫性能，已廣泛應用于航空發動機。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。洛陽LYC軸承有限公司的研究人員制定了研究方案，開展相關的熱處理工藝試驗。
G13Cr4Mo4Ni4V軸承鋼的化學成分見表1。
表1 G13Cr4Mo4Ni4V軸承鋼的化學成分（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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標準值
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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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標準值
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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：根據擴散第二定律，擴散系數D與溫度T呈指數關系，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，發現擴散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，發現當溫度提高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，在后續二次淬火過程中進行消除，但要根據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。