冷處理和深冷處理對(duì)G20Cr2Ni4A鋼組織和性能的影響
時(shí)間：2019-06-13
作者：無(wú)錫不銹鋼板
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G20Cr2Ni4A鋼具有良好的淬透性和強(qiáng)韌性，是高強(qiáng)滲碳鋼中主要選材之一。滲碳后基體中溶入了大量的碳和合金元素，使Ms點(diǎn)顯著下降，滲碳空冷后滲碳層存在大量的殘留奧氏體，重新加熱淬火無(wú)法減少殘留奧氏體含量，造成表層硬度偏低，達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。另外在使用過(guò)程中，殘留奧氏體受熱或在應(yīng)變作用下轉(zhuǎn)變，引起尺寸變化和應(yīng)力重分配，也可能在磨削精加工時(shí)產(chǎn)生磨削裂紋。目前減少殘留奧氏體量的途徑主要有高溫回火和冷處理，科研人員通過(guò)未冷處理和冷處理、深冷處理后滲碳層的硬度梯度、滲碳層深度、表面硬度、滲碳層顯微組織等的研究，得出冷處理和深冷處理對(duì)滲碳層質(zhì)量的影響。
本試驗(yàn)選用的材料為G20Cr2Ni4A鋼，化學(xué)成分見(jiàn)表1，符合GB/T3203-1982《滲碳軸承鋼 技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)。棒料經(jīng)機(jī)械加工成尺寸為20mm×10mm×10mm的試樣若干個(gè)，并用砂紙將試樣表面的氧化皮清理干凈。入爐前先放入超聲波清洗機(jī)中清洗30min，用熱風(fēng)機(jī)吹干后作為本試驗(yàn)的滲碳試樣。
表1 G20Cr2Ni4A鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%）
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元素
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C
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Cr
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Ni
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Si
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Mn
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Cu
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P
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S
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實(shí)測(cè)值
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0.22
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1.36
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3.33
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0.31
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0.46
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0.09
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0.010
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0.001
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標(biāo)準(zhǔn)值
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0.17～0.23
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1.25～1.75
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3.25～3.75
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0.15～0.40
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0.30～0.60
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≤
0.25
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≤0.020
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≤0.020
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為了對(duì)比冷處理和深冷處理工藝對(duì)滲碳層顯微組織和性能的影響，采用表2所示的工藝對(duì)試樣進(jìn)行不同工藝的處理，其中所有試樣的滲碳、高溫回火和冷處理、深冷處理后的回火都是同爐完成的。通過(guò)掃描電子顯微鏡、洛氏硬度計(jì)、顯微硬度計(jì)對(duì)不同工藝處理后的試樣進(jìn)行滲碳層碳化物的形態(tài)、洛氏硬度、硬度梯度和深度的測(cè)試。
表2 試樣的冷處理和深冷處理工藝
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編號(hào)
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滲碳溫度
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高溫回火
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冷處理和深冷處理
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回火
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工藝1
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930℃
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650℃×4h
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無(wú)
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160℃×4h
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工藝2
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-75℃×2h
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工藝3
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-196℃×2h
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結(jié)果表明：
（1）經(jīng)過(guò)-75℃×2h和-196℃×2h處理后試樣表面的碳化物顆粒的數(shù)量和彌散程度均有較大幅度的提高。
（2）冷處理和深冷處理能夠提高滲碳試樣的硬度。經(jīng)-75℃×2h冷處理后的試樣較未冷處理試樣硬度平均提高1.8HRC，經(jīng)過(guò)-196℃×2h深冷處理后的試樣較未冷處理試樣硬度平均提高3.0HRC。
（3）經(jīng)過(guò)-75℃×2h和-196℃×2h處理后在距試樣表面1.45mm范圍內(nèi)，顯微硬度均高于未冷處理的試樣，冷處理和深冷處理對(duì)滲碳層深度的影響較小。