无锡不锈钢板：G13Cr4Mo4Ni4V钢渗碳时粗大及网状碳化物的成因及消除
时间：2019-06-13
作者：无锡不锈钢板
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G13Cr4Mo4Ni4V是新型高温渗碳轴承钢，具有较高的强度及耐高温性能，已广泛应用于航空发动机。轴承套圈加工流程为：锻造→退火→车加工→渗碳→一次淬火→高温回火→二次淬火→回火，其中，渗碳过程直接影响轴承工作表面的热处理质量。在渗碳过程中，一方面要使碳尽量均匀地扩散到零件表面，避免形成网状碳化物，另一方面对已形成的网状碳化物进行消除。其目的是防止淬火时滚道表面因存在网状碳化物而开裂，影响轴承的耐磨性等使用性能。因此，有必要消除渗碳时形成的粗大碳化物，减少渗碳过程中网状碳化物形成几率。洛阳LYC轴承有限公司的研究人员制定了研究方案，开展相关的热处理工艺试验。
G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢的化学成分见表1。
表1 G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢的化学成分（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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标准值
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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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实测值
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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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标准值
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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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实测值
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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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渗碳过程中消除方法：根据扩散第二定律，扩散系数D与温度T呈指数关系，晶界的粗大碳化物向晶内、表层深处和表面外进行强烈扩散，使碳分布趋于均匀，从而消除网状碳化物。高温渗碳钢渗碳时温度为945℃，当过程试样出现粗大碳化物时将炉温提高5℃，保持碳势不变进行扩散试验，发现扩散3～4小时即可消除网状碳化物，将该方法应用于生产实际加工，效果明显。
二次淬火过程中消除方法：常规工艺下的高温渗碳轴承钢套圈的渗碳层二次淬、回火组织应为均匀分布的碳化物+隐晶马氏体+少量残余奥氏体。对于出现粗大碳化物的套圈，通过调整加热温度或保温时间进行试验，发现当温度提高5℃或保温时间延长5min即可消除粗大碳化物。
对于形成网状碳化物的套圈，通过提高温度及延长保温时间的工艺方法进行多次试验，均不能消除，只能通过补渗扩散的方法进行消除，但补渗扩散出炉后，套圈需要经过二次渗碳高温淬火，淬火过程中在组织应力和热应力共同作用下，套圈的变形量增大，外径也会缩小，甚至超出尺寸要求，因此，渗碳时应尽量避免网状碳化物产生。
对于渗碳过程中有粗大碳化物的套圈，通过上述方法进行处理，淬回火后硬度可达62HRC以上，与无粗大碳化物的套圈相比，其硬度提高1HRC。故为获得较高硬度，可以在渗碳过程中控制粗大碳化物的含量，在后续二次淬火过程中进行消除，但要根据套圈磨削留量的要求严格控制，防止粗大碳化物的深度超标。