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水剂介质在渗碳一次淬火中的应用

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G20Cr2Ni4A在轧机渗碳轴承套圈应用广泛,渗碳一次淬火在轴承行业一直沿袭传统工艺,渗碳后一次淬火采用油介质进行淬火。油淬火油烟对环境的污染大、而且存在着火的危险。本研究渗碳一次淬火改用水剂介质并调整了渗碳及高温回火的部分工艺,不仅解决了环境污染和着火的危险同时保证轴承套圈渗碳淬火及高温回火后的性能不低于油淬火。此工艺经过一年的批量生产验证效果良好。


1.G20Cr2Ni4A钢的化学成分


G20Cr2Ni4A钢制试验用轴承套圈的化学成分见表1。

1  G20Cr2Ni4A钢的化学成分(质量分数)(%

G20Cr2Ni4A钢的化学成分.jpg

2.水剂的冷却曲线


配制不同浓度的水剂,其冷却曲线件如图1~图4所示。

经过对比冷却曲线15%及18%的水剂的冷却速均度接近油的冷却曲线,理论上分析此浓度的水剂进行渗碳一次淬火可以保证不出淬火裂纹。考虑生产成本选用浓度15%的水剂溶液进行渗碳一次淬火试验。


3.试验工艺


原渗碳一次淬火淬油工艺见图5;考虑到淬水剂应力大,渗碳一次淬火淬水剂工艺设计见图6。


由于水剂低温阶段的冷速相对比油大。试验工艺设计在水剂中冷到轴承试验零件表面温度到以下五个温度段后出水剂空冷至室温。五个温度段分别为300~350℃、250~300℃、150~250℃、80~150℃、80℃-室温。轴承试验零件按轴承形状加工,有效壁厚与轴承相当,外径小于轴承套圈(外径400mm),试验零件分五架装入同一渗碳炉渗碳,五架依次分别出炉淬水剂,出水剂表面温度用红外枪测量。每架装试验轴承零件至少两件。


图5  渗碳及一次淬火淬油的工艺



由于高温阶段水剂冷速快,淬火后残留奥氏体量会增加,对高温回火工艺进行改进。每一温度范围的出水剂轴承试验零件分两组分别按原高温回火工艺及改进后高温回火工艺进行回火。


原高温回火工艺:

第一次:580℃×6h,空冷。

第二次:650 ℃×6h,空冷。


改进后高温回火工艺:

第一次:620℃×6h,空冷。

第二次:680℃×6h,空冷。

渗碳一次淬水剂高温回火后后表面组织、裂纹及表面硬度检验结果见表2。


渗碳一次淬水剂高温回火后后表面组织、裂纹及表面硬度检验结果

渗碳一次淬水剂高温回火后后表面组织裂纹及表面硬度检验结果.jpg

根据试验结果,可以看出水剂温度为150~250℃,高温回火选用工艺二比较理想。按选定的渗碳工艺、水剂浓度(15%)、出水剂温度(150~250℃)、高温回火工艺进行一年的连续批量生产,没有出现裂纹、硬度及组织不合格的情况,车间环境明显改善。轴承零件正常生产时渗碳一次淬火淬水剂后的产品外观图见图7,高温回火后表面显微组织见图8。



产品出水剂温度过高在后续的空冷过程中冷速过慢会造成次表层出现针状组织;产品出水剂温度过低在低温区冷速过快淬火应力过大当淬火应力大于材料的强度时便产生淬火裂纹。由于水剂淬火高温区的整体冷却速度大于油的冷却速度淬火后残留奥氏体量增多,所以按以前油淬火后的高温回火工艺残留奥氏体会超标,提高高温回火温度后回火组织合格。


4.结语


(1)15%的水剂可以应用在G20Cr2Ni4A钢制轴承套圈的渗碳一次淬火中。


(2)15%的水剂淬火可以保证G20Cr2Ni4A钢制轴承套圈不出裂纹及组织硬度合格。


(3)水剂淬火应用在轴承套圈渗碳一次淬火上解决了油烟污染及着火的危险。


(4)水剂淬火可以改善车间工作环境。是一种比较环保的淬火介质。

作者:李检贵,孙伟,康风波

单位:洛阳轴研科技股份有限公司

来源:《金属加工(热加工)》杂志

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