G20Cr2Ni4A在軋機(jī)滲碳軸承套圈應(yīng)用廣泛，滲碳一次淬火在軸承行業(yè)一直沿襲傳統(tǒng)工藝，滲碳后一次淬火采用油介質(zhì)進(jìn)行淬火。油淬火油煙對(duì)環(huán)境的污染大、而且存在著火的危險(xiǎn)。本研究滲碳一次淬火改用水劑介質(zhì)并調(diào)整了滲碳及高溫回火的部分工藝，不僅解決了環(huán)境污染和著火的危險(xiǎn)同時(shí)保證軸承套圈滲碳淬火及高溫回火后的性能不低于油淬火。此工藝經(jīng)過一年的批量生產(chǎn)驗(yàn)證效果良好。
1.G20Cr2Ni4A鋼的化學(xué)成分
G20Cr2Ni4A鋼制試驗(yàn)用軸承套圈的化學(xué)成分見表1。
表1 G20Cr2Ni4A鋼的化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）（%）
2.水劑的冷卻曲線
配制不同濃度的水劑，其冷卻曲線件如圖1～圖4所示。
經(jīng)過對(duì)比冷卻曲線15%及18%的水劑的冷卻速均度接近油的冷卻曲線，理論上分析此濃度的水劑進(jìn)行滲碳一次淬火可以保證不出淬火裂紋。考慮生產(chǎn)成本選用濃度15%的水劑溶液進(jìn)行滲碳一次淬火試驗(yàn)。
3.試驗(yàn)工藝
原滲碳一次淬火淬油工藝見圖5；考慮到淬水劑應(yīng)力大，滲碳一次淬火淬水劑工藝設(shè)計(jì)見圖6。
由于水劑低溫階段的冷速相對(duì)比油大。試驗(yàn)工藝設(shè)計(jì)在水劑中冷到軸承試驗(yàn)零件表面溫度到以下五個(gè)溫度段后出水劑空冷至室溫。五個(gè)溫度段分別為300～350℃、250～300℃、150～250℃、80～150℃、80℃-室溫。軸承試驗(yàn)零件按軸承形狀加工，有效壁厚與軸承相當(dāng)，外徑小于軸承套圈（外徑400mm），試驗(yàn)零件分五架裝入同一滲碳爐滲碳，五架依次分別出爐淬水劑，出水劑表面溫度用紅外槍測量。每架裝試驗(yàn)軸承零件至少兩件。
圖5 滲碳及一次淬火淬油的工藝
由于高溫階段水劑冷速快，淬火后殘留奧氏體量會(huì)增加，對(duì)高溫回火工藝進(jìn)行改進(jìn)。每一溫度范圍的出水劑軸承試驗(yàn)零件分兩組分別按原高溫回火工藝及改進(jìn)后高溫回火工藝進(jìn)行回火。
原高溫回火工藝：
第一次：580℃×6h，空冷。
第二次：650 ℃×6h，空冷。
改進(jìn)后高溫回火工藝：
第一次：620℃×6h，空冷。
第二次：680℃×6h，空冷。
滲碳一次淬水劑高溫回火后后表面組織、裂紋及表面硬度檢驗(yàn)結(jié)果見表2。
表2 滲碳一次淬水劑高溫回火后后表面組織、裂紋及表面硬度檢驗(yàn)結(jié)果
根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以看出水劑溫度為150～250℃，高溫回火選用工藝二比較理想。按選定的滲碳工藝、水劑濃度（15%）、出水劑溫度（150～250℃）、高溫回火工藝進(jìn)行一年的連續(xù)批量生產(chǎn)，沒有出現(xiàn)裂紋、硬度及組織不合格的情況，車間環(huán)境明顯改善。軸承零件正常生產(chǎn)時(shí)滲碳一次淬火淬水劑后的產(chǎn)品外觀圖見圖7,高溫回火后表面顯微組織見圖8。
產(chǎn)品出水劑溫度過高在后續(xù)的空冷過程中冷速過慢會(huì)造成次表層出現(xiàn)針狀組織；產(chǎn)品出水劑溫度過低在低溫區(qū)冷速過快淬火應(yīng)力過大當(dāng)淬火應(yīng)力大于材料的強(qiáng)度時(shí)便產(chǎn)生淬火裂紋。由于水劑淬火高溫區(qū)的整體冷卻速度大于油的冷卻速度淬火后殘留奧氏體量增多，所以按以前油淬火后的高溫回火工藝殘留奧氏體會(huì)超標(biāo)，提高高溫回火溫度后回火組織合格。
4.結(jié)語
（1）15%的水劑可以應(yīng)用在G20Cr2Ni4A鋼制軸承套圈的滲碳一次淬火中。
（2）15%的水劑淬火可以保證G20Cr2Ni4A鋼制軸承套圈不出裂紋及組織硬度合格。
（3）水劑淬火應(yīng)用在軸承套圈滲碳一次淬火上解決了油煙污染及著火的危險(xiǎn)。
（4）水劑淬火可以改善車間工作環(huán)境。是一種比較環(huán)保的淬火介質(zhì)。
作者：李檢貴，孫偉，康風(fēng)波
單位：洛陽軸研科技股份有限公司
來源：《金屬加工（熱加工）》雜志
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