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G20Cr2Ni4A鋼具有良好的淬透性和強韌性，是高強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，重新加熱淬火無法減少殘留奧氏體含量，造成表層硬度偏低，達不到設計要求。另外在使用過程中，殘留奧氏體受熱或在應變作用下轉變，引起尺寸變化和應力重分配，也可能在磨削精加工時產生磨削裂紋。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滲碳層質量的影響。

本試驗選用的材料為G20Cr2Ni4A鋼，化學成分見表1，符合GB/T3203-1982《滲碳軸承鋼 技術條件》標準。棒料經機械加工成尺寸為20mm×10mm×10mm的試樣若干個，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中清洗30min，用熱風機吹干后作為本試驗的滲碳試樣。

表1 G20Cr2Ni4A鋼的化學成分（質量分數，%）

 

為了對比冷處理和深冷處理工藝對滲碳層顯微組織和性能的影響，采用表2所示的工藝對試樣進行不同工藝的處理，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。通過掃描電子顯微鏡、洛氏硬度計、顯微硬度計對不同工藝處理后的試樣進行滲碳層碳化物的形態、洛氏硬度、硬度梯度和深度的測試。

 

表2 試樣的冷處理和深冷處理工藝

編號	滲碳溫度	高溫回火	冷處理和深冷處理	回火
工藝1	930℃	650℃×4h	無	160℃×4h
工藝2			-75℃×2h
工藝3			-196℃×2h

 

結果表明：

（1）經過-75℃×2h和-196℃×2h處理后試樣表面的碳化物顆粒的數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-75℃×2h冷處理后的試樣較未冷處理試樣硬度平均提高1.8HRC，經過-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）經過-75℃×2h和-196℃×2h處理后在距試樣表面1.45mm范圍內，顯微硬度均高于未冷處理的試樣，冷處理和深冷處理對滲碳層深度的影響較小。