预氧化处理对20Cr2Ni4钢渗碳淬火工艺的影响

在渗碳热处理前增加预氧化工序,可以使产品的渗层更趋均匀,并适量提高渗速。本研究在不同预氧化温度和预氧化时间下对20Cr2Ni4钢进行预氧化,再进行“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”热处理,检测不同工艺下所得试样的显微组织与性能,探究预氧化时间和温度对热处理试样的显微组织、硬度、渗碳层深度及耐磨性等相关性能的影响规律,从而确定最佳预氧化时间及温度。结果表明:预氧化并不会影响试样渗碳淬火后的组织,500℃预氧化60 min后热处理试样的渗碳层不均现象得到改善,其表面硬度、渗碳速度以及耐磨性亦有所提升。

20Cr2Ni4钢的渗碳工艺试验

20Cr2Ni4钢是一种高Cr、Ni渗碳合金钢,具有良好的淬透性、硬度和心部韧性。采用“渗碳+高温回火+二次加热淬火+低温回火”及“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”两种工艺对20Cr2Ni4钢进行热处理,并从显微组织、渗层硬度梯度、表面及心部硬度、耐磨性与冲击性能等方面进行对比。结果表明:“渗碳+高温回火+二次加热淬火+低温回火”处理后的试样渗碳效果、表面硬度更好,“渗碳+直接淬火+冷处理+低温回火”处理后的试样则减少了淬火变形与表层氧化脱碳。

20CrNi2Mo钢代替20Cr2Ni4钢用作重载齿轮材料的研究

研究了20CrNi2Mo钢的热处理工艺及力学性能,并与20Cr2Ni4钢的热处理工艺和力学性能进行了对比实验。结果表明,20CrNi2Mo钢合金元素配比合理,切削性能良好,热处理工艺简单,力学性能与同20Cr2Ni4钢接近,可以代替20Cr2Ni4钢作为重载齿轮材料。

20Cr2Ni4A钢的高温热变形行为及热加工图

利用热模拟试验机,在变形温度800~1050℃、应变速率0.01~5 s^(-1)条件下对20Cr2Ni4A钢进行单道次热压缩试验,对获得的真应力-真应变曲线进行摩擦修正,根据摩擦修正后的曲线,分析了其高温热变形行为,构建了热变形本构模型,绘制了热加工图。结果表明:通过摩擦修正计算得到的流变应力小于实测应力,二者差距随应变增加而增大;当变形温度为850~1050℃,应变速率为0.01~0.1 s^(-1)时,试验钢在热压缩过程中的动态再结晶较明显;构建的热变形本构模型能够很好地预测试验钢在高温变形时的峰值应力,预测值与实测值的平均相对误差在3.44%;由建立的热加工图结合显微组织,得出试验钢适宜的热变形工艺参数为变形温度875~925℃、应变速率0.01~0.02 s^(-1)和变形温度925~1050℃、应变速率0.01~1 s^(-1)。

重载齿轮用20CrNi2Mo和20Cr2Ni4钢热处理工艺性能对比研究

通过对20CrNi2Mo钢和20Cr2Ni4钢进行渗碳表面强化处理,检测试样的变形,测试渗层的碳浓度梯度,试样的有效硬化层及表层的残余奥氏体含量。结果发现,20CrNi2Mo钢变形倾向明显小于20Cr2Ni4钢,其碳浓度梯度分布合理,硬化性能好,表层残余奥氏体含量及分布理想,热处理工艺性能优于20Cr2Ni4钢。

G20Cr2Ni4A轴承滚子开裂失效分析

采用金相显微镜、洛式硬度计、扫描电镜、X荧光光谱仪等检测分析手段,对材质为G20Cr2Ni4A的轴承滚子开裂原因进行分析。结果表明:G20Cr2Ni4A钢的化学成分、硬度、渗碳层深度及金相组织等均符合技术标准要求;失效滚子基体中存在的氢脆缺陷,大大增加了材料脆性,此为其快速脆性断裂的主要原因。

去氢工艺对20Cr2Ni4钢冲击韧度的影响

研究了热处理及去氢工艺对20Cr2Ni4钢冲击韧度的影响。结果表明,含有氢的20Cr2Ni4钢经淬回火后再进行去氢处理后其冲击韧度急剧下降;然而,若先对20Cr2Ni4钢进行去氢处理,再重新淬回火后钢的冲击性能却又显著提高,这说明去氢工艺对含有氢的20Cr2Ni4钢的冲击性能有十分显著的影响。去氢处理工艺对冲击性能的影响可能与氢在钢中的存在方式有关。去氢后,由氢析出后留下的空位或空洞造成缺陷处应力集中加剧了钢的脆化;而去氢后又重新热处理,钢中既无氢又不存在因氢析出而留下的空位或孔洞,因此导致20Cr2Ni4钢冲击韧度明显提高。

20Cr2Ni4A钢中奥氏体晶界遗传现象

对２０Ｃｒ２Ｎｉ４Ａ钢经高温预淬处理获得的粗大奥氏体晶粒的晶界在再次加热后的遗传现象进行了研究。研究认为，奥氏体晶界遗传与奥氏体晶粒遗传在产生机理上是有所不同的；奥氏体晶界遗传是由于成分和夹杂物在晶界偏聚，而这种偏聚在随后的加热保温过程中仍大量保留下来并且阻碍晶粒穿越晶界长大或合并而形成的。研究表明，这种奥氏体晶界遗传受热变形的影响，热变形的程度越大，则晶界遗传现象越不明显。

20Cr2Ni4A钢混晶组织对其力学性能的影响

本文研究了20Cr2Ni4A渗碳钢中混晶组织对静拉伸力学性能、一次冲击韧性及接触疲劳性能的影响。结果表明,在淬火加低温回火的使用状态,其混晶组织对静拉伸力学性能及一次冲击韧性均无影响;在按推荐工艺进行渗碳淬火后,混晶对接触疲劳性能亦无影响。文中还初步分析了形成混晶及造成上述结果的原因。

20Cr2Ni4A钢的组织遗传倾向及切断工艺的探讨

研究了20Cr2Ni4A钢几种组织状态的组织遗传倾向和高温回火工艺的影响。试验结果表明,缓冷时获得的粒状贝氏体的组织遗传倾向明显大于快冷时获得的马氏体组织的遗传倾向,高温回火,特别是多次高温回火对切断组织遗传有一定的效果。

渗碳工艺对风电用G20Cr2Ni4A钢轴承套圈碳浓度梯度的影响

采用RQD系列大型可控气氛井式渗碳炉及液体滴注式渗碳气氛对风电用G20Cr2Ni4A钢轴承套圈进行不同渗碳工艺的处理,并采用ARL3460型直读光谱仪对不同渗碳工艺处理的G20Cr2Ni4A钢轴承套圈进行碳浓度梯度检测与分析,以期为低碳轴承钢以及其他轴承钢制定和优化渗碳工艺提供强力的理论数据支持。研究结果表明,低强扩比渗碳工艺条件下套圈碳浓度梯度趋势为表层较高,次表层碳浓度梯度下降较快,整体碳浓度较低;高强扩比渗碳工艺条件下套圈碳浓度梯度趋势整体平缓,但表面碳浓度较低;高扩散碳势渗碳工艺条件下碳浓度梯度缓慢平稳下降,整体含碳量较高,碳浓度分布趋势最为合理,达到了技术要求。通过上述三种渗碳工艺的比较后发现,高扩散碳势渗碳工艺最为理想。

渗碳后淬火工艺对G20Cr2Ni4A钢轴承套圈组织和性能的影响

采用德国莱卡PZ-20B型金相显微镜、200HVS-5型维氏硬度计及200HRS-150型洛氏硬度计,对渗碳G20Cr2Ni4A钢轴承套圈三种不同淬火工艺后的组织和性能进行了分析研究,确定出精准渗碳热处理工艺,使其组织及性能指标达到国外客户的要求,实现了风电增速箱轴承国产化。研究结果表明,常规油浴二次淬火工艺和常规二次盐浴等温淬火工艺虽然在材料表层组织、心部组织、晶粒度及心部硬度等方面可以满足要求,但在表面硬度及硬度梯度等方面均不能满足技术要求;低温快冷二次盐浴等温淬火工艺在所有指标上均可以很好地满足套圈技术要求。

纳米金刚石微粉热浸渗技术对20Cr2Ni4A钢耐磨性能的影响

20Cr2Ni4A具有高强度、高韧性等特点,一直被广泛用于加工大型耐磨件,如大型齿轮、轴类等耐磨件。为了延长其使用寿命,常采用渗碳技术进行表面处理,但所取得的效果很有限。通过研究20Cr2Ni4A钢分别经渗碳、渗纳米金刚石微粉处理后,观察其硬度、耐磨性方面的提升幅度,并分析其微观组织结构方面发生的变化,从而得出,渗纳米金刚石技术比渗碳对提高该材料的耐磨性能更加显著,从而为该材料的表面改性及提高易磨损零件的使用寿命提供了一条可靠的途径。

基于等温压缩试验的20Cr2Ni4A钢Johnson-Cook本构模型及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度700~1000℃、应变速率0.001~1 s^-1条件下进行了20Cr2Ni4A钢的等温压缩试验。结果表明,20Cr2Ni4A钢的流动应力随变形温度的降低或应变速率的增加而增加,其在700℃变形条件下的真实应力-应变曲线的变化规律异于其它变形温度,真实应力达到峰值后,以软化机制为主,但并未出现先强化后软化的单峰型应力-应变曲线。构建了20Cr2Ni4A钢的Johnson-Cook本构模型,并对应变速率敏感系数进行了修正,修正后的本构模型的适用范围为变形温度700~1000℃、应变速率0.001~0.1 s^-1。通过对热加工图的分析,确定的20Cr2Ni4A钢合理的热加工参数范围为:变形温度925~1000℃、应变速率0.001~0.05 s^-1。本研究可为20Cr2Ni4A钢热加工工艺参数的选择提供理论依据。

20Cr2Ni4A钢高温变形行为及物理基参数本构模型

采用Gleeble-3500热模拟试验机,在变形温度1073.15~1273.15K,应变速率0.001~1s^-1。下进行了20Cr2Ni4A钢的等温压缩试验。结果表明,20Cr2Ni4A钢的流变应力随变形速率的增加或变形温度的降低而增加。基于峰值应力,分别采用表征参数和物理基参数构建了20Cr2Ni4A钢的Arrhenius型本构模型。结果表明,两种本构模型对峰值应力均具有良好的预测精度。通过对比分析考虑应变影响的两种本构模型,研究了两种本构模型在整个应变范围的预测能力。结果表明,在低应变区,表征参数本构模型的预测值更接近实测值。达到峰值应变后,物理基参数本构模型的预测值与表征参数本构模型的预测值十分接近,均能提供较高的预测精度。

影响20Cr2Ni4A钢晶粒长大的因素

本文研究了各种冶金因素对20Cr2Ni4A钢奥氏体晶粒长大的影响,并测得了各种条件下奥氏体晶粒的粗化温度。试验结果表明:①钢中酸溶铝量对奥氏体晶粒长大有最大的影响,奥氏体晶粒的粗化温度可相差200℃,②预处理工艺对粗化温度的影响可相差50～80~C,③最终加热时的加热速度对粗化温度有重要的影响,④20Cr2Ni4A钢有严重的组织遗传性,在采用高温固溶、低温析出工艺处理时,虽然可获得细小弥散分布的AlN颗粒,但在以后的慢速加热时,所形成的小角度针状奥氏体极易合并成粗晶,而出现部分和全部粗大晶粒的恢复。

20Cr2Ni4A齿轮钢稀土渗碳工艺研究

针对常规渗碳过程中存在周期长、变形大、渗层组织不理想的问题,采用稀土高浓度渗碳法对20Cr2Ni4A齿轮钢进行渗碳处理,并对其渗碳后的显微组织、硬度梯度、碳浓度梯度及变形情况等进行了研究。结果表明:与常规渗碳相比,当渗碳层深为2.0 mm±0.2 mm时,稀土渗碳可提升效率20%以上;稀土渗碳可细化组织,也可使渗层获得较为平缓的硬度梯度和碳浓度梯度分布;热后变形满足齿轮加工技术要求。稀土渗碳可用于承受复杂应力服役条件下的重载齿轮表面强化工艺。

20Cr2Ni4A齿轮钢天然气渗碳工艺研究

为了解决常规渗碳过程中存在效率低、污染重、成本高的问题,采用净化后天然气作为富化介质对20Cr2Ni4A齿轮钢进行渗碳处理。通过扫描电镜、能谱分析仪、显微硬度仪、碳硫分析仪、残余应力检测仪等手段对常规渗碳与天然气渗碳后的显微组织、渗层成分、硬度梯度、碳浓度梯度、残余应力分布梯度进行检测,并对两种渗碳工艺的生产效率进行对比,同时也对天然气渗碳后的常、低温冲击断口形貌进行了分析。结果表明:与常规渗碳相比,当渗碳层深为(1.6±0.2)mm时,天然气渗碳可提升效率15%以上;可获得较为平缓的硬度梯度、碳浓度梯度分布和较高的渗层残余压应力。低温冲击断口形貌具有韧窝少而浅、准解理形貌和二次裂纹多等特征,同时局部区域出现沿晶断裂。天然气渗碳工艺可应用于高承载、长寿命重载齿轮的表面强化。

深冷处理对G20Cr2Ni4A渗碳轴承钢力学性能的影响

研究了G20Cr2Ni4A渗碳钢经渗碳、二次淬火及不同条件的深冷处理后力学性能,同时对比了其全渗碳试样及未渗碳试样的性能。结果表明:随着深冷处理时间的延长,残余奥氏体含量下降,渗碳层的表面硬度得以提高;同时深冷处理可提高其材料的抗拉强度,减少渗碳钢的冲击功。

20Cr2Ni4钢正火新工艺的研究

通过20Cr2Ni4钢锻件的金相组织进行分析，制定了20Cr2Ni4钢锻件正火新工艺试验方案；通过反复试验，终于取得了成功。该新工艺达到了客户所需的硬度180—227HB，机加工性能好。现已按该新工艺批量生产，并获得了国家专利局发明专利的授权。