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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(zhuǎn)變，引起尺寸變化和應力重分配，也可能在磨削精加工時產(chǎn)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(zhì)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(shù)條件》標準。棒料經(jīng)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(zhì)量分數(shù)，%）

 

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(tài)、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(jié)果表明：

（1）經(jīng)過-75℃×2h和-196℃×2h處理后試樣表面的碳化物顆粒的數(shù)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(jīng)-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(jīng)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(jīng)過-75℃×2h和-196℃×2h處理后在距試樣表面1.45mm范圍內(nèi)，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。