滲碳淬火工藝對(duì)12Cr2Ni4鋼內(nèi)氧化級(jí)別的影響

于廣義，張忠和, 王 博，孫顯星,王思倩,李冬野

( 沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽 110869 )

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料采用12Cr2Ni4鉻鎳合金滲碳鋼，其化學(xué)成分列于表1，完全滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 3077—1999的規(guī)定。材料冶煉方法是電爐冶煉并經(jīng)電渣重熔精煉，總鍛造比為3.5。采用φ12 mm×25 mm的滲碳試樣進(jìn)行金相觀察，滲碳淬火試驗(yàn)工藝見表2。進(jìn)行了兩爐滲碳，第一爐930 ℃保溫20 h，第二爐930 ℃保溫10 h，滲碳工藝試驗(yàn)設(shè)備為φ1200 mm×2000 mm的井式氣體滲碳爐。試驗(yàn)過程參考了文獻(xiàn)[1-4]。

表1 試驗(yàn)材料的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)

2 滲碳淬火表層內(nèi)氧化層深度的金相檢驗(yàn)

滲碳淬火內(nèi)氧化的評(píng)級(jí)是按表層內(nèi)氧化層的深度進(jìn)行評(píng)定的，不經(jīng)腐蝕的試樣，在光鏡下放大500倍進(jìn)行深度尺寸的測(cè)量,具體評(píng)級(jí)規(guī)定見“GB/T 25744—2010 鋼件滲碳淬火回火金相檢驗(yàn)”標(biāo)準(zhǔn)[5]。8個(gè)試樣的表層內(nèi)氧化的金相檢驗(yàn)照片及評(píng)級(jí)結(jié)果見圖1。

表2 滲碳淬火工藝試驗(yàn)方案

(a) 11#，3級(jí)(10 μm)；(b) 12#，3級(jí)(12 μm)； (c) 13#，3級(jí)(10 μm)；(d) 14#，5級(jí)(28 μm)；(e)21#，1級(jí)(00 μm)； (f) 22#，1級(jí)(00 μm)；(g) 23#，3級(jí)(10 μm)；(h) 24#，4級(jí)(20 μm)圖1 8個(gè)試樣的內(nèi)氧化金相照片及評(píng)級(jí)結(jié)果(500×) Fig.1 Metallographic photos and rating results of internal oxidation of 8 samples(500×)

3 滲層性能的檢驗(yàn)結(jié)果

12Cr2Ni4合金滲碳鋼試樣按照表2中的滲碳淬火工藝方案進(jìn)行滲碳淬火工藝試驗(yàn)，檢驗(yàn)滲碳層厚度、表層內(nèi)氧化層深度、碳化物級(jí)別、馬氏體級(jí)別、殘余奧氏體級(jí)別，各個(gè)試樣的檢驗(yàn)結(jié)果列于表3。

12Cr2Ni4合金試樣經(jīng)930 ℃滲碳20 h后滲碳層深度在1.9～2.0 mm之間，930 ℃滲碳10 h后滲碳層深度在1.3～1.4 mm之間。

滲層性能檢驗(yàn)的結(jié)果中，滲碳工藝中最不好控制的碳化物，8個(gè)試樣的評(píng)級(jí)都很好，均評(píng)定為2級(jí)，說明兩爐滲碳的碳勢(shì)控制得很好，12Cr2Ni4合金滲碳鋼的抗不良碳化物能力好。

馬氏體組織的評(píng)級(jí)和殘余奧氏體組織的評(píng)級(jí)也都比較好，只有11#、23#試樣為3級(jí)，均是一次淬火的試樣，其余全部為2級(jí)，說明淬火方式對(duì)馬氏體級(jí)別和殘余奧氏體級(jí)別的影響較大。

在碳勢(shì)控制比較好的情況下，8個(gè)試樣中有6個(gè)均有不同程度的內(nèi)氧化，其中有14#、24#試樣的內(nèi)氧化程度比較嚴(yán)重，按照滲碳淬火齒輪的標(biāo)準(zhǔn)是不合格的。比較14#、24#試樣滲碳淬火工藝發(fā)現(xiàn)：2個(gè)試樣的預(yù)備熱處理都是正回火，滲碳后采用二次淬火，但滲碳保溫時(shí)間不同，說明滲碳保溫時(shí)間不是主要影響因素。

表3 12Cr2Ni4鋼滲碳淬火處理后的滲層性能指標(biāo)

4 滲碳淬火工藝對(duì)內(nèi)氧化層深影響的分析

分別就預(yù)備熱處理、滲碳保溫時(shí)間、淬火方式對(duì)表層內(nèi)氧化層深度的影響進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 預(yù)備熱處理對(duì)內(nèi)氧化級(jí)別影響的對(duì)比分析

首先比較一次淬火11#和13#試樣、21#和23#試樣的表層內(nèi)氧化層深度。11#、13#試樣的表層內(nèi)氧化層的深度都是10 μm，均評(píng)定為3級(jí)，即預(yù)備熱處理為調(diào)質(zhì)或正回火時(shí)沒有區(qū)別。21#試樣的表層內(nèi)氧化層的深度幾乎是零，即基本沒有灰色氧化物，評(píng)定為1級(jí)，23#試樣的表層內(nèi)氧化層的深度是10 μm，評(píng)定為3級(jí)，即調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理的內(nèi)氧化評(píng)級(jí)好于正回火的。

其次比較二次淬火12#和14#試樣、22#和24#試樣的內(nèi)氧化層評(píng)級(jí)。12#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是12 μm，評(píng)定為3級(jí)，14#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是28 μm，評(píng)定為5級(jí)，即調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理的內(nèi)氧化評(píng)級(jí)明顯好。22#試樣的表層內(nèi)氧化層深度幾乎是零，即基本沒有灰色氧化物，評(píng)定為1級(jí)，24#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是20 μm，評(píng)定為4級(jí)，即調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理的內(nèi)氧化評(píng)級(jí)好于正回火的。

預(yù)備熱處理對(duì)表層內(nèi)氧化層深度影響的趨勢(shì)是：調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理的抗內(nèi)氧化的能力明顯好于正回火預(yù)備熱處理的。

4.2 滲碳時(shí)間對(duì)內(nèi)氧化級(jí)別影響的分析

比較調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理且采用一次淬火的11#和21#試樣，11#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是10 μm，評(píng)定為3級(jí)，21#試樣基本沒有灰色氧化物，均評(píng)定為1級(jí)，滲碳時(shí)間長(zhǎng)的內(nèi)氧化嚴(yán)重。比較調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理且采用二次淬火的12#和22#試樣，12#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是12 μm，評(píng)定為3級(jí)，22#試樣基本沒有灰色氧化物，均評(píng)定為1級(jí)，也是滲碳時(shí)間長(zhǎng)的內(nèi)氧化嚴(yán)重。

再比較經(jīng)正回火預(yù)備熱處理且采用一次淬火的13#和23#試樣，13#試樣的表層內(nèi)氧化層是10 μm，評(píng)定為3級(jí)，23#試樣的表層內(nèi)氧化層也是10 μm，也評(píng)定為3級(jí)，沒有受到滲碳時(shí)間長(zhǎng)短的影響。比較調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理且采用二次淬火的14#和24#試樣，14#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是28 μm，評(píng)定為5級(jí)，24#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是20 μm，評(píng)定為4級(jí)，也是滲碳時(shí)間長(zhǎng)的內(nèi)氧化嚴(yán)重。

滲碳時(shí)間對(duì)表層內(nèi)氧化層深度影響的趨勢(shì)是：隨著滲碳時(shí)間的延長(zhǎng)，表層內(nèi)氧化層的深度增加，內(nèi)氧化程度嚴(yán)重。

4.3 淬火方式對(duì)內(nèi)氧化級(jí)別影響的分析

淬火方式對(duì)表層內(nèi)氧化層深度的影響，首先比較調(diào)質(zhì)預(yù)備熱處理的11#和12#試樣、21#和22#試樣的表層內(nèi)氧化層深度，11#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是10 μm，評(píng)定為3級(jí)，12#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是12 μm，也評(píng)定為3級(jí)，即一次淬火的抗內(nèi)氧化的能力強(qiáng)。21#和22#試樣都基本沒有灰色氧化物，均評(píng)定為1級(jí)，即一次淬火和二次淬火沒有區(qū)別。

其次比較正回火預(yù)備熱處理的13#和14#試樣、23#和24#試樣的表層內(nèi)氧化層深度，13#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是10 μm，評(píng)定為3級(jí)，14#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是28 μm，評(píng)定為5級(jí)，即一次淬火的抗內(nèi)氧化的能力強(qiáng)。23#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是10 μm，評(píng)定為3級(jí)，24#試樣的表層內(nèi)氧化層深度是20 μm，評(píng)定為4級(jí)，也是一次淬火的抗內(nèi)氧化的能力強(qiáng)。

淬火方式對(duì)表層內(nèi)氧化層深度影響的趨勢(shì)是：一次淬火的抗內(nèi)氧化的能力明顯好于二次淬火的。

5 結(jié)論

通過對(duì)12Cr2Ni4合金滲碳鋼進(jìn)行不同滲碳淬火工藝的抗內(nèi)氧化能力試驗(yàn)，分析了預(yù)備熱處理、滲碳保溫時(shí)間、淬火方式對(duì)表層內(nèi)氧化層深度的影響。