CN113564320A - 一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法 - Google Patents

一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于热处理技术领域，涉及一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法。一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，包括将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、球化退火和机加工处理、步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理、步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行复合组织淬火处理、步骤4、对复合组织淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理、步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，之后再进行两次高温回火处理。本发明专利是针对航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢的渗碳后续热处理工艺，有利于改善渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的冲击韧性、耐磨性和疲劳性能，延长航空发动机主轴轴承的服役寿命。

Description

一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法
技术领域
本发明属于热处理技术领域，涉及一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法。
背景技术
G13Cr4Mo4Ni4V钢作为一种高温渗碳轴承钢，经渗碳、淬火和高温回火后能够实现“外强内韧”的效果，目前常用于国产航空发动机主轴轴承外圈的制造。渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢表面碳含量一般在0.85%-1.05%，含碳量较高的表层经淬火后获得高强度、高硬度的隐晶马氏体，心部为低碳板条马氏体组织，且基体中固溶了大量Ni、Mo、Cr、V等合金元素，回火后表层马氏体中弥散析出的细小碳化物可以起到第二相强化作用，同时有助于提高表面耐磨性。渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢经过常规的淬回火后，其冲击韧性一般为20.5J/cm2，而且耐磨性偏低，未来国内先进航空发动机的主轴轴承工况更加复杂恶劣，轴承需要抵抗更严重的冲击载荷和循环应力。
因此，为了满足更高的服役性能要求，需要对渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的热处理方法进行探索。在高碳高合金钢中，马氏体＋下贝氏体复合淬火组织比单一马氏体组织具有更加优异的硬度、拉伸性能、冲击韧性、耐磨性和疲劳性能等力学性能指标。因此，将奥氏体化后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢在表层贝氏体转变温度区间保持一段时间，而心部处于马氏体转变温度区间，表层生成部分下贝氏体，而心部仍然为马氏体组织，在随后的冷却过程中，表层剩余的奥氏体转变为马氏体，心部剩余的奥氏体继续转变为马氏体。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，使渗碳G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢通过热处理获得表层为下贝氏体+马氏体，心部为马氏体的复合组织。热处理后钢的基体上均匀分布着细小合金碳化物，钢的冲击韧性、耐磨性和疲劳性能得到明显提高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，包括以下步骤：
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、球化退火和机加工处理。
步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行复合组织淬火处理。
步骤4、对复合组织淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。
步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，之后再进行两次高温回火处理。
进一步地，所述步骤1中，锻造处理为G13Cr4Mo4Ni4V钢的锻造方法为锻造制坯，锻坯用原材料的高径比小于2，锻造制坯的加工温度为950℃-1150℃，锻制坯料后，回炉保温5-8min，然后采用碾扩成型完成最终环形坯料的制备，碾扩成型要求，单面碾扩时间5-8秒，碾扩比为1.0-1.6，锻造期间模具预热温度≥300℃；经碾扩后，尺寸满足要求的合格环坯，放入灰槽中进行灰冷，控制冷速防止出现裂纹；灰冷温度达到400-500℃之间时，进行球化退火操作。
进一步地，所述步骤1中，球化退火操作为环坯锻后放入灰冷后，灰冷温度达到400-500℃之间时，进行球化退火操作。要求锻后至球化退火之间的时间小于等于16h。退火前将锻坯装箱，并将箱子摆放至退火炉内的有效温区内，预热温度为700-750℃，预热时间为3h，然后加热至830-860℃，保温时间为6-7h，然后随炉冷却至720-750℃，保温时间为11-12h，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至500-550℃出炉空冷，冷却之后，可进行下一步机加工操作。
进一步地，所述步骤1中，机机加工处理为采用数控或者普通车床加工，粗加工中要求最后阶段尺寸切深小于2mm时，分两次以上走刀完成，精加工时，最终余量小于1mm时，每次切深小于0.5mm，分3次走刀完成。
进一步地，所述步骤2中，所述的渗碳处理可采用液体渗碳、可控气氛渗碳、真空渗碳或离子渗碳等方法，要求渗碳层深度为1.5-2.5mm。
进一步地，所述步骤3中，渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的复合组织淬火处理在真空热处理炉中进行，将渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢置于真空气淬炉内，抽真空至5×10-1-5×10-2Pa时开始升温，以8℃-10℃/min的速率升温至820℃-850℃，保温30min；然后以4℃-6℃/min的速率升温至1060℃-1120℃，保温20-60min；然后采用氮气进行冷却，充气压力＞2bar，风扇转速为1000-3000转/min，冷却至140℃-200℃；然后以8℃-10℃/min的速率升温至200℃-280℃，保温4-6h；最后冷却至40℃以下出炉。
进一步地，所述步骤4和5中，冷处理的降温速率为2℃-4℃/min；冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理温度为-65℃~-95℃，保温2-3h；保温结束后，以2℃-4℃/min的速率升温至50℃-70℃。
进一步地，所述步骤4和5中，高温回火处理在回火处理炉或真空热处理炉中进行，以8-10℃/min的速率升温至545±5℃，保温2-2.5h；保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力＞2bar，风扇转速为1000-3000转/min，冷却至40℃以下出炉。
与现有技术相比，本发明的有益效果为。
本发明专利是针对航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢的渗碳后续热处理工艺，通过复合组织淬火处理，使表层得到下贝氏体+马氏体，心部为马氏体的复合组织，有利于改善渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的冲击韧性、耐磨性和疲劳性能，延长航空发动机主轴轴承的服役寿命。
附图说明
图1为实施例1第3步结束后的淬火态组织照片；图1（a）为表层组织，表层得到了下贝氏体+马氏体的复合组织；图1（b）为心部组织，心部得到了板条马氏体组织。
图2为实施例1第5步结束后的回火态组织照片；图2（a）为表层组织，在回火后的铁素体上弥散析出了细小且均匀分布的碳化物；图2（b）为心部组织，心部得到了回火托氏体组织。
图3为实施例1第5步结束后的剖面显微硬度分布。
图4为实施例2第3步结束后的淬火态组织照片；图4（a）为表层组织，表层得到了下贝氏体+马氏体的复合组织；图4（b）为心部组织，心部得到了板条马氏体组织。
图5为实施例2第5步结束后的回火态组织照片；图5（a）为表层组织，在回火后的铁素体上弥散析出了细小且均匀分布的碳化物；图5（b）为心部组织，心部得到了回火托氏体组织。
图6为实施例2第5步结束后的剖面显微硬度分布。
图7为渗实施例3第3步结束后的淬火态组织照片；图7（a）为表层组织，表层得到了下贝氏体+马氏体的复合组织；图7（b）为心部组织，心部得到了板条马氏体组织。
图8为实施例3第5步结束后的回火态组织照片；图8（a）为表层组织，在回火后的铁素体上弥散析出了细小且均匀分布的碳化物；图8（b）为心部组织，心部得到了回火托氏体组织。
图9为实施例3第5步结束后的剖面显微硬度分布。
图10为实施例4第3步结束后的淬火态组织照片；图10（a）为表层组织，表层得到了下贝氏体+马氏体的复合组织；图10（b）为心部组织，心部得到了板条马氏体组织。
图11为实施例4第5步结束后的回火态组织照片；图11（a）为表层组织，在回火后的铁素体上弥散析出了细小且均匀分布的碳化物；图11（b）为心部组织，心部得到了回火托氏体组织。
图12为实施例4第5步结束后的剖面显微硬度分布。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，包括以下步骤：
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、球化退火和机加工处理。
步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行复合组织淬火处理。
步骤4、对复合组织淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。
步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，之后再进行两次高温回火处理。
进一步地，所述步骤1中，锻造处理为G13Cr4Mo4Ni4V钢的锻造方法为锻造制坯，锻坯用原材料的高径比小于2，锻造制坯的加工温度为950℃-1150℃，锻制坯料后，回炉保温5-8min，然后采用碾扩成型完成最终环形坯料的制备，碾扩成型要求，单面碾扩时间5-8秒，碾扩比为1.0-1.6，锻造期间模具预热温度≥300℃；经碾扩后，尺寸满足要求的合格环坯，放入灰槽中进行灰冷，控制冷速防止出现裂纹；灰冷温度达到400-500℃之间时，进行球化退火操作。
进一步地，所述步骤1中，球化退火操作为环坯锻后放入灰冷后，灰冷温度达到400-500℃之间时，进行球化退火操作。要求锻后至球化退火之间的时间小于等于16h。退火前将锻坯装箱，并将箱子摆放至退火炉内的有效温区内，预热温度为700-750℃，预热时间为3h，然后加热至830-860℃，保温时间为6-7h，然后随炉冷却至720-750℃，保温时间为11-12h，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至500-550℃出炉空冷，冷却之后，可进行下一步机加工操作。
进一步地，所述步骤1中，机机加工处理为采用数控或者普通车床加工，粗加工中要求最后阶段尺寸切深小于2mm时，分两次以上走刀完成，精加工时，最终余量小于1mm时，每次切深小于0.5mm，分3次走刀完成。
进一步地，所述步骤2中，所述的渗碳处理可采用液体渗碳、可控气氛渗碳、真空渗碳或离子渗碳等方法，要求渗碳层深度为1.5-2.5mm。
进一步地，所述步骤3中，渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的复合组织淬火处理在真空热处理炉中进行，将渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢置于真空气淬炉内，抽真空至5×10-1-5×10-2Pa时开始升温，以8℃-10℃/min的速率升温至820℃-850℃，保温30min；然后以4℃-6℃/min的速率升温至1060℃-1120℃，保温20-60min；然后采用氮气进行冷却，充气压力＞2bar，风扇转速为1000-3000转/min，冷却至140℃-200℃；然后以8℃-10℃/min的速率升温至200℃-280℃，保温4-6h；最后冷却至40℃以下出炉。
进一步地，所述步骤4和5中，冷处理的降温速率为2℃-4℃/min；冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理温度为-65℃~-95℃，保温2-3h；保温结束后，以2℃-4℃/min的速率升温至50℃-70℃。
进一步地，所述步骤4和5中，高温回火处理在回火处理炉或真空热处理炉中进行，以8-10℃/min的速率升温至545±5℃，保温2-2.5h；保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力＞2bar，风扇转速为1000-3000转/min，冷却至40℃以下出炉。
实施例1。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、退火和机加工处理。
锻造处理：G13Cr4Mo4Ni4V钢的锻造方法为锻造制坯，锻坯用原材料的高径比为1.7，锻造制坯的加工温度为950℃，锻制坯料后，回炉保温8min，然后采用碾扩成型完成最终环形坯料的制备，碾扩成型要求，单面碾扩时间8秒，碾扩比为1.0，锻造期间模具预热温度为320℃；经碾扩后，尺寸满足要求的合格环坯，放入灰槽中进行灰冷，控制冷速防止出现裂纹；灰冷温度达到420℃时，进行球化退火操作。
球化退火操作：环坯锻后放入灰冷后，灰冷温度达到420℃时，进行球化退火操作。要求锻后至球化退火之间的时间为12h。退火前将锻坯装箱，并将箱子摆放至退火炉内的有效温区内，预热温度为750℃，预热时间为3h，然后加热至830℃，保温时间为7h，然后随炉冷却至750℃，保温时间为12h，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至550℃出炉空冷，冷却之后，可进行下一步机加工操作。
机加工处理：采用数控或者普通车床加工，粗加工中要求最后阶段尺寸切深为1.5mm，分两次以上走刀完成，精加工时，最终余量为0.5mm时，每次切深0.3mm，分3次走刀完成。
步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
渗碳处理：渗碳处理采用真空渗碳，渗碳层深度为2.0mm。
步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行复合组织淬火处理。将渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢置于真空气淬炉内，抽真空至5×10-2Pa时开始升温，以10℃/min的速率升温至820℃，保温30min，然后以6℃/min的速率升温至1060℃，保温60min，然后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为1500转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至140℃，再以10℃/min的速率升温至200℃，保温6h，然后再次冷却至40℃以下出炉。
步骤4、对复合组织淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-65℃，保温2.5h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至70℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至550℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为1500转/min，冷却至40℃以下出炉。
步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，然后进行两次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-65℃，保温2.5h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至70℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至550℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为1500转/min，冷却至40℃以下出炉。
对最终热处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、冲击性能和摩擦磨损测试。
实施例2。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、退火和机加工处理。
锻造处理：G13Cr4Mo4Ni4V钢的锻造方法为锻造制坯，锻坯用原材料的高径比为1.7，锻造制坯的加工温度为980℃，锻制坯料后，回炉保温6min，然后采用碾扩成型完成最终环形坯料的制备，碾扩成型要求，单面碾扩时间7秒，碾扩比为1.2，锻造期间模具预热温度为350℃；经碾扩后，尺寸满足要求的合格环坯，放入灰槽中进行灰冷，控制冷速防止出现裂纹；灰冷温度达到480℃时，进行球化退火操作。
球化退火操作：环坯锻后放入灰冷后，灰冷温度达到480℃时，进行球化退火操作。要求锻后至球化退火之间的时间为12h。退火前将锻坯装箱，并将箱子摆放至退火炉内的有效温区内，预热温度为720℃，预热时间为3h，然后加热至845℃，保温时间为6.5h，然后随炉冷却至745℃，保温时间为11h20min，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至525℃出炉空冷，冷却之后，可进行下一步机加工操作。
机机加工处理：采用数控或者普通车床加工，粗加工中要求最后阶段尺寸切深1.2mm时，分两次以上走刀完成，精加工时，最终余量为0.6mm时，每次切深0.3mm，分3次走刀完成。
步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
渗碳处理：渗碳处理采用离子渗碳，渗碳层深度为2.5mm。
步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行复合组织淬火处理。将渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢置于真空气淬炉内，抽真空至5×10-2Pa时开始升温，以10℃/min的速率升温至830℃，保温30min，然后以6℃/min的速率升温至1080℃，保温45min，然后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2000转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至160℃，再以8℃/min的速率升温至220℃，保温6h，然后再次冷却至40℃以下出炉。
步骤4、对复合组织淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-75℃，保温2.5h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至60℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至550℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2000转/min，冷却至40℃以下出炉。
步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，然后进行两次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-75℃，保温2.5h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至60℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至550℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2000转/min，冷却至40℃以下出炉。
对最终热处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、冲击性能和摩擦磨损测试。
实施例3。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、退火和机加工处理。
锻造处理：G13Cr4Mo4Ni4V钢的锻造方法为锻造制坯，锻坯用原材料的高径比为1.8，锻造制坯的加工温度为1120℃，锻制坯料后，回炉保温6min，然后采用碾扩成型完成最终环形坯料的制备，碾扩成型要求，单面碾扩时间7秒，碾扩比为1.4，锻造期间模具预热温度为350℃；经碾扩后，尺寸满足要求的合格环坯，放入灰槽中进行灰冷，控制冷速防止出现裂纹；灰冷温度达到430℃时，进行球化退火操作。
球化退火操作：环坯锻后放入灰冷后，灰冷温度达到460℃时，进行球化退火操作。要求锻后至球化退火之间的时间为15h。退火前将锻坯装箱，并将箱子摆放至退火炉内的有效温区内，预热温度为730℃，预热时间为3h，然后加热至850℃，保温时间为6h，然后随炉冷却至750℃，保温时间为11h30min，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至550℃出炉空冷，冷却之后，可进行下一步机加工操作。
机机加工处理：采用数控或者普通车床加工，粗加工中要求最后阶段尺寸切深1.6mm时，分两次以上走刀完成，精加工时，最终余量为0.6mm时，每次切深0.3mm，分3次走刀完成。
步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
渗碳处理：渗碳处理采用可控气氛渗碳，渗碳层深度为2.2mm。
步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行复合组织淬火处理。将渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢置于真空气淬炉内，抽真空至5×10-2Pa时开始升温，以10℃/min的速率升温至840℃，保温30min，然后以6℃/min的速率升温至1100℃，保温30min，然后采用氮气进行冷却，充气压力为3bar，风扇转速为2500转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至180℃，再以8℃/min的速率升温至260℃，保温4h，然后再次冷却至40℃以下出炉。
步骤4、对复合组织淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-85℃，保温2h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至60℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至545℃，保温2.5h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2500转/min，冷却至40℃以下出炉。
步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，然后进行两次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-85℃，保温2h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至60℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至545℃，保温2.5h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2500转/min，冷却至40℃以下出炉。
对最终热处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、冲击性能和摩擦磨损测试。
实施例4。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、退火和机加工处理。
锻造处理：G13Cr4Mo4Ni4V钢的锻造方法为锻造制坯，锻坯用原材料的高径比为1.6，锻造制坯的加工温度为1150℃，锻制坯料后，回炉保温5min，然后采用碾扩成型完成最终环形坯料的制备，碾扩成型要求，单面碾扩时间8秒，碾扩比为1.6，锻造期间模具预热温度为345℃；经碾扩后，尺寸满足要求的合格环坯，放入灰槽中进行灰冷，控制冷速防止出现裂纹；灰冷温度达到480℃时，进行球化退火操作。
球化退火操作：环坯锻后放入灰冷后，灰冷温度达到480℃时，进行球化退火操作。要求锻后至球化退火之间的时间为16h。退火前将锻坯装箱，并将箱子摆放至退火炉内的有效温区内，预热温度为730℃，预热时间为3h，然后加热至850℃，保温时间为6h，然后随炉冷却至740℃，保温时间为11h40min，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至520℃出炉空冷，冷却之后，可进行下一步机加工操作。
机机加工处理：采用数控或者普通车床加工，粗加工中要求最后阶段尺寸切深为1.3mm时，分两次以上走刀完成，精加工时，最终余量为0.8mm时，每次切深0.3mm，分3次走刀完成。
步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
渗碳处理：渗碳处理采用液体渗碳，渗碳层深度为1.5mm。
步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行复合组织淬火处理。将渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢置于真空气淬炉内，抽真空至5×10-2Pa时开始升温，以10℃/min的速率升温至850℃，保温30min，然后以6℃/min的速率升温至1120℃，保温15min，然后采用氮气进行冷却，充气压力为3bar，风扇转速为3000转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至200℃，再以8℃/min的速率升温至280℃，保温4h，然后再次冷却至40℃以下出炉。
步骤4、对复合组织淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-95℃，保温2h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至70℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至540℃，保温2.5h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2500转/min，冷却至40℃以下出炉。
步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，然后进行两次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-95℃，保温2h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至70℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至540℃，保温2.5h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2500转/min，冷却至40℃以下出炉。
对最终热处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、冲击性能和摩擦磨损测试。
对比例1。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、退火和机加工处理。
锻造处理：G13Cr4Mo4Ni4V钢的锻造方法为锻造制坯，锻坯用原材料的高径比为1.8，锻造制坯的加工温度为970℃，锻制坯料后，回炉保温8min，然后采用碾扩成型完成最终环形坯料的制备，碾扩成型要求，单面碾扩时间8秒，碾扩比为1.3，锻造期间模具预热温度为360℃；经碾扩后，尺寸满足要求的合格环坯，放入灰槽中进行灰冷，控制冷速防止出现裂纹；灰冷温度达到470℃时，进行球化退火操作。
球化退火操作：环坯锻后放入灰冷后，灰冷温度达到450℃时，进行球化退火操作。要求锻后至球化退火之间的时间为14h25min。退火前将锻坯装箱，并将箱子摆放至退火炉内的有效温区内，预热温度为720℃，预热时间为3h，然后加热至830℃，保温时间为7h，然后随炉冷却至735℃，保温时间为11h，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至535℃出炉空冷，冷却之后，可进行下一步机加工操作。
机加工处理：采用数控或者普通车床加工，粗加工中要求最后阶段尺寸切深为1.6mm时，分两次以上走刀完成，精加工时，最终余量为0.7mm时，每次切深为0.2mm，分3次走刀完成。
步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
渗碳处理：渗碳处理采用真空渗碳，渗碳层深度为1.9mm。
步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行真空淬火处理。将渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢置于真空气淬炉内，抽真空至5×10-2Pa时开始升温，以10℃/min的速率升温至850℃，保温30min，然后以6℃/min的速率升温至1100℃，保温30min，然后采用氮气进行冷却，充气压力为3bar，风扇转速为3000转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至40℃以下出炉。
步骤4、对真空淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-80℃，保温2h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至70℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至545℃，保温2.5h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2500转/min，冷却至40℃以下出炉。
步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，然后进行两次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-80℃，保温2h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至70℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至545℃，保温2.5h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2500转/min，冷却至40℃以下出炉。
对最终热处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、冲击性能和摩擦磨损测试。
对比例2。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、退火和机加工处理。
锻造处理：G13Cr4Mo4Ni4V钢的锻造方法为锻造制坯，锻坯用原材料的高径比为1.6，锻造制坯的加工温度为980℃，锻制坯料后，回炉保温6min，然后采用碾扩成型完成最终环形坯料的制备，碾扩成型要求，单面碾扩时间7秒，碾扩比为1.5，锻造期间模具预热温度为330℃；经碾扩后，尺寸满足要求的合格环坯，放入灰槽中进行灰冷，控制冷速防止出现裂纹；灰冷温度达到480℃时，进行球化退火操作。
球化退火操作：环坯锻后放入灰冷后，灰冷温度达到460℃时，进行球化退火操作。要求锻后至球化退火之间的时间为15h25min。退火前将锻坯装箱，并将箱子摆放至退火炉内的有效温区内，预热温度为740℃，预热时间为3h，然后加热至845℃，保温时间为6h20min，然后随炉冷却至730℃，保温时间为11h，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至550℃出炉空冷，冷却之后，可进行下一步机加工操作。
机加工处理：采用数控或者普通车床加工，粗加工中要求最后阶段尺寸切深为1.8mm时，分两次以上走刀完成，精加工时，最终余量为0.6mm时，每次切深0.2mm，分3次走刀完成。
步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
渗碳处理：渗碳处理采用可控气氛渗碳，渗碳层深度为2.2mm。
步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行真空淬火处理。将渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢置于真空气淬炉内，抽真空至5×10-2Pa时开始升温，以10℃/min的速率升温至850℃，保温30min，然后以6℃/min的速率升温至1080℃，保温45min，然后采用氮气进行冷却，充气压力为3bar，风扇转速为3000转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至40℃以下出炉。
步骤4、对真空淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-70℃，保温2.5h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至70℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至550℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2500转/min，冷却至40℃以下出炉。
步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，然后进行两次高温回火处理。冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理的降温速率为3℃/min，冷处理温度为-70℃，保温2.5h，保温结束后，以3℃/min的升温速率升至70℃，然后取出工件。高温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至550℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2500转/min，冷却至40℃以下出炉。
对最终热处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、冲击性能和摩擦磨损测试。
将以上实施例与传统真空气淬处理的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行对比，得出以下结果。
表1 实施例与对比例进行对比检测结果。
Figure 286282DEST_PATH_IMAGE001
与传统的真空气淬工艺相比，复合组织淬火后的试样表面略有下降，但冲击韧性提高了42%-55%，耐磨性提高了20%-27%。

Claims (8)

1.一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行锻造、球化退火和机加工处理；
步骤2、将机加工处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理；
步骤3、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行复合组织淬火处理；
步骤4、对复合组织淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理；
步骤5、对一次冷处理+一次高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行二次冷处理，之后再进行两次高温回火处理。
2.如权利要求1所述的一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，其特征在于，所述步骤1中，锻造处理为G13Cr4Mo4Ni4V钢的锻造方法为锻造制坯，锻坯用原材料的高径比小于2，锻造制坯的加工温度为950℃-1150℃，锻制坯料后，回炉保温5-8min，然后采用碾扩成型完成最终环形坯料的制备，碾扩成型要求，单面碾扩时间5-8秒，碾扩比为1.0-1.6，锻造期间模具预热温度≥300℃；经碾扩后，尺寸满足要求的合格环坯，放入灰槽中进行灰冷，控制冷速防止出现裂纹；灰冷温度达到400-500℃之间时，进行球化退火操作。
3.如权利要求1所述的一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，其特征在于，所述步骤1中，球化退火操作为环坯锻后放入灰冷后，灰冷温度达到400-500℃之间时，进行球化退火操作，要求锻后至球化退火之间的时间小于等于16h；退火前将锻坯装箱，并将箱子摆放至退火炉内的有效温区内，预热温度为700-750℃，预热时间为3h，然后加热至830-860℃，保温时间为6-7h，然后随炉冷却至720-750℃，保温时间为11-12h，然后以20℃/h的速度冷却至680℃，然后随炉冷却至500-550℃出炉空冷，冷却之后，可进行下一步机加工操作。
4.如权利要求1所述的一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，其特征在于，所述步骤1中，机机加工处理为采用数控或者普通车床加工，粗加工中要求最后阶段尺寸切深小于2mm时，分两次以上走刀完成，精加工时，最终余量小于1mm时，每次切深小于0.5mm，分3次走刀完成。
5.如权利要求1所述的一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，其特征在于，所述步骤2中，所述的渗碳处理可以采用液体渗碳、可控气氛渗碳、真空渗碳或离子渗碳等方法，要求渗碳层深度为1.5-2.5mm。
6.如权利要求1所述的一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，其特征在于，所述步骤3中，渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的复合组织淬火处理在真空热处理炉中进行，将渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢置于真空气淬炉内，抽真空至5×10-1-5×10-2Pa时开始升温，以8℃-10℃/min的速率升温至820℃-850℃，保温30min；然后以4℃-6℃/min的速率升温至1060℃-1120℃，保温20-60min；然后采用氮气进行冷却，充气压力＞2bar，风扇转速为1000-3000转/min，冷却至140℃-200℃；然后以8℃-10℃/min的速率升温至200℃-280℃，保温4-6h；最后冷却至40℃以下出炉。
7.如权利要求1所述的一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，其特征在于，所述步骤4和5中，冷处理的降温速率为2℃-4℃/min；冷处理在可控式恒温恒湿试验箱内进行，冷处理温度为-65℃~-95℃，保温2-3h；保温结束后，以2℃-4℃/min的速率升温至50℃-70℃。
8.如权利要求1所述的一种航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢热处理方法，其特征在于，所述步骤4和5中，高温回火处理在回火处理炉或真空热处理炉中进行，以8-10℃/min的速率升温至545±5℃，保温2-2.5h；保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力＞2bar，风扇转速为1000-3000转/min，冷却至40℃以下出炉。
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