CN113755671A - 一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法 - Google Patents

一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于热处理技术领域，涉及一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法。本发明制备方法包括对G13Cr4Mo4Ni4V钢渗碳处理、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行循环双阶段等温淬火处理或者普通淬火处理、对淬火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理、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，再进行两次高温回火处理、对高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行冷处理+中温回火循环处理。本发明是针对航空发动机轴承用G13Cr4Mo4Ni4V钢的渗碳后续热处理工艺，优化从表面至心部的组织结构，改善渗层残余压应力分布，显著提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的疲劳性能极限。

Description

一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法
技术领域
本发明属于热处理技术领域，涉及一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法。
背景技术
G13Cr4Mo4Ni4V钢是国产第二代航空发动机轴承用钢，目前常用于国产航空发动机主轴轴承外圈的制造，该钢富含Mo、Cr 、V等合金元素，不仅具有良好的淬透性，这些合金元素还可以在回火过程中与碳元素结合并以特殊碳化物的形式弥散析出，有利于提高基体的硬度、强度和耐磨性。此外，G13Cr4Mo4Ni4V钢中还添加了较多的Ni元素以增强钢的韧性。作为一种高温渗碳轴承钢，渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行常规淬火处理能够使表层获得高碳隐晶马氏体的同时，心部获得低碳板条马氏体，这种组织搭配使得G13Cr4Mo4Ni4V钢具有良好的强韧性。此外，G13Cr4Mo4Ni4V钢经过渗碳热处理后，在表层产生残余压应力，因此具有较高的疲劳性能。渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢经过传统淬回火处理后的冲击吸收功为16J左右，旋转弯曲疲劳极限为850MPa左右。未来国内先进航空发动机的主轴轴承工况更加复杂恶劣，随着轴承转速的不断增加，轴承钢的耐冲击性和疲劳性能要求越来越高。就目前的热处理工艺而言，渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的冲击性能和疲劳极限无法为更高转速下的轴承运转提供有力保障。然而，新型轴承材料的开发不仅需要巨大的成本投入，还需要相当漫长的研发周期。因此，为了快速适应我国航空事业的发展，有必要对国产G13Cr4Mo4Ni4V钢的性能极限作进一步的开掘。
经渗碳处理的G13Cr4Mo4Ni4V钢，由于碳浓度梯度的存在而导致从表面至心部的相转变温度存在差异，但是在传统热处理实践中并未利用到这个特性。在实际生产过程中，渗碳后续热处理工艺对G13Cr4Mo4Ni4V钢的组织及力学性能具有决定性作用。因此，利用渗层相转变温度不一致的特点对G13Cr4Mo4Ni4V钢的渗碳层淬火组织进行灵活控制以达到提高性能的目的，这是目前行业中所欠缺的一项工作。
真空热处理技术的普及对于渗碳轴承钢热处理而言具有极大的好处，真空热处理不仅能够有效防止钢表层脱碳，而且便于实现对冷却过程的准确控制。此外，渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢在传统热处理过程中，淬火后常进行冷处理和高温回火处理以获得高硬度和高强度的表面。冷处理不仅能够促进钢中残余奥氏体的分解，还可以细化组织，而中温回火处理可以调节渗碳层的残余压应力分布。因此，在高温回火基础上，对G13Cr4Mo4Ni4V钢进行增加冷处理和中温回火处理有助于实现对组织和疲劳性能的进一步优化。
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提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，使渗碳G13Cr4Mo4Ni4V轴承钢通过热处理提高其冲击性能和耐疲劳性能。热处理后钢的基体上均匀分布着细小合金碳化物，残余压应力分布得到改善，并显著提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的旋转弯曲疲劳性能。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，包括以下步骤：
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
步骤2、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行循环双阶段等温淬火处理或者普通淬火处理。
步骤3、对循环双阶段等温淬火处理或普通淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。
步骤4、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2次高温回火处理。
步骤5、对高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢，进行3次以上冷处理+中温回火的循环处理。
进一步地，所述步骤1中，所述的渗碳处理采用液体渗碳、可控气氛渗碳、真空渗碳、离子渗碳方法中的任意一种，要求渗碳层深度为1.5~2.5mm。
进一步地，所述步骤2中，所述循环双阶段等温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30~40min；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160℃~200℃，保温30~60min；然后以8℃~10℃/min的速率升温至220℃~260℃，保温30~60min；之后冷却至160℃~200℃，保温30~60min；然后再升温至220℃~260℃，保温30~60min；然后再冷却至160℃~200℃，保温30~60min；之后升温至220℃~260℃，保温30~60min；循环处理3次以上；最后冷却至40℃以下出炉。
进一步地，所述步骤2中，所述普通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30~40min；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40℃以下出炉。
进一步地，所述步骤3和4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3和4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540℃~550℃，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。
进一步地，所述步骤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-70℃～-80℃，保温2~2.5h；保温结束后，以2℃~4℃/min的速率升温至50℃-70℃出炉。
进一步地，所述步骤5中，中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420℃~450℃，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。
进一步地，所述步骤5中，冷处理+中温回火循环处理是一次冷处理+一次中温回火为一个循环，要求进行3次以上循环处理。
与现有技术相比，本发明的有益效果为。
1、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，与普通淬火相比，通过循环双阶段等温淬火处理可以使表层获得下贝氏体+马氏体复合组织，心部为回火马氏体组织，经过高温回火后，在不损失表面性能的同时能够获得更高的整体韧性。
2、循环双阶段等温淬火处理或普通淬回火处理的G13Cr4Mo4Ni4V钢再经多次（冷处理+中温回火）冷热循环处理，最终基体上弥散析出大量细小合金碳化物，渗层残余压应力分布得到明显改善，提高G13Cr4Mo4Ni4V钢的疲劳性能，进一步提高了渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的旋转弯曲疲劳极限。
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。
一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，包括以下步骤：
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。
步骤2、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行循环双阶段等温淬火处理或者普通淬火处理。
步骤3、对循环双阶段等温淬火处理或普通淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理。
步骤4、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2次高温回火处理。
步骤5、对高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢，进行3次以上的（冷处理+中温回火）循环处理。进一步地，
所述步骤1中，所述的渗碳处理采用液体渗碳、可控气氛渗碳、真空渗碳、离子渗碳方法中的任意一种，要求渗碳层深度为1.5~2.5mm。
进一步地，所述步骤2中，所述循环双阶段等温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30~40min；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160℃~200℃，保温30~60min；然后以8℃~10℃/min的速率升温至220℃~260℃，保温30~60min；之后冷却至160℃~200℃，保温30~60min；然后再升温至220℃~260℃，保温30~60min；然后再冷却至160℃~200℃，保温30~60min；之后升温至220℃~260℃，保温30~60min；循环处理3次以上；最后冷却至40℃以下出炉。
进一步地，所述步骤2中，所述普通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30~40min；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40℃以下出炉。
进一步地，所述步骤3和4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3和4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540℃~550℃，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。
进一步地，所述步骤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-70℃～-80℃，保温2~2.5h；保温结束后，以2℃~4℃/min的速率升温至50℃-70℃出炉。
进一步地，所述步骤5中，中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420℃~450℃，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。
进一步地，所述步骤5中，冷处理+中温回火循环处理是一次冷处理+一次中温回火为一个循环，要求进行3次以上循环处理。
实施例1。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。渗碳处理采用液体渗碳，渗碳层深度为1.5mm。
步骤2、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行循环双阶段等温淬火处理。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40min，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2.6bar，风扇转速为1300转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至160℃，保温60min；然后以8℃/min的速率升温至220℃，保温60min；之后冷却至160℃，保温60min；然后再升温至220℃，保温60min；然后再冷却至160℃，保温60min；之后升温至220℃，保温60min；循环处理5次；最后冷却至40℃以下出炉。
步骤3、对循环双阶段等温淬火后的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4、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。
步骤5、对高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行5次（冷处理+中温回火）循环处理。1次循环中包括1次冷处理+1次中温回火处理。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。中温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至420℃，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1500转/min，冷却至40℃以下出炉。
对步骤4处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行冲击性能和旋转弯曲疲劳性能测试；对步骤5处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、心部洛氏硬度和旋转弯曲疲劳性能测试。
实施例2。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。渗碳处理采用离子渗碳，渗碳层深度为2.5mm。
步骤2、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行循环双阶段等温淬火处理。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35min，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3.0bar，风扇转速为1600转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至180℃，保温45min；然后以8℃/min的速率升温至240℃，保温45min；之后冷却至180℃，保温45min；然后再升温至240℃，保温45min；然后再冷却至180℃，保温45min；之后升温至240℃，保温45min；循环处理4次；最后冷却至40℃以下出炉。
步骤3、对循环双阶段等温淬火后的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4、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2000转/min，冷却至40℃以下出炉。
步骤5、对高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行4次（冷处理+中温回火）循环处理。1次循环包括1次冷处理+1次中温回火处理。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70℃，然后取出工件。中温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至430℃，保温2.5h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为3bar，风扇转速为2000转/min，冷却至40℃以下出炉。
对步骤4处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行冲击性能和旋转弯曲疲劳性能测试；对步骤5处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、心部洛氏硬度和旋转弯曲疲劳性能测试。
实施例3。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。渗碳处理采用可控气氛渗碳，渗碳层深度为2.2mm。
步骤2、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行循环双阶段等温淬火处理。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2.7bar，风扇转速为2000转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至200℃，保温30min；然后以8℃/min的速率升温至260℃，保温30min；之后冷却至200℃，保温30min；然后再升温至260℃，保温30min；然后再冷却至200℃，保温30min；之后升温至260℃，保温30min；循环处理3次；最后冷却至40℃以下出炉。
步骤3、对循环双阶段等温淬火后的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4、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。
步骤5、对高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行3次（冷处理+中温回火）循环处理。1次循环包括1次冷处理+1次中温回火处理。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70℃，然后取出工件。中温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至450℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.7bar，风扇转速为1700转/min，冷却至40℃以下出炉。
对步骤4处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行冲击性能和旋转弯曲疲劳性能测试；对步骤5处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、心部洛氏硬度和旋转弯曲疲劳性能测试。
实施例4。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。渗碳处理采用真空渗碳，渗碳层深度为2.4mm。
步骤2、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3、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-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4、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、对高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行4次（冷处理+中温回火）循环处理。1次循环包括1次冷处理+1次中温回火处理。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60℃，然后取出工件。中温回火处理在真空热处理炉中进行，以8℃/min的速率升温至440℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2.2bar，风扇转速为1500转/min，冷却至40℃以下出炉。
对步骤4处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行冲击性能和旋转弯曲疲劳性能测试；对步骤5处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、心部洛氏硬度和旋转弯曲疲劳性能测试。
对比例1。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。渗碳处理采用可控气氛渗碳，渗碳层深度为1.75mm。
步骤2、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840℃，保温30min，然后以6℃/min的速率升温至1090℃，保温35min，然后采用氮气进行冷却，充气压力为2.5bar，风扇转速为2500转/min，将G13Cr4Mo4Ni4V钢冷却至40℃以下出炉。
步骤3、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-75℃，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550℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2bar，风扇转速为2000转/min，冷却至40℃以下出炉。
步骤4、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550℃，保温2h，保温结束后采用氮气进行冷却，充气压力为2bar，风扇转速为2000转/min，冷却至40℃以下出炉。
对步骤4处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、心部洛氏硬度、冲击性能和旋转弯曲疲劳性能测试。
对比例2。
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理。渗碳处理采用真空渗碳，渗碳层深度为2.3mm。
步骤2、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3、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-90℃，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4、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-90℃，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。
对步骤4处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢进行表面洛氏硬度、心部洛氏硬度、冲击性能和旋转弯曲疲劳性能测试。
表1 循环等温淬火处理与传统淬火处理渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的冲击吸收功对比表。
Figure 999578DEST_PATH_IMAGE001
表2 （冷处理+中温回火）循环处理前后渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢的性能对比表。
Figure 457104DEST_PATH_IMAGE002
经过循环双阶段等温淬火处理后的渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢实施例1-3与传统淬火工艺实施例3、对比例1-2的冲击性能对比结果如表1所示，显然前者的冲击吸收功更高。
（冷处理+中温回火）循环处理前后的旋转弯曲疲劳性能测试结果如表2所示，渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢经过（冷处理+中温回火）循环处理后，在没有大幅度降低表面和心部硬度的情况下，旋转弯曲疲劳极限得到显著提高。

Claims (9)

1.一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、将G13Cr4Mo4Ni4V钢进行渗碳处理；
步骤2、对渗碳后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行循环双阶段等温淬火处理或者普通淬火处理；
步骤3、对循环双阶段等温淬火处理或普通淬火后的G13Cr4Mo4Ni4V钢进行一次冷处理和一次高温回火处理；
步骤4、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2次高温回火处理；
步骤5、对高温回火处理后的G13Cr4Mo4Ni4V钢，进行3次以上冷处理+中温回火的循环处理。
2.如权利要求1所述的一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，其特征在于，所述步骤1中，所述的渗碳处理采用液体渗碳、可控气氛渗碳、真空渗碳、离子渗碳方法中的任意一种，要求渗碳层深度为1.5~2.5mm。
3.如权利要求1所述的一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，其特征在于，所述步骤2中，循环双阶段等温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30~40min；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160℃~200℃，保温30~60min；然后以8℃~10℃/min的速率升温至220℃~260℃，保温30~60min；之后冷却至160℃~200℃，保温30~60min；然后再升温至220℃~260℃，保温30~60min；然后再冷却至160℃~200℃，保温30~60min；之后升温至220℃~260℃，保温30~60min；循环处理3次以上；最后冷却至40℃以下出炉。
4.如权利要求1所述的一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，其特征在于，所述步骤2中，普通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30~40min；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40℃以下出炉。
5.如权利要求1所述的一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，其特征在于，所述步骤3和4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℃。
6.如权利要求1所述的一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，其特征在于，所述步骤3和4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540℃~550℃，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。
7.如权利要求1所述的一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，其特征在于，所述步骤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-70℃～-80℃，保温2~2.5h；保温结束后，以2℃~4℃/min的速率升温至50℃-70℃出炉。
8.如权利要求1所述的一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，其特征在于，所述步骤5中，中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420℃~450℃，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。
9.如权利要求1所述的一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法，其特征在于，所述步骤5中，冷处理+中温回火循环处理是一次冷处理+一次中温回火为一个循环，要求进行3次以上循环处理。
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