钢深层渗碳工艺对组织性能有哪些影响？

针对于：18CrNiMo7-6

近十多年来，风力发电、高铁等的高速发展，欧标18CrNiMo7-6钢被广泛应用于制造风电变速箱齿轮、大模数齿轮、重载齿轮等。随着齿轮模数增大，渗碳工艺要求有效硬化层深在3mm，甚至4mm或5mm以上。对于18CrNiMo7-6渗碳钢硬化层深在3mm以上的渗碳工艺，国内一直有不同的观点，而欧美都采用渗碳直接淬火工艺。因此，对18CrNiMo7-6钢硬化层深在3mm以上，采用渗碳直接淬火和渗碳一次淬火两种不同工艺，进行金相组织、力学性能研究，为18CrNiMo7-6钢渗碳热处理提供工艺试验依据。

钢深层渗碳工艺对组织性能有哪些影响？

试验材料和试验方法

试验用18CrNiMo7-6钢采用电弧炉真空脱气冶炼，浇注成钢锭，经开坯、锻造拨长，以及正火、高温回火预先热处理，制成φ30mm×180mm圆棒试样，再进行渗碳。试样化学成分为w_C=0.18%，w_Si=0.28%，w_Mn=0.70%，w_Cr=1.6%，w_Mo=0.29%，w_Ni=1.48%，w_P=0.013%，w_S=0.011%，H≤2×10^-6，O≤20×10^-6，其余为Fe。

φ30mm×180mm圆棒试样与齿轮一起在Aichelinφ1600mm×2000mm井式可控气氛渗碳炉渗碳，渗碳温度920～930℃，渗碳强渗期碳势控制在1.1%～1.2%，强渗时间38～45h，扩散期碳势为0.65%～0.75%，扩散时间为14～20h。然后随炉降温。降温至830～850℃保温0.5h出炉。其中两件试样直接入60℃Ｇ油淬火，淬火时间30min；另两件试样入缓冷炉缓慢冷却至室温，再随零件进Aichelin多用炉加热，加热温度830～850℃，碳势为0.65%～0.75%，保温6h，入60℃Ｇ油淬火，淬火时间30min。4件试样均在160～180℃回火6h，出炉空冷。渗碳淬火、低温回火后按GB/T25744—2010《钢件渗碳淬火回火金相检验》和GB/T9450—2005《钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校核》进行金相组织和有效硬化层深度检验。利用AXIOOBSERVER.AI金相显微镜观察组织，利用FM—700半自动显微硬度计检验有效硬化层深度，利用CMT5303试验机进行拉伸试验，利用ZBC3302B冲击试验机进行冲击试验。

结论

通过对18CrNiMo7-6钢深层渗碳直接淬火、低温回火和渗碳缓冷再加热淬火、低温回火两种工艺试验研究，得出如下结论：

（1）18CrNiMo7-6钢930℃渗碳，渗碳强渗碳势控制1.1%～1.2%，时间40h，扩散碳势0.65%～0.75%，时间为15h，然后随炉降温至830℃，碳势0.65%～0.75%，保温0.5h出炉，在60℃G油淬火，冷却0.5h，并160℃×6h回火后，渗碳层组织C1级，M4级，A残4级，硬化层深度HV1₅₅₀：3.84mm，表面硬度60～61HRC，心部组织1级，心部硬度40HRC；晶粒度7～8级；抗拉强度：1229MPa，屈服强度：1014MPa，伸长率9%，断面收缩率49%，冲击吸收能量49J。

（2）18CrNiMo7-6钢930℃渗碳，渗碳强渗碳势控制1.1%～1.2%，时间40h，扩散碳势0.65%～0.75%，时间为15h，然后随炉降温至830℃，碳势0.65%～0.75%，保温0.5h出炉缓冷至室温，再加热至830℃，碳势0.65%～0.75%，保温6h，入60℃Ｇ油淬火，并160℃×6h回火后，渗碳层组织C1级，M3级，残留A2级，硬化层深HV1₅₅₀：3.90mm表面硬度60～61HRC，心部组织1级，心部硬度40HRC；晶粒度7～8级；抗拉强度：1262MPa，屈服强度：1048MPa，伸长率9.5%，断面收缩率51%，冲击吸收能量45J。