高温回火对20Cr2Ni4A钢渗碳层中残留奥氏体的影响

　　20Cr2Ni4A钢具有良好的淬透性和强韧性，是高强渗碳钢中主要选择材料之一。但由于20Cr2Ni4A钢中含有大量铬、镍等合金元素，因而增强了奥氏体的稳定性。渗碳后基体中溶入了大量碳和合金元素，使Ms点显著下降，渗碳空冷后组织为针状马氏体+碳化物+大量残留奥氏体，渗碳空冷后表面硬度超过55HRC。重新加热淬火无法减少残留奥氏体量，造成表层硬度偏低，达不到设计要求(≥60HRC)。另外在使用过程中残留奥氏体受热或在应变作用下转变，引起尺寸变化和应力重分配，也可能在磨削精加工时产生磨削裂纹。目前，减少残留奥氏体量的途径主要有高温回火和深冷处理[1]，深冷处理易引起产品开裂和变形[2]。本文作者通过研究高温回火对残留奥氏体转变的影响，从而选择最佳的回火工艺，达到获得理想的渗碳淬火组织。

　　1 试验材料与方法

　　1.1 试验总体方案

　　将100mm的20Cr2Ni4A圆钢锻打成Φ50mm×150mm的试棒共7件进行渗碳淬火热处理。首先对毛坯试棒进行 920℃正火+680℃高温回火的预先热处理，然后对试棒进行渗碳处理。其中渗碳工艺:920℃×1.25%C强渗后920℃×0.75% C 扩散至850℃×0.75%C空冷。渗碳后对试棒进行不同的高温回火，然后再进行相同工艺的淬火和低温回火处理。

　　1.2 检测方法

　　将Φ50mm的20Cr2Ni4A钢试棒经渗碳处理后，根据Q/BS4413—1986《钢的渗碳硬化层深度的测定方法》，用剥层化学分析法测量试棒渗碳层中各层的碳含量; 根据GB/T 9450—2005《钢件渗碳淬火硬化层深度的测定和校验中硬度的测定方法》，采用FM-ARS-9000 全自动显微硬度测量系统，在试验力为9.8N的载荷下对渗碳层进行硬度检测; 采用德国蔡氏金相显微镜及图像分析仪对渗碳层中的显微组织进行分析。

　　1.3 高温回火试验方案

　　结合试棒表层的渗碳结果，参考关于铬镍渗碳钢深层渗碳零件高温回火温度的研究[3]，将渗碳后的试棒选择620和650℃两种温度和不同的保温时间进行高温回火，具体的实施方案如表1所示，回火后统一进行810×30min 油冷淬火+160℃×2.5h空冷低温回火的热处理工艺，然后将各种热处理状态下的渗碳试棒表层进行硬度测试。

　　2 试验结果

　　2.1 渗碳层质量检验

　　将Φ50mm×150mm的渗碳试棒进行检测，获得等效试棒渗碳后的渗层碳浓度和硬度分布曲线，如图1所示。从曲线中可以看出，试棒经渗碳后表面碳含量在0.85%左右，达到过共析，碳浓度分布平缓，渗碳工艺合适。渗碳缓冷后表面硬度超过55HRC，但心部硬度仅为35HRC。渗碳层的显微组织为高碳淬火马氏体+碳化物+大量残留奥氏体，如图2所示。