[发明专利]一种提高渗碳G13Cr4Mo4Ni4V钢疲劳性能的热处理方法

说明书

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。

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。