热处理工艺参数对G13Cr4Mo4Ni4V钢晶粒度及性能的影响

杜姣婧，刘晓宇，付中元，童锐，张保鲁

(中国航发哈尔滨轴承有限公司，哈尔滨 150025)

随着国内航空发动机研制技术的发展，传统M50钢在一些特殊工况下已无法满足发动机对轴承韧性和抗冲击等性能的要求。为适应航空涡轮发动机的使用工况而新研制的G13Cr4Mo4Ni4V钢具有较好的塑性、韧性以及优良的化学热处理性能，回火后使用温度高达316 ℃，可在某些工况下取代M50钢[1]。表面渗碳或渗氮后,G13Cr4Mo4Ni4V钢表面压应力显著升高，有利于提高工件表面的耐磨性及接触疲劳寿命[2-3]。

晶粒度是材料的重要评价指标，目前国内对G13Cr4Mo4Ni4V钢晶粒度评价与国外标准要求相近，心部晶粒度要求均为5级或更细。热处理是改善钢晶粒度和强韧化性能的重要工艺手段,而加热速度、温度、保温时间和冷却速度等都是影响晶粒度及性能的参数[4-5]。鉴于G13Cr4Mo4Ni4V钢材料热处理性能对航空轴承使用寿命的影响，现研究不同的热处理工艺参数对G13Cr4Mo4Ni4V钢晶粒度、硬度和冲击性能的影响。

1 试验

1.1 试样及制备

材料的主要化学成分见表1。将棒料加工成15 mm×15 mm×20 mm的金相试样40件，加工成10 mm×10 mm×55 mm的U形缺口冲击试样60件。

表1 G13Cr4Mo4Ni4V钢原材料化学成分Tab.1 Chemical composition of raw materials of G13Cr4Mo4Ni4V steel

1.2 试验过程

采用BMI小型真空气淬炉，升温速率8 ℃/min，淬火前预热温度850 ℃，保温40 min；淬火温度分别为1 060，1 070，1 080，1 090，1 100 ℃，在每个淬火温度分别保温15，25，35，45 min；545 ℃×2 h进行3次回火，每个工艺下的晶粒度及硬度试样各1件/炉，冲击试样为3件/炉。采用金相显微镜、洛氏硬度计、冲击试验机对热处理后的试样进行晶粒度、硬度、冲击功等检测。

2 试验结果

2.1 金相组织及晶粒度

由于在相同温度，不同保温时间下，晶粒度随淬火温度的变化趋势相同，且在晶粒度相近的情况下组织状态相近，因此,只选择不同淬火温度，保温时间为25 min试样的晶粒度及组织状态。……