渗碳温度对22Si2MnCrNi2MoA钢渗碳层的影响

通过固体渗碳试验研究了加热温度对钎具用钢22Si2MnCrNi2MoA渗碳层的影响，分析了渗碳温度-碳浓度-显微硬度-残留奥氏体的关系以及残留奥氏体的控制措施。结果表明：当渗碳时间为6h时，随着渗碳温度的升高，渗碳层的碳浓度逐渐增加，碳浓度分布梯度越来越平缓。22Si2MnCrNi2MoA钢渗碳层的显微硬度-碳浓度关系符合正态分布。在渗碳处理过程中，为了使渗碳表层获得硬度很高的马氏体组织，22Si2MnCrNi2MoA钢渗碳层表面碳浓度应该控制在0.80%～0.90%之间。当表面碳浓度超过0.80%～0.90%时，渗碳完成后需采取后续的工艺措施来消除已经存在的残留奥氏体，如采用长时间自然时效或深冷处理等。

随着我国经济建设的快速发展，国内各行业对矿山资源产品和电力能源的需求量不断增长，对钎钢、钎具也提出了新的要求。与国际先进钎具钢相比，我国钎钢的钢种成分设计基本相同，但制成的钎具产品使用寿命和质量相差较大，不能完全满足生产需要，在一定程度上造成了资源浪费。高品质的钎具要求具有良好的强韧性匹配以保证其具有足够高的疲劳强度、耐磨损和抗冲击性能，同时又要求其具有良好的加工工艺性能和一定的抗腐蚀能力。

22Si2MnCrNi2MoA钢是一种低碳马氏体合金钢，与瑞典钢号22SiMnNi2CrMo成分相近。为了提高钎具表面的硬度、耐磨性及疲劳强度等，钎具表层组织一般要求以高硬度的马氏体组织为主。当使用低碳的合金钢作为钎具材料时，需进行渗碳处理才能满足钎具对于其强韧性要求。为此，对钎具用钢22Si2MnCrNi2MoA渗碳工艺进行研究具有重要的现实意义。本文采用固体渗碳方法，研究渗碳温度对22Si2MnCrNi2MoA钢渗碳层的影响，如渗碳层表面到基体的碳浓度分布、组织过渡、硬度分布等，从而为其渗碳工艺的制定提供依据。

1、实验材料与方法

以某钢厂的22Si2MnCrNi2MoA钢为研究对象，该炉次22Si2MnCrNi2MoA钢的主要化学成分(质量分数，%)为0.22C、1.56Si、1.33Mn、0.29Cr、1.80Ni、0.41Mo、其余为Fe。试验试样取自50mm圆的轧材(退火态)。

固体渗碳试验：试样尺寸为15mm×60mm，在高温箱式电阻加热炉进行渗碳试验，渗碳剂采用木炭和碳酸钠均匀搅拌混合而成，其质量比为9：1。将试样和渗碳剂放入渗碳灌中，用石棉网密封。一起加热至820℃保温2h，该阶段主要是为了得到一定的碳势气氛，然后再加热到温度(T=890，910，930，950，970℃)保温6h，随后炉冷至850℃保温0.5h，最后将试样取出油淬至室温。所有渗碳试样均在200℃低温回火2h空冷至室温。 为了确定渗碳层外表面到基体的碳浓度分布，采用逐层剥皮法(剥层前先切掉两个端面，以保证两端的渗层不影响剥层分析结果)测定距渗碳试样外表面不同距离的碳浓度，使用型号为CS-600红外碳硫仪进行碳成分检测。同时对各渗碳试样外表面到基体的横截面显微组织、硬度分布等进行了分析。

结论

1)当渗碳时间为6h时，随着渗碳温度的升高，渗碳层的碳浓度逐渐增加，碳浓度分布梯度越来越平缓，而渗碳层硬度分布梯度变化不明显，渗碳样显微硬度较大值在距渗碳层外表面的距离更远的位置出现。当渗碳温度大于910℃时，从最外层、次表层至距外表面距离为0.9mm位置处碳浓度增幅明显放缓；

2)22Si2MnCrNi2MoA钢渗碳层的显微硬度-碳浓度关系符合正态分布。当碳浓度在0.80%～0.90%时，在随后的淬火过程中，能够得到硬度很高的马氏体组织；而碳浓度继续升高则易于出现残留奥氏体，从而导致渗碳层显微硬度降低；

3)在渗碳处理过程中，为了使渗碳表层获得硬度很高的马氏体组织，22Si2MnCrNi2MoA钢渗碳层表面碳浓度应该控制在0.80%～0.90%之间。否则，当表面碳浓度超过0.80%～0.90%时，当渗碳完成后需采取后续的工艺措施来消除已经存在的残留奥氏体，如采用长时间自然时效或深冷处理等。