采用42CrMoH鋼制造的前軸表面存在0.10～0.15 mm深的完全脫碳層,嚴(yán)重影響了工件表面質(zhì)量、硬度和疲勞性能。本工作通過(guò)等溫加熱實(shí)驗(yàn),研究了加熱溫度對(duì)熱軋態(tài)42CrMoH鋼表面脫碳層類型和深度的影響,并綜合分析了影響表面脫碳的因素。結(jié)果表明:保溫時(shí)間為75 min時(shí),42CrMoH鋼在650～750℃和875～1 250℃時(shí),無(wú)完全脫碳層;完全脫碳層出現(xiàn)溫度為750～875℃,完全脫碳層中鐵素體為粗大的柱狀晶,42CrMoH鋼的一個(gè)完全脫碳的敏感溫度為775～825℃,800℃時(shí)其完全脫碳層深度達(dá)到最大;42CrMoH鋼部分脫碳也存在敏感溫度（1 150～1 250℃）,1 200℃時(shí),部分脫碳層深度達(dá)到最大。因此,為避免前軸表面出現(xiàn)完全脫碳層,42CrMoH鋼熱處理過(guò)程中的正火和淬火溫度都應(yīng)控制在875～885℃,且冷卻過(guò)程中避免在750～875℃停留。此外,鍛造余熱淬火因省去正火和淬火加熱過(guò)程,能有效地避免前軸表面出現(xiàn)完全脫碳層。 

【文章來(lái)源】：材料導(dǎo)報(bào). 2020,34(12)北大核心

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實(shí)驗(yàn)鋼在不同溫度下保溫75 min后表面脫碳層的顯微組織圖片:(a) 950 ℃; (b) 1 150 ℃; (c) 1 200 ℃;(d) 1 250 ℃

圖1 實(shí)驗(yàn)鋼在不同溫度下保溫75 min后表面脫碳層的顯微組織圖片:(a) 950 ℃; (b) 1 150 ℃; (c) 1 200 ℃;(d) 1 250 ℃950～1 250 ℃實(shí)驗(yàn)鋼表層只存在部分脫碳層,無(wú)完全脫碳層,這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)鋼的共析轉(zhuǎn)變溫度(Ac1)和鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ac3)分別為748 ℃和846 ℃[11],950～1 250 ℃高于α-Fe←→γ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度(G點(diǎn)),見圖3中C點(diǎn)位置。由相律f=C-P可知,當(dāng)C為2時(shí),實(shí)驗(yàn)鋼完全奧氏體化,只存在單一γ相,即P為1,此時(shí)f為1,即碳濃度可以自由變化。隨著脫碳的進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)鋼表層平均碳濃度降低,但由于溫度恒定,實(shí)驗(yàn)鋼始終處于完全奧氏體相,無(wú)鐵素體產(chǎn)生,所以無(wú)完全脫碳層出現(xiàn)。

950～1 250 ℃實(shí)驗(yàn)鋼表層只存在部分脫碳層,無(wú)完全脫碳層,這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)鋼的共析轉(zhuǎn)變溫度(Ac1)和鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變溫度(Ac3)分別為748 ℃和846 ℃[11],950～1 250 ℃高于α-Fe←→γ-Fe同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變溫度(G點(diǎn)),見圖3中C點(diǎn)位置。由相律f=C-P可知,當(dāng)C為2時(shí),實(shí)驗(yàn)鋼完全奧氏體化,只存在單一γ相,即P為1,此時(shí)f為1,即碳濃度可以自由變化。隨著脫碳的進(jìn)行,實(shí)驗(yàn)鋼表層平均碳濃度降低,但由于溫度恒定,實(shí)驗(yàn)鋼始終處于完全奧氏體相,無(wú)鐵素體產(chǎn)生,所以無(wú)完全脫碳層出現(xiàn)。當(dāng)溫度為950～1 250 ℃時(shí),脫碳層深度受鋼中碳擴(kuò)散速率的影響,而鋼中合金元素會(huì)影響碳的擴(kuò)散速率。碳在奧氏體中的擴(kuò)散系數(shù)隨溫度的升高而增加,溫度越高奧氏體中的碳擴(kuò)散速率越快,則脫碳速度越快,脫碳層越深。當(dāng)溫度低于1 100 ℃時(shí),Mo元素能夠降低碳在γ-Fe中的擴(kuò)散速率;鉻的碳化物偏聚在晶界上,使晶界上的空穴減少,晶界上的原子活動(dòng)能力降低,降低了晶界作為擴(kuò)散通道的作用。而當(dāng)溫度為1 100～1 200 ℃時(shí),鉻的碳化物逐漸溶解完全[12],增加了奧氏體中固溶碳的含量,奧氏體中碳的濃度梯度增加,且晶界處合金碳化物的溶解減小了碳化物對(duì)晶界的釘扎,降低了碳的擴(kuò)散激活能,使碳的遷移變得更加容易,從而使碳的擴(kuò)散系數(shù)增加[13]。由菲克第一定律可知,單位時(shí)間內(nèi)碳的擴(kuò)散通量取決于碳的擴(kuò)散系數(shù)和濃度梯度。實(shí)驗(yàn)鋼在1 100～1 200 ℃加熱時(shí)碳的擴(kuò)散系數(shù)和濃度梯度均增加,因此加劇了鋼的脫碳程度。當(dāng)溫度達(dá)到1 200 ℃時(shí),部分脫碳層深度出現(xiàn)峰值,1 250 ℃時(shí)部分脫碳層深度反而降低。這是因?yàn)殡S著溫度的升高,氧化和脫碳速率均增加,但增加程度不同,在950～1 200 ℃范圍時(shí),氧化速率小于脫碳速率,部分脫碳層深度隨加熱溫度的升高而增加;當(dāng)加熱溫度達(dá)到1 200 ℃以后,氧化程度急劇上升,氧化速率明顯快于脫碳速率,使得部分脫碳層被氧化掉。氧化層的膨脹系數(shù)與基體的膨脹系數(shù)不同及脫碳生成的CO氣體溢出使得氧化層組織變得疏松,容易破損甚至掉落,失去對(duì)基體的保護(hù)作用,從而進(jìn)一步加劇氧化反應(yīng),使部分脫碳層深度迅速減小。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3025903