20Cr2Ni4A齿轮钢高温渗碳工艺

20Cr2Ni4A钢属于高Cr、Ni渗碳合金钢，因其强度高、韧性好、抗接触疲劳和抗胶合能力好等特点，成为重载车辆传动系统齿轮的首选材料。有研究人员通过对20Cr2Ni4A齿轮钢进行高温渗碳工艺试验，分析了其高温渗碳后的微观组织与力学性能，以期为高温渗碳工艺研究提供参考。

试验材料选用重载车辆传动系统齿轮钢20Cr2Ni4A，采用TXC01型直读光谱仪对其成分进行测定，其主要化学成分见表1。检测结果符合GB/T3077-1999对20Cr2Ni4A钢化学成分的要求。

表120Cr2Ni4A钢的化学成分（质量分数，%）

元素CSiMnSPCrNiCuMo

实测值0.180.290.410.0140.0211.393.360.044＜0.01

GB/T3077-1999标准值0.17～0.230.17～0.370.30～0.60≤0.030≤0.0351.25～1.653.25～3.65≤0.25

高温渗碳试验设备选用RM-75-11高温密封箱式多用炉，此炉最高工作温度为1100℃。试验工艺条件为在可控气氛条件下采用高温高碳势方式进行渗碳，扩散温度高于强渗温度，渗碳气体采用丙烷与N2，渗碳后油冷到一定温度，在油冷过程结束后进行高温回火。高温回火后空冷，然后进行二次加热油淬，利用回复再结晶原理在750℃等温后将温度升至860℃进行淬火，以达到细化奥氏体晶粒，满足晶粒度要求。在淬火工艺结束后，进行180℃低温回火。为了进行渗碳工艺比对，同期还进行了常规渗碳工艺试验。常规渗碳工艺为930℃渗碳→650℃高温回火→860℃二次加热油淬→180℃低温回火。

两种工艺渗碳后20Cr2Ni4A钢加工成10mm×10mm×10mm的试样，对其显微组织、硬度梯度、晶粒度等指标进行测试。结果表明：

（1）高温渗碳热处理后20Cr2Ni4A钢的渗层组织为回火马氏体和弥散分布的碳化物颗粒和少量的残留奥氏体，渗碳层硬度、碳浓度梯度变化比较平缓，有效硬化层深达2.0～2.4mm（550HV处），渗层表面硬度58～62HRC，奥氏体晶粒度可达到8级左右，样件验证指标满足渗碳工艺技术要求。

（2）当有效硬化层深为（2.2±0.2）mm时，20Cr2Ni4A钢采用常规渗碳所需工艺时间为26h，而采用高温渗碳所需工艺时间仅为20.5h，这表明高温渗碳可提高渗碳效率20%以上。