G20Cr2Ni4A钢具有良好的淬透性和强韧性，是高强渗碳钢中主要选材之一。渗碳后基体中溶入了大量的碳和合金元素，使Ms点显著下降，渗碳空冷后渗碳层存在大量的残留奥氏体，重新加热淬火无法减少残留奥氏体含量，造成表层硬度偏低，达不到设计要求。另外在使用过程中，残留奥氏体受热或在应变作用下转变，引起尺寸变化和应力重分配，也可能在磨削精加工时产生磨削裂纹。目前减少残留奥氏体量的途径主要有高温回火和冷处理，科研人员通过未冷处理和冷处理、深冷处理后渗碳层的硬度梯度、渗碳层深度、表面硬度、渗碳层显微组织等的研究，得出冷处理和深冷处理对渗碳层质量的影响。

本试验选用的材料为G20Cr2Ni4A钢，化学成分见表1，符合GB/T3203-1982《渗碳轴承钢 技术条件》标准。棒料经机械加工成尺寸为20mm×10mm×10mm的试样若干个，并用砂纸将试样表面的氧化皮清理干净。入炉前先放入超声波清洗机中清洗30min，用热风机吹干后作为本试验的渗碳试样。

表1 G20Cr2Ni4A钢的化学成分（质量分数，%）

 

为了对比冷处理和深冷处理工艺对渗碳层显微组织和性能的影响，采用表2所示的工艺对试样进行不同工艺的处理，其中所有试样的渗碳、高温回火和冷处理、深冷处理后的回火都是同炉完成的。通过扫描电子显微镜、洛氏硬度计、显微硬度计对不同工艺处理后的试样进行渗碳层碳化物的形态、洛氏硬度、硬度梯度和深度的测试。

 

表2 试样的冷处理和深冷处理工艺

编号	渗碳温度	高温回火	冷处理和深冷处理	回火
工艺1	930℃	650℃×4h	无	160℃×4h
工艺2			-75℃×2h
工艺3			-196℃×2h

 

结果表明：

（1）经过-75℃×2h和-196℃×2h处理后试样表面的碳化物颗粒的数量和弥散程度均有较大幅度的提高。

（2）冷处理和深冷处理能够提高渗碳试样的硬度。经-75℃×2h冷处理后的试样较未冷处理试样硬度平均提高1.8HRC，经过-196℃×2h深冷处理后的试样较未冷处理试样硬度平均提高3.0HRC。

    （3）经过-75℃×2h和-196℃×2h处理后在距试样表面1.45mm范围内，显微硬度均高于未冷处理的试样，冷处理和深冷处理对渗碳层深度的影响较小。