GCr15钢的碳氮共渗工艺参数及其对微观组织与性能的影响

doi:10.13251/j.issn.0254-6051.2025.07.001

金属热处理 ›› 2025, Vol. 50 ›› Issue (7): 1-9.DOI: 10.13251/j.issn.0254-6051.2025.07.001

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GCr15钢的碳氮共渗工艺参数及其对微观组织与性能的影响

龚雪玲¹, 顾剑锋¹, 王婧¹, 袁志钟², 王琴³, 史有森³

1.上海交通大学材料科学与工程学院, 上海 200240;
2.江苏大学材料科学与工程学院, 江苏镇江 212013;
3.江苏丰东热技术有限公司, 江苏盐城 224100

收稿日期:2025-02-10 修回日期:2025-05-14 出版日期:2025-07-25 发布日期:2025-07-28
通讯作者: 袁志钟(1977—),男,副教授,博士,E-mail:yzzis@ujs.edu.cn
作者简介:龚雪玲(2001—),女,硕士研究生,主要研究方向为轴承钢的热处理工艺,E-mail:Shirley.g@sjtu.edu.cn。
基金资助:
国家自然科学基金(52203379);国家重点研发计划(2023YFB3408001)

Carbonitriding parameters and their effects on microstructure and properties of GCr15 steel

Gong Xueling¹, Gu Jianfeng¹, Wang Jing¹, Yuan Zhizhong², Wang Qin³, Shi Yousen³

1. School of Materials Science and Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China;
2. School of Materials Science and Engineering, Jiangsu University, Zhenjiang Jiangsu 212013, China;
3. Jiangsu Fengdong Thermal Technology Co., Ltd., Yancheng Jiangsu 224100, China

Received:2025-02-10 Revised:2025-05-14 Online:2025-07-25 Published:2025-07-28

摘要/Abstract

摘要： 研究了气体碳氮工艺的共渗温度、氨气流量以及回火温度对GCr15钢微观组织、硬度、耐磨性和回火稳定性的影响。结果表明:随着碳氮共渗温度的升高,GCr15钢的硬度逐渐提高,在880 ℃进行碳氮共渗时表面硬度可达730 HV5,比在800 ℃下进行碳氮共渗的表面硬度高90 HV5;随着氨气流量的增大,GCr15钢的表面硬度逐渐降低,在0.25 m³/h下进行碳氮共渗的表面硬度为785 HV5,比1.00 m³/h下的表面硬度高75 HV5;碳氮共渗温度的升高或氨气流量的增加都能提高GCr15钢的耐磨性;随着回火温度的升高,GCr15钢碳氮共渗层的硬度下降幅度变小。

关键词: 轴承钢, 碳氮共渗, 显微组织, 硬度, 耐磨性

Abstract: Effects of gas carbonitriding temperature, ammonia flow rate and tempering temperature on microstructure, hardness, wear resistance and tempering stability of GCr15 steel were investigated. The results show that the hardness of the GCr15 steel gradually increases with the increase of carbonitriding temperature, and the surface hardness can reach 730 HV5 when carbonitriding at 880 ℃, which is 90 HV5 higher than that of carbonitriding at 800 ℃. The surface hardness of the GCr15 steel gradually decreases with the increase of ammonia flow rate. The surface hardness is 785 HV5 when carbonitriding at 0.25 m³/h, which is 75 HV5 higher than that of carbonizing at 1.00 m³/h. The increase of the carbonitriding temperature or the flow of ammonia will increase the wear resistance of the GCr15 steel. The decrease range of the carbonized layer hardness of the GCr15 steel is less with the increase of tempering temperature.

Key words: bearing steel, carbonitriding, microstructure, hardness, wear resistance

中图分类号:

TG174.4

龚雪玲, 顾剑锋, 王婧, 袁志钟, 王琴, 史有森. GCr15钢的碳氮共渗工艺参数及其对微观组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 1-9.

Gong Xueling, Gu Jianfeng, Wang Jing, Yuan Zhizhong, Wang Qin, Shi Yousen. Carbonitriding parameters and their effects on microstructure and properties of GCr15 steel[J]. Heat Treatment of Metals, 2025, 50(7): 1-9.

参考文献

[1] 顾超. 高品质轴承钢疲劳寿命预测模型及夹杂物影响规律研究[D]. 北京: 北京科技大学, 2019.
Gu Chao. Microstructure fatigue life prediction model based on the effect of inclusions in bearing steel[D]. Beijing: University of Science and Technology Beijing, 2019.
[2] Taktak S, Ulker S, Gunes I J S, et al. High temperature wear and friction properties of duplex surface treated bearing steels[J]. Surface and Coating Technology, 2008, 202: 3367-3377.
[3] 薛正堂. 滚动轴承失效形式与性能特性分析及滚道表面形貌表征研究[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2022.
Xue Zhengtang. Analysis of failure mode and performance characteristics of rolling bearing and characterization of raceway surface topography[D]. Hefei: Hefei University of Technology, 2022.
[4] Karami M B, Odaba D. A simple approach to calculation of the sliding wear coefficient for medium carbon steels[J]. Wear, 1991, 151(1): 23-34.
[5] 易诚. 热处理对重载轴承材料耐磨性能的影响研究[D]. 成都: 西南石油大学, 2017.
Yi Cheng. Study on the effect of heat treatment on the wear resistance of heavy-duty bearing materials[D]. Chengdu: Southwest Petroleum University, 2017.
[6] 王家玮. 高性能渗氮轴承钢微观组织和磨损性能研究[D]. 西安: 西安建筑科技大学, 2013.
Wang Jiawei. The research on the microstructure and anti-wear performance of high performance nitriding bearing steel[D]. Xi'an: Xi'an University of Architecture and Technology, 2013.
[7] 郭元元. 奥氏体不锈钢低温离子渗氮及碳氮共渗工艺研究[D]. 沈阳: 东北大学, 2008.
Guo Yuanyuan. Study on the technology of plasma nitriding and plasma nitrocarburizing of austenitic stainless steel in the low temperature[D]. Shenyang: Northeastern University, 2008.
[8] 贺甜甜, 邵若男, 刘建, 等. 不同载荷下GCr15钢的滑动摩擦磨损性能[J]. 材料热处理学报, 2020, 41(7): 105-110.
He Tiantian, Shao Ruonan, Liu Jian, et al. Sliding friction and wear properties of GCr15 steel under different loads[J]. Transactions of Materials and Heat Treatment, 2020, 41(7): 105-110.
[9] 吴承建, 陈国良, 强文江. 金属材料学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2010: 104-105.
[10] 单琼飞, 王鑫, 薛文方, 等. GCr15钢碳氮共渗与马氏体淬火组织及性能试验对比研究[J]. 哈尔滨轴承, 2021, 42(2): 28-31.
Shan Qiongfei, Wang Xin, Xue Wenfang, et al. Comparative study on microstructure and properties of GCr15 steel after carbonitriding and martensite quenching[J]. Journal of Harbin Bearing, 2021, 42(2): 28-31.
[11] 蒋港辉, 李淑欣, 蒲吉斌, 等. 马氏体轴承钢碳氮共渗滚动接触疲劳失效机理[J]. 中国表面工程, 2022, 35(2): 12-23.
Jiang Ganghui, Li Shuxin, Pu Jibin, et al. Rolling contact fatigue failure mechanism of martensitic bearing steel after carbonitriding[J]. China Surface Engineering, 2022, 35(2): 12-23.
[12] 尹业平, 雷旻. GDL-1钢渗碳后液体软氮化工艺的初步探索[J]. 湖南科技大学学报(自然科学版), 2010, 25(2): 110-113.
Yin Yeping, Lei Min. Investigation of the sulfurizing soft- nitriding process after carburizing of the steel GDL-1[J]. Journal of Hunan University of Science and Technology (Natural Science Edition), 2010, 25(2): 110-113.
[13] 张建国, 丛培武, 王京晖, 等. 真空碳氮共渗新技术及其应用[J]. 金属热处理, 2006, 31(3): 59-61.
Zhang Jianguo, Cong Peiwu, Wang Jinghui, et al. New technology and appliance of vacuum carbonitriding[J]. Heat Treatment of Metals, 2006, 31(3): 59-61.
[14] 刘永飞, 高啸天, 武占学, 等. 高温回火对20Cr2Ni4A钢渗碳层中残留奥氏体的影响[J]. 金属热处理, 2013, 38(1): 77-79.
Liu Yongfei, Gao Xiaotian, Wu Zhanxue, et al. Influence of high temperature tempering on retained austenite in carburized 20Cr2Ni4A steel[J]. Heat Treatment of Metals, 2013, 38(1): 77-79.

[1]	仝云奇, 李炫儒, 陈忠宇, 袁晨峪, 白峭峰. 扫描速度对50CrMnMo钢表面激光熔覆铁基涂层组织与耐磨性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 10-17.
[2]	张皓月, 唐正友, 崔峰, 张瀚文, 王镇轩. 固溶温度对Fe-Mn-Al-C奥氏体低密度钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 18-23.
[3]	付立武, 燕冰川, 张舒展, 刘庚, 刘世博, 史显波, 严伟. 焊后冷却速度对X80管线钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 81-88.
[4]	夏云峰, 周仲成, 周世杰, 雷晓娟, 刘艳春. 预备热处理工艺对4Cr5Mo2NiVCo模具钢显微组织与冲击性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 89-95.
[5]	李聪, 李家丰, 林志宏, 龙朝辉. 连续固溶体(Nb,Ti)Zn₃的晶体结构、硬度与耐腐蚀性[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 159-163.
[6]	柴静, 郑志斌, 王帅, 龙骏, 韩培贤, 朱胜利, 郑开宏. 碳含量对低铬合金钢微观组织与力学性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 178-184.
[7]	宋帅, 王立辉, 薛仁杰, 彭飞, 白丽娟, 刘丽君. 空气硬化钢的连续冷却转变曲线及力学性能[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 198-203.
[8]	付天乐, 沙莎, 汪兵, 陈小平. 控轧控冷工艺对3.5%Ni耐候钢组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 204-211.
[9]	罗建科, 杜佼伟, 李霄, 吕品正, 薛海洋, 张正华, 肖世俊. 长期服役12Cr1MoVG钢补焊粗晶区SH-CCT曲线的测定[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 212-217.
[10]	蒋炎, 梁玄, 孔永华. 退火对Ti-50.8Ni镍钛合金丝相变和加工回弹的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 241-247.
[11]	赖爱玲, 杨书瑜, 贵星卉, 高崇, 徐巍昆, 黄瑞银. 均匀化退火工艺对1085铝合金扁锭微观组织与硬度的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(7): 286-292.
[12]	杨栋杰, 冯奕洁, 张宁, 蒋波. 微合金耐候钢的连续冷却转变及轧制温度对其组织与硬度的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(6): 18-26.
[13]	朱冉冉, 杨书瑜, 宋炜, 成美贞, 顾凤仙, 朱雯, 韩逸. 显微组织对6061锻造轮毂表面切削性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(6): 114-118.
[14]	王鑫奕, 玄伟东, 张诚江, 张翔宇, 余旭, 王保军, 屠挺生, 任忠鸣. 热等静压对镍基单晶高温合金CMSX-4组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(6): 131-138.
[15]	花思明. 固溶温度对Cu-Cr-Zr合金组织与性能的影响[J]. 金属热处理, 2025, 50(6): 139-144.

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Carbonitriding parameters and their effects on microstructure and properties of GCr15 steel

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