风能作为蕴量巨大的清洁可再生能源,已成为世界各国能源发展的主要方向。风力发电机是风力发电设备的关键部件,其中增速箱轴承在风力发电机组中又属于不可替代的核心零部件,因而轴承的寿命、可靠性及稳定性,直接决定了风电主机的运行寿命。我国风电增速箱轴承的制造水平和国外相比,在材料与热处理工艺、可靠性分析与设计、润滑与密封等关键技术还有许多不足,特别是在热处理工艺方面的问题比较突出,主要体现在渗碳热处理的碳浓度及硬度梯度精准控制工艺缺失等方面。为此,瓦房店轴承集团针对国产中、高速风电增速箱轴承落后于国外的现状,对其展开了国产化的技术攻关。在轴承国产化项目推进的过程中,渗碳热处理工艺技术能否满足国外客户的技术要求就成为决定项目成败的关键点。本文针对国外客户对G20Cr2Ni4A轴承钢套圈渗碳处理后的组织和性能要求,研究了渗碳热处理工艺对套圈表面含碳量及碳浓度梯度、表层组织、心部组织、晶粒度、残余奥氏体含量、表面硬度、心部硬度、硬度梯度及变形等方面的影响规律,并通过工艺的优化使国产渗碳钢经最佳工艺渗碳处理后的组织性能完全能够达到国外同类产品性能指标。其主要研究内容和结果如下:表面含碳量和碳浓度梯度主要取决于渗碳工艺的扩散碳势及强渗与扩散的时间比,不同的扩散碳势与不同的强扩比相匹配获得碳浓度梯度也是不同的。低强扩比渗碳工艺条件下套圈碳浓度梯度趋势为表层较高,次表层碳浓度梯度下降较快,整体碳浓度较低。高强扩比渗碳工艺条件下套圈碳浓度梯度趋势整体平缓,但表面碳浓度较低。高扩散碳势渗碳工艺条件下碳浓度梯度缓慢平稳下降,整体含碳量较高,碳浓度分布趋势最为合理,达到了设计的技术要求。在碳浓度确定的情况下,常规油二次淬火工艺和常规二次盐浴等温淬火工艺在表层组织、心部组织、晶粒度、残余奥氏体含量及心部硬度方面可以满足要求,但常规油二次淬火工艺的晶粒度及残余奥氏体含量多在技术要求的下限,常规二次盐浴等温淬火工艺的残余奥氏体含量多在技术要求的下限,同时两种工艺获得的表面硬度及硬度梯度均不能满足技术要求;在170℃盐浴淬火并快速7℃水冷的低温快冷二次盐浴等温淬火工艺在所有指标均可以很好的满足套圈技术要求。通过粗车后去应力退火,减缓渗碳升温及降温速度,采用垫圈使套圈与料盘隔离的装料工艺等方法,可以有效地减小了各工序造成的残余应力,从而使热处理变形得到很好的控制。最终,采用高扩散碳势渗碳工艺与低温快冷二次盐浴等温淬火工艺匹配的热处理工艺路线及参数,完全可以满足轴承套圈的技术要求,轴承经过型式试验后套圈滚道均表面光滑,无点蚀及疲劳脱落现象,其使用性能均达到国外轴承同等水平。