合金鋼等熱處理滲碳鋼小知識及應用舉例

合金鋼20CrMnTi等熱處理滲碳鋼小知識及應用舉例

一,、化學成分特點

機床,、汽車、飛機等機器上的各種齒輪在服役期間,，其齒面承受較高的壓應力及強烈的摩擦和磨損,；輪齒不但承受較高的彎曲力矩，而且還承受較高的交變載荷尤其是沖擊載荷。因此,，要求材料應具備較高的力學性能,，表面應具有高硬度、耐磨性而心部具有高的塑性,、韌性，即外硬內韌,。為滿足上述性能要求,，常選用合金滲碳鋼。所謂合金滲碳鋼,，是指用于制造滲碳零件（如齒輪,、活塞銷等）的合金鋼。

（1）低碳為了保證滲碳零件心部具有足夠的塑性和韌性,，合金滲碳鋼的碳含量一般為ωC=0.1％～0.25％

（2）合金元素

主加合金元素是鉻,、錳、鎳等,。目的提高淬透性,，保證鋼經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后,，心部得到低碳馬氏體組織,，提高強度和韌性。除此之外,，鉻能顯著提高滲碳層的含碳量,，鎳可有效地抑制晶粒長大，細化晶粒,，提高強韌性,。

附加合金元素是鎢、鉬,、鈦,、釩等。目的是在900℃以上高溫滲碳時,，鎢,、鉬、鈦,、釩等合金元素在鋼中形成穩(wěn)定的強碳化物,，以阻礙奧氏體晶粒的長大，獲得細小的組織,，即細晶強化,。

合金鋼20CrMnTi等熱處理滲碳鋼小知識

二、熱處理特點

（1）滲碳零件的加工工藝路線

毛坯鍛造 → 預先熱處理 → 粗機械加工 → 中間退火 → 精加工 → 鍍銅（不需要滲碳部分）→ 最終熱處理→ 退銅 → 精磨 → 成品檢驗

（2）熱處理

在毛坯鍛造之后進行的預先熱處理，主要是為了消除應力,，降低硬度,，改善鋼的切削加工性能。對于低合金鋼一般采用正火或退火,，對于高合金鋼通常采用正火+高溫回火,。

合金鋼等熱處理滲碳鋼小知識及應用舉例中間退火（500℃～600℃）的目的在于消除切削加工的內應力，以減少零件在最終熱處理時的變形,。

最終熱處理是滲碳,、淬火和低溫回火（180℃～200℃）。滲碳后零件表層的ωC=0.85％～1.0％,，滲碳層深度,，經(jīng)淬火和低溫回火后表層組織為高碳回火馬氏體、合金碳化物和少量的殘留奧氏體,，硬度可達60HRC～62 HRC,。心部如淬透，回火后組織為低碳回火馬氏體,，硬度為40HRC～48HRC,；心部如未淬透，回火后組織為托氏體（T）,、少量低碳回火馬氏體（回火M）和鐵素體（F）的復相組織,，硬度為25HRC～40HRC，韌性AK≥48J,。

20CrMnTi鋼熱處理工藝曲線

三,、常用合金滲碳鋼

按照合金滲碳鋼的淬透性大小，可分為三類：

（1）低淬透性合金滲碳鋼典型鋼種為20Cr,、20MnV,，這類鋼水淬臨界直徑<25mm，滲碳后可直接淬火,，低溫回火,。心部強韌性較低，只適于制造受沖擊載荷較小的耐磨零件,，如活塞銷,、凸輪、滑塊,、小齒輪等,。

（2）中淬透性合金滲碳鋼典型鋼種為20CrMnTi，這類鋼油淬臨界直徑約為25～60mm,，主要用于制造承受高速,、中等載荷,、抗沖擊和耐磨損的汽車、拖拉機的變速齒輪,、軸等零件,。

（3）高淬透性合金滲碳鋼典型鋼種為20Cr2Ni4A、18 Cr2Ni4WA,，這類鋼中含有較多的Cr,、Ni、W等合金元素,，所以鋼的淬透性很好,，油淬臨界直徑>100mm，經(jīng)滲碳及隨后的淬火+低溫回火處理,，表面有高的強度（σb≥1200MPa）、硬度和耐磨性,，心部的強度,、韌性很高，主要用于制造大截面,、高載荷,、抗沖擊的重要齒輪及大型軸類零件，如汽車,、飛機,、坦克中的曲軸、大模數(shù)齒輪等,。

四,、應用舉例

20CrMnTi合金滲碳鋼制作汽車變速箱齒輪，分析其熱處理工藝規(guī)范,。

技 術 要 求 ： 滲 碳 層 厚 度 1 .2 m m ～ 1.6 m m ,，表面含碳量 1 .0 ％ ，齒 頂 硬 度 58 ～ 60 H R C ,，心 部 硬 度 30 ～45 H R C ,。

（1）20CrMnTi鋼齒輪的加工工藝路線：

下料→鍛造→正火→加工齒形→滲碳，預冷淬火+低溫回火→磨齒,。

（2）熱處理工藝曲線及分析20CrMnTi鋼熱處理工藝曲線如下圖所示,。

正火作為預先熱處理其目的是改善鍛造組織；調整硬度（170~210HB）便于機加工,，正火后的組織為索氏體+鐵素體,。

最終熱處理為滲碳后預冷到875℃直接淬火+低溫回火，預冷的目的在于減少淬火變形,，同時在預冷過程中,，滲層中可以析出二次滲碳體,，在淬火后減少了殘余奧氏體量。最終熱處理后其組織由表面為回火馬氏體+顆粒狀碳化物+殘余奧氏體,，而心部的組織分為兩種情況,，在淬透時為低碳馬氏體+鐵素體；未淬透時為托氏體+鐵素體,。

20CrMnTi鋼經(jīng)上述處理后可獲得高耐磨性滲層,，心部有較高的強度和良好的韌性，適宜制造承受高速中載并且抗沖擊和耐磨損的零件,。如汽車,、拖拉機的后橋、變速箱齒輪,、離合器軸和一些重要的軸類零件,。