渗碳钢基本知识

渗碳钢渗碳钢是用于制造渗碳零件的钢种。常用渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、性能及用途如表1所示。1、用途渗碳钢主要用于制造要求高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮，内燃机上凸轮轴、活塞销等。2、性能要求①表面具有高硬度和高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧；②具有良好的热处理工艺性能，如高的淬透性和渗碳能力，在高的渗碳温度下，奥氏体晶粒长大倾向小以便于渗碳后直接淬火。3、成分特点①低碳：含碳量一般为0.1~0.25%，以保证心部有足够的塑性和韧性，碳高则心部韧性下降；②合金元素：主加元素为Cr、Mn、Ni、B等，它们的主要作用是提高钢的淬透性，从而提高心部的强度和韧性；辅加元素为W、Mo、V、Ti等强碳化物形成元素，这些元素通过形成稳定的碳化物来细化奥氏体晶粒，同时还能提高渗碳层的耐磨性。4、热处理和组织特点渗碳件一般的工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火→磨削。渗碳温度为900~950℃，渗碳后的热处理通常采用直接淬火加低温回火，但对渗碳时易过热的钢种如20、20Mn2等，渗碳后需先正火，以消除晶粒粗大的过热组织，然后再淬火和低温回火。淬火温度一般为Ac1+30~50℃。使用状态下的组织为：表面是高碳回火马氏体加颗粒状碳化物加少量残余奥氏体（硬度达HRC58~62），心部是低碳回火马氏体加铁素体（淬透）或铁素体加托氏体（未淬透）。5、常用钢种根据淬透性不同，可将渗碳钢分为三类。①低淬透性渗碳钢：典型钢种如20、20Cr等，其淬透性和心部强度均较低，水中临界直径不超过20~35mm。只适用于制造受冲击载荷较小的耐磨件，如小轴、小齿轮、活塞销等；②中淬透性渗碳钢：典型钢种如20CrMnTi等，其淬透性较高，油中临界直径约为25~60mm，力学性能和工艺性能良好，大量用于制造承受高速中载、抗冲击和耐磨损的零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、离合器轴等；③高淬透性渗碳钢：典型钢种如18Cr2Ni4WA等，其油中临界直径大于100mm，且具有良好的韧性，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克的曲轴和齿轮等。6、45钢①45钢淬火后没有回火之前，硬度大于HRC55（最高可达HRC62）为合格。实际应用的最高硬度为HRC55（高频淬火HRC58）；②45钢不要采用渗碳淬火的热处理工艺。调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调质＋表面淬火提高零件表面硬度。渗碳处理一般用于表面耐磨、芯部耐冲击的重载零件，其耐磨性比调质＋表面淬火高。其表面含碳量0.8－－1.2％，芯部一般在0.1－－0.25％（特殊情况下采用0.35％）。经热处理后，表面可以获得很高的硬度（HRC58－－62），芯部硬度低，耐冲击。如果用45钢渗碳，淬火后芯部会出现硬脆的马氏体，失去渗碳处理的优点。现在采用渗碳工艺的材料，含碳量都不高，到0.30％芯部强度已经可以达到很高，应用上不多见。0.35％从来没见过实例，只在教科书里有介绍。可以采用调质＋高频表面淬火的工艺，耐磨性较渗碳略差。表1常用渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、性能及用途（GB/T699—1999和GB/T3077—1999）类别钢号统一数字代号化学成分，%热处理，℃力学性能（不小于）毛坯尺寸/mm应用举例CMnSiCr其他第一次淬火第二次淬火回火b,MPas,MPa5,%，%AKU2,J低淬透性152020Mn215Cr20Cr20MnVU20152U20202A00202A20152A20202A012020.12~0.180.17~0.230.17~0.24012~0.180.18~0.240.17~0.240.35~0.650.35~0.651.40~1.800.40~0.700.50~0.801.30~1.600.17~0.370.17~0.370.17~0.370.17~0.370.17~0.370.17~0.370.70~1.000.70~1.000.07~0.12V850水、油880水、油880水、油880水、油780~820水、油780~820水，油200水、空200水、空200水、空200水、空37541078573583578522524559049054059027251011101055554045404047554755252515151515小轴、小模数齿轮、活塞销等小型渗碳件小轴、小模数齿轮、活塞销等小型渗碳件代替20Cr作小齿轮、小轴、活塞销、十字削头等船舶主机螺钉、齿轮、活塞销、凸轮、滑阀、轴等机床变速箱齿轮、齿轮轴、活塞销、凸轮、蜗杆等同上，也用作锅炉、高压容器、大型高压管道等、中淬透性20CrMn20CrMnTi20MnTiB20MnVBA22202A26202A74202A732020.17~0.230.17~0.230.17~0.240.17~0.230.90~1.200.80~1.101.30~1.60.1.20~1.600.17~0.370.17~0.370.17~0.370.17~0.370.90~1.201.00~1.300.70~1.000.80~1.100.04~0.10Ti0.04~0.10Ti0.0005~0.0035B0.0005~0.0035B0.07~0.12V850油880油860油850油870油200水、空200水、空200水、空200水、空93010801130108073585093088510101010454545454755555515151515齿轮、轴、蜗杆、活塞销、摩擦轮汽车、拖拉机上的齿轮、齿轮轴、十字头等代替20CrMnTi制造汽车、拖拉机截面较小、中等负荷的渗碳件代替2CrMnTi、20Cr、20CrNi制造重型机床的齿轮和轴、汽车齿轮高淬透性18Cr2Ni4WA20Cr2Ni412Cr2Ni4A52183A43202A431220.13~0.190.17~0.230.10~0.160.30~0.600.30~0.600.30~0.600.17~0.370.17~0.370.17~0.371.35~1.651.25~1.651.25~1.650.8~1.2W4.0~4.5Ni3.25~3.65Ni3.25~3.65Ni950空880油860油850空780油780油200水、空200水、空200水、空1180118010808351080835101010454550786371151515大型渗碳齿轮、轴类和飞机发动机齿轮大截面渗碳件如大型齿轮、轴等承受高负荷的齿轮、蜗轮、蜗杆、轴、方向接头叉等注：①钢中的磷、硫含量均不大于0.035%。②15、20钢的力学性能为正火状态时的力学性能，15钢正火温度为920℃，20刚正火温度为910℃。