(53)--3.4.3 合金渗碳钢金属材料及热处理.ppt

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1、3.4.3合金渗碳钢合金渗碳钢 常用渗碳钢的牌号、成分、热处理、性能及用途常用渗碳钢的牌号、成分、热处理、性能及用途类别类别钢号钢号主要化学成分主要化学成分w/%热处理热处理/机械性能（不小于）机械性能（不小于）毛坯毛坯尺寸尺寸/mm应用举例应用举例CMnSiCrNiV其它其它渗碳渗碳预备预备处理处理淬火淬火回火回火b/Mpas/MPa/%/%Akv(20)/J低淬低淬透性透性150.120.18 0.350.650.170.37930880900空空770800水水2005003001555 30 活塞销等活塞销等20Mn20.170.24 1.401.800.170.37930850870

2、880油油20078559010404715小齿轮，小齿轮，小轴，活小轴，活塞销等塞销等20Cr0.170.24 0.500.800.200.400.701.00930880水，水，油油780820水，油水，油20083554010404715齿轮、小齿轮、小轴、活塞轴、活塞销等销等20MnV0.170.24 1.301.600.170.370.070.12930880水，油水，油20078559010405515同上，也同上，也用作锅炉、用作锅炉、高压容器高压容器管道等管道等中淬中淬透性透性20CrMn 0.170.23 0.901.200.170.370.901.20930850油油200

3、93073510454715齿轮、轴、齿轮、轴、蜗杆、活蜗杆、活塞销、摩塞销、摩擦轮擦轮20CrMnTi 0.170.23 0.801.100.170.371.001.30Ti0.040.10930880油油 870油油200108085010455515汽车、拖汽车、拖拉机上的拉机上的变速箱齿变速箱齿轮轮20MnTiB 0.170.24 1.301.600.170.37Ti0.040.10B0.00050.0035930860油油200113093010455515代代20CrMnTi高淬高淬透性透性18Cr2Ni4-WA0.130.19 0.300.600.170.371.351.654.

4、004.50W0.801.20930950空空 850空空200118083510457815大型渗碳大型渗碳齿轮和轴齿轮和轴类件类件20Cr2Ni4 0.170.23 0.300.600.170.371.251.653.253.65930880油油 780油油2001180108010456315同上同上表表3-5常用渗碳钢的牌号、成分、热处理、性能及用途（摘自常用渗碳钢的牌号、成分、热处理、性能及用途（摘自GB/T3077-1999）（1）工作条件及性能的要求）工作条件及性能的要求指经渗碳处理后使用的钢种。指经渗碳处理后使用的钢种。用途：用于要求用途：用于要求表硬里韧表硬里韧的零件，承受冲

5、击载荷，不少机器零件如汽的零件，承受冲击载荷，不少机器零件如汽车、拖拉机上的变速齿轮，内燃机上的凸轮、活塞销以及部分量具等，车、拖拉机上的变速齿轮，内燃机上的凸轮、活塞销以及部分量具等，这类零件在工作中遭受这类零件在工作中遭受强烈的摩擦磨损强烈的摩擦磨损，同时又承受，同时又承受较大的交变载荷较大的交变载荷，特别是特别是冲击载荷冲击载荷，均采用渗碳钢制造。，均采用渗碳钢制造。以齿轮为例，齿轮工作时：以齿轮为例，齿轮工作时：1.从从啮合点到合点到齿根的整个根的整个齿面上均受有脉面上均受有脉动的的弯曲弯曲应力作用，使力作用，使齿轮产生弯曲疲生弯曲疲劳破坏，断破坏，断齿。2.通通过齿面接触面接触传递动

6、力。接触力。接触应力的反复作力的反复作用，使工作用，使工作齿面面产生接触疲生接触疲劳破坏，出破坏，出现麻点麻点和硬化和硬化层剥落。剥落。3.齿面相面相对运运动产生摩擦力，要求生摩擦力，要求齿面有面有较高高的耐磨性。的耐磨性。4.有有时还会承受会承受强烈的冲烈的冲击载荷，要求荷，要求齿轮有有较高的高的强韧性。性。拨叉拨叉变速齿轮变速齿轮凸轮机构凸轮机构（2）成分特点）成分特点 低碳低碳：碳：碳质量分数一般量分数一般为0.10%0.25%，渗碳渗碳钢的含碳量的含碳量实际上上是渗碳零件心部的含碳量是渗碳零件心部的含碳量，目的就是使心部有足，目的就是使心部有足够的塑性和的塑性和韧性。若性。若过低，表面

7、的渗碳低，表面的渗碳层易剥落，若易剥落，若过高，心部的塑性和高，心部的塑性和韧性下降。性下降。加入提高淬透性的合金元素加入提高淬透性的合金元素：常加入：常加入Cr、Ni、Mn、B等提高心部等提高心部的的强度，将提高度，将提高齿轮的承的承载能力并防止渗能力并防止渗层剥落。心部的剥落。心部的强度取决于度取决于钢中的含碳量及淬透性。淬透性好，心部得到全部位中的含碳量及淬透性。淬透性好，心部得到全部位错M组织；淬透；淬透性不足，性不足，则出出现非非M组织。常加合金元素。常加合金元素Cr、Ni、Mn、Mo、W、Si、B等。等。加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：主要加入少量：主要加

8、入少量强碳化物形成元碳化物形成元素素Ti、V、W、Mo等，形成等，形成稳定的合金碳化物。定的合金碳化物。渗碳操作在渗碳操作在910-930高温下高温下进行，行，为阻止奥氏体晶粒阻止奥氏体晶粒长大，大，渗碳渗碳钢用用本本质细晶粒晶粒钢。含。含锰的渗碳的渗碳钢中常加入少量的中常加入少量的V、Ti等来阻止奥氏体等来阻止奥氏体晶粒晶粒长大的元素。大的元素。加入碳化物形成元素加入碳化物形成元素Cr、Mo、W等，可提高渗等，可提高渗层的碳的碳浓度、深度、渗度、深度、渗入速度；加入非碳化物形成元素入速度；加入非碳化物形成元素Si、Ni等可减低渗等可减低渗层的碳的碳浓度及厚度。度及厚度。（3）常用钢种及牌号）

9、常用钢种及牌号常用钢种：常用钢种：15，20，20Cr，20CrV，20MnCr，20CrMnTi，18Cr2Ni4WA，20Cr2Ni4A等等。典型牌号：典型牌号：20Cr低淬透性低淬透性合金渗碳钢。淬透性较低，心部强度较低。合金渗碳钢。淬透性较低，心部强度较低。20CrMnTi中淬透性中淬透性合金渗碳钢。淬透性较高、过热敏感性较小，渗合金渗碳钢。淬透性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。碳过渡层比较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。18Cr2Ni4WA和和20Cr2Ni4A高淬透性高淬透性合金渗碳钢。含有较多的合金渗碳钢。含有较多的Cr、Ni等等元素，

10、淬透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击韧性。元素，淬透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击韧性。强度级别强度级别800MPa以下。以下。15，20，15Cr，20Mn，20MnV等。用于心部等。用于心部强度不高的小型件如套筒、链条、活塞销等。强度不高的小型件如套筒、链条、活塞销等。低强度渗碳钢低强度渗碳钢强度级别强度级别800-1200MPa。20Cr，20CrMnTi，20MnVB，20MnTiB等。等。用于较为重要的件如汽车、拖拉机齿轮。用于较为重要的件如汽车、拖拉机齿轮。中强度渗碳钢中强度渗碳钢强度级别强度级别1200MPa以上。以上。18Cr2Ni4WA，20Cr2Ni4A等。等。用于较

11、大的重负荷件如航空发动机齿轮、轴、坦克齿轮等。用于较大的重负荷件如航空发动机齿轮、轴、坦克齿轮等。高强度渗碳钢高强度渗碳钢（4）热处理和组织性能）热处理和组织性能合金渗碳合金渗碳钢的的热处理工艺热处理工艺一般都是一般都是渗碳渗碳后直接淬火，再低温回火。后直接淬火，再低温回火。热处理后，理后，表面渗碳表面渗碳层的的组织为合金渗碳体合金渗碳体+回火回火马氏体氏体+少量残余奥少量残余奥氏体氏体组织，硬度，硬度为60HRC62HRC。心部心部组织与与钢的淬透性及零件截面尺寸有关。的淬透性及零件截面尺寸有关。完全淬透完全淬透时为低碳回火低碳回火马氏体氏体，硬度，硬度为40HRC48HRC；多数情况下是多

12、数情况下是屈氏体屈氏体、回火回火马氏体和少量氏体和少量铁素体素体，硬度，硬度为25HRC40HRC。心部冲心部冲击韧性一般都高于性一般都高于700kJ/m2。性能要求：性能要求：（1）表面渗碳表面渗碳层硬度高硬度高：以保：以保证优异的耐磨性和接触疲异的耐磨性和接触疲劳抗力，同抗力，同时具有适当的塑性和具有适当的塑性和韧性。性。（2）心部具有高的心部具有高的韧性和足性和足够高的高的强度度：心部：心部韧性不足性不足时，在冲，在冲击载荷或荷或过载作用下容易断裂；作用下容易断裂；强度不足度不足时，则较脆的渗碳脆的渗碳层易碎裂、易碎裂、剥落。剥落。（3）有良好的有良好的热处理工理工艺性能性能：在高的渗碳温度（：在高的渗碳温度（900950）下，奥氏体晶粒不易下，奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性。大，并有良好的淬透性。