合金渗碳钢应用举例(精)
20CrMnTi渗碳钢和40Cr对比
20CrMnTi 与40Cr力学性能对比分析报告一：20CrMnTi是一种渗碳钢，齿轮钢，合金结构钢。
渗碳齿轮钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢，多用于轴类零件并进行渗碳或进行调质但不能进行渗氮（注意渗氮常用于中合金钢，中碳含Cr钢，淬层深一般为0.1-0.3，表面硬度700-900HV），渗碳淬火后具有良好的耐磨性和抗弯强度，有较高的低温冲击韧度。
汽车上多用其制造传动齿轮，是中淬透性渗碳钢中Cr Mn Ti 钢系列。
其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，常用于要求强度和韧性均较高的轴（如齿轮轴，蜗杆等）特别是具有较高的低温冲击韧性，但是在高温和腐蚀条件下工作的轴应选用耐热钢和不锈钢1Cr18Ni9Ti,在结构形状复杂的轴常选用球墨铸铁。
20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢，它具有良好的加工切削性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。
主要用途有：常用于齿轮，轴类，汽车三叉万向节，活塞类零配件以及汽车，飞机等各种特殊零件部位。
20CrMnTi 淬火+低温回火后，综合力学性能和低温冲击韧度良好，渗碳后具有良好的耐磨和抗弯强度，热处理工艺简单，热加工和冷加工性较好，但高温回火时有回火脆性倾向。
20CrMnTi工艺路线为：下料，锻造，正火，粗加工，(渗碳，淬火+低温回火，)或调质，精加工或磨削。
（锻造件优于同等条件下的铸件）一般渗碳层深度为0.8-1.2毫米，深度渗碳可达2毫米或更深，渗碳后表面硬度可达HRC58-63，心部硬度可达HRC30-42,渗碳可提高零件强度，耐磨性和冲击韧性，以延长零件寿命。
渗碳层深度范围工艺参数：1.热处理后不需磨制零件：0.7-1.1；1.0-1.4；1.2-1.6mm2.热处理后需磨制零件：0.6-1.0；0.8-1.2；1.0-1.4轴表面淬火处理后的淬硬层深度与性能要求，工作条件及淬硬层深度之间的关系：1.用于耐磨，载荷型不大条件下，淬硬层深度0.5-1.5；2.用于耐磨载荷较大或有冲击载荷下，淬硬层深度2.0-6.53.用于抗疲劳，周期性弯曲或扭转下，淬硬层深度3.0-12.2. 20CrMnTi特性及适用范围：是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳+淬火+低温回火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。
合金结构钢的主要用途-(超级好)
用作在高应力承受强烈磨损条件下工作的零件,如万向接轴、齿轮、曲轴、连杆、各类小轴等；重型机械的主大型轴、大型齿轮、汽车上传动花键轴及承受大冲击负荷的心轴等；也可用作板簧及平卷簧
20MnV
相当于20CrNi钢,可用于制造锅炉、高压容器、管道等
30Mn2MoW
可代替30CrNi4Mo(法国30NCD16）及时25CrNiW钢,制造轴、杆类调质件
40CrV
用作重要的曲轴、齿轮、推杆、随高负荷的螺栓、机车连杆、螺旋桨轴承支架、横梁等
50CrVA
用作大截面的在400°C以下工作的重要零件和特别重要的、承受高应力的各种尺寸的螺旋弹簧等
15CrMn
用作齿轮,蜗轮、塑料模、汽轮机封汽轴套等
20CrMn
用作截面不大、承受中等压力而冲击负荷不大的零件,如蜗杆、主轴、齿轮、轴、机械无级变速装置的摩擦轮、调速器套筒等,相当于20CrNi钢
牌号
用途举例
35CrMoV
用作重型和中型机械上承受高应力的重要零件,如在500-520°C下长期工作的汽轮机轮子和叶轮,高级涡轮鼓风机和压缩机的转子、盖盘、转盘、功率不大的发电机轴,以及强力发动机零件等
24CrMoV
用作大锻件调质钢,直径< 500毫米和450-500°C下长期工作的汽轮发电机轮子、叶轮和轴,锅炉上高强度的和在350-525°C下工作的耐热法兰和螺栓、螺母；可代CrNiMo钢作电铲传动齿轮和轴
20MnVB
用于制造模数大、负荷较重的中、小渗碳件,如齿轮、轴类,可代替20CrMnTi、20Cr钢
40MnVB
可代40Cr钢或部分代42CrMo、40CrNi钢制造重要调质零件
20MnTiB
用于制造尺寸较小、中等负荷的渗碳齿轮及其它零件、可代20CrMnTi钢
27 汽车材料 教案：合金结构钢——合金渗碳钢
《汽车材料》教案任课教师：课程名称：课程代码：上课班级：专业：总学时：周学时：学期：202 ～202 学年第学期汽车材料教案主要教育教学目标一、知识目标1. 能说出合金结构钢的形成及各合金元素的作用；2. 能概述合金结构钢的分类及牌号；3. 能概述低合金高强度钢的性能要求及热处理工艺；4. 能概述合金渗碳钢的性能要求及热处理工艺；5. 能概述合金调质钢的性能要求及热处理工艺；6. 能概述合金弹簧钢的性能要求及热处理工艺；7. 能概述滚动轴承钢的性能要求及热处理工艺；二、能力目标1. 具有根据使用要求识别合金结构钢的能力；2. 具有分析合金结构钢成分、组织和性能的能力；3. 具有根据合金结构零件的使用要求，进行初步选材和分析其加工工艺的能力。
三、素质目标1. 培养严谨的工作态度、责任心；2. 培养吃苦耐劳的精神；3. 培养能运用所学知识解决实际问题的能力。
教学活动过程一、组织教学二、复习前课知识1、低合金高强度钢的分类及牌号；2、低合金高强度钢的性能要求。
三、导入新课对于工作条件较为苛刻，要求具有较高的强度和硬度，比如汽车、拖拉机的变速齿轮，我们用什么合金钢呢？点名，记考勤（1min）教师提问引导学生回答（2 min ）导出：采用在碳钢基础上加入相应的合金元素，制作成合金渗碳钢，来满足相关的需求。
四、新授课第三节合金结构钢——合金渗碳钢一、合金渗碳钢1、工作条件（1）表面受强烈磨损（2）承受冲击载荷及交变应力作用2、性能要求（1）表面：高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度（2）心部：应有较高的韧性和塑性、足够的强度（3）在高的渗碳温度下奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性3、成分特点：低碳：0.10~0.25%C加入提高淬透性元素：Cr、Ni、Mn、B加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、W、Mo4、热处理获得表面硬、心部韧的性能预先热处理——正火：提高硬度，改善切削加工性；最终热处理——渗碳：提高表面含碳量（WC=0.85-1.05%）；淬火+低回：提高表面硬度和耐磨性，心部仍有较高的强韧性。
常用渗碳(碳氮共渗)钢
零件表面要求耐磨，心部又要求有良好的强韧性，常采用20Cr、20CrMnTi钢等淬透性较好的低合金渗碳（碳氮共渗）钢。如长期在摩擦条件下工作，承受一定交变负荷和冲击负荷的活塞销、销轴等常采用20Cr钢渗碳（碳氮共渗）淬火；对交变负荷重、冲击较大的齿轮(截面≤30～35 mm)，则采用20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火。20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火晶粒细小，淬透性好，且热处理变形小，可保证心部得到以低碳马氏体为主体的组织，心部强度高(HRC38～43)，同时又有较高的塑韧性(αk≥100 J/cm2)；对负荷更重的大截面(工件壁厚≥35～40 mm)的渗碳（碳氮共渗）齿轮，可同重型拖拉机、汽车一样，采用30CrMnTi钢，保证心部较高强度，且心部与渗碳（碳氮共渗）层过渡区的强度也较高。
渗碳（碳氮共渗）钢选材也以淬透性为主，心部要求较高强韧性，一般选用低碳合金钢，否则选用低碳钢，渗碳（碳氮共渗）是充分发挥材料的潜力，所以要尽量选用符合零件性能要求的材料，以提高经济效益。
低碳钢渗碳（碳氮共渗）淬火与中碳钢调质(正火)高频表面淬火，虽二者都是提高零件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，但使用时应有区分。一般讲，低碳钢淬火主要用于σb＝700～1000 MPa的较大负荷及冲击较大、中低速的齿轮，花键轴类等零件；而中碳钢高频表面淬火则用于相对负荷较轻(400～700 MPa)，冲击较小的齿轮、轴类等零件。因中碳马氏体的高频淬火层的耐磨性及调质心部的强韧性均较低碳钢渗碳（碳氮共渗）淬火的渗碳（碳氮共渗）层及低碳马氏体心部的为低。此外，受高频淬火工艺的影响，较大模数(m＝5～6)重载齿轮及锥形伞齿轮，齿面高频淬火层沿齿廓分布而无法完成；尤以大锥齿轮两弧齿面硬度差值大，使用中常发生断齿等过早期损坏现象，影响正常运行。对此，应考虑采用20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火取代40Cr钢调质与高频淬火，虽然制造成本高了些，但一顶几用，还是利大于弊。
高合金渗碳钢的密度,杨氏模量
高合金渗碳钢是一种具有优异机械性能和耐磨性的金属材料。
它是通过在低碳钢表面渗入铬、钼、钛和其他合金元素来进行合金化处理，以提高其硬度和抗拉强度。
在高合金渗碳钢中，碳元素的含量通常在0.7至2.1之间。
高合金渗碳钢因其独特的材料特性而被广泛应用于制造领域，如航空航天、汽车制造、机械加工等。
1. 密度高合金渗碳钢的密度一般在7.85g/cm³至8.1g/cm³之间。
由于高合金渗碳钢含有大量的合金元素，其密度相对较高。
高密度使其具有较强的质量感和稳定性，使其在高温高压下仍能保持稳定的结构和性能。
2. 杨氏模量杨氏模量是衡量材料弹性性能的重要参数之一，它描述了材料在受力时的形变特性。
对于高合金渗碳钢而言，其杨氏模量通常在2.1×10^5MPa至2.4×10^5MPa之间。
这一范围的杨氏模量表明高合金渗碳钢具有较高的弹性模量，使其在受力时能够保持较好的弹性形变特性。
在实际应用中，高合金渗碳钢的密度和杨氏模量对其机械性能和应力应变特性具有重要影响。
其高密度和杨氏模量使其在制造领域中被广泛应用于承受高强度和高压力负荷的零部件制造，如汽车发动机零部件、航空发动机叶片、高速列车轴承等。
高合金渗碳钢的密度和杨氏模量是其材料特性中重要的参数，它们决定了高合金渗碳钢在实际工程应用中的性能表现。
通过研究和了解高合金渗碳钢的密度和杨氏模量，可以更好地指导其在制造领域的合理应用和设计，为工程材料的选择提供重要的参考依据。
高合金渗碳钢是一种重要的工程材料，其密度和杨氏模量的特性直接影响着其在航空航天、汽车制造、机械加工等领域的应用。
在实际工程中，高合金渗碳钢所承受的机械应力和压力往往十分巨大，因此其密度和杨氏模量作为重要的材料参数，对于材料的强度、韧性、稳定性等方面都有重要的影响。
3. 硬度和强度高合金渗碳钢的密度和杨氏模量直接影响着其硬度和强度。
由于高合金渗碳钢中包含大量的合金元素，使得其晶格结构更加稳定，并且在金属晶粒中形成了更多的固溶体、析出相等，从而提高了材料的硬度和强度。
金属工艺学9
≤0.35
≤0.40
0.030 0.035
197
T11
1.05~ 1.14
≤0.35
≤0.40
0.030 0.035
207
T12
1.15~ 1.24
≤0.35
≤0.40
0.030 0.035
207
T13
1.240
0.030 0.035
217
800~
820
承受冲击，韧性较好、硬度适
（1）碳素结构钢
1）含碳量小于0.38%。Ws≤0.035--0.05% Wp≤0.035%--0.045%
2）组织：F+P
碳素结构钢
Q表示屈服点
牌号表示方法：
Q235 － A ·F
屈服强度及 代号
(Q195～Q275)
质量等 级符号
脱氧方法 (F、b、 Z、TZ)
(A、B、C、D)
▪ 数字后标注字母A、B、C、D，表示钢材质量等级不同，从 A到D含磷、硫量的依次降低，A级质量最差，D级质量最好。
235 Z
375～460
≤0.035 TZ
用于结构件、钢板、
螺纹钢筋、型钢、螺
≥26
栓、螺母、铆钉，拉 杆、齿轮、轴、连杆
Q235C、D可用作重要
焊接结构件。
A
Q255
0.18～0.28
B
Q275 — 0.28～0.38
≤0.050 ≤0.045 ≤0.050
≤0.045 ≤0.045
Z
255 410～510
第五节 零件选材的一般原则
满足工作性能要求 满足工艺性能要求 满足经济性要求
铬是不锈钢中最重要的合金元素，其在不锈钢中的含量一 般为11.50%-32.10%。
工程材料第四章习题答案
工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。
多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。
但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。
Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。
而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。
阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。
（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。
碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。
所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。
强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。
回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。
合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。
因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。
使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。
合金结构钢的特性及应用举例
40Cr
经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击性极低的缺口敏感性，淬透性良好，油淬时可得到较高的疲劳强度，水淬时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯形塑性中等，正火或调质后切削加工性好，但焊接不佳，易产生裂纹，焊前应预热到100~150℃，一般在调质状态下使用，还可以氰化或高频淬火处理。
使用最广泛的钢种之一，调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、花键轴等，调质并表面高频淬火后用于制造高硬度、耐磨的零件如齿轮、轴、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件如油泵转子、齿轮等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如主轴、轴、蜗杆等
20CrMnTi
渗碳钢，也可作为调质钢使用，淬火低温回火后，综合力学性能和低温冲击韧性良好，渗碳后具有良好的耐磨性和抗弯强度，热处理工艺简单，热加工和冷加工性较好，但高温回火时有回火脆性倾向
是应用广泛、用量很大的一种合金结构钢，用于制造汽车拖拉机中的截面尺寸小于30mm的中载或重载、冲击耐磨且高速的各种重要零件，如齿轮轴、齿圈、齿轮、十字轴、滑动轴承支撑的主轴、爪牙离合器，有时还可替代20SiMnVB、20MnTiB使用
20CrMo
热强性较高，在500~520℃时，热强性仍较高，淬透性较好，无回火脆性，冷应变塑性、切削性及焊接均良好，一般在调质或渗碳淬火状态下使用
用于制造化工设备中非腐蚀介质及工作温度250℃以下、氮氢介质的高压管和各种紧固件，汽轮机、锅炉中的叶片、隔板、锻件、轧制型件，一般机器中的齿轮、轴等重要渗碳零件，还可代替1Cr13使用
合金结构钢
第四节合金结构钢一、合金渗碳钢渗碳钢通常是指需经渗碳处理后使用的钢材，具有外硬内韧的性能，用于承受冲击的耐磨件，如汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等。
[化学成分]：低碳，一般w C=0.10％～0.25％，以保证零件心部具有足够的塑性、韧性。
主要合金元素是Cr，还可加入Ni、Mn、B、W、Mo、V、Ti等，其中，Cr、Ni、Mn、B的主要作用是提高淬透性，使大尺寸零件淬火后心部得到低碳马氏体组织，以提高强度和韧性；少量的W、Mo、V、Ti能形成细小、难溶的碳化物，以阻止渗碳过程中高温、长时间保温条件下晶粒长大。
在零件表层形成的合金碳化物还可提高表面渗碳层的耐磨性。
[常用牌号]：主要有20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4等。
20Cr钢常用来制造负荷不大、小尺寸的一般渗碳件，如小轴、小齿轮、活塞销等，也可在调质状态下使用，制造工作速度较大并承受中等冲击载荷的零件。
这个钢在渗碳时易过热，表面也容易出现渗碳体网。
20CrMnTi是应用最广泛的合金渗碳钢，用于截面在30mm以下、高速运转并承受中等或重载荷的重要渗碳件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、轴等零件。
20Cr2Ni4钢用作大截面、较高载荷、交变载荷下工作的重要渗碳件，如内燃机车的主动牵引齿轮、柴油机曲轴等。
[热处理及性能]：预先热处理为正火，其目的是为了改变锻造状态的不正常组织，获得合适的硬度以利切削加工。
最终热处理一般是渗碳后淬火加上低温回火。
使表层获得高碳回火马氏体加碳化物，表面硬度一般为58～64HRC；而心部组织则视钢的淬透性高低及零件尺寸的大小而定，可得到低碳回火马氏体或其他非马氏体组织，心部具有良好的强韧性。
常用合金渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、力学性能及用途（摘自GB/T3077—1999）注：表中各牌号的合金渗碳钢试样尺寸均为15mm。
二、合金调质钢合金调质钢主要用于制造在多种载荷（如扭转、弯曲、冲击等）下工作，受力比较复杂，要求具有良好综合力学性能的重要零件，一般需经调质处理后使用。
什么是渗碳钢
什么是渗碳钢?渗碳是一种表面热处理技术，指向钢件表面扩渗碳原子后进行淬火的热处理方式。
通过碳的渗入，可显著改善钢部件的耐磨性、耐久性、韧性等性能。
用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。
渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。
处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳马氏体组织，表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。
有些结构零件，是在承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的，例如汽车、拖拉机上的变速箱齿轮，内燃机上的凸轮、活塞销等。
根据工作条件，要求这些零件具有高的表面硬度和耐磨性，而心部则要求有较高的强度和适当的韧性，即要求工件“表硬里韧”的性能。
为了兼顾上述双重性能，可以采用低碳钢通过渗碳淬火及低温回火来达到，此时零件心部是低碳钢淬火组织，保证了高韧性和足够的强度，而表层(在一定的深度)则具有高碳量(0.85%～1.05%)，经淬火后有很高的硬度(HRC>60)，并可获得良好的耐磨性。
渗碳钢的成分特点渗碳钢的含碳量一般都很低(在0.15%～0.25%之间)，属于低碳钢，这样的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性。
为了提高钢的心部的强度，可在钢中加入一定数量的合金元素，如Cr，Ni，Mn，Mo，W，Ti，B等。
其中Cr，Mn，Ni等合金元素所起的主要作用是增加钢的淬透性，使其在淬火和低温回火后表层和心部组织得到强化。
另外，少量的Mo，W，Ti等碳化物形成元素，可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒、抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。
微量的B(0.001%～0.004%)能强烈地增加合金渗碳钢的淬透性。
渗碳钢的分类根据淬透性或强度等级的不同，合金渗碳钢分为三类。
1）低淬透性合金渗碳钢即低强度渗碳钢(抗拉强度≤800MPa)，如15Cr，20Cr，15Mn2，20Mn2等。
这类钢淬透性低，经渗碳、淬火与低温回火后心部强度较低且强度与韧性配合较差。
主要用于制造受力较小，强度要求不高的耐磨零件，如柴油机的凸轮轴、活塞销、滑块、小齿轮等。
渗碳钢、调质钢
2、中淬透性钢 20CrMnTi、20CrMnMo、20MnVB、 12CrNi3A
特点：合金元素总量4%，淬透性（临界直径 25~60mm）和力学性能较高。
应用：承受中等冲击载荷的耐磨零件，如齿 轮、联轴节、齿轮轴、花键套轴等。
3、高淬透性钢 12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、 20Cr2Ni4A
第二类回火脆性？？？
（二）常用调质钢及调质工艺 1、常用的调质钢 （1）Mn钢、Si-Mn、Mn-B （2）Cr钢、Cr-Mo、Cr-Mn、Cr-V （3）Cr-Ni、Cr-Ni-Mo
2、生产工艺路线
下料—锻造—正火/退火—机加工—调质—（高频感 应加热淬火+低温回火）—磨削
预备热处理： 目的 便于切削加工 正火：S+F 退火：F+P
最终热处理： 目的 具有良好的综合力学性能 调质：S回
局部热处理： 目的 提高局部耐磨性 高频感应加热淬火+低温回火：M回
注意：不知道中碳钢材料的具体
温 度
温度时写这个一定对，但是要记
AC3+30~50℃ 住中碳钢一般是840℃
合金钢：油冷 碳素钢：水冷
注意：材料确定时， 此处只能选一个
500~650℃
特点：合金元素总量<7.5%，淬透性（临界直径大 于100mm）高，淬火后残余奥氏体含量高。
应用：重载和强烈磨损的大型零件，如大型齿轮、 曲轴等。
（四）应用举例
（例子5-1）以20CrMnTi合金渗碳钢制造的汽车变速 齿轮为例，说明其热处理方法的选定和工艺的安排。
技术要求：渗碳层厚度1.2～1.6mm，表面碳浓度 为1.0%，齿顶硬度58～60HRC，心部硬度30～ 45HRC。
20GrMnTi 剖析
(1)模具钢的特性 合金渗碳钢，该钢的渗碳与热处理工艺性能良好，在≤960℃为细晶粒组织，在常用的渗碳温度下长期加热，晶粒无长大倾向，淬火后的残余奥氏体甚少，因此，该钢具有较高的强度和耐磨性，切削性能良好，主要性能与20CrMnTi和20CrNi钢相似。
抗拉强度σb≥1080MPa，屈服强度σs≥885MPa，伸长率δ5≥l09，断面收缩率φ≥45%，冲击韧性值（冲击韧度）αku≥69J/Cm2，硬度≤207HB，试样毛坯尺寸为15mm。
(4)该钢加工工艺路线 下料—>锻造模坯—>退火—>机械粗加工—>冷挤压成型—>再结晶退火—>机械精加工—>渗碳—>淬火—>回火—>研磨抛光—>装配。
(5)淬火、回火规范 淬火温度860℃±10℃，油冷，回火温度200℃，水冷或空冷。金相组织为回火马氏体。
(6)典型应用举例
①该钢压制铝套冷挤压模，D16、D20型压制钢丝绳铝套冷挤压模，原采用CrWMn钢淬火、回火后，硬度为45～50HRC，尽管硬度要求在冷挤压模中较假低，但由于CrWMn钢组织中碳化物不均匀性易造成模具崩刃、开裂而早期失效，使用寿命仅为1000多件，有的仅几百件。
当选用20CrMnTi钢制作这两种铝套冷挤压模，经950℃加热盐水淬火后，不回火直接使用，模具硬度为46～48HRC，压制铝套2000多件，仍在继续使用。
②国内也有不少应用低碳马氏体钢强烈淬火工艺制造冷作模具的实例。
\\ห้องสมุดไป่ตู้
锅炉脱硫除尘器的反应原理 船用气囊 橡胶护舷 充气护舷 船舶护舷 石英管 探水钻 花辊 脱硫设备的运作流程 锅炉除尘器的烟气运行路径：烟气从现有的静电除尘器和鼓风机通过烟道系统；流过一个100%轴流增压风机，进入脱硫塔。烟气进入脱硫塔后，与包含氨水浆液的逆流喷浆接触，其中的SO2由氨水浆液吸收。浆液同时使气体饱和，并将其从入口的135℃温度冷却到50℃，紧接着气体穿过脱硫塔顶部两个波纹型除雾器，两层高效的除雾器安装于脱硫塔的上部，以便去除(烟气中)附带的液滴。运行的喷雾塔中的气体，离开脱硫塔，再次通过锅炉，以重新加热气体，并以80℃的温度、按设计的操作条件进入现有的烟囱装置。 锅炉脱硫除尘器的脱硫塔液体路径：脱硫塔中浆液的PH值维持在5.05.9范围内，该PH值优化了SO2的去除效率和亚硫酸氨的氧化速度。硫酸氨极易溶解，在常规条件下，可达40%重量的溶解度，而在脱硫塔运行条件下，该比例可达48.5%。脱硫塔在含有3-5%重量的悬浮结晶颗粒控制状况于运行。脱硫塔输送泵将浆液送到第一级脱水旋流器中。旋流器的溢流浆液被送回脱硫塔中，而旋流器下部，含有1317%重量浓度的浓缩浆液送入旋流器储罐。一个浆液泵将该储罐中的浓缩浆液送到化肥厂内的第二级脱水旋流器做进一步脱水处理。一台滤液返回泵将化肥厂中被离心脱水机脱出的稀液送回脱硫塔。 锅炉脱硫除尘器的反应剂供给系统：氨水反应剂供给系统包括了7天储存量的储罐和输送泵。28%浓度的氨水通过脱硫塔底部的氧化用分配器与氧化空气和冷却水混合在一起送入脱硫塔。一个预设PH值的控制阀控制了氨水的流量。 工艺流程 从厌氧沼气池中出来的沼气中含有大量的水气、粉尘杂质、硫化氢等有害气体。沼气经过初步脱水除尘后然后进入脱硫塔，利用合理的反应条件可经济地将沼气中的硫化氢脱至200ppm以下，脱硫后的沼气进入沼气增压风机进行增压输送，增压后的沼气进入缓冲系统进行缓冲，一方面进行沼气除杂处理，另一方面稳定送气压力，以保证后续发电机组的稳定运行，缓冲稳压后的沼气进入终端用气设备。 沼气处理工艺 脱硫工艺 从厌氧沼气池中出来的沼气经过初步脱水后，进入脱硫系统。硫化氢气体与脱硫剂接触，由于发生氧化还原反应而从沼气中脱除。脱硫系统能为脱硫反应提供最佳的温度、水气含量，脱硫剂的装填工艺亦能为脱硫过程提供最佳的气流通道和气固反应的有效接触面积，可以极大地提高脱硫剂的利用效率以及沼气的净化程度。 增压工艺 通过脱硫后的净化沼气进入沼气增压风机增压输送，一方面克服管道、设备、管件的阻力损失，另一方面使输送至发电机组前的沼气压力满足机组的进气压力要求。考虑到沼气是一种易燃易爆的危性气体，本方案中选用的增压风机进行了特殊的内部处理，以满足防腐、防爆、防泄露的安全性要求，保证整个脱硫净化系统的安全。 脱水、除杂、缓冲工艺 增压后的沼气进入缓冲罐，实现气液固的有效分离，同时达到进行气体稳压处理，以满足对发电机组的平稳供气，保证发电机组的安全、高效运行。分离出来的水和微粒通过重力的作用沉降到缓冲罐底部，同时部分溶解于水中的杂质气体等随水从缓冲罐底部排出。净化后的气体从顶部出来进入发电机组。 UV自动喷漆生产线 自动喷漆设备 喷漆设备 流水线设备 工程拖链 密闭门 立风井防爆门
合金渗碳钢的应用
合金渗碳钢的应用一、合金渗碳钢是什么？说到合金渗碳钢，大家可能会觉得有点陌生，甚至有点“高大上”。
但它就是一种通过把碳元素渗透到钢材表面，让钢的表面更硬的特殊钢材。
想象一下，就像你给钢铁穿上了一层坚硬的“外衣”，不过这层“外衣”不仅仅是装饰，还是让它更耐磨、更抗腐蚀的利器。
你是不是有点明白了？简单来说，就是让钢铁变得更“强悍”！很多人日常生活中都离不开它。
比如说，汽车的发动机部件、机械设备的齿轮，还有各种需要高强度和耐用性的工具，基本上都少不了合金渗碳钢的身影。
这东西的好处就是它结合了钢铁的强度和外层硬化后的耐磨性。
原本钢铁本身可能比较容易磨损，但是经过渗碳处理后，表面硬化，能够承受更大的压力和摩擦，极大地提升了它的使用寿命。
因为表面硬度提高了，内里依然保持着钢材本身的韧性，减少了脆断的风险，哇，想想就觉得牛气！所以这也是为什么很多高端机械零部件都会选择它作为“主力军”。
钢铁的硬度和韧性之间的平衡，把它们两者都拿捏得刚刚好，真的是个技术活儿。
二、合金渗碳钢的应用领域合金渗碳钢的应用可不局限于一个小圈子，它可是活跃在各种行业的“大明星”！你可以在汽车制造、机械加工、石油钻探这些高大上的领域看到它的身影。
比如在汽车行业，车的发动机部件、变速器、轴承、齿轮等，几乎都是靠它“撑场面”。
想象一下，车子开在高速公路上，发动机的每一部件都要承受多么巨大的压力。
没有合金渗碳钢的加持，早就“累垮”了。
然后呢，咱们机械加工也少不了它。
各种齿轮、轴承，甚至是一些高强度的机械刀具，都会使用合金渗碳钢。
就像你家厨房里那些不锈钢刀具，锋利得让你切个苹果都不带费力的，其实也有合金渗碳钢的一份功劳。
别看它表面光滑，其实内部可是有它的硬气。
再来说说石油钻探行业。
大家可能觉得石油这种事跟我们普通人没啥关系，但实际上，每天你用的油、汽油、天然气都是从地下石油中提炼出来的。
而石油钻井的工具，尤其是钻头，得承受很大的压力和摩擦力，这个时候，合金渗碳钢就派上了用场。
20CrMnTi钢合金渗碳钢-工艺路线
20CrMnTi钢合金渗碳钢-工艺路线（1）模具钢的特性合金渗碳钢，该钢的渗碳与热处理工艺性能良好，在≤960℃为细晶粒组织，在常用的渗碳温度下长期加热，晶粒无长大倾向，淬火后的残余奥氏体甚少，因此，该钢具有较高的强度和耐磨性，切削性能良好，主要性能与20CrMnTi和20CrNi钢相似。
抗拉强度σb ≥1080MPa,屈服强度σs≥885MPa，伸长率δ5≥10%，断面收缩率ф≥45%，冲击韧性值（冲击韧性）αku≥69J/cm2,硬度≤207HB，试样毛坯尺寸为15mm。
⑵供货状态正火、退火、高温回火，或不热处理状态。
⑶标准GB/T3077-1988钢的化学成分（质量分数，%）C0.17～0.23、Si0.17～0.37、Mn0.80～1.10、P0.013、S0.013、Cr1.00～1.30、Ti0.04～0.10、Cu0.09.⑷该钢加工工艺路线下料→锻造模坯→退火→机械粗加工→冷挤压成型→再结晶退火→机械精加工→渗碳→淬火、回火→研磨抛光→装配。
⑸淬火、回火规范淬火温度860℃±10℃，油冷，回火温度200℃，水冷或空冷。
金相组织为回火马氏体。
⑹东莞弘超模具商城典型应用举例①该钢压制铝套冷挤压模，D16、D20型压制钢丝绳铝套冷挤压模，原采用CrWMn钢淬火、回火后，硬度为45～50HRC，尽管硬度要求在冷挤压模中较低，但由于CrWMn钢组织中碳化物不均匀性易造成模具崩刃、开裂而早期失效，使用寿命仅为1000多件，有的仅几百件。
当选用有20CrMnTi钢制作这两种铝套冷挤压模，经950℃加热盐水淬火后，不回火直接使用，模具硬度为46～48HRC，压制铝套2000多件，仍在继续使用。
②国内也有不少应用低碳马氏体钢强烈淬火工艺制造冷作模具的实例。
合金渗碳钢
• 碳素钢＋Cr σb σs δ ψ αk 淬油临界直径
• 20Cr-850 550 10 40 60 15-20mm • 碳素钢＋CrMo • 15CrMo-1000 800 12 50 80 • 20CrMo-1000 800 12 50 80 • 碳素钢＋CrNi • 20CrNi-800 600 10 45 80 25~30mm • 20CrNi2-800 600 10 45 80 30~35mm • 20CrNi3-950 750 10 45 80 40~50mm • 20Cr2Ni4A-1200 1100 9 45 80 70~80mm • 特点：有回火脆性，表层残余奥氏体多。
• 渗碳扩散层的厚度决定于： （1）碳在奥氏体中的极限溶解度； （2）碳在奥氏体中的扩散速度； （3）扩散的时间。
3.3.1渗碳钢
（2）淬火和低温回火。
Chapter 3 机械制造结构钢
采用这种工艺的 零件通常只要求 表面高硬度和耐 磨性，而对基体 性能要求不高。 主要用于渗碳 后不容易过热的 钢种。
对珠光体型钢通常用在800℃左右的一次退火代 替正火，可得到相同的效果，即既细化晶粒又改 善切削加工性能；
对马氏体型钢，则必须在正火之后，再在Ac1以 下温度进行高温回火，以获得回火索氏体组织， 这样可使马氏体型钢的硬度由380-550HB降低 到207~240HB，以顺利地进行切削加工。
3.3.1 渗碳钢
3.3.1 渗碳钢
Chapter 3 机械制造结构钢
第二种方法 渗碳及正火后进行一次高温回火（600-620℃），
3.3.1 渗碳钢
Chapter 3 机械制造结构钢
1 预先热处理 合金渗碳钢零件，在机械加工前的预先热处 理通常分两步进行。
常见的合金钢牌号用途及热处理工艺
820 150 62～ ～ ～ 66 840 160
主要 用途
壁厚< 14mm,外径250mm 的套圈.直径25～200mm 的钢球.直径约25mm的滚 柱.
（GB/T18254-2002）
低合金刃具钢 9SiCr CrWMn
化学成分 wt%
热处理
钢号 C Mn Si Cr 油淬火 回火
奥氏体不锈钢 1Cr18Ni9Ti GB/T1220-1992
钢号
0Cr18 Ni10Ti 1Cr18 Ni9Ti A型
化学成分 wt%
C
Cr Ni Ti
σb σ0.2 δ5 ψ HB
MPa MPa % %
≤0.08 17- 9- 5×[w(C)- ≥ ≥ ≥ ≥ ≥ ≤0.12 19 12 0.02]～0.8 520 205 40 50 187
用途：可制造汽车、拖拉机中的变速 齿轮,内燃机上的凸轮轴、活塞销等 机器零件.能同时承受强烈的摩擦磨 损,较大的交变载荷,特别是冲击载荷
主要化学成分 wt% C Mn Si Cr
0.17 0.5 0.20 0.7 ～ ～～ ～ 0.24 0.8 0.40 1.0
热处理 ℃
渗预 淬 回 碳备 火 火
处 理
固溶处理:加热至1050 -1150 ℃使碳化物充分溶 解,水冷,得单相奥氏体组织,提高耐蚀性.
用途:耐酸容器及设备衬里,输送管道等设备和零 件,抗磁仪表,医疗器械,具有较好的耐晶间腐蚀性.
稳定化处理 经热加工后钢的耐蚀性下降,将钢加热到 850 -880 ℃,使钢中铬的碳化物完全溶解,而钛等的碳化 物不完全溶解.然后缓冷,让溶于奥氏体的碳化钛充分析 出.这样碳将不再同铬形成碳化物,因而有效地消除了晶 界贫铬的可能,避免了晶间腐蚀的产生.
20Cr2Ni4钢-中合金渗碳钢渗碳工艺的研究与应用
20Cr2Ni4钢-中合金渗碳钢渗碳工艺的研究与应用
20Cr2Ni4钢模具钢特性，中合金渗碳钢，高淬透性高镍，由于含Ni较高，而且有很高的强度和韧性，渗碳后硬度及耐磨性很高，预备热处理的好坏直接关系到后序渗碳淬火的质量，采用渗碳加淬、回火处理，选用的正火温度高于渗碳温度20℃，渗碳工艺采用强渗扩散两段工艺，两段法具有渗碳速度快，渗层碳浓度控制质量好的优点。
典型化学成分（质量分数，%）C 0.18、Cr 1.68、Ni 3.73。
参考对应钢号我国GB标准钢号20Cr2Ni4、美国AISI标准钢号E3316、德国DIN标准钢号22NiCr14、日本JIS标准钢号20NC14、法国AFNOR标准钢号659、英国EN标准钢号A15／659M15。
临界点温度（近似值）奥氏体化温度900℃，A1=705℃，A3=770℃，M s=330℃。
正火、回火规范温度940℃，保温时间3h，空冷，温度650～700℃，保温时间4h，空冷，组织为细珠光体，晶粒度优于6级。
渗碳后淬火、淬火规范渗碳结束后降至淬火温度840℃，保温30min，油冷，回火温度180℃，保温时间6h，空冷，回火2次。
20Cr2Ni4钢典型应用举例
①采用冷挤压方法压制模具型腔的生产工艺制造模具时，则采用合金渗碳钢。
②用于制造各种要求耐磨性良好、形状复杂、承受载荷较高的塑料成型模具。
③受磨损较大、受较大载荷、生产批量较大的模具。
合金渗碳钢讲解
职业教育材料成型与控制技术专业教学资源库金属材料与热处理课程合金渗碳钢主讲教师：王仙萌西安航空职业技术学院合金渗碳钢一、化学成分特点机床、汽车、飞机等机器上的各种齿轮在服役期间，其齿面承受较高的压应力及强烈的摩擦和磨损；轮齿不但承受较高的弯曲力矩，而且还承受较高的交变载荷尤其是冲击载荷。
因此，要求材料应具备较高的力学性能，表面应具有高硬度、耐磨性而心部具有高的塑性、韧性，即外硬内韧。
为满足上述性能要求，常选用合金渗碳钢。
所谓合金渗碳钢，是指用于制造渗碳零件（如齿轮、活塞销等）的合金钢。
（1）低碳为了保证渗碳零件心部具有足够的塑性和韧性，合金渗碳钢的碳含量一般为ωC=0.1％～0.25％（2）合金元素主加合金元素是铬、锰、镍等。
目的提高淬透性，保证钢经渗碳、淬火和低温回火后，心部得到低碳马氏体组织，提高强度和韧性。
除此之外，铬能显著提高渗碳层的含碳量，镍可有效地抑制晶粒长大，细化晶粒，提高强韧性。
附加合金元素是钨、钼、钛、钒等。
目的是在900℃以上高温渗碳时，钨、钼、钛、钒等合金元素在钢中形成稳定的强碳化物，以阻碍奥氏体晶粒的长大，获得细小的组织，即细晶强化。
二、热处理特点（1）渗碳零件的加工工艺路线毛坯锻造→预先热处理→粗机械加工→中间退火→精加工→镀铜（不需要渗碳部分）→最终热处理→退铜→精磨→成品检验（2）热处理在毛坯锻造之后进行的预先热处理，主要是为了消除应力，降低硬度，改善钢的切削加工性能。
对于低合金钢一般采用正火或退火，对于高合金钢通常采用正火+高温回火。
中间退火（500℃～600℃）的目的在于消除切削加工的内应力，以减少零件在最终热处理时的变形。
最终热处理是渗碳、淬火和低温回火（180℃～200℃）。
渗碳后零件表层的ωC=0.85％～1.0％，渗碳层深度，经淬火和低温回火后表层组织为高碳回火马氏体、合金碳化物和少量的残留奥氏体，硬度可达60HRC～62 HRC。
心部如淬透，回火后组织为低碳回火马氏体，硬度为40HRC～48HRC；心部如未淬透，回火后组织为托氏体（T）、少量低碳回火马氏体（回火M）和铁素体（F）的复相组织，硬度为25HRC～40HRC，韧性A K≥48J。
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2、热处理
预先热处理：正火，改善锻造组织，利于切削加工
最终热处理：淬火＋低回下料→锻造ห้องสมุดไป่ตู้正火→齿形加
工→渗碳→预冷淬火 →低温回火→喷丸→精磨
金属材料与热处理
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3、热处理工艺曲线
最终组织：表层：高碳M回+Cm+A残心部：低碳M回 +F
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小结
20 CrMnTi的热处理工艺
金属材料与热处理
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金属材料与热处理课程
合金渗碳钢应用举例
主讲教师：王仙萌 西安航空职业技术学院
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合金渗碳钢应用举例
应用举例：
1、20 CrMnTi齿轮制造工艺
下料→锻造→正火→齿形加工→渗碳→预冷淬火 →低温 回火→喷丸→精磨
金属材料与热处理