渗碳钢

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四、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6~8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18Cr2Ni4W A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。

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℃。

1. 45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)。

2. 45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。

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