20CrMnTi的工艺路线分析

20CrMnTi的工艺路线分析

山东科技大学材料科学与工程学院金属材料工程2011-4班

郝建（201101130411）

20CrMnTi的工艺路线：下料→锻造→正火→机械粗加工→渗碳→淬火+低温回火→机械精加工

20CrMnTi（J9：30-42HRC)主要性能特点：

为中淬透性低碳钢，具有良好的综合力学性能，

低温冲击韧度较高，晶粒长大倾向小，冷热加工

性能均较好。

该钢由于Cr、Mn、Ti多元复合合金化的作

用，淬透性好油淬临界直径约40mm;渗碳淬火

后，具有较高的耐磨性和高的强韧度，特别是低

温冲击吸收能量比较高；钢的渗碳工艺性能好，晶粒长大倾向小，可直接淬火，变形也比较小。

其中锰，铬主要作用是提高渗碳钢的淬透性，以使较大尺寸的零件在淬火时芯部能获得大量的板条马氏体组织。另外还可以改善渗碳层参数。钛可以组织奥氏体晶粒在高温渗碳时的长大，能细化晶粒。

20CrMnTi钢一般可制造<300mm的高速、中载、受冲击和磨损的重要零件，如汽车、拖拉机变速箱齿轮，离合器轴和车辆上的伞齿轮及主动轴等，其他钢种如20Mn2TiB、20CrMnMo等和20CrMnTi钢相近，有些方面优于20CrMnTi钢。

一 下料

下料是指确定制作某个设备或产品所需的材料形状、数量或质量后，从整个或整批材料中取下一定形状、数量或质量的材料的操作过程。

二 锻造

锻造是在锻压设备及工(模)具的作用下，使坯料或铸锭产生塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。

锻造方法有自由锻和模锻。

自由锻是利用冲击力或压力使加热好的金属在上、下抵铁之间产生变形。它适用于单件和小批量生产；特别适于重型、大型锻件生产。

模锻是利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。常用的模锻设备有蒸汽-空气模锻锤、压力机等。它又分为锤上模锻，胎膜锻，压力机上模锻。适于小型锻件的成批大量生产。

拔长时的锻造比为y拔=F0/F=L/L0

镦粗时的锻造比为y镦=F/F0=H0/H

通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。经锻造以后晶粒大小形状发生了变化，改变了钢的组织，增加了锻造应力，提高了硬度，在机械加工前需预备热处理。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。

变形温度

按变形温度，锻造又可分为热锻（锻造温度高于坯料金属的再结晶温度）、温锻（锻造温度低于金属的再结晶温度）和冷锻（常温）。钢的开始再结晶温度约为727℃，但普遍采用800℃作为划分线，高于800℃的是热锻；在300～800℃之间称为温锻或半热锻。

材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。

一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。棒料的晶粒组织和机械性能均匀、良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于组织批量生产。只要合理控制加热温度和变形条件，不需要大的锻造变形就能锻出性能优良的锻件。

铸锭仅用于大型锻件。铸锭是铸态组织，有较大的柱状晶和疏松的中心。因此必须通过大的塑性变形，将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实，才能获得优良的金属组织和机械性能。

经压制和烧结成的粉末冶金预制坯，在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻件。锻件粉末接近于一般模锻件的密度，具有良好的机械性能，并且精度高，可减少后续的切削加工。粉末锻件内部组织均匀，没有偏析，可用于制造小型齿轮等工件。但粉末的价格远高于一般棒材的价格，在生产中的应用受到一定限制。

对浇注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝固、结晶、流动、塑性变形和成形，就可获得所需形状和性能的模锻件。液态金属模锻是介于压铸和模锻间的成形方法，特别适用于一般模锻难于成形的复杂薄壁件。

不同的锻造方法有不同的流程，其中以热模锻的工艺流程最长，一般顺序为：锻坯下料；锻坯加热；辊锻备坯；模锻成形；切边；冲孔；矫正；中间检验，检验锻件的尺寸和表面缺陷；锻件热处理，用以消除锻造应力，改善金属切削性能；清理，主要是去除表面氧化皮；矫正；检查，一般锻件要经过外观和硬度检查，重要锻件还要经过化学成分分析、机械性能、残余应力等检验和无损探伤。

金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。铸造组织经过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。

铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。此外，锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命采用精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺生产的锻件，都是铸件所无法比拟的锻件是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要求的形状或合适的压缩力的物件。这种力量典型的通过使用铁锤或压力来实现。铸件过程建造了精致的颗粒结构，并改进了金属的物理属性。在零部件的现实使用中，一个正确的设计能使颗粒流在主压力的方向。铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶炼好的液态金属，用浇注、压射、吸入或其它浇铸方法注入预先准备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理等，所得到的具有一定形状，尺寸和性能的物件。

三 预先热处理--- 正火

定义：将钢加热至Ac3或Accm以上30～50℃保温，在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。

目的：①细化组织，消除热加工造成的过热缺陷，使组织正常化；②提高普通结构零件的机械性能。③用于低碳钢，提高硬度，改善钢的切削加工性能；④用于中碳钢代替调制处理,为高频淬火做准备.⑤用于高碳钢可消除网状渗碳体,为球化退火做准备.

20CrMnTi的正火工艺为：加热温度920~950摄氏度，保温，空冷156~207HBS 加热温度在Ac3线以上，细化晶粒，消除组织缺陷，以获得珠光体+少量铁素体。

正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织与退火组织相比，组织中的珠光体量相对要多，且片层较细密，得到的珠光体邻域小,因此其机械性能也有所提高。正火后零件的强度和硬度比退火时要高,且随着含碳量的增加差别越显著。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。

正火之前工艺一般为锻造，锻造温度在1200左右，使晶粒粗大，正火加热温度比锻造低但零件也完全奥氏体化，因此得到的奥氏体晶粒较锻造细小，冷却到两相区时，从奥氏体中析出铁素体，由于奥氏体晶粒细小，空冷后得到的铁素体与索氏体晶粒也很细小，使晶粒得以细化，机械性能也有所提高。

正火的应用场合

1.用于低碳钢

低碳钢由于退火后硬度太低，切削加工时产生粘刀的现象，切削性能差，正火后硬度略高于退火，韧性也比较好，可作为切削加工的预备热处理。

2.用于中碳钢

正火代替退火提高零件的力学性能，一些受力不大的工件，正火可替代调制处理作为最终热处理，简化热处理工艺;也可作为用感应加热方式进行表面淬火前的预备热处理。

3.用于工具钢、轴承钢等

过共析钢球化退火前进行一次正火，过共析钢正火加热到Accm以上，使原先成网状的渗碳体全部溶入到奥氏体中，然后用较快的速度冷却，抑制渗碳体在奥氏体晶界的析出，可消除或抑制网状碳化物的析出，从而得到球化退火所需的良好组织。

4.用于大型锻件

可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。

5.用于消除热加工的缺陷

中碳构钢铸、锻、扎件以及焊接件在加热加工后易出现粗大晶粒及带状组织。通过正火可以消除这些缺陷组织，达到细化晶粒，均匀组织，消除内应力的目的。

四 机械粗加工

1、在尽量短的时间内切除大部分多余材料。

2、为精加工提供定位精基准。

3、及时发现毛坯缺陷。

机械加工中粗加工余量的大小要看加工件的形状、大小、厚薄、长短来确定。一般来说，短粗、厚实的零件的加工余量可以少留一些，细而长、薄而大的零件的加工余量要多留一些。因为前者不太容易变形，而后者容易变形。

一般来说，粗加工是指去掉毛坯上铸造，锻造的不规则表皮，按照零件要求简