渗碳钢基本知识
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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）。
油
水、空
780
200
1080 835
10
50
71
油
水、空
注：① 钢中的磷、硫含量均不大于 0.035%。② 15、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℃。
毛坯 尺寸 /mm
25 25 15 15 15 15 15 15 15
15
15 15 15
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。
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）；
45
55
水、空
200
1080 885
10
45
55
水、空
18Cr2Ni4WA A52183 0.13~ 0.30~ 0.17~ 1.35~ 0.8~1.2 W
950
0.19
0.60
0.37
1.65 4.0~4.5 Ni
空
高淬 20Cr2Ni4
A43202 0.17~ 0.30~ 0.17~ 1.25~
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。
5,
，
MPa
%
%
AKU2, J
U20152 0.12~ 0.35~
0.17~
375 225
27
55
0.18
0.65
0.37
U20202 0.17~ 0.35~
0.17~
410 245
25
55
0.23
0.65
0.37
A00202
0.17~ 1.40~ 0.17~
850
200
785 590
10
40
47
应用举例
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、
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 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
油
0.0035 B
20MnVB A73202 0.17~ .1.20~
0.17~ 0.80~ 0.0005~
850
0.23
1.60
0.37 1.10
0.0035 B
油
0.07~0.12 V
200
930 735
10
45
47
水、空
870
200
1080 850
10
45
55
油
水、空
200
1130 930
10
表 1 常用渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、性能及用途（GB/T 699—1999 和 GB/T 3077—1999）
类别
钢号
15
20
低淬 透性
20Mn2 15Cr
20Cr
20MnV
统一数字
代号
C
化学成分，%
Mn
Si
Cr
其他
热处理，℃
第一次 淬火
第二次 淬火
回火
b, MPa
力学性能（不小于）
s,
47
0.24
0.80
0.37 1.00
水、油
水，油 水、空
A01202 0.17~ 1.30~
0.17~
0.07~0.12 V
880
200
785 590
10
40
55
0.24
1.60
0.37
水、油
水、空
20CrMn
A22202 0.17~ 0.90~
0.17~ 0.90~
850
0.23
1.200.37 1.20 Nhomakorabea油
20CrMnTi A26202 0.17~ 0.80~
0.17~ 1.00~ 0.04~0.10 Ti
880
0.23
1.10
0.37 1.30
油
中淬 20MnTiB A74202 0.17~ 1.30~
0.17~ 0.70~ 0.04~0.10 Ti
860
透性
0.24
1.60
0.37 1.00
0.0005~
0.24
1.80
0.37
水、油
水、空
A20152
012~
0.40~
0.17~ 0.70~
880
780~820
200
735 490
11
45
55
0.18
0.70
0.37 1.00
水、油
水、油 水、空
A20202 0.18~ 0.50~
0.17~ 0.70~
880
780~820
200
835 540
10
40
3.25~
880
透性
0.23
0.60
0.37
1.65
3.65 Ni
油
12Cr2Ni4
A43122 0.10~ 0.30~ 0.17~ 1.25~
3.25~
860
0.16
0.60
0.37
1.65 3.65 Ni
油
850
200
1180 835
10
45
78
空
水、空
780
200
1180 1080 10
45
63
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。
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）。
油
水、空
780
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1080 835
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71
油
水、空
注：① 钢中的磷、硫含量均不大于 0.035%。② 15、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℃。
毛坯 尺寸 /mm
25 25 15 15 15 15 15 15 15
15
15 15 15
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。
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）；
45
55
水、空
200
1080 885
10
45
55
水、空
18Cr2Ni4WA A52183 0.13~ 0.30~ 0.17~ 1.35~ 0.8~1.2 W
950
0.19
0.60
0.37
1.65 4.0~4.5 Ni
空
高淬 20Cr2Ni4
A43202 0.17~ 0.30~ 0.17~ 1.25~
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。
5,
，
MPa
%
%
AKU2, J
U20152 0.12~ 0.35~
0.17~
375 225
27
55
0.18
0.65
0.37
U20202 0.17~ 0.35~
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410 245
25
55
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0.65
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A00202
0.17~ 1.40~ 0.17~
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785 590
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应用举例
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、
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 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
油
0.0035 B
20MnVB A73202 0.17~ .1.20~
0.17~ 0.80~ 0.0005~
850
0.23
1.60
0.37 1.10
0.0035 B
油
0.07~0.12 V
200
930 735
10
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水、空
870
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1080 850
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油
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1130 930
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表 1 常用渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、性能及用途（GB/T 699—1999 和 GB/T 3077—1999）
类别
钢号
15
20
低淬 透性
20Mn2 15Cr
20Cr
20MnV
统一数字
代号
C
化学成分，%
Mn
Si
Cr
其他
热处理，℃
第一次 淬火
第二次 淬火
回火
b, MPa
力学性能（不小于）
s,
47
0.24
0.80
0.37 1.00
水、油
水，油 水、空
A01202 0.17~ 1.30~
0.17~
0.07~0.12 V
880
200
785 590
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0.24
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水、油
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20CrMn
A22202 0.17~ 0.90~
0.17~ 0.90~
850
0.23
1.200.37 1.20 Nhomakorabea油
20CrMnTi A26202 0.17~ 0.80~
0.17~ 1.00~ 0.04~0.10 Ti
880
0.23
1.10
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油
中淬 20MnTiB A74202 0.17~ 1.30~
0.17~ 0.70~ 0.04~0.10 Ti
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透性
0.24
1.60
0.37 1.00
0.0005~
0.24
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0.37
水、油
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A20152
012~
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0.18
0.70
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水、油
水、油 水、空
A20202 0.18~ 0.50~
0.17~ 0.70~
880
780~820
200
835 540
10
40
3.25~
880
透性
0.23
0.60
0.37
1.65
3.65 Ni
油
12Cr2Ni4
A43122 0.10~ 0.30~ 0.17~ 1.25~
3.25~
860
0.16
0.60
0.37
1.65 3.65 Ni
油
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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。