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滲碳鋼知識全解|熱處理人必須了解

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人氣:-發(fā)表時間:2019-10-21 14:06【

滲碳是一種表面熱處理技術(shù),指向鋼件表面擴滲碳原子后進行淬火的熱處理方式。通過碳的滲入,可顯著改善鋼部件的耐磨性、耐久性、韌性等性能。

用于制造滲碳零件的鋼稱為滲碳鋼。滲碳鋼的主要熱處理工序一般是在滲碳之后再進行淬火和低溫回火。處理后零件的心部為具有足夠強度和韌性的低碳馬氏體組織,表層為硬而耐磨的回火馬氏體和一定量的細小碳化物組織。

有些結(jié)構(gòu)零件,是在承受較強烈的沖擊作用和受磨損的條件下進行工作的,例如汽車、拖拉機上的變速箱齒輪,內(nèi)燃機上的凸輪、活塞銷等。

根據(jù)工作條件,要求這些零件具有高的表面硬度和耐磨性,而心部則要求有較高的強度和適當(dāng)?shù)捻g性,即要求工件“表硬里韌”的性能。

為了兼顧上述雙重性能,可以采用低碳鋼通過滲碳淬火及低溫回火來達到,此時零件心部是低碳鋼淬火組織,保證了高韌性和足夠的強度,而表層(在一定的深度)則具有高碳量(0.85%~1.05%),經(jīng)淬火后有很高的硬度(HRC>60),并可獲得良好的耐磨性。

滲碳鋼的成分特點

滲碳鋼的含碳量一般都很低(在0.15%~0.25%之間),屬于低碳鋼,這樣的碳含量保證了滲碳零件的心部具有良好的韌性和塑性。

為了提高鋼的心部的強度,可在鋼中加入一定數(shù)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鋼的淬透性,使其在淬火和低溫回火后表層和心部組織得到強化。

另外,少量的Mo,W,Ti等碳化物形成元素,可形成穩(wěn)定的合金碳化物,起到細化晶粒、抑制鋼件在滲碳時發(fā)生過熱的作用。

微量的B(0.001%~0.004%)能強烈地增加合金滲碳鋼的淬透性。

滲碳鋼的分類

根據(jù)淬透性或強度等級的不同,合金滲碳鋼分為三類。

1)低淬透性合金滲碳鋼

即低強度滲碳鋼(抗拉強度≤800MPa),如15Cr,20Cr,15Mn2,20Mn2等。這類鋼淬透性低,經(jīng)滲碳、淬火與低溫回火后心部強度較低且強度與韌性配合較差。主要用于制造受力較小,強度要求不高的耐磨零件,如柴油機的凸輪軸、活塞銷、滑塊、小齒輪等。

這類鋼滲碳時心部晶粒易于長大,特別是錳鋼。若性能要求較高時,這類鋼在滲碳后經(jīng)常采用二次淬火法,即在滲碳后先作正火處理,以消除滲碳時形成的過熱組織,然后再重新加熱淬火。

2)中淬透性合金滲碳鋼

即中強度滲碳鋼(抗拉強度=800~1200MPa),如20CrMnTi,12CrNi3A,20CrMnMo,20MnVB等。這類鋼含合金元素總量約在4%左右,由于主要是把Cr和Mn二元素配合加入鋼中,能更有效地提高淬透性和機械性能(抗拉強度=1000~1200MPa)。一般用來制造重負(fù)荷的中、小耐磨件和中等負(fù)荷的模數(shù)較大的齒輪。如汽車、拖拉機的變速箱與后橋齒輪、齒輪軸、十字銷頭、花鍵軸套、氣門座、凸輪盤等。

這類鋼由于含有Ti,V,Mo,滲碳時奧氏體晶粒長大傾向小,因此可采用自滲碳溫度預(yù)冷到870°C左右直接淬火,并經(jīng)低溫回火后使零件具有較好的機械性能。

3)高淬透性合金滲碳鋼

即高強度滲碳鋼(抗拉強度>1200MPa),如12Cr2Ni4,18Cr2Ni4WA等。這類鋼含合金元素總量≤7.5%,由于含Cr,Ni元素較多,可大大地提高鋼的淬透性,特別是加入了較多的Ni,在提高強度的同時,使鋼具有良好的韌性。這類鋼可用作承受重載和強烈磨損的重要大型零件,如內(nèi)燃機車的主動牽引齒輪、柴油機曲軸、連桿及缸頭精密螺栓等。

由于含有較高的合金元素,使C曲線大為右移,因而在空氣中冷卻也能得到馬氏體組織;另外,其馬氏體轉(zhuǎn)變溫度也急劇下降,使?jié)B碳表層在淬火后將保留大量的殘余奧氏體。為了減少淬火后殘余奧氏體量,可在淬火前先高溫回火,使碳化物球化或在淬火后采用冷處理。

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