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什么是“滲碳鋼”?
發(fā)布時(shí)間:2023-11-13 15:21:53 | 瀏覽次數(shù):


什么是“滲碳鋼”?

滲碳是一種表面熱處理技術(shù),指向鋼件表面擴(kuò)滲碳原子后進(jìn)行淬火的熱處理方式。通過(guò)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(chēng)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(jìn)行淬火和低溫回火。處理后零件的心部為具有足夠強(qiáng)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(xì)小碳化物組織。

 

有些結(jié)構(gòu)零件,是在承受較強(qiáng)烈的沖擊作用和受磨損的條件下進(jìn)行工作的,例如汽車(chē)、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪,內(nèi)燃機(jī)上的凸輪、活塞銷(xiāo)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(qiáng)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(guò)滲碳淬火及低溫回火來(lái)達(dá)到,此時(shí)零件心部是低碳鋼淬火組織,保證了高韌性和足夠的強(qiáng)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(diǎn)

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(qiáng)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(qiáng)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(xì)化晶粒、抑制鋼件在滲碳時(shí)發(fā)生過(guò)熱的作用。

 

微量的B(0.001%~0.004%)能強(qiáng)烈地增加合金滲碳鋼的淬透性。

 

滲碳鋼的分類(lèi)

根據(jù)淬透性或強(qiáng)度等級(jí)的不同,合金滲碳鋼分為三類(lèi)。

 

⑴ 低淬透性合金滲碳鋼

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

 

這類(lèi)鋼滲碳時(shí)心部晶粒易于長(zhǎng)大,特別是錳鋼。若性能要求較高時(shí),這類(lèi)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(shí)形成的過(guò)熱組織,然后再重新加熱淬火。

 

⑵ 中淬透性合金滲碳鋼

即中強(qiáng)度滲碳鋼(抗拉強(qiáng)度=800~1200MPa),如20CrMnTi,12CrNi3A,20CrMnMo,20MnVB等。這類(lèi)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(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度=1000~1200MPa)。一般用來(lái)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(chē)、拖拉機(jī)的變速箱與后橋齒輪、齒輪軸、十字銷(xiāo)頭、花鍵軸套、氣門(mén)座、凸輪盤(pán)等。

 

這類(lèi)鋼由于含有Ti,V,Mo,滲碳時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)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(jī)械性能。

 

⑶ 高淬透性合金滲碳鋼

即高強(qiáng)度滲碳鋼(抗拉強(qiáng)度>1200MPa),如12Cr2Ni4,18Cr2Ni4WA等。這類(lèi)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(qiáng)度的同時(shí),使鋼具有良好的韌性。這類(lèi)鋼可用作承受重載和強(qiáng)烈磨損的重要大型零件,如內(nèi)燃機(jī)車(chē)的主動(dòng)牽引齒輪、柴油機(jī)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(xiàn)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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