渗碳钢

渗碳钢,或称“表面硬化钢”(英语:Case hardening steels),为低碳钢,含碳量约0.1~0.25%,为了使用过程的安全性,渗碳钢多数经过适当的合金化,主要合金元素有等,其主要作用是提高淬透性和防止过热。由于渗碳钢表面坚硬耐磨、心部韧性好而耐冲击,可用于制造齿轮凸轮活塞销等机器零件。[1]

放大200倍的渗碳钢,其中黑色部分是通过渗碳制成的珠光体,白色部分是铁氧体

工艺

计算机控制的渗氮、渗碳炉

渗碳零件的加工工艺路线是毛坯锻造 → 预先热处理(正火) → 粗机械加工 → 中间退火(500℃~600℃) → 精加工 → 镀铜(不需要渗碳部分)→ 最终热处理→ 退铜 → 精磨 → 成品检验。[2]

热处理特点预先热处理为正火渗碳后为淬火加低温回火(180℃~200℃)。渗碳前,组织为铁素体+珠光体。热处理后,表面渗碳层的组织为合金渗碳体+回火马氏体+少量残余奥氏体组织,硬度为60HRC~62HRC。淬火、低温回火后:心部为回火马氏体(若未淬透可能为铁素体+珠光体+回火马氏体);表面为碳化物+回火马氏体。[3]

能显著提高渗碳层的含碳量,可有效地抑制晶粒长大,细化晶粒,提高强韧性。钨、钼、钛、钒合金元素主要作用是形成固溶体或碳化物,可提高钢的强度和硬度,同时还能细化组织和晶粒。[4]

种类

根据淬透性不同,可将渗碳钢分为低、中、高三类。[1]

低淬透性

低淬透性渗碳钢在水中淬透直径小于35mm,渗碳后可直接淬火,其淬透性和心部强度均较低。主要有20Cr、20CrV、20Mn2和20MnV等,只适用于制造受尺寸较小、冲击载荷较小的耐磨件,如小轴、小齿轮、活塞销等。[5]

中淬透性

中淬透性渗碳钢在油中淬透直径约为25~60mm,淬透性较高,过热敏感性较小,渗碳过渡层比较均匀,力学性能和工艺性能良好,主要有20CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB、20SiMnVB等,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。[6]

高淬透性

高淬透性渗碳钢如18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A等,含有较多的Cr、Ni等元素,淬透性很高,油中临界直径大于100mm,且具有良好的韧性和低温冲击韧性,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。[5]

参见

参考文献

  1. 殷鹏飞. . 中国腐蚀与防护网. 国家材料环境腐蚀平台. [2021-01-29].
  2. Oberg, E., Jones, F., and Ryffel, H. (1989) Machinery's Handbook 23rd Edition. New York: Industrial Press Inc.
  3. Robert H. Todd, Dell K. Allen and Leo Alting Manufacturing Processes Reference Guide. Industrial Press Inc., 1994. pp. 421–426
  4. Geoffrey Parrish, Carburizing: Microstructures and Properties. ASM International. 1999. pg 11
  5. 王忠. . 清华大学出版社. 2005: 148. ISBN 9787302116974.
  6. 杨明轩. . 2016-03. ISBN 9787564344559.

延伸阅读

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