渗碳钢的知识整理

2021-01-28 11:42:33 作者：本网整理来源：热家网分享至：

渗碳是一种表面热处理技术，指向钢件表面扩渗碳原子后进行淬火的热处理方式。通过碳的渗入，可显著改善钢部件的耐磨性、耐久性、韧性等性能。

用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。渗碳钢的主要热处理工序一般是在渗碳之后再进行淬火和低温回火。处理后零件的心部为具有足够强度和韧性的低碳马氏体组织，表层为硬而耐磨的回火马氏体和一定量的细小碳化物组织。

有些结构零件，是在承受较强烈的冲击作用和受磨损的条件下进行工作的，例如汽车、拖拉机上的变速箱齿轮，内燃机上的凸轮、活塞销等。

根据工作条件，要求这些零件具有高的表面硬度和耐磨性，而心部则要求有较高的强度和适当的韧性，即要求工件“表硬里韧”的性能。

为了兼顾上述双重性能，可以采用低碳钢通过渗碳淬火及低温回火来达到，此时零件心部是低碳钢淬火组织，保证了高韧性和足够的强度，而表层（在一定的深度）则具有高碳量（0.85%～1.05%），经淬火后有很高的硬度（HRC>60），并可获得良好的耐磨性。

渗碳钢的成分特点

渗碳钢的含碳量一般都很低（在0.15%～0.25%之间），属于低碳钢，这样的碳含量保证了渗碳零件的心部具有良好的韧性和塑性。

为了提高钢的心部的强度，可在钢中加入一定数量的合金元素，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钢的淬透性，使其在淬火和低温回火后表层和心部组织得到强化。

另外，少量的Mo、W、Ti等碳化物形成元素，可形成稳定的合金碳化物，起到细化晶粒、抑制钢件在渗碳时发生过热的作用。

微量的B（0.001%～0.004%）能强烈地增加合金渗碳钢的淬透性。

渗碳钢的分类

根据淬透性或强度等级的不同，合金渗碳钢分为三类。

1）低淬透性合金渗碳钢

即低强度渗碳钢（抗拉强度≤800MPa），如15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2等。这类钢淬透性低，经渗碳、淬火与低温回火后心部强度较低且强度与韧性配合较差。主要用于制造受力较小，强度要求不高的耐磨零件，如柴油机的凸轮轴、活塞销、滑块、小齿轮等。

这类钢渗碳时心部晶粒易于长大，特别是锰钢。若性能要求较高时，这类钢在渗碳后经常采用二次淬火法，即在渗碳后先作正火处理，以消除渗碳时形成的过热组织，然后再重新加热淬火。

2）中淬透性合金渗碳钢

即中强度渗碳钢（抗拉强度=800～1200MPa），如20CrMnTi、12CrNi3A、20CrMnMo、20MnVB等。这类钢含合金元素总量约在4%左右，由于主要是把Cr和Mn二元素配合加入钢中，能更有效地提高淬透性和机械性能（抗拉强度=1000～1200MPa）。一般用来制造重负荷的中、小耐磨件和中等负荷的模数较大的齿轮。如汽车、拖拉机的变速箱与后桥齿轮、齿轮轴、十字销头、花键轴套、气门座、凸轮盘等。

这类钢由于含有Ti、V、Mo，渗碳时奥氏体晶粒长大倾向小，因此可采用自渗碳温度预冷到870°C左右直接淬火，并经低温回火后使零件具有较好的机械性能。

3）高淬透性合金渗碳钢

即高强度渗碳钢（抗拉强度＞1200MPa），如12Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA等。这类钢含合金元素总量≤7.5%，由于含Cr、Ni元素较多，可大大地提高钢的淬透性，特别是加入了较多的Ni，在提高强度的同时，使钢具有良好的韧性。这类钢可用作承受重载和强烈磨损的重要大型零件，如内燃机车的主动牵引齿轮、柴油机曲轴、连杆及缸头精密螺栓等。

由于含有较高的合金元素，使C曲线大为右移，因而在空气中冷却也能得到马氏体组织；另外，其马氏体转变温度也急剧下降，使渗碳表层在淬火后将保留大量的残余奥氏体。为了减少淬火后残余奥氏体量，可在淬火前先高温回火，使碳化物球化或在淬火后采用冷处理。

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