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需經(jīng)滲碳淬火、低溫回火后的鋼
滲碳鋼通常指需經(jīng)滲碳淬火、低溫回火后使用的鋼。它一般為低碳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼，亦可分別稱為碳素滲碳鋼與合金滲碳鋼。其成分特點是低的含碳量，一般為0.1%～0.25%；主要合金元素有Ni、Cr、Mn等，輔助合金元素有W、Mo、V、Ti等。合金滲碳鋼具有較高的淬透性。不少機器零件如汽車、拖拉機的變速箱齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪、活塞銷以及部分量具等，均采用滲碳鋼制造。
基本信息
| 中文名 | 滲碳鋼 |
| 外文名 | carboncasehandening，ck |
| 類別 | 碳素滲碳鋼 |
| 主要成分 | 碳，合金元素等 |
| 運用領(lǐng)域 | 零件制造 |
基本信息
滲碳鋼（carlmrizing steel）一種機械結(jié)構(gòu)鋼。通常是含碳量較低（0.10%～0.25%）的碳素鋼和合金鋼（主要合金元素有Cr、Ni、Mn、B等）。制成的零件一般經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后使用。主要用作表面硬度高、耐磨、心部具有較高韌性的零件，如齒輪等。常用的滲碳鋼有15、20、20Cr、20Mn2B、20Cr2Ni4、1 8Cr2Ni4W等。
熱處理特點
用途
滲碳鋼主要用于制造齒輪、凸輪、活塞銷等零件。
滲碳鋼的種類
滲碳鋼大致可分為碳素滲碳鋼和合金滲碳鋼。滲碳鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)一般約為0.1%～0.3%，其牌號主要是15鋼和20鋼。這類滲碳鋼經(jīng)滲碳及隨后的淬火、同火處理，其表面硬度可以達到58～64HRC，具有較好的耐磨性。但是由于這類滲碳鋼的淬透性較低，只能適用于心部強度要求不高、承受負載較小的小尺寸零件，如襯套、鏈條片以及量具、夾具等。
合金滲碳鋼由于是在低碳碳素鋼的基礎(chǔ)上，加入了各種不同化學(xué)成分的合金元素，如Cr、Mo、Ni、Mn、Ti、V等，可抑制奧氏體晶粒長大，提高淬透性和增加回火穩(wěn)定性，所以，能改善滲碳鋼的工藝性能。這類合金滲碳鋼主要用于制作軸類、齒輪類、銷桿類、鏈輪類等承受負載較大的零件。按照淬透性的大小，合金鋼滲碳鋼還可分為以下三類：淬透性一般的滲碳鋼，如15Cr、20Cr和20MnV等；淬透性較好的滲碳鋼，如20CrMo、20CrMnTi等；淬透性最好的滲碳鋼，如12CrNi3A、12Cr2Ni4A和18Cr2Ni4WA等。
滲碳用鋼的選用應(yīng)根據(jù)工件的服役條件及尺寸的大小來確定。對承受一定沖擊載荷、有一定耐磨要求的工件，如起重、采礦、運輸?shù)仍O(shè)備的普通齒輪，可選用20CrMo鋼和20CrMnTi鋼等；對承受重載及尺寸較大的工件，如大型軋鋼機減速器齒輪、大型錐齒輪、坦克齒輪等，可選用12Cr2Ni4A鋼或18Cr2Ni4WA鋼等。
還可以根據(jù)淬透性不同，可將滲碳鋼分為三類：
①低淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20、20Cr等，其淬透性和心部強度均較低，水中臨界直徑不超過20~35mm。只適用于制造受沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸、小齒輪、活塞銷等。
②中淬透性滲碳鋼：典型鋼種如20CrMnTi等，其淬透性較高，油中臨界直徑約為25~60mm，力學(xué)性能和工藝性能良好，大量用于制造承受高速中載、抗沖擊和耐磨損的零件，如汽車、拖拉機的變速齒輪、離合器軸等。
③高淬透性滲碳鋼：典型鋼種如18Cr2Ni4WA等，其油中臨界直徑大于100mm，且具有良好的韌性，主要用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機、坦克的曲軸和齒輪等。
滲碳鋼的化學(xué)成分
根據(jù)機器零件的工作條件及對性能的要求，滲碳鋼的化學(xué)成分有以下特點。
1．低碳
含碳量一般為ω=0.10%～0.25%。滲碳鋼的含碳量實際上是滲碳零件心部的含碳量，這對于保證心部有足夠的塑性和韌性是十分必要的。若含碳量過低，表面的滲碳層易于剝落；含碳量過高，則心部的塑性和韌性下降，并使表層的壓應(yīng)力減少，從而降低彎曲疲勞強度。
2．加入提高淬透性的合金元素
提高心部的強度將提高齒輪的承載能力，并防止?jié)B層剝落。而心部的強度則取決于鋼中含碳量及淬透性。當(dāng)淬透性足夠時，心部得到全部位錯馬氏體組織；如淬透性不足，則出現(xiàn)非馬氏體組織。常加入的合金元素有Cr、Mn、Ni、B、Mo、W和Si等。Ni對滲層和心部的韌性和強度都十分有利，因而高級滲碳鋼中都含有較多的Ni。
3．加入阻止奧氏體晶粒長大的元素
滲碳工藝是在910～930℃高溫下進行的，為了阻止奧氏體晶粒長大，滲碳鋼用以鋁脫氧的本質(zhì)細晶粒鋼。Mn在鋼中有促進奧氏體晶粒長大的傾向，所以在含Mn滲碳鋼中常加入少量的V、Ti等阻止奧氏體晶粒長大的元素。
此外，為了提高滲層的碳濃度、滲層深度和滲入速度，可加入碳化物形成元素Cr、Mo、W等，非碳化物形成元素Si、Ni等則降低滲層碳濃度及厚度。但是碳化物形成元素過多，則導(dǎo)致滲層碳濃度分布曲線過陡，塊狀碳化物增多，降低滲層性能，所以對鋼中合金元素的種類及數(shù)量必須全面考慮。
滲碳鋼的熱處理
滲碳鋼的熱處理一般是滲碳后進行淬火及低溫回火，以獲得高硬度的表層及強而韌的心部。根據(jù)鋼的成分的差異，常用的熱處理方法有以下幾種。
（1）滲碳后預(yù)冷直接淬火及低溫回火
這種方法適用于合金元素含量較低又不易過熱的鋼，如20CrMnTi、20CrTi等。
（2）一次淬火
滲碳后緩冷至室溫，重新加熱淬火并低溫回火。適用于滲碳時易過熱的碳鋼、低合金鋼工件及固體滲碳后的零件等。
（3）兩次淬火
滲碳后緩冷至室溫，重新加熱兩次淬火并低溫回火。適用于本質(zhì)粗晶粒鋼及對性能要求很高的工件，但生產(chǎn)周期長，成本高，易脫碳氧化和變形。
對于合金化程度較高的18Cr2Ni4WA等鋼種，如果滲碳后預(yù)冷淬火，滲層將存在大量殘留奧氏體，使硬度降低。為此，生產(chǎn)上采用滲碳空冷后進行高溫回火，使殘留奧氏體分解，然后再進行加熱淬火和低溫回火。
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