20crmnti热处理工艺

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1、 20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺 试验分析部 袁红昆 1 20CrMnTi 齿轮齿轮钢的热处理工艺钢的热处理工艺 1. 前言前言 1.1 20CrMnTi 钢概述钢概述 20CrMnTi 是低碳合金钢，该钢具有较高的机械性能，零件表面渗碳 0.7-1.1mm。 在渗碳淬火低温回火后， 表面硬度为 58-62HRC， 心部硬度为 30-45HRC。 20CrMnTi 的工艺性能较好， 锻造后以正火来改善其切削加工性。 此外， 20CrMnTi 还具有较好的淬透性，由于合金元素钛的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直 接降温淬火。且渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小。适合于制造 承受

2、高速中载及冲击、 摩擦的重要零件， 因此根据齿轮的工作条件选用 20CrMnTi 钢是比较合适的。经过 910-940渗碳，870淬火，180-200回火后机械性能 的抗拉强度1100Mpa、 屈服强度850Mpa、 延伸率10、 断面收缩率45， 冲击韧性680，硬度为 58-62HRC。 20CrMnTi 合合金成分表金成分表 1.1 C Si Mn Cr S P Ni Cu Ti 0.170.23 0.170.37 0.801.10 1.001.30 0.035 0.035 0.030 0.030 0.040.10 1.2 20CrMnTi 泵体齿轮的的工艺流程：泵体齿轮的的工艺流程：

3、1.3 20CrMnTi 钢常见的热处理工艺钢常见的热处理工艺 表表 1.2 20CrMnTi 钢常见的热处理工艺钢常见的热处理工艺表表 热处理工 艺 工艺参数 硬度要 求 工艺特点 完全退火 加热 860880，保温，炉 冷 217HB S 消除残余应力，降低硬度 正火 加热 920950，保温，空 冷 1562 07HBS 加热温度在 Ac3825线之上，细化晶 粒，消除组织缺陷，以获得珠光体+少 量铁素体组织 淬火 加热 860900，保温，油 冷 4854 HRC 淬火温度高，淬透性中等，变形较大， 硬度不高，耐磨性差 回火 加热 500650，保温 2h， 油冷 3036 HRC 回

4、火索氏体组织 下料 锻造 正火 清洗 淬火 回火 加工 渗碳 包装 清洗 检验 20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺 试验分析部 袁红昆 2 气体渗碳 加热 900920，以 0.150.2mm/h 计保温时间 加热温度不超过 920，以避免晶粒长 大 渗碳后淬 火与 回火 淬火：加热 820850，保 温后油冷 6063 HRC 心部保持良好韧性的同时， 表层获得高 的强度、硬度、耐磨性与耐蚀性 回火：加热 180200，保 温 2h，空冷 表： 5662 HRC 心： 3540 HRC 气体碳氮 共渗 共渗温度 840860，出炉 油冷 6065 HRC 心部保持良好韧性的同时， 表层获得

5、高 的强度、硬度、耐磨性与耐蚀性 回火温度 160180，出炉 空冷 表： 5862 HRC 心： 3540 HRC 固体渗硼 渗硼温度 900，保温 4h， 油冷(渗硼剂： 85%SiC+10%B4C+5%KBF4) 。 渗层 0.1150.139mm 16891789 HV0.1 表面形成高硬度的硼化物层而心部为 淬火组织 1.4 20CrMnTi 钢的相变点钢的相变点/ 钢号 Ac1 Ac3 Ar1 20CrMnTi 730 820 690 1.5 热处理的总工艺曲线热处理的总工艺曲线 热处理总工艺曲线热处理总工艺曲线 2. 20CrMnTi 齿轮齿轮正火处理工艺正火处理工艺 20CrM

6、nTi 齿轮钢的热处理工艺 试验分析部 袁红昆 3 2.1 正火目的正火目的 细化晶粒， 消除组织缺陷， 以获得珠光体+铁素体组织。 并使加工硬度适中， 有利于切削。 2.2 正火设备正火设备 选用 RX3 箱式电炉参数见表 2.1 表表 2.1 产 品 名 称 产品型 号 额定功 率 （kv） 主要参数 相 数 炉膛尺寸（毫 米） 外形尺寸 （毫米） 重量（千 克） 额定 电压 （V） 额定温 度 （） 箱 式 电 炉 RX3-30-9 30 380 950 3 950x450x350 1920x1620x 2140 2200 2.3 正火温度正火温度 20CrMnTi钢AC3约为825，

7、为促使奥氏体均匀化， 增大过冷奥氏体稳定性， 选择的加热温度在 930950 。 2.4 加热方法加热方法 采用到温加热的方法，是指当炉温加热到指定温度时，再将工件装进热处理 炉进行加热。 这样做的原因是避免金属组织的出现不需要的相转变， 加热速度快， 节约时间。便于小批量生产。 2.5 加热介质加热介质 加热介质为空气。 2.6 保温时间保温时间 选定的依据：加热时间可按下列公式进行计算：t = a K D, 式中 t 为加 热时间（min） ，K 为反映装炉时的修正系数，可根据表 2.2 取 K 为 1.4。a 为加热 系数 min/mm，加热系数 a 可根据钢种与加热介质、加热温度进行取

8、值，参数见 表 2.3。D 为工件的有效厚度（mm） ，由公式可知，工件厚度=（工件最厚处直径 +工件最薄处直径）/2。 可得t = a K D。 20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺 试验分析部 袁红昆 4 2.7 冷却方式冷却方式 冷却方式为出炉空冷。 2.8 冷却介质冷却介质 冷却介质：空气。 2.9 最终组织最终组织 细珠光体+铁素体 晶粒度：56 级 若正火温度过高，则会导致工件脱碳甚至开裂，降低零件硬度，使正火后的 组织粗大； 若正火温度过低，则组织转变不足，不能达到正火预期目的。 表表 2.2 工件装炉修正系数工件装炉修正系数 工件装炉方式 修正系数 1.0 1.4 1.3 1.

9、7 表表 2.3 工件加热温度工件加热温度 钢材 空气电阻炉的 a 值 （min/mm） 盐浴炉的 a 值 碳钢 0.91.1 2530 2.10 正火工艺曲线正火工艺曲线 正火工艺曲线图见图 2.1 20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺 试验分析部 袁红昆 5 温度 () 时间 (m i n) 温度 650 空气 图图 2.1 正火处理工艺曲线正火处理工艺曲线 3. 20CrMnTi 齿轮齿轮的渗碳处理工艺的渗碳处理工艺 3.1 渗碳的目的渗碳的目的 渗碳后进行淬火与回火，使其心部保持良好的韧性的同时，表层获得高的强 度、硬度和耐磨性。 3.2 渗碳温度渗碳温度 进行气体渗碳，加热 9009

10、20，以 0.150.2mm/h 计保温时间，加热温度 不超过 920，以避免晶粒粗大。 渗碳进行淬火回火处理，淬火加热 820850 ，保温后油冷，180低温回 火。 3.3 渗碳设备渗碳设备 选用 RQ3-60-9D 型井式气体渗碳炉，参数见表 3.1 表表 3.1 RQ3-60-9D 型井式气体渗碳炉参数型井式气体渗碳炉参数 产品 名称 产品型号 额定功 率 （KV） 主要参数 炉膛尺寸 （mm） 外壁尺寸（mm） 重量 （Kg） 额定电 压（V） 额定温 度（） 井式 气体 渗碳 炉 RQ3-60-9D 60 380 950 450x600 1570x2000x2240 2630 说明

11、：炉温均匀，介质流动性好，加热速度，温度均匀，工件变形小，加热 质量好，利于提高产品质量，炉膛容积有效利用率高，产量大，耗电量小，可节 20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺 试验分析部 袁红昆 6 省电能与筑炉材料，电极寿命长，减少停炉时间。适用于中小型工件成批生产。 3.4 加热方法加热方法 采用到温加热的方法，是指炉膛加热到指定温度时，再将工件加入热处理炉 进行加热。这样可以减少加热时间，便于批量生产。 3.5 装炉方法装炉方法 筐装，10/次，垂直放入渗碳炉，齿轮一个个叠放，要注意每个齿轮之间轮 齿不要接触，避免轮齿渗不上碳。 3.6 渗碳温度渗碳温度 渗碳温度在 Ac3 以上，考虑碳在

12、钢中的扩散速度等因素，目前再生产上广泛 采用温度为 910930。随着渗碳层深度的升高，碳在钢中的扩散系数呈指数上 升，渗碳速度加快，蛋渗碳温度过高会使晶粒粗大，工件畸变增大，设备寿命降 低等负面影响。渗层厚度为 0.81.2mm，可以选取 t=920。 3.7 渗碳介质渗碳介质 渗碳介质：煤油。 渗碳介质煤油在不同温度下的分解产物及含量见表 3.2。 表表 3.2 煤油在不同温度下的分解产物及含量煤油在不同温度下的分解产物及含量 名称 温度/ 分解产物 CO2 CO H2 CH4 CmHn O2+N2 煤油 950 0.42.2 1.24.6 3746 4056 12 0.40.8 800

13、0.41.2 1218 1926 38.447.3 2029 0.47.3 介质参数见表 3.3。 表表 3.3 名称 分子式 渗碳反应式 用途 煤油 航空煤油、 灯油主要成 分为：C9C14和 C11C17 850以下分解不充分， 含大量的烯烃， 容易残生碳黑和结焦，反应式： n1(C11H24C17H36)n2CH4+n2C+nH2 强渗碳剂 3.8 保温时间保温时间 保温时间：5 小时 依据：20CrMnTi 钢的渗碳层深度与渗碳时间的关系表 3.4、表 3.5。 表表 3.4 煤油煤油-甲醇滴注式通用气体渗碳工艺甲醇滴注式通用气体渗碳工艺 渗碳过程 排气 升温 碳势调整 强渗 扩散 预

14、冷 渗碳0.40.7mm 不少于 1h 自然升温 20min 1h 30min 20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺 试验分析部 袁红昆 7 层深 度及 时间 0.60.9mm 不少于 1h 自然升温 20min 1.5h 30min 0.81.2mm 不少于 1h 自然升温 20min 2h 30min 1.11.6mm 不少于 1h 自然升温 20min 3h 30min 表表 3.5 渗碳强渗时间渗碳强渗时间 渗碳深度 /mm 渗碳温度/ 强渗后渗碳 层深度/mm 扩散时 间/h 扩散后的渗 层深度/mm 92010 93010 94010 0.40.7mm 40min 30min 20

15、min 0.200.25 1 0.50.6 0.60.9mm 1.5h 1h 30min 0.350.40 1.5 0.70.8 0.81.2mm 2h 1.5h 1h 0.450.55 2 0.80.9 1.11.6mm 2.5h 2h 1.5h 0.600.70 3 1.21.3 3.9 渗碳工艺渗碳工艺 装炉后排气，滴油量 3565 滴/分钟，保温时间 160180 滴/分钟，渗层达到 要求后降温到 85010预冷 30 分钟，为淬火做准备。 渗碳工艺曲线见图 3.1。 图图 3.1 渗碳工艺曲线图渗碳工艺曲线图 3.10 渗碳缓冷后的组织渗碳缓冷后的组织 组织由表面至心部依次为：珠光体

16、+二次渗碳体珠光体珠光体+铁素体 心部组织。 心部 表层 图图 3.2 20CrMnTi 钢渗碳后缓冷组织钢渗碳后缓冷组织 4. 20CrMnTi 齿轮渗碳后淬火处理工艺齿轮渗碳后淬火处理工艺 20CrMnTi 齿轮钢的热处理工艺 试验分析部 袁红昆 8 4.1 淬火的目的淬火的目的 淬火的目的是为了使过冷奥氏体进行马氏体（或贝氏体）转变，得到马氏体 （或贝氏体）组织，然后配合以不同温度的回火，以提高工件的硬度、强韧性、 弹性、耐蚀性和耐磨性等，获得所需的力学性能。 4.2 淬火设备淬火设备 气体渗碳后零件采用从渗碳温度随炉降温到适宜的淬火温度， 经一段保温均 热后直接淬火（水或油）的热处理工艺，因此淬火工艺与渗碳炉