20CrMnTi的工艺路线分析

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1、20CrMnTi的工艺路线分析20CrMnTi的工艺路线：下料一锻造一正火一机械粗加工一渗碳一 淬火+低温回火一机械精加工20CrMnTi（J9： 30-42HRC）主要性能特点：为中淬透性低碳 钢，具有良好的综合力学性能，低温冲击韧度较高，晶粒长大倾向 小，冷热加工性能均较好。该钢由于Cr、Mn、Ti多元复合合金化的作用，淬透性好油淬 临界直径约40mm;渗碳淬火后，具有较高的耐磨性和高的强韧度， 特别是低温冲击吸收能量比较高；钢的渗碳工艺性能好，晶粒长大 倾向小，可直接淬火，变形也比较小。其中锰，铬主要作用是提高渗碳钢的淬透性，以使较大尺寸的 零件在淬火时芯部能获得大量的板条马氏体组织。另

2、外还可以改善 渗碳层参数。钛可以组织奥氏体晶粒在高温渗碳时的长大，能细化 晶粒。20CrMnTi钢一般可制造300mm的高速、中载、受冲击和磨损 的重要零件，如汽车、拖拉机变速箱齿轮，离合器轴和车辆上的伞 齿轮及主动轴等，其他钢种如20Mn2TiB、20CrMnMo等和20CrMnTi 钢相近，有些方面优于20CrMnTi钢。一下料下料是指确定制作某个设备或产品所需的材料形状、数量或质 量后，从整个或整批材料中取下一定形状、数量或质量的材料的操 作过程。下料一般包括号料和划线等，号料就是根据板在钢材上画出构 件的实样，并打上各种加工记号，为钢材的切割下料作准备。划线是利用加工制作图、样杆、样板

3、及钢卷尺进行划线。 划线的要领有两条：1. 划线作业场地要在不直接收日光及外界气温影响的室内，最 好是开阔、明亮的场所。2. 用划针划线比用墨尺及划线用绳的精度高，划针可用砂轮磨 尖，粗细度可达0.3mm左右。二锻造锻造是在锻压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生塑性 变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。锻造方法有自由锻和模锻。自由锻是利用冲击力或压力使加热好的金属在上、下抵铁之间 产生变形。它适用于单件和小批量生产；特别适于重型、大型锻件 生产。模锻是利用模具使毛坯变形获得锻件的方法。常用的模锻设 备有蒸汽-空气模锻锤、压力机等。它又分为锤上模锻，胎膜锻， 压力机上模

4、锻。适于小型锻件的成批大量生产。拔长时的锻造比为y拔二F0/F二L/L0镦粗时的锻造比为y镦二F/F0二H0/H通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优 化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性 能一般优于同样材料的铸件。经锻造以后晶粒大小形状发生了变 化，改变了钢的组织，增加了锻造应力，提高了硬度，在机械加 工前需预备热处理。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件， 除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。变形温度按变形温度，锻造又可分为热锻（锻造温度高于坯料金属的再 结晶温度）、温锻（锻造温度低于金属的再结晶温度）和冷锻（常 温）。钢的开

5、始再结晶温度约为727C，但普遍采用800C作为划分 线，高于800C的是热锻；在300800C之间称为温锻或半热锻。材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。金属在 变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。正确地选 择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温 度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关 系。一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料。棒料的晶粒 组织和机械性能均匀、良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于 组织批量生产。只要合理控制加热温度和变形条件，不需要大的锻 造变形就能锻出性能优良的锻件。铸锭仅用于大型锻件。铸锭是铸态组织，

6、有较大的柱状晶和疏 松的中心。因此必须通过大的塑性变形，将柱状晶破碎为细晶粒， 将疏松压实，才能获得优良的金属组织和机械性能。经压制和烧结成的粉末冶金预制坯，在热态下经无飞边模锻可 制成粉末锻件。锻件粉末接近于一般模锻件的密度，具有良好的机 械性能，并且精度高，可减少后续的切削加工。粉末锻件内部组织 均匀，没有偏析，可用于制造小型齿轮等工件。但粉末的价格远高 于一般棒材的价格，在生产中的应用受到一定限制。对浇注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝 固、结晶、流动、塑性变形和成形，就可获得所需形状和性能的模 锻件。液态金属模锻是介于压铸和模锻间的成形方法，特别适用于 一般模锻难于成形的

7、复杂薄壁件。不同的锻造方法有不同的流程，其中以热模锻的工艺流程最长， 一般顺序为：锻坯下料；锻坯加热；辊锻备坯；模锻成形；切边； 冲孔；矫正；中间检验，检验锻件的尺寸和表面缺陷；锻件热处理， 用以消除锻造应力，改善金属切削性能；清理，主要是去除表面氧 化皮；矫正；检查，一般锻件要经过外观和硬度检查，重要锻件还 要经过化学成分分析、机械性能、残余应力等检验和无损探伤。金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。铸造组织经 过锻造方法热加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大 枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢 锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变

8、得更 加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。此外，锻造加工 能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持 一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用 寿命采用精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺生产的锻件，都是铸件 所无法比拟的 锻件是金属被施加压力，通过塑性变形塑造要 求的形状或合适的压缩力的物件。这种力量典型的通过使用铁锤或 压力来实现。铸件过程建造了精致的颗粒结构，并改进了金属的物 理属性。在零部件的现实使用中，一个正确的设计能使颗粒流在主 压力的方向。铸件是用各种铸造方法获得的金属成型物件，即把冶 炼好的液态金属，用浇注、压

9、射、吸入或其它浇铸方法注入预先准 备好的铸型中，冷却后经落砂、清理和后处理等，所得到的具有一 定形状，尺寸和性能的物件。钢的可锻性在锻造中常用可锻性这一名词表示金属材料在锻造时变形的 难易程度。可锻性一般用塑性和变形抗力两个指标来衡量。高温下 塑性好、变形抗力低的钢或合金，较容易锻造，由可锻性好；而塑 性差、变形抗力大的钢或合金，锻造时易产生裂纹等缺陷，或所需 设备吨位较大，锻造较困难，故可锻性差。在国外常评价各种钢及 合金的相对可锻性。相应可锻性是基于各种合金在各自锻造温度范 围内每消耗单位能量所得到的变形量，同时还考虑了合金在锻造工 艺条件下达到规定的急剧变形程度的困难性以及断裂倾向性。可

10、锻性对锻件成形和锻件质量有重要影响，了解和研究各种金 属材料的可锻性，对于正确制定锻造工艺和确定锻造设备吨位具有 重要意义。杂质及合金元素对钢的塑性影响钢的高温塑性除与冶金质量 和锻造热参数等因素有关外，主要取决于它的化学成分。氧在钢中形成的氧化物夹杂如MnO,SiO2,Al2O3等，它们的熔 点高，硬而脆，其数量、大小及分布情况对钢的塑性有一定影响。 而FeO与FeS可形成低熔点（约930C）共晶体，加剧钢的热脆性。 氢含量高的钢锻造时易产生龟裂，并在冷却过程中易形成白点等缺 陷。碳在锻造温度范围内，若能全部溶入奥氏体，则对钢的塑性影 响不大。只有当钢的含碳量较高时，由于较多渗碳体甚至莱氏体

11、从 固溶体中析出，钢的塑性才大为下降。锰在钢中可优先形成MnS（熔点为1620C）,从而减小钢的热脆 性。当锰含量大于0.8%时，作为合金元素，促进晶粒长大，使钢 容易产生过热。镍在冶炼过程中可提高钢的吸气能力，尤其是吸收 氢的能力，促进钢中形成气泡或产生裂纹。钛与硫形成TiS,其熔点高于FeS，可减轻高硫钢的热脆性。钢锻后的性能锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件 外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与 长的使用寿命。三预先热处理一-正火定义:将钢加热至Ac3或Accm以上3050C保温，在空气中冷却， 得到珠光体类组织的热处理工艺。目的：细化组织，

12、消除热加工造成的过热缺陷，使组织正常化; 提高普通结构零件的机械性能。用于低碳钢，提高硬度，改善 钢的切削加工性能；用于中碳钢代替调制处理,为高频淬火做准 备.用于高碳钢可消除网状渗碳体，为球化退火做准备.20CrMnTi的正火工艺为：加热温度920950摄氏度，保温，空 冷 156207HBS加热温度在Ac3线以上，细化晶粒，消除组织缺陷，以获得珠 光体+少量铁素体。正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织与退火组织 相比，组织中的珠光体量相对要多，且片层较细密，得到的珠光体 邻域小，因此其机械性能也有所提高。正火后零件的强度和硬度比 退火时要高，且随着含碳量的增加差别越显著。另外，正火

13、炉外冷 却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退 火。正火之前工艺一般为锻造，锻造温度在1200左右，使晶粒粗大， 正火加热温度比锻造低但零件也完全奥氏体化，因此得到的奥氏体 晶粒较锻造细小，冷却到两相区时，从奥氏体中析出铁素体，由于 奥氏体晶粒细小，空冷后得到的铁素体与索氏体晶粒也很细小，使 晶粒得以细化，机械性能也有所提咼。正火的应用场合1. 用于低碳钢低碳钢由于退火后硬度太低，切削加工时产生粘刀的现象，切削性 能差，正火后硬度略高于退火，韧性也比较好，可作为切削加工的 预备热处理。2. 用于中碳钢正火代替退火提高零件的力学性能，一些受力不大的工件，正 火可替代调制处理作

14、为最终热处理，简化热处理工艺；也可作为用感应加热方式进行表面淬火前的预备热处理。3. 用于工具钢、轴承钢等 过共析钢球化退火前进行一次正火，过共析钢正火加热到Accm以 上,使原先成网状的渗碳体全部溶入到奥氏体中，然后用较快的速 度冷却，抑制渗碳体在奥氏体晶界的析出，可消除或抑制网状碳化 物的析出，从而得到球化退火所需的良好组织。4. 用于大型锻件可作为最后热处理，从而避免淬火时较大的开裂倾向。5. 用于消除热加工的缺陷中碳构钢铸、锻、扎件以及焊接件在加热加工后易出现粗大晶粒及带状组织。通过正火可以消除这些缺陷组织，达到细化晶粒，均匀组织，消除内应力的目的。四机械粗加工1、在尽量短的时间内切除

15、大部分多余材料。2、为精加工提供定位精基准。3、及时发现毛坯缺陷。机械加工中粗加工余量的大小要看加工件的形状、大小、厚薄、 长短来确定。一般来说，短粗、厚实的零件的加工余量可以少留一 些，细而长、薄而大的零件的加工余量要多留一些。因为前者不太 容易变形，而后者容易变形。一般来说，粗加工是指去掉毛坯上铸造，锻造的不规则表皮， 按照零件要求简单加工到加工余量在5毫米左右。之后精加工直 接将材料加工到指定尺寸。加工设备可能是数控机床等的高级设 备。粗加工：加工方法一般为，粗车、粗刨、粗铣、钻、毛锉、 锯断等，可见刀痕。应用在非配合尺寸或不重要的配合，用于一般 要求，加工精度在IT13IT8, RaW

16、8020.半精加工：加工方法 为半精车、精车、精刨、精铣、粗磨，表面可见加工痕迹或加工痕 迹不明显。加工精度在IT10IT7, RaW102.5,用于重要配合。精加工：加工方法为精车、精刨、精磨、铰，加工精度在IT8 IT6, Ra 1.250.32，用于精密配合。超精加工：加工方法为精 磨、研磨、镜面磨、超精加工，表面光泽或达到镜面。加工精度在 IT6IT5或更高，RaW0.160.01。主要用于量块、量仪和精密 仪表、精密零件的光整加工刀具材料的选择刀具材料需满足一些基本要求：1.高硬度。刀具的最低硬度应 在60HRC以上。对于碳素工具钢材料，在室温条件下硬度应在62HRC 以上。高速钢硬度为63HRC70HRC以上。硬质合金刀具硬度为 89HRC93HRC。