滲碳鋼知識全解|熱處理人必須了解
發(fā)布日期：2020-09-08
滲碳是一種表面熱處理技術(shù)，指向鋼件表面擴(kuò)滲碳原子后進(jìn)行淬火的熱處理方式。通過碳的滲入，可顯著改善鋼部件的耐磨性、耐久性、韌性等性能。
用于制造滲碳零件的鋼稱為滲碳鋼。滲碳鋼的主要熱處理工序一般是在滲碳之后再進(jìn)行淬火和低溫回火。處理后零件的心部為具有足夠強(qiáng)度和韌性的低碳馬氏體組織，表層為硬而耐磨的回火馬氏體和一定量的細(xì)小碳化物組織。
有些結(jié)構(gòu)零件，是在承受較強(qiáng)烈的沖擊作用和受磨損的條件下進(jìn)行工作的，例如汽車、拖拉機(jī)上的變速箱齒輪，內(nèi)燃機(jī)上的凸輪、活塞銷等。
根據(jù)工作條件，要求這些零件具有高的表面硬度和耐磨性，而心部則要求有較高的強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)捻g性，即要求工件“表硬里韌”的性能。
為了兼顧上述雙重性能，可以采用低碳鋼通過滲碳淬火及低溫回火來達(dá)到，此時(shí)零件心部是低碳鋼淬火組織，保證了高韌性和足夠的強(qiáng)度，而表層(在一定的深度)則具有高碳量(0.85%～1.05%)，經(jīng)淬火后有很高的硬度(HRC>60)，并可獲得良好的耐磨性。
滲碳鋼的成分特點(diǎn)
滲碳鋼的含碳量一般都很低(在0.15%～0.25%之間)，屬于低碳鋼，這樣的碳含量保證了滲碳零件的心部具有良好的韌性和塑性。
為了提高鋼的心部的強(qiáng)度，可在鋼中加入一定數(shù)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鋼的淬透性，使其在淬火和低溫回火后表層和心部組織得到強(qiáng)化。
另外，少量的Mo，W，Ti等碳化物形成元素，可形成穩(wěn)定的合金碳化物，起到細(xì)化晶粒、抑制鋼件在滲碳時(shí)發(fā)生過熱的作用。
微量的B(0.001%～0.004%)能強(qiáng)烈地增加合金滲碳鋼的淬透性。
滲碳鋼的分類
根據(jù)淬透性或強(qiáng)度等級的不同，合金滲碳鋼分為三類。
1）低淬透性合金滲碳鋼
即低強(qiáng)度滲碳鋼(抗拉強(qiáng)度≤800MPa)，如15Cr，20Cr，15Mn2，20Mn2等。這類鋼淬透性低，經(jīng)滲碳、淬火與低溫回火后心部強(qiáng)度較低且強(qiáng)度與韌性配合較差。主要用于制造受力較小，強(qiáng)度要求不高的耐磨零件，如柴油機(jī)的凸輪軸、活塞銷、滑塊、小齒輪等。
這類鋼滲碳時(shí)心部晶粒易于長大，特別是錳鋼。若性能要求較高時(shí)，這類鋼在滲碳后經(jīng)常采用二次淬火法，即在滲碳后先作正火處理，以消除滲碳時(shí)形成的過熱組織，然后再重新加熱淬火。
2）中淬透性合金滲碳鋼
即中強(qiáng)度滲碳鋼(抗拉強(qiáng)度=800～1200MPa)，如20CrMnTi，12CrNi3A，20CrMnMo，20MnVB等。這類鋼含合金元素總量約在4%左右，由于主要是把Cr和Mn二元素配合加入鋼中，能更有效地提高淬透性和機(jī)械性能(抗拉強(qiáng)度=1000～1200MPa)。一般用來制造重負(fù)荷的中、小耐磨件和中等負(fù)荷的模數(shù)較大的齒輪。如汽車、拖拉機(jī)的變速箱與后橋齒輪、齒輪軸、十字銷頭、花鍵軸套、氣門座、凸輪盤等。
這類鋼由于含有Ti，V，Mo，滲碳時(shí)奧氏體晶粒長大傾向小，因此可采用自滲碳溫度預(yù)冷到870°C左右直接淬火，并經(jīng)低溫回火后使零件具有較好的機(jī)械性能。
3）高淬透性合金滲碳鋼
即高強(qiáng)度滲碳鋼(抗拉強(qiáng)度＞1200MPa)，如12Cr2Ni4，18Cr2Ni4WA等。這類鋼含合金元素總量≤7.5%，由于含Cr，Ni元素較多，可大大地提高鋼的淬透性，特別是加入了較多的Ni，在提高強(qiáng)度的同時(shí)，使鋼具有良好的韌性。這類鋼可用作承受重載和強(qiáng)烈磨損的重要大型零件，如內(nèi)燃機(jī)車的主動牽引齒輪、柴油機(jī)曲軸、連桿及缸頭精密螺栓等。
由于含有較高的合金元素，使C曲線大為右移，因而在空氣中冷卻也能得到馬氏體組織;另外，其馬氏體轉(zhuǎn)變溫度也急劇下降，使?jié)B碳表層在淬火后將保留大量的殘余奧氏體。為了減少淬火后殘余奧氏體量，可在淬火前先高溫回火，使碳化物球化或在淬火后采用冷處理。
