合金渗碳钢应用举例(精)
20CrMnTi渗碳钢和40Cr对比
20CrMnTi 与40Cr力学性能对比分析报告一：20CrMnTi是一种渗碳钢，齿轮钢，合金结构钢。
渗碳齿轮钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢，多用于轴类零件并进行渗碳或进行调质但不能进行渗氮（注意渗氮常用于中合金钢，中碳含Cr钢，淬层深一般为0.1-0.3，表面硬度700-900HV），渗碳淬火后具有良好的耐磨性和抗弯强度，有较高的低温冲击韧度。
汽车上多用其制造传动齿轮，是中淬透性渗碳钢中Cr Mn Ti 钢系列。
其淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，常用于要求强度和韧性均较高的轴（如齿轮轴，蜗杆等）特别是具有较高的低温冲击韧性，但是在高温和腐蚀条件下工作的轴应选用耐热钢和不锈钢1Cr18Ni9Ti,在结构形状复杂的轴常选用球墨铸铁。
20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢，它具有良好的加工切削性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。
主要用途有：常用于齿轮，轴类，汽车三叉万向节，活塞类零配件以及汽车，飞机等各种特殊零件部位。
20CrMnTi 淬火+低温回火后，综合力学性能和低温冲击韧度良好，渗碳后具有良好的耐磨和抗弯强度，热处理工艺简单，热加工和冷加工性较好，但高温回火时有回火脆性倾向。
20CrMnTi工艺路线为：下料，锻造，正火，粗加工，(渗碳，淬火+低温回火，)或调质，精加工或磨削。
（锻造件优于同等条件下的铸件）一般渗碳层深度为0.8-1.2毫米，深度渗碳可达2毫米或更深，渗碳后表面硬度可达HRC58-63，心部硬度可达HRC30-42,渗碳可提高零件强度，耐磨性和冲击韧性，以延长零件寿命。
渗碳层深度范围工艺参数：1.热处理后不需磨制零件：0.7-1.1；1.0-1.4；1.2-1.6mm2.热处理后需磨制零件：0.6-1.0；0.8-1.2；1.0-1.4轴表面淬火处理后的淬硬层深度与性能要求，工作条件及淬硬层深度之间的关系：1.用于耐磨，载荷型不大条件下，淬硬层深度0.5-1.5；2.用于耐磨载荷较大或有冲击载荷下，淬硬层深度2.0-6.53.用于抗疲劳，周期性弯曲或扭转下，淬硬层深度3.0-12.2. 20CrMnTi特性及适用范围：是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳+淬火+低温回火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。
合金结构钢的主要用途-(超级好)
用作在高应力承受强烈磨损条件下工作的零件,如万向接轴、齿轮、曲轴、连杆、各类小轴等；重型机械的主大型轴、大型齿轮、汽车上传动花键轴及承受大冲击负荷的心轴等；也可用作板簧及平卷簧
20MnV
相当于20CrNi钢,可用于制造锅炉、高压容器、管道等
30Mn2MoW
可代替30CrNi4Mo(法国30NCD16）及时25CrNiW钢,制造轴、杆类调质件
40CrV
用作重要的曲轴、齿轮、推杆、随高负荷的螺栓、机车连杆、螺旋桨轴承支架、横梁等
50CrVA
用作大截面的在400°C以下工作的重要零件和特别重要的、承受高应力的各种尺寸的螺旋弹簧等
15CrMn
用作齿轮,蜗轮、塑料模、汽轮机封汽轴套等
20CrMn
用作截面不大、承受中等压力而冲击负荷不大的零件,如蜗杆、主轴、齿轮、轴、机械无级变速装置的摩擦轮、调速器套筒等,相当于20CrNi钢
牌号
用途举例
35CrMoV
用作重型和中型机械上承受高应力的重要零件,如在500-520°C下长期工作的汽轮机轮子和叶轮,高级涡轮鼓风机和压缩机的转子、盖盘、转盘、功率不大的发电机轴,以及强力发动机零件等
24CrMoV
用作大锻件调质钢,直径< 500毫米和450-500°C下长期工作的汽轮发电机轮子、叶轮和轴,锅炉上高强度的和在350-525°C下工作的耐热法兰和螺栓、螺母；可代CrNiMo钢作电铲传动齿轮和轴
20MnVB
用于制造模数大、负荷较重的中、小渗碳件,如齿轮、轴类,可代替20CrMnTi、20Cr钢
40MnVB
可代40Cr钢或部分代42CrMo、40CrNi钢制造重要调质零件
20MnTiB
用于制造尺寸较小、中等负荷的渗碳齿轮及其它零件、可代20CrMnTi钢
27 汽车材料 教案：合金结构钢——合金渗碳钢
《汽车材料》教案任课教师：课程名称：课程代码：上课班级：专业：总学时：周学时：学期：202 ～202 学年第学期汽车材料教案主要教育教学目标一、知识目标1. 能说出合金结构钢的形成及各合金元素的作用；2. 能概述合金结构钢的分类及牌号；3. 能概述低合金高强度钢的性能要求及热处理工艺；4. 能概述合金渗碳钢的性能要求及热处理工艺；5. 能概述合金调质钢的性能要求及热处理工艺；6. 能概述合金弹簧钢的性能要求及热处理工艺；7. 能概述滚动轴承钢的性能要求及热处理工艺；二、能力目标1. 具有根据使用要求识别合金结构钢的能力；2. 具有分析合金结构钢成分、组织和性能的能力；3. 具有根据合金结构零件的使用要求，进行初步选材和分析其加工工艺的能力。
三、素质目标1. 培养严谨的工作态度、责任心；2. 培养吃苦耐劳的精神；3. 培养能运用所学知识解决实际问题的能力。
教学活动过程一、组织教学二、复习前课知识1、低合金高强度钢的分类及牌号；2、低合金高强度钢的性能要求。
三、导入新课对于工作条件较为苛刻，要求具有较高的强度和硬度，比如汽车、拖拉机的变速齿轮，我们用什么合金钢呢？点名，记考勤（1min）教师提问引导学生回答（2 min ）导出：采用在碳钢基础上加入相应的合金元素，制作成合金渗碳钢，来满足相关的需求。
四、新授课第三节合金结构钢——合金渗碳钢一、合金渗碳钢1、工作条件（1）表面受强烈磨损（2）承受冲击载荷及交变应力作用2、性能要求（1）表面：高的硬度、耐磨性和接触疲劳强度（2）心部：应有较高的韧性和塑性、足够的强度（3）在高的渗碳温度下奥氏体晶粒不易长大，并有良好的淬透性3、成分特点：低碳：0.10~0.25%C加入提高淬透性元素：Cr、Ni、Mn、B加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：Ti、V、W、Mo4、热处理获得表面硬、心部韧的性能预先热处理——正火：提高硬度，改善切削加工性；最终热处理——渗碳：提高表面含碳量（WC=0.85-1.05%）；淬火+低回：提高表面硬度和耐磨性，心部仍有较高的强韧性。
常用渗碳(碳氮共渗)钢
零件表面要求耐磨，心部又要求有良好的强韧性，常采用20Cr、20CrMnTi钢等淬透性较好的低合金渗碳（碳氮共渗）钢。如长期在摩擦条件下工作，承受一定交变负荷和冲击负荷的活塞销、销轴等常采用20Cr钢渗碳（碳氮共渗）淬火；对交变负荷重、冲击较大的齿轮(截面≤30～35 mm)，则采用20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火。20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火晶粒细小，淬透性好，且热处理变形小，可保证心部得到以低碳马氏体为主体的组织，心部强度高(HRC38～43)，同时又有较高的塑韧性(αk≥100 J/cm2)；对负荷更重的大截面(工件壁厚≥35～40 mm)的渗碳（碳氮共渗）齿轮，可同重型拖拉机、汽车一样，采用30CrMnTi钢，保证心部较高强度，且心部与渗碳（碳氮共渗）层过渡区的强度也较高。
渗碳（碳氮共渗）钢选材也以淬透性为主，心部要求较高强韧性，一般选用低碳合金钢，否则选用低碳钢，渗碳（碳氮共渗）是充分发挥材料的潜力，所以要尽量选用符合零件性能要求的材料，以提高经济效益。
低碳钢渗碳（碳氮共渗）淬火与中碳钢调质(正火)高频表面淬火，虽二者都是提高零件表面硬度、耐磨性及疲劳强度，但使用时应有区分。一般讲，低碳钢淬火主要用于σb＝700～1000 MPa的较大负荷及冲击较大、中低速的齿轮，花键轴类等零件；而中碳钢高频表面淬火则用于相对负荷较轻(400～700 MPa)，冲击较小的齿轮、轴类等零件。因中碳马氏体的高频淬火层的耐磨性及调质心部的强韧性均较低碳钢渗碳（碳氮共渗）淬火的渗碳（碳氮共渗）层及低碳马氏体心部的为低。此外，受高频淬火工艺的影响，较大模数(m＝5～6)重载齿轮及锥形伞齿轮，齿面高频淬火层沿齿廓分布而无法完成；尤以大锥齿轮两弧齿面硬度差值大，使用中常发生断齿等过早期损坏现象，影响正常运行。对此，应考虑采用20CrMnTi钢渗碳（碳氮共渗）淬火取代40Cr钢调质与高频淬火，虽然制造成本高了些，但一顶几用，还是利大于弊。
高合金渗碳钢的密度,杨氏模量
高合金渗碳钢是一种具有优异机械性能和耐磨性的金属材料。
它是通过在低碳钢表面渗入铬、钼、钛和其他合金元素来进行合金化处理，以提高其硬度和抗拉强度。
在高合金渗碳钢中，碳元素的含量通常在0.7至2.1之间。
高合金渗碳钢因其独特的材料特性而被广泛应用于制造领域，如航空航天、汽车制造、机械加工等。
1. 密度高合金渗碳钢的密度一般在7.85g/cm³至8.1g/cm³之间。
由于高合金渗碳钢含有大量的合金元素，其密度相对较高。
高密度使其具有较强的质量感和稳定性，使其在高温高压下仍能保持稳定的结构和性能。
2. 杨氏模量杨氏模量是衡量材料弹性性能的重要参数之一，它描述了材料在受力时的形变特性。
对于高合金渗碳钢而言，其杨氏模量通常在2.1×10^5MPa至2.4×10^5MPa之间。
这一范围的杨氏模量表明高合金渗碳钢具有较高的弹性模量，使其在受力时能够保持较好的弹性形变特性。
在实际应用中，高合金渗碳钢的密度和杨氏模量对其机械性能和应力应变特性具有重要影响。
其高密度和杨氏模量使其在制造领域中被广泛应用于承受高强度和高压力负荷的零部件制造，如汽车发动机零部件、航空发动机叶片、高速列车轴承等。
高合金渗碳钢的密度和杨氏模量是其材料特性中重要的参数，它们决定了高合金渗碳钢在实际工程应用中的性能表现。
通过研究和了解高合金渗碳钢的密度和杨氏模量，可以更好地指导其在制造领域的合理应用和设计，为工程材料的选择提供重要的参考依据。
高合金渗碳钢是一种重要的工程材料，其密度和杨氏模量的特性直接影响着其在航空航天、汽车制造、机械加工等领域的应用。
在实际工程中，高合金渗碳钢所承受的机械应力和压力往往十分巨大，因此其密度和杨氏模量作为重要的材料参数，对于材料的强度、韧性、稳定性等方面都有重要的影响。
3. 硬度和强度高合金渗碳钢的密度和杨氏模量直接影响着其硬度和强度。
由于高合金渗碳钢中包含大量的合金元素，使得其晶格结构更加稳定，并且在金属晶粒中形成了更多的固溶体、析出相等，从而提高了材料的硬度和强度。
金属工艺学9
≤0.35
≤0.40
0.030 0.035
197
T11
1.05~ 1.14
≤0.35
≤0.40
0.030 0.035
207
T12
1.15~ 1.24
≤0.35
≤0.40
0.030 0.035
207
T13
1.240
0.030 0.035
217
800~
820
承受冲击，韧性较好、硬度适
（1）碳素结构钢
1）含碳量小于0.38%。Ws≤0.035--0.05% Wp≤0.035%--0.045%
2）组织：F+P
碳素结构钢
Q表示屈服点
牌号表示方法：
Q235 － A ·F
屈服强度及 代号
(Q195～Q275)
质量等 级符号
脱氧方法 (F、b、 Z、TZ)
(A、B、C、D)
▪ 数字后标注字母A、B、C、D，表示钢材质量等级不同，从 A到D含磷、硫量的依次降低，A级质量最差，D级质量最好。
235 Z
375～460
≤0.035 TZ
用于结构件、钢板、
螺纹钢筋、型钢、螺
≥26
栓、螺母、铆钉，拉 杆、齿轮、轴、连杆
Q235C、D可用作重要
焊接结构件。
A
Q255
0.18～0.28
B
Q275 — 0.28～0.38
≤0.050 ≤0.045 ≤0.050
≤0.045 ≤0.045
Z
255 410～510
第五节 零件选材的一般原则
满足工作性能要求 满足工艺性能要求 满足经济性要求
铬是不锈钢中最重要的合金元素，其在不锈钢中的含量一 般为11.50%-32.10%。
工程材料第四章习题答案
工程材料作业（4）答案1.解释下列现象:(1) 在相同含碳量下，除了含Ni和Mn的合金钢外，大多数合金钢的热处理加热温度都比碳钢高。
奥氏体形成分为形核、长大、残余渗碳体溶解，奥氏体均匀化4阶段。
多数合金元素减缓A形成，Cr、Mo、W、V等强碳化物形成元素与碳亲和力大，形成的合金元素的碳化物稳定、难溶解，会显著减慢碳及合金元素的扩散速度。
但为了充分发挥合金元素的作用，又必须使其更多的溶入奥氏体中，合金钢往往需要比含碳量相同的碳钢加热到更高的温度，保温更长时间。
Co、Ni等部分非碳化物形成元素，因增大碳的扩散速度，使奥氏体的形成速度加快。
而Al、Si、Mn等合金元素对奥氏体形成速度的影响不大。
阻碍晶粒长大，合金钢需要更高的加热温度，更长的保温时间，才能保证奥氏体均匀化。
（加热温度升高了，但一般不会引起晶粒粗大：大多数合金元素都有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。
碳化物形成元素的作用最明显，因其形成的碳化物高温下稳定性高，很难完全溶入奥氏体，未溶的细小碳化物颗粒，分布在奥氏体晶界上，有效的阻止晶粒长大，起到细化晶粒的作用。
所以，合金钢虽然热处理加热温度高，但一般不用担心晶粒粗大。
强烈阻碍晶粒长大的元素：V、Ti、Nb、Zr；中等阻碍的：W、Mo、Cr；影响不大的：Si、Ni、Cu；促进晶粒长大的：Mn、P、B）(2) 在相同含碳量下，含碳化物形成元素的合金钢比碳钢具有较高的回火稳定性。
回火过程一般分为：马氏体分解、残余奥氏体转变、碳化物类型转变和碳化物长大。
合金元素在回火过程中，推迟马氏体的分解和残余奥氏体的转变（即在较高温度才出现分解和转变），提高铁素体的再结晶温度，使碳化物难以聚集长大而保持较大的弥散度。
因此，提高了钢对回火软化的抗力，即提高了钢的回火稳定性。
使得合金钢在相同温度下回火时，比同样质量分数的碳钢具有更高的硬度和强度（对工具钢，耐热钢更重要），或在保证相同强度的条件下，可在更高的温度下回火，而韧性更好（对结构钢更重要。
合金结构钢的特性及应用举例
40Cr
经调质处理后，具有良好的综合力学性能、低温冲击性极低的缺口敏感性，淬透性良好，油淬时可得到较高的疲劳强度，水淬时复杂形状的零件易产生裂纹，冷弯形塑性中等，正火或调质后切削加工性好，但焊接不佳，易产生裂纹，焊前应预热到100~150℃，一般在调质状态下使用，还可以氰化或高频淬火处理。
使用最广泛的钢种之一，调质处理后用于制造中速、中载的零件，如机床齿轮、轴、花键轴等，调质并表面高频淬火后用于制造高硬度、耐磨的零件如齿轮、轴、进气阀等，经淬火及中温回火后用于制造重载、中速冲击的零件如油泵转子、齿轮等，经淬火及低温回火后用于制造重载、低冲击、耐磨的零件，如主轴、轴、蜗杆等
20CrMnTi
渗碳钢，也可作为调质钢使用，淬火低温回火后，综合力学性能和低温冲击韧性良好，渗碳后具有良好的耐磨性和抗弯强度，热处理工艺简单，热加工和冷加工性较好，但高温回火时有回火脆性倾向
是应用广泛、用量很大的一种合金结构钢，用于制造汽车拖拉机中的截面尺寸小于30mm的中载或重载、冲击耐磨且高速的各种重要零件，如齿轮轴、齿圈、齿轮、十字轴、滑动轴承支撑的主轴、爪牙离合器，有时还可替代20SiMnVB、20MnTiB使用
20CrMo
热强性较高，在500~520℃时，热强性仍较高，淬透性较好，无回火脆性，冷应变塑性、切削性及焊接均良好，一般在调质或渗碳淬火状态下使用
用于制造化工设备中非腐蚀介质及工作温度250℃以下、氮氢介质的高压管和各种紧固件，汽轮机、锅炉中的叶片、隔板、锻件、轧制型件，一般机器中的齿轮、轴等重要渗碳零件，还可代替1Cr13使用
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2、热处理
预先热处理：正火，改善锻造组织，利于切削加工
最终热处理：淬火＋低回下料→锻造ห้องสมุดไป่ตู้正火→齿形加
工→渗碳→预冷淬火 →低温回火→喷丸→精磨
金属材料与热处理
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3、热处理工艺曲线
最终组织：表层：高碳M回+Cm+A残心部：低碳M回 +F
金属材料与热处理
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小结
20 CrMnTi的热处理工艺
金属材料与热处理
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金属材料与热处理课程
合金渗碳钢应用举例
主讲教师：王仙萌 西安航空职业技术学院
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合金渗碳钢应用举例
应用举例：
1、20 CrMnTi齿轮制造工艺
下料→锻造→正火→齿形加工→渗碳→预冷淬火 →低温 回火→喷丸→精磨
金属材料与热处理