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可經(jīng)受滲碳淬火使表面硬度和耐磨性提高而心部保持適當(dāng)強(qiáng)度和韌性的鋼。

滲碳鋼常用的合金鋼系列主要是CrMn系、Cr-Mo 系和Cr-Ni-Mo系等。

保證滲碳鋼心部的組織和性能的核心是淬透性。一般用途的滲碳鋼件的心部組織為50%左右的馬氏體加其他非馬氏體組織。重要用途(如航空滲碳齒輪),心部組織亦應(yīng)為馬氏體或馬氏體/貝氏體組織。提高淬透性的常用合金元素有鉻、錳、鎳、鉬和硼。從合金化的經(jīng)濟(jì)角度考慮,CrMn系(特別是含硼鋼)值得推薦,但就生產(chǎn)和使用的角度而言,Cr-Mo 系鋼更為優(yōu)越。重要用途的、高質(zhì)量要求的滲碳鋼一般均含有一定量的鉬,尤其是對于重載的大型滲碳件更需要。

當(dāng)心部性能確定后,滲層組織和性能對其使用壽命具有決定性作用。滲層的組織要求為全馬氏體和細(xì)小、彌散、球狀分布的合金碳化物。保證滲層組織的核心仍然是淬透性。滲層應(yīng)具有高的硬度、良好的顯微組織、合理的殘余應(yīng)力分布和一定的韌性儲備。

1、用途滲碳鋼主要用于制造要求高耐磨性、承受高接觸應(yīng)力和沖擊載荷的重要零件,如汽車、拖拉機(jī)的變速齒輪,內(nèi)燃機(jī)上凸輪軸、活塞銷等。

2、性能要求①表面具有高硬度和高耐磨性,心部具有足夠的韌性和強(qiáng)度,即表硬里韌;②具有良好的熱處理工藝性能,如高的淬透性和滲碳能力,在高的滲碳溫度下,奧氏體晶粒長大傾向小以便于滲碳后直接淬火。

3、成分特點(diǎn)①低碳:含碳量一般為0.1~0.25%,以保證心部有足夠的塑性和韌性,碳高則心部韌性下降。②合金元素:主加元素為Cr、Mn、Ni、B等,它們的主要作用是提高鋼的淬透性,從而提高心部的強(qiáng)度和韌性;輔加元素為W、Mo、V、Ti等強(qiáng)碳化物形成元素,這些元素通過形成穩(wěn)定的碳化物來細(xì)化奧氏體晶粒,同時還能提高滲碳層的耐磨性。

4、熱處理和組織特點(diǎn)滲碳件一般的工藝路線為:下料→鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳→淬火+低溫回火→磨削。滲碳溫度為900~950℃,滲碳后的熱處理通常采用直接淬火加低溫回火,但對滲碳時易過熱的鋼種如20、20Mn2等,滲碳后需先正火,以消除晶粒粗大的過熱組織,然后再淬火和低溫回火。淬火溫度一般為Ac1+30~50℃。使用狀態(tài)下的組織為:表面是高碳回火馬氏體加顆粒狀碳化物加少量殘余奧氏體(硬度達(dá)HRC58~62),心部是低碳回火馬氏體加鐵素體(淬透)或鐵素體加托氏體(未淬透)。

5、常用鋼種

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(qiáng)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(jī)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(jī)、坦克的曲軸和齒輪等。