热处理工艺对20CrMnTi 齿轮组织与性能的影响

刘翔

(江苏省盐城技师学院 江苏盐城 224002)

摘 要:本文分析了20CrMnTi渗碳钢齿轮的预备热处理、渗碳、淬火低温回火热处理工艺对组织与性能的影响,并对工艺进行优化,提高材料的性能,降低生产成本,提高了经济效果。

关键词:预备热处理 渗碳 淬火 低温回火 马氏体

中图分类号:TG161 文献标识码: A 文章编号:1672-3791(2010)06(b)-0252-02BMu中国热处理技术网 ― 热处理行业的超级智库 CHTE 最全的热处理技术信息网站 热处理技术网 CHTE

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    渗碳钢通常是指经渗碳淬火, 低温回火后使用的钢。20CrMnTi渗碳钢是一种低碳合金钢,工艺性能优良,广泛用于截面小于30mm承受高速、中等或重载及受冲击载荷和摩擦的重要渗碳零件,如汽车、拖拉机中的变速齿轮、凸轮、矿山机械使用的重载齿轮等, 但往往由于齿轮热处理质量不过关, 会造成加工困难、齿轮磨削中存在裂纹、组织和力学性能不合格等。本文通过对齿轮的预备热处理、渗碳、淬火回火几个方面分析, 进行工艺优化, 来提高材料的性能, 降低生产成本。

   20CrMnTi齿轮钢要达到加工、使用所需性能必须进行热处理, 目的是提高表面的硬度、耐磨性和疲劳强度,心部具有足够的强度和韧性。一般齿轮加工的工艺路线如下。

锻造→正火→齿形加工→渗碳→淬火、低温回火→喷丸→校正花键孔→磨齿[1]。一般齿轮毛坯采用锻造毛坯, 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。

1 预备热处理

    通常20CrMnTi选用正火或调质处理作为预备热处理,其目的是降低钢的硬度,提高塑性, 以利于切削加工; 细化晶粒,均匀钢的组织及成分,改善钢的性能,为以后的热处理作准备;消除锻造应力,防止变形和开裂, 保证齿形合格。

1.1 正火

    正火是将钢加热到Ac3以上30℃～50℃,保温足够的时间后出炉在空气中冷却到室温。对于一般的齿轮采用正火,正火可以减少碳和其他合金元素的成分偏析; 使奥氏体晶粒细化和碳化物的弥散分布, 以便在随后的热处理中增加碳化物的溶解量。由于正火的冷却速度较快, 获得细小的片层状渗碳体珠光体, 强度、硬度都较高, 力学性能较好。然而正火工艺是空冷,对于尺寸较大零件,内外温差大冷却速度不稳定,在连续冷却时,过冷奥氏体在A1-550℃温度范围内分解为珠光体,在550℃-Ms温度范围内, 因转变温度较低转变为贝氏体组织(即含碳量具有一定过饱和度的铁素体和分散的渗碳体(或碳化物)的混合物),其特征是过饱和碳的铁素体中分布粒状或长条状的碳化物[1]。锻造毛坯正火产生的粒状贝氏体引起硬度增高,导致了齿型加工困难,使刀具早期磨损。对于车辆齿轮或大批量的小型齿轮越来越多采用等温正火工艺。对于模数、直径较大的质量要求高的工业齿轮通常采用调质作为预备热处理[5]。

1.2 调质

    对于重要的齿轮用调质来改善钢的性能。在切削加工时,为了不致发生“粘刀”现象和使刀具严重磨损,通过改善金相组织控制钢的硬度。实践证明,为了防止锻造毛坯在预备热处理中产生粒状贝氏体影响钢的力学性能,工艺可采用淬火后680℃～700℃高温回火(即调质)来替代原来的正火。高温回火后得到回火索氏体组织, 即粒状渗碳体均匀的分布在铁素体基体上, 应力集中倾向小,硬度降低至200HB～330HB,切削性能较好。调质钢与正火钢相比不仅强度较高, 而且塑性、韧性远高于后者, 同时锻造应力得到充分的消除, 满足了机械加工要求, 在生产中已取得了良好的经济效益[2]。

2 渗碳处理工艺

 2.1 钢的化学成分

20CrMnTi的含碳量为0.20％属于低碳钢,渗碳时保证了碳元素的正常渗入。淬火热处理后心部获得低碳马氏体, 以保证心部具有足够的塑性和韧性,抵抗冲击载荷。钢中合金元素为Cr