20CrMnTi钢高温组织变化规律与最佳渗碳温度选择

第18卷　第1

期　　　　太　原　重　型　机　械　学　院　学　报

1997年3月　　　　JOURNALOFTAIYUANHEAVYMACHINERYINSTITUTE.18　№.1VolMar.1997

20CrMnTi钢高温组织变化规律与

最佳渗碳温度选择

赵利平　　　　　　　包　河

(山西矿业学院,太原030024)　(,摘　要　,并在变温增强短周nT;;　渗碳温度

中图分类号　TG156.8

0　引言

滴入式渗碳由于其温度高、周期长,是一种高能耗的表面热处理工艺。近年来,国内外都一直在寻求缩短渗碳周期、提高零件使用寿命的高效低耗渗碳工艺[1～5]。到目前为止,比较有代表性的是提高渗碳温度和高低温度循环渗碳,以提高渗碳速度,缩短渗碳周期。

由于传统的渗碳温度都比较高(>900℃),提高渗碳温度会大大增加渗碳钢晶粒的粗化趋势,而恶化心部组织,促进过共析渗碳层形成网状碳化物;所以,每一种渗碳钢都有一个最佳渗碳温度范围。本文是针对渗层深度 为2.2～2.5mm的20CrMnTi钢制齿轮,采用渗碳正火后,再重新加热淬火的、预防渗碳层磨削时形成裂纹而做的实验,对更好地使用20CrMnTi渗碳钢,选择最佳节能渗碳温度和渗碳时间,有一定的实际意义。

1　

实验材料及方法

1.1　实验材料

20CrMnTi钢的化学成份(Wt%):0.19C、1.15Cr、0.96Mn、0.06Ti、0.36Si、0.024P、收稿日期:1996-11-04

1997

年7　　　　　　　　　　太　原　重　型　机　械　学　院　学　报　　　　　　　　　　6

0.012S

1.2　加热工艺

(1)为了探索20CrMnTi钢在不同温度、不同保温时间条件下的晶粒长大趋势和组织变化规律,分别进行了900℃、930℃和970℃保温4h、6h、10h的正火处理。

(2)分别在900℃、930℃和970℃渗碳6h.炉气碳势为该温度下的平衡碳势。

1.3　组织观察采用光学显微镜。

1.4　力学性能按国标GB229—84测试。

2

　结果与分析

(a).900℃×4h　　　　　　　(b).900℃×10

h　　　　　　　(c).930℃×4

h

(d).930℃×10h　　　　　　　(e).970℃×4h　　　　　　　(f).970℃×10h

图1　20CrMnTi钢正火组织与加热温度、保温时间之间的关系×100

2.1　组织与加热温度和保温时间的关系

由图1可知,随着加热温度的升高,保温时间的延长,奥氏体晶粒快速长大,正火组织粗化。当加热温度为900℃时,即使保温10h,组织仍十分细小;当加热温度为930℃时,随保温时间延长,钢的组织虽然有所粗化,但正火所得F和P晶粒也仍十分细小。如图1d知

第18卷第1期　　　　　赵利平等:20CrMnTi钢高温组织变化规律与最佳渗碳温度选择　　　　　77645mm2范围内的晶粒数n≈396,根椐n=2G-1[6],其中n为放大100倍时,每645mm2面积内的晶粒数,G为晶粒度,则G≈9.61,根椐晶粒度8级标准[6],20CrMnTi钢经930℃、10小时保温后正火所得到的F和P的晶粒度,属于超细晶粒。当加热温度达到970℃时,随保温时间延长,组织粗化速率加快;当970℃加热、保温10

h时,正火组织中已经出现了网状铁素体,如图1f;并且在970℃加热6小时的组织中,局部地区,出现了十分严重的魏氏铁素体组织如图2。由此可见,20CrMnTi钢,在970℃以上温度长时间渗碳时,将会使渗碳件的心部组织恶化,当重新加热到840℃淬火时,

渗碳正火组织中的网状铁素体和魏氏组织铁素图2　20CrMnTi钢970℃×6h

加热正火后组织中的魏氏组织铁素体×100

体,绝大部分消除不了,使渗碳零件的心部组织恶化,达不到强韧化的目的。

表1为20CrMnTi钢不同温度和保温时间正火后的组织中,F与P的加权平均直径(晶粒的最大尺寸)、硬度和(强度 冲击韧性)值,每个状态的晶粒度测量数不少于100个。

表1　20CrMnTi钢不同正火态的F、P大小及力学性能值性能900℃

930℃

970℃F与P加权平均直径(×10,)6h1.0251.502.742HB4h2632572526h25025024210h24723622722 s(MN m) ak(J cm)4h0.9351.3152.3410h1.2751.7053.754h13.412.812.26h13.112.611.610h12.912.

510.6将表1作图,并用L—M参数P=T(20+logΣ)处理,结果如图3。由图可见,当P≥25400时,F与P的粗化速率加快,强度、硬度快速降低,当P≥25600时,韧性迅速下降;当P≤25300时,F与P的粗化速率很小,且强度、硬度、韧性都保持在较高的水平上,下降速度也很慢。

强度、硬度随淬火温度升高,保温时间延长而下降的主要原因是F与P组织的粗化,当P≈25600时,韧性突然快速下降的原因,除F、P粗化外,魏氏组织F和网状F的析出,是其中主要原因。

由此可见,对渗层深度 ≥2.0mm的20CrMnTi钢制工件,当采用渗碳后预先正火,再进行淬火时,其渗碳加热温度和保温时间的综合参数P不能大于25500,否则会使心部性能

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降低,组织恶化。

2.2　不同渗碳温度下的过共析

层淬火组织

图4为不同渗碳温度,6小

时平衡碳势渗碳后的20CrMnTi

试样过共析层的金相组织,由图可见,随渗碳温度升高,组织中

Fe3C的网状化越明显,由此可

见,20CrMnTi钢的渗碳温度不

能高于970℃,否则,渗碳时,会

因晶粒粗化,网状Fe3C,1- sk3-图i、、

P之间的关系

(a)930℃　　　　　　　　　　　　　(

b)970℃

图4　不同渗碳温度下,6小时平衡碳势渗碳后的过渡层金相组织×400

产生和发展。

3　结论

(1)　20CrMnTi钢在970℃以上保温时,组织中会出现魏氏组织铁素体和严重的网状铁素体,使钢在强度、硬度下降的同时,韧性ak值剧降低。

(2)　当20CrMnTi钢的加热温度和保温时间的综合参数P≥25500时,正火F与P急剧粗化,使钢的组织恶化。

(3)　根椐组织、强度、硬度、韧性变化规律和渗碳质量的要求,当渗碳保温时间不超过6小时,20CrMnTi钢的最高渗碳温度应小于或等于950℃,否则会形成严重的网状Fe3C,并使心部组织恶化,性能显著下降。

(下转第98页)

1997

年9　　　　　　　　　　太　原　重　型　机　械　学　院　学　报　　　　　　　　　　8

(DepartmentofMathsandmechanicsTaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024)

Abstract　

Inthispapar,wewilldiscussfurtherfuzzymeasuresandfuzzyintsgralsby[2],Ourpurposeisconcentratedontheconcergenceofsequencesoffuzzymeasuresoffuzzyin2

“convergence”,“unifomconvergence”,“convergenceininte2tegrals.Someconceptssuchas

,“gral”weakconvergence”areintroducedforthesequenceoffuzzymeasures,thenthepropertiesandrelationsofthemarediscussed.Furthermore,variouskindofconvergencetheoremsoffuzzyintegralsareextended.

KeyWords　fuzzymeasure;fuzzyintegral;generalizedconvergencetheorem

(上接第78页)

1　钱鸿均等.～20

2)～3　赵克定,,.,1991,(12):3～7

4　赵振东.,1991,(3):6

5　杨以凡.热加工工艺,1989,(3):23

6　王运炎.机械工程材料.北京:机械工业出版社,1992,66～67

7　LargonFR,MillerJ.TransASME,1952,74(5):765～766

20CrMnTiSteel’sHighTemperatureStructureChangingLawand

thebestCarburizingTemperatureSelection

ZhaoLiping

(ShanxiMiningCollege,Taiyuan,030024)

BaoHe

(MechanicalandElectricalPlantofJinchengMiningBureau,Jincheng048000)

Abstract　Thispaperconcentratesitsstudyonhightemperaturestructurechangeof20CrMnTiCarburizingSteel,determinesthebestcarburizingtemperatureandappliesittoChangingtemperatureshortcyclereinforcingcarburizingtechnology.

KeyWords　20CrMnTi;steelchangingtemperatureshortcyclereinforcingcarburizing;carburizingtemperature

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