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20CrMnTi 渗碳钢深冷处理工艺

文章出处:科威嘉尼深冷事业部 责任编辑:陶文明 点击:116 发表时间:2016-08-30 14:51:58

20CrMnTi是一种典型的低合金渗碳钢,其化学成分(质量%)如下:

C:0.17~0.23     Si:0.17~0.37     Mn:0.80~1.10     Cr:1.00~1.30    Ti:0.04~0.10     S、P≤0.035    Cu≤0.030     Ni≤0.030      余为铁

20CrMnTi的淬透性较高,在保证淬透情况下,具有较高的低温冲击韧性,被广泛应用于机械制造行业,例如齿轮、轴类、活塞类零配件以及汽车、飞机各种特殊零件部位,零件表面渗碳0.7-1.1mm。在渗碳淬火低温回火后,表面硬度为58-62HRC,心部硬度为30-45HRC。其传统热处理工艺为(图1):

正火———渗碳———淬火———回火


1所示的热处理工艺,是目前采用最多,也是成本最低的工艺。但由于渗碳后直接淬火和低温回火,容易导致工件表面的高碳层区域,产生较多的残余奥氏体,导致工件变形,以及工件最表层(0.05mm-0.15mm)硬度偏低,即俗称的低头现象。这主要是由于渗碳层的碳含量变大,使得材料的Ms(马氏体转变起始温度)和Mf点(马氏体转变终了温度)降低,其中Mf点已在0℃以下,势必造成残余奥氏体增多。其解决途径可以通过渗碳后不直接淬火,而是经空冷后再升温淬火,以多一道退火工艺来达到细化晶粒目的,会增加成本;另外也可以适当提高回火温度(200-250℃),但代价是硬度的降低,需要综合权衡控制。

经科威嘉尼公司总结,20CrMnTi如增加冷处理工艺,即将热处理的温度覆盖到Mf点以下,可以有效的减少钢中特别是渗碳层的残余奥氏体,提高尺寸稳定性,同时还可以提高硬度和耐磨性。其处理工艺为:

正火———渗碳———淬火———深冷处理———(回火)

深冷处理采用科威嘉尼公司生产的深冷设备,以液氮为制冷剂,通过科威嘉尼公司自主研发的控温技术、液氮均匀扩散技术和保温技术,设备工作温度+200~-196℃可任意设定,降温速度0~-50/min可任意设定,升温速度0~+20/min可任意设定,控温精度±1℃,温度场均匀性±2℃,精确控制升温降温过程。科威嘉尼公司建议20CrMnTi深冷处理工艺过程为:

-80℃×0.5h  +   -180℃×(2~5h   +   25℃×0.5h   +  190℃×1h

采用该深冷处理工艺后,可控制残余奥氏体向马氏体转变,显著改善了工件的尺寸稳定性,并可降低残余应力。同时,由于马氏体孪晶细化并析出超微细碳化物,在低温条件下,该超微细碳化物扩散距离短,不会形成碳化物集聚,只能以弥散分布的形式,均匀分布于材料内部,从而大幅度提高工件的耐磨性能。另外,残奥向马氏体转变,也提高了工件的硬度

热处理是传统工艺,已研究多年,被认为“研究透”了,但容易被传统误导的正是这个“热”字,科威嘉尼公司认为不应只是“加热”的意思,而应是指“温度”。从常温到绝对零度,还有近300℃的广大热处理空间,被多数人遗忘,有待技术人员去研发和应用。(编辑:科威嘉尼深冷事业部 陶文明)