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20CrMnTi材料性能和热处理工艺

一、20CrMnTi材料分析

20CrMnTi是低碳合金钢，该钢具有较高的机械性能，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。20CrMnTi的工艺性能较好，锻造后以正火来改善其切削加工性。此外，20CrMnTi还具有较好的淬透性，由于合金元素钛的影响，对过热不敏感，故在渗碳后可直接降温淬火。且渗碳速度较快，过渡层较均匀，渗碳淬火后变形小。适合于制造承受高速中载及冲击、摩擦的重要零件，因此根据齿轮的工作条件选用20CrMnTi钢是比较合适的。经过910-940℃渗碳，870℃淬火，180-200℃回火后机械性能的抗拉强度≥1100Mpa、屈服强度≥850Mpa、延伸率≥10％、断面收缩率≥45％，冲击韧性≥680，硬度为58-62HRC。

20CrMnTi 合金成分表如下：

C 0.17～0.23 Si 0.17～0.37 Mn 0.80～1.10 Cr 1.00～1.30 S ≤0.035 P ≤0.035Ni ≤0.030Cu ≤0.030Ti 0.04～0.10 二、20CrMnTi钢的特性

⑴、20CrMnTi钢中加入Cr、Mn元素，主要是提高钢的淬透性。

⑵、20CrMnTi钢中加入Ti元素主要是为了细化晶粒。

⑶、20CrMnTi钢淬火加热时，Cr、Mn、Si元素完全固溶于奥

氏体中，提高钢的淬透性。Ti元素以碳化TiC形式钉扎于奥氏体晶

界，阻止奥氏体晶粒的长大。

⑷、20CrMnTi钢淬火后，Cr、Mn、Si元素固溶强化基体组织，

并改善基体组织的回火稳定性。

⑸、20CrMnTi钢低温回火时，部分Cr、Mn元素从基体组织中

扩散到析出的渗碳体Fe3C中，形成合金渗碳体（Cr、Mn、Fe）3C，改善其硬度。合金渗碳体（Cr、Mn、Fe）3C与碳化物TiC同基体组织一起共同作用，使钢产生较高的强度、硬度与耐磨性，同时保持良好的韧性。

⑹、20CrMnTi钢渗碳或碳氮共渗后碳层均匀，加工和热处理

工艺性能优良，不易出现过热，渗碳后可直接淬火，淬火变形小。

⑺、20CrMnTi钢正火后切削加工性能优良，相对加工性能为

75%，表面粗糙度低。⑻、由于Cr、Mn元素的加入，20CrMnTi钢易出现回火脆性，故回火温度须严格控制，一般控制在180~200℃范围内。

三、20CrMnTi泵体齿轮的的工艺流程：

四、20CrMnTi钢常见的热处理工艺

热处理工艺 工艺参数 硬度要求 工艺特点 消除残余应力，降低硬度 完全退火 加热 860~880℃，保温，炉冷 ≤217HBS 加热温度在 Ac382 5℃线之正火 加热 920~950℃，保温，空冷 156~207HBS 上，细化晶粒，消除组织缺陷，以获得珠光体+少量铁素体组织 淬火温度高，淬透性中等，变形较大，硬度不高，耐磨性差 淬火 回火 气体渗碳 加热 860~900℃，保温，油冷 48~54HRC 加热 500~650℃，保温 2h，油冷 加热900~920℃，以0.15~0.2mm/h 计保温时间 淬火：加热 820~85 0℃，保温30~36HRC 回火索氏体组织 加热温度不超过 920℃，以避免晶粒长工大 心部保持良好韧性的同时，表层获得高的强度、硬度、耐磨性与耐蚀性 渗碳后淬火后油冷 与回火 60~63HRC 回火：加热 180~200℃，保温 表：56~62HRC 2h，空冷 心：35~40HRC 心部保持良好韧性的同时，表层获得高的强度、硬度、耐磨性与耐蚀性 气体碳氮共共渗温度 840~86 0℃，出炉油60~65HRC 冷 渗 回火温度 160~180℃，出炉空表：58~62HRC 冷 渗硼温度 900℃，保温 4h，油冷(渗硼剂：固体渗硼 85%SiC+10′C+5%KBF4) 。渗 层 0.115~0.139mm 1689~1789HV0.1 心：35~40HRC 表面形成高硬度的硼化物层而心部为淬火组织

五、20CrMnTi钢的相变点/℃