可經受滲碳淬火使表面硬度和耐磨性提高而心部保持適當強度和韌性的鋼。

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。從合金化的經濟角度考慮,CrMn系(特別是含硼鋼)值得推薦,但就生產和使用的角度而言,Cr-Mo 系鋼更為優越。重要用途的、高質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。滲層應具有高的硬度、良好的顯微組織、合理的殘余應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、承受高接觸應力和沖擊載荷的重要零件,如汽車、拖拉機的變速齒輪,內燃機上凸輪軸、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,從而提高心部的強度和韌性;輔加元素為W、Mo、V、Ti等強碳化物形成元素,這些元素通過形成穩定的碳化物來細化奧氏體晶粒,同時還能提高滲碳層的耐磨性。

4、熱處理和組織特點滲碳件一般的工藝路線為:下料→鍛造→正火→機加工→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、坦克的曲軸和齒輪等。