20CrMnTi钢固体渗碳工艺研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

20crmnti是渗碳钢，多用于齿轮、轴类、活塞类零配件等。渗碳钢通常为含碳量为0.17%—0.24%的低碳钢，汽车上多用其制造传动齿轮。20crmnti是中淬透性渗碳钢。其中含有cr、mn、ti，所以淬透性较高，在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。20crmnti经过表面渗碳硬化处理，具有良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。

由于齿轮、轴类、活塞类零配件等在工作时表面经受强烈地摩擦，并承受着一定冲击载荷，因此，对此类机械零件的力学性能要求应该是表面硬度高、耐磨性好、心部则应具有良好的塑形和韧性。我们使用的方法是固体渗碳，通过固体渗碳工艺使钢件表面层增碳，以达到所定的力学性能的要求。由于渗碳类零件要求渗碳淬火后心部保持一定的韧性，所以宜采用含碳量较低的钢制造，但是低碳钢本身强度较差，在长时间的渗碳过程中晶粒非常容易长大，所以重要零件一般都用低碳合金渗碳钢，20crmnti钢就是其中最常用的一种。

目前的渗碳技术也存在一些问题。提高渗碳温度可以使渗碳层深度增加，但是一方面，渗碳层深度过深，工艺时间长，不经济，而且淬火后表层的压应力下降，不能提高表面的疲劳强度；另一方面，过高的渗碳温度会导致奥氏体晶粒显著长大，是渗碳件的组织和性能恶化，并且增加工具的变形，缩短设备使用寿命。提高渗碳时间可以使碳质量分数梯度趋于平缓，但是耗费电量大，成本高。另外，若控制温度和时间不当，会出现工件变形，渗层出现大块或网状碳化物、残余奥氏体过多、渗层深度不均匀、甚至出现黑色组织和反常组织。渗层深度不均匀的原因有很多，主要有三个原因：1.工件之间未留间隔，相互接触；2.工件表面不干净，留有油污和锈斑；3.炉内气氛不均匀，局部有死角。黑色组织的出现是因为钢中的mn、cr比基体fe更容易与氧结合，当钢处于弱氧化性气氛里时，尽管作为基体的fe完全不发生氧化，但氧被工件表面吸收后向内部扩散的过程中，遇到mn、cr等元素时便相互结合形成氧化物，本来有助于提高淬透性的mn、cr等元素，由于形成氧化物，导致基体中的mn、cr等含量降低，从而使渗层淬透性下降。当淬火冷却速度比较缓慢时，在氧化物周围的合金元素贫化区，就会形成屈氏体等非马氏体组织——黑色组织。

2. 研究的基本内容与方案

渗碳碳势、渗碳温度、渗碳时间是渗碳三个重要的工艺参数。首先我们确定碳势，碳势反映气氛的渗碳能力，碳势越高，渗碳的速度越快，渗层的碳浓度越高，越容易生产碳化物，碳化物数量越多。但碳势过高，会出现碳黑，造成碳势控制的失败，渗碳不均匀等问题。因此我们选用常用的cp=1.1%，碳势控制在1.10%-1.11%之间。

其次为得出渗碳工艺参数对渗碳组织与硬度的影响，我们选择不同渗碳温度和保温时间来找到控制渗碳层深度。温度的影响始终是渗碳过程中不可忽视的重要因素，它影响着碳在钢中的固溶度，制约碳化物的形态、尺寸、大小和分布，并且也会对渗碳速度造成很大的影响。由于渗碳在880℃-980℃进行可获得较好的渗层，零件在渗碳温度下需要保温时间视渗碳层深度要求而定，下表列出渗碳深度与保温时间的关系。

当渗碳温度为880℃时，保温时间分别为3h、6h、9h、12h、14h

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，了解自己所要做的工作，对整个流程有大致的了解，熟悉仪器设备的使用，确定方案，完成外文翻译及开题报告。

第4－10周：准备试样，开展实验。掌握固体渗碳工艺，开展实验工作。

第11－12周：总结实验结果，得出结论，并对过程中出现的错误进行反省和总结，整理自己的思路，草拟毕业论文框架。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]崔忠圻，覃耀春．金属学与热处理［m］．北京:机械工业出版社，2007

[2]齐宝森，陈路宾，王忠诚，等．化学热处理技术［m］．北京:化学工业出版社，2006

[3]才鸿年，马建平．现代热处理手册［m］．北京:化学工业出版社，2009