20CrMnTi钢固体渗碳工艺研究开题报告

 2021-08-14 02:37:49

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。

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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

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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。

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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

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