20CrMnTi不同热处理工艺、组织与性能三者的关系

20CrMnTi齿轮钢要达到加工、 用所 使 需 性 能 必 须 进 行 热 处 理， 目 的 是 提 高 表 面 的硬度、 耐磨性和疲劳强度， 心部具有足够 的强度和韧性。 般齿轮加工的工艺路线 一 如下。 锻造→正火→齿形加工→渗碳→淬火、 低温回火→喷丸→校正花键孔→磨齿〔1〕。 一般齿轮毛坯采用锻造毛坯， 经锻造 以 后 晶 粒 大 小 形 状 发 生 了 变 化， 改 变 了 钢 的组织，增加了锻造应力，提高了硬度，在 机械加工前需预备热处理。 围内，因转变温度较低转变为贝氏体组织 （即含碳量具有一定过饱和度的铁素体和 分散的渗碳体（或碳化物）的混合物），其特 征是过饱和碳的铁素体中分布粒状或长条 状的碳化物 〔1〕 。 锻造毛坯正火产生的粒状贝 氏体引起硬度增高， 导致了齿型加工困难， 使刀具早期磨损。 于车辆齿轮或大批量 对 的小型齿轮越来越多采用等温正火工艺。 对于模数、 径较大的质量要求高的工业 直 齿轮通常采用调质作为预备热处理 1．2 调质 对于重要的齿轮用调质来改善钢的性 能。 在切削加工时， 为了不致发生 “粘刀” 现 象和使刀具严重磨损，通过改善金相组织控 制钢的硬度。 实践证明， 为了防止锻造毛坯 在预备热处理中产生粒状贝氏体影响钢 的 力学性能，工艺可采用淬火后680℃～700℃ 高温回火（即调质）来替代原来的正火。 高温 回火后得到回火索氏体组织， 即粒状渗碳 体 均 匀 的 分 布 在 铁 素 体 基 体 上， 应 力 集 中 倾向小，硬度降低至200HB～330HB，切削 性能较好。 质钢与正火钢相比不仅强度 调 较高， 而 且 塑 性 、 性 远 高 于 后 者 ， 同 时 锻 韧 造 应 力 得 到 充 分 的 消 除， 满 足 了 机 械 加 工 要求，在生产中已取得了良好的经济效益 〔2〕 〔5〕 形，要严格控制渗碳齿轮的表面碳浓度和 渗层深度。 它们会对渗层组织的膨胀系 因 数 产 生 影 响， 渗 碳 后 若 表 面 形 成 不 良 碳 化 物分布，将增加齿形、 向及花键孔的变 齿 形， 因此必须控制渗碳时的碳势， 以防止表 面碳浓度过高和碳量不均匀。 碳层深度 渗 越厚， 也将使畸变加大。 表面含碳量影响渗 碳淬火齿轮的淬透性， 而材料的淬透性对 组织、 性能、 畸变有直接的影响 〔 5 〕 。 因此应使 渗碳层深度及其表面含碳量控制在合理适 宜的范围内。 齿 轮 渗 碳 的 方 法 较 多， 常用气体渗碳， 目 前 应 用 电 解 质 气 相 离 子 （ E C A） 催 渗 技 术 控制渗碳变形也取得较好效果 〔6〕 。 现以可控 井式炉中气体渗碳为例优化工艺， 滴入煤 油、 、 醇等渗碳剂，加热温度从一般采 苯 甲 用的930℃改为900℃ 〔3〕。 这些介质在高温下 分解， 产生活性碳原子， 主要化学分解式如 下： 2CO→〔C〕＋CO2 CH 4 → 2 H 2 ＋ 〔 C 〕 活性碳原子溶入钢表面奥氏体中，并 向内部扩散， 最后形成一定深度的渗碳层。 一般渗碳层深度取决于保温时间， 可按每 小时渗入0．2mm～0．25mm的速度估算。 渗 碳时要控制渗碳的时间、 活性碳的浓度，使 表面的含碳量控制在0．80 ％～1．0 ％范围内 〔4〕 。 1　　预备热处理 通常20CrMnTi选用正火或调质处理作 为预备热处理， 其目的是降低钢的硬度， 提 高 塑 性 ， 以 利 于 切 削 加 工 ； 细 化 晶 粒 ， 均匀 钢的组织及成分， 改善钢的性能， 为以后的 热处理作准备； 消除锻造应力， 防止变形和 开裂， 保 证 齿 形 合 格 。 1．1 正火 正火是将钢加热到Ac 3以上30℃～50℃， 保温足够的时间后出炉在空气中冷却到室 温。 对于一般的齿轮采用正火， 正火可以减 少碳和其他合金元素的成分偏析； 使奥氏 体晶粒细化和碳化物的弥散分布， 以便在 随后的热处理中增加碳化物的溶解量。 由 于 正 火 的 冷 却 速 度 较 快， 获 得 细 小 的 片 层 状 渗 碳 体 珠 光 体 ， 强 度 、 度 都 较 高 ， 力学 硬 性能较好。 然而正火工艺是空冷， 对于尺寸 较大零件，内外温差大冷却速度不稳定，在 连 续 冷 却 时 ， 过 冷 奥 氏 体 在A 1－ 5 5 0 ℃ 温 度 范 围 内 分 解 为 珠 光 体，在550 ℃－Ms 温 度 范 。 2　　渗碳处理工艺 2 ． 1 钢的化学成分 20CrMnTi 的含碳量为0．20％属于低碳 钢， 渗碳时保证了碳元素的正常渗入。 火 淬 热 处 理 后 心 部 获 得 低 碳 马 氏 体， 以 保 证 心 部具有足够的塑性和韧性， 抵抗冲击载荷。 钢中合金元素为Cr＜1．5％、 Mn＜1．5 ％、 i T ＜1．5％。 r、 n合金元素能提高钢铁索体 C M 的强度，同时提高钢的淬透性。 元素能阻 Ti 止钢的奥氏体晶粒的长大，提高钢的回火 稳定性。 20CrMnTi齿 轮 根 据 使 用 性 能 要 求 表面耐磨，心部又要求有良好的强韧性，所 以 要 对2 0 C r M n T i钢 进 行 表 面 渗 碳 处 理，渗 碳 淬 火 后 表 面 得 到 高 碳 马 氏 体， 具 有 较 高 的硬度和耐磨性。 2 ． 2 渗碳工艺 渗碳淬火工艺过程中， 要防止齿轮变 ，并 从 表 面 到 心 部 逐 渐 减 小，心部仍保持 原来低碳钢的含碳量。 渗碳的温度越高，时 间越长，奥氏体晶粒越大，齿轮的畸变越 大， 把 加 热 温 度 控 制 900 ℃ 左 右 ， 目 的 是 控 制奥氏体晶粒长大，获得细小的奥氏体晶 粒， 淬火后获得细小的马氏体组织。 于 渗 由 碳只改变工件表面的含碳量， 要使渗碳齿 轮表面具有高的硬度、 的耐磨性和心部 高 良好韧性渗碳后必须进行热处理。 用的 常 是淬火后低温回火。 3　淬火低温回火 3．1 淬火 钢的加热温度一般可根据F e －F e 3C相图 选择，亚共析钢淬火加热温度选择Ac3以上 30 ℃～5 0 ℃ ，过 共 析 钢 淬 火 加 热 温 度 选 择 （下转 2 5 4 页） ① 作 者 简 介：刘翔（1967—）， 女，汉族，江 苏 阜 宁 人，学士，江 苏 省 盐 城 技 师 学 院 高 级 讲 师，从事机械专业理论教学与教研。 252 科技资讯　 S C I E N C E 　 ＆ 　 T E C H N O L O G Y 　 I N F O R M A T I O N 科技资讯 2010　　NO．17 SCIENCE　＆　TECHNOLOGY　INFORMATION 学　术　论　坛 解。 3 ． 5 建立完善以馆员为中心的民主管理制 度 建立完善的民主管理制度是推行 以 “ 人为本” 思想的基础。 馆内要重视建立民主 管理机制， 让图书馆员有参与管理的机会。 馆领导要以实事求是的态度， 随时向员工 通报馆内的重要情况， 以确保馆员议政、 参 政的权力，并欢迎馆员充分发表自己的观 点和提出合理化建议， 自觉地接受馆员的 民主监督。 确引导全体馆员参与图书事 正 业的管理，深信这些馆员是值得信赖和依 靠的。 图书馆的建设以及决策提供有价 对 值的意见和建议要给予采纳， 在民主氛围 中， 促使馆员充分发挥各自的潜力， 充分调 动全体馆员的积极性、 动性和创造性。 主 3 ． 6 构建图书馆服务文化 文化管理是人本管理的最高层次。 它 主要是充分发挥文化覆盖人的心理、 理 生 以及人的现状与历史的作用， 通过文化的 培育，潜移默化地使全体员工形成共同的 价值观和共同的行为准则。 校图书馆是 高 学校的文献信息服务中心，高校图书馆核 心 工 作 就 是 为 读 者 服 务， 服 务 是 高 校 图 书 馆文化的灵魂。 首先， 构建高校图书馆服务 文化具有凝聚人心的功能。 务文化属于 服 非制度层面的内容，它主要是通过精神与 价值观的引导来规范馆员的工作行为。 让 读者满意是高校图书馆服务文化的核心， 只 有 当 每 一 个 馆 员 都 树 立 这 一 信 念， 所 有 馆员的价值观和行为准则都紧紧围绕这一 目标时，图书馆必然显现出一种前所未有 的凝聚力和向心力。 其次， 图书馆服务具有 人性化特征。 文化创造出来是为人服务的， 文化也是人化。 校图书馆服务文化是以 高 读者为出发点，它服务目标都凝聚在为读 者提供优质的服务上。 因此， 它提供的服务 一 定 是 温 馨 的 ， 充 满 人 情 味 的 ， 同 时 ， 也是 最具人性化的。 再次， 图书馆服务文化具有 教育功能。 馆员是图书馆服务文化的主体， 是图书馆服务文化的体现者和传播者。 当 全体馆员以自己的工作热情、 学识修养、 专 业素质与专业技能真诚为读者服务时，高 校图书馆也就真正实现了自己服务育人的 功能。 秀人才。 在图书馆人力资源管理中， 通过建 立激励模式、 健全激励机制， 可以稳定现有 馆员队伍， 吸引外部优秀人才向本馆流动。 第三， 它有利于营造良性的竞争环境。 科学 的 激 励 制 度 包 含 一 种 竞 争 精 神， 它 的 运 用 能够创造出良性的竞争环境， 进而形成良 性的竞争机制。 在具有良性竞争的环境中， 馆 员 会 感 到 环 境 的 压 力， 并 将 压 力 转 变 为 工作动力。 第四， 它有利于馆员综合素质的 提高。 过激励可以控制和调节人的行为 通 取向， 提高馆员不断学习的积极性， 促使馆 员更好地发展能力，不断提高个人的综合 素质。 3 ． 4 积极开发图书馆人力资源 科学发展观充分揭示了坚持以为人 本， 释放人力资源， 促进人全面发展的重要 理念。 因此， 我们必须从 “人才是第一资源” 的高度， 全面， 准确地把握科学发展观的精 髓， 求 真 务 实 地 推 进 人 本 ” 理 规 范 化 的 “ 管 进程。 人本” 理是以人为核心的管理理 “ 管 论和实践活动的总称， 它既是价值命题、 战 略思考和伦理法则，也是对馆员个人价值 辩证统一认识的深化。 图书馆人力资源 在 管理中，只有通过对人力资源进行有效科 学地开发管理，才能实现人力资源的高效 整合与利用， 使人的使用价值达到最大， 有 效技能也能最大地发挥。 所以， 图书馆领导 应根据图书馆发展目标制定人才培养规 划， 积极地为员工争取接受再教育的机会， 帮助员工规划人生道路， 发挥他们的才干， 开发每个员工的潜能， 在图书馆实行轮岗 制度， 这样不仅领导能发现人才， 也使工作 人员对自己适合干哪一种工作心中有数， 做到人尽其才，工作人员之间也能促进了 参考文献 〔1〕 迟伟凡． 论高校图书馆激励机制的建立 与完善〔J〕．图书馆学刊，2005（9）：32～ 34． 〔2〕 刘 樱 ． 馆 员 第 一 ” 图 书 馆 实 现 “ 是 “服务 第一” 的根本保证〔J〕．图书馆，2007（6）： 70～71． 〔3〕 赵云亭． 试论图书馆的人本管理的内涵 〔J〕．图书馆，2004（3）：24～29． 〔4〕 欧兆虎． 谈图书馆制度建设的人本理念 〔J〕．图书馆，2006（1）：69～70． 〔5〕 龚 军 慧 ． 高 校 图 书 馆 管 理 的 有 效 模 式 〔J〕．图书馆论坛，2006（4）：55～57． （上接 2 5 2 页） Ac1以上30℃～50℃。 根据渗碳后齿轮的表 层含碳量的分布状况及实践经验从900℃ 预冷到820℃左右进行油冷 〔3〕可以得到好的 效果。 加热温度过高或保温时间过长， 会引 起奥氏体的晶粒粗大引起过热或晶界氧化 并部分熔化的过烧现象。 热时奥氏体的 过 晶粒粗大不仅降低齿轮力学性能， 也容易 引起齿轮的变形和开裂。 烧后的工件只 过 能报废。 加热温度过低、 保温时间不足会引 起 硬 度 不 足 。 可 选 择 9 0 0℃ 温 度 渗 碳 ，预 故 冷8 2 0℃左右油冷淬火。 火冷却速度太 淬 快， 奥氏体向马氏体组织转变剧烈、 积 收 体 缩， 引起很大的内应力， 容易造成齿轮的变 形和开裂，由于20CrMnTi是合金钢，淬透性 较好， 故选择油冷减小冷却速度， 防止淬火 造成齿轮变形或开裂。 时也能获得马氏 同 体 组 织， 达 到 较 高 的 硬 度 。 3 ． 2 低温回火 淬火后的钢组织是马氏体及少量残余 奥氏体， 它们都是不稳定的组织， 有向稳定 组织转变的趋势， 同时淬火时产生内应力。 为了减小或消除淬火内应力， 稳定组织和 尺寸， 获得所需的力学性能， 实践证明重载 齿轮选择在200℃进行4小时低温回火 〔3〕 能，不易造成热处理变形开裂和齿轮磨削 裂纹， 取 得 良 好 的 经 济 效 果 。 温回火时马氏体中过饱和碳原 低 子以碳化物的形式逐步析出， 马氏体晶格 畸变程度减弱， 内应力有所降低。 此时的回 火 组 织 由 马 氏 体 和 碳 化 物 组 成， 称 为 回 火 马氏体。 虽然马氏体的分解使α－ F e中碳的 过饱和程度降低， 钢的硬度相应下降， 但析 出的碳化物又对基体起强化作用， 部分的 残 余 奥 氏 体 分 解 为 回 火 马 氏 体， 所 以 钢 仍 保持很高的硬度和耐磨性和一定的韧性。 4　　结语 生产实践证明20CrMnTi渗碳钢齿轮进 行热处理工艺优化，可获得良好的力学性