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偏心軸的熱處理及其力學(xué)性能的研究（4）

時(shí)間：2013-08-27 10:57:34 來(lái)源：作者：

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 本次實(shí)驗(yàn)的硬度

溫度	表層	過(guò)濾層	心部
室溫	59～63HRC	36～42HRC	27～32HRC

表層硬度達(dá)到HRC62.3，心部最低硬度達(dá)到HRC27.2都達(dá)到偏心軸的性能要求，并硬度從表面向心部逐漸降低也符合表面高硬度、高耐磨性而心部具有良好的強(qiáng)韌性的要求。

如下圖就是硬度、離心部距離的關(guān)系圖：圖上顯示和硬度表一樣里心部越遠(yuǎn)其硬度值越大，表層的硬度最大滿(mǎn)足了偏心軸的性能要求。

硬度與離心部距離的關(guān)系圖.jpg

4.2 金相分析與討論

通過(guò)以上相關(guān)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果，我們可以得到將20Cr偏心軸進(jìn)行滲碳處理后獲得了心部HRC27—32HRC的硬度和表層59—63HRC的硬度，這樣就能夠保證偏心軸表面具有較好的耐磨性、較高的強(qiáng)度和心部較好的塑韌性，即提高表面層的耐磨性(碳含量高的M),同時(shí)保持心部有高的耐沖擊能力,即強(qiáng)韌性，也就達(dá)到了表面滲碳的目的。

我們知道表面滲碳處理就是將含碳量為0.1%-0.25%的鋼放到碳勢(shì)高的環(huán)境介質(zhì)中,通過(guò)讓活性高的碳原子擴(kuò)散到鋼的內(nèi)部,形成一定厚度的碳含量較高的滲碳層,再經(jīng)過(guò)淬火\回火,使工件的表面層得到碳含量高的M,而心部因碳含量保持原始濃度而得到碳含量低的M,M的硬度主要與其碳含量有關(guān),故經(jīng)滲碳處理和后續(xù)熱處理可使工件獲得外硬內(nèi)韌的性能.

有上文所得到的金相組織圖片中我們可以看到，對(duì)偏心軸滲碳處理后可以使其表面得到高碳馬氏體即針狀馬氏體，針狀馬氏體通常是在高碳鋼及鐵鎳合金中形成的一種典型馬氏體組織。對(duì)于低碳鋼，碳含量小于1.0%時(shí)，與板條馬氏體共存，只有碳含量大于1.0%時(shí)才單獨(dú)存在。它的立體形狀是雙凸透鏡片狀，與試樣表面相截成針狀或竹葉狀，故又稱(chēng)片狀馬氏體或透鏡片狀馬氏體。透鏡片狀的亞結(jié)構(gòu)主要是孿晶，故又稱(chēng)孿晶馬氏體。

在心部我們可以看到得到的主要組織為低碳馬氏體，這種馬氏體主要是在低、中碳鋼中，以及馬氏體時(shí)效鋼、不銹鋼、鐵鎳合金中。其組織特征為每個(gè)單元的形狀為窄而細(xì)長(zhǎng)的板條，并且許多板條總是成群地相互平行地聚在一起，故又稱(chēng)板條狀馬氏體，因其亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)，故又稱(chēng)位錯(cuò)馬氏體。

我們知道馬氏體的主要特征為高硬度高強(qiáng)度。馬氏體的強(qiáng)硬度主要取決與鋼中碳的含量，一般隨碳含量的增大而增大，達(dá)到一定值好趨于平穩(wěn)。馬氏體之所以有如此高的強(qiáng)硬度，是由于發(fā)生了固溶強(qiáng)化、相變（亞結(jié)構(gòu)）強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化。所以偏心軸由于表面的談含量較高，故淬火后得到的組織主要就是針狀馬氏體，其強(qiáng)硬度較高，但塑韌性就叫差，而心部為低碳區(qū)域，故淬火后得到的主要組織為板條狀馬氏體，其強(qiáng)硬度叫針狀馬氏體的低，但是其塑韌性就比針狀馬氏體的好，其主要原因?yàn)榘鍡l狀馬氏體的亞結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)以及處于低碳區(qū)而決定的。所以通過(guò)對(duì)偏心軸進(jìn)行滲碳淬火處理后就得到了表層與心部不同的馬氏體，正好滿(mǎn)足了偏心軸的工作條件，即提高表面層的耐磨性(碳含量高的M),同時(shí)保持心部有高的耐沖擊能力,即強(qiáng)韌性。

眾所周知，金屬材料的組織、成分與性能是相互聯(lián)系的,一定的成分在一定的工藝下會(huì)得到一定的組織也就對(duì)應(yīng)著一定的性能,而不同的成分在不同的工藝下也就會(huì)得到不同的組織,也就會(huì)對(duì)應(yīng)地得到不同的性能。本文對(duì)材料為20Cr的偏心軸進(jìn)行:滲碳→淬火→低溫回火后的金相組織分析：

零件滲碳淬火后自表面至心部的基本組織為：馬氏體+碳化物+殘余奧氏體→馬氏體+殘余奧氏體→馬氏體→心部低碳馬氏體。

表層組織.jpg

過(guò)濾層.jpg

心部組織.jpg

滲碳零件的最表層碳濃度最高，其金相組織為珠光體和少量的網(wǎng)狀碳化物（Fe3C）.滲碳層中有適量的粒狀碳化物均勻分布在隱針(或細(xì)針)狀。心部也就是未滲碳區(qū)零件原材料的組織區(qū)，由板條馬氏體，沒(méi)有太多的塊狀鐵素體組成。

滲層組織為：針片狀馬氏體、少量的彌散分布的粒狀碳氮化合物和少量的殘余奧氏體【2】。

結(jié)論：表層、過(guò)渡層、心部的金相組織與理論相符合。

1. 滲碳零件的最表層碳濃度最高，其金相組織為珠光體和少量的網(wǎng)狀碳化物（Fe3C），滲碳層中有適量的粒狀碳化物均勻分布在隱針(或細(xì)針)狀。

表層硬度達(dá)到HRC62.3，

2.過(guò)度層的碳含量約為0.77%。由適量的板條馬氏體和針狀馬氏體組成【5】。

3.心部也就是未滲碳區(qū)零件原材料的組織區(qū)，由板條馬氏體，沒(méi)有太多塊狀鐵素體組成。心部最低硬度達(dá)到HRC27.2 。

結(jié) 論

在實(shí)驗(yàn)研究以20Cr為材的偏心軸采用滲碳熱處理工藝對(duì)組織性能及力學(xué)性能有著重要的影響。滲碳時(shí)間和深度影響著隨后的淬火所應(yīng)有的硬度，通過(guò)分析偏心軸的形狀及其所產(chǎn)生的力學(xué)性能所以必須經(jīng)過(guò)預(yù)先熱處理工藝，使偏心軸具有合適的顯微組織，具有較好的綜合力學(xué)性能。研究不同的滲碳熱處理的溫度、冷卻方式對(duì)偏心軸的組織和性能的影響。對(duì)工件進(jìn)行滲碳，研究滲碳后滲層的結(jié)構(gòu)，相組成，深度和力學(xué)性能。通過(guò)總結(jié)各種工藝設(shè)計(jì)，探索合理的熱處理工藝，使偏心軸具有良好的綜合力學(xué)性能。本文研究所獲得的主要結(jié)論如下：20Cr偏心軸熱處理工藝采用930度的滲碳5個(gè)小時(shí)，等溫度降至840度出爐油冷，后以160±10℃度進(jìn)行回火。其滲層在0.65—0.9mm,表層硬度達(dá)到HRC62.3，心部最低硬度達(dá)到HRC27.2,符合熱處理工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)和參數(shù)要求【6】.

參考文獻(xiàn)

[1]金屬熱處理工藝學(xué) 夏立芳 (哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社)

[2]金屬材料學(xué) 吳承建陳國(guó)良強(qiáng)文江(冶金工業(yè)出版社)

[3]金屬工藝學(xué) 駱志斌（高等教育出版社）

[4]林勤. 超低硫微合金鋼中稀土元素的作用[J ] . 中國(guó)稀土學(xué)報(bào),1997 ,15 (3) :228 - 233.

[5]陳永彝. 鋼冶金[M] . 北京:冶金工業(yè)出版社,1985.

[6] 貴陽(yáng)西工熱處理技術(shù)有限公司質(zhì)量體系文件[P].

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