摘 要

本文主要研究保温的时间和加热温度对20CrMnTi钢组织的影响，对比分析了20CrMnTi钢在不同加热温度、不同保温时间条件下的晶粒生长趋势和组织变化规律，目的是找到如何控制渗碳层组织、渗碳层深度，从而合理地选择渗碳工艺，达到表面强化的目的。20CrMnTi钢是低碳合金钢，广泛被用来制造轴承、齿轮等零件。渗碳工艺可以提高工件表面的耐磨性，提高工件的抗疲劳强度，并且使得心部具有很高的强韧性。

对20CrMnTi钢分别进行900℃、930℃和970℃保温4h、6h、8h的正火处理，以及分别在900℃、930℃和970℃温度下渗碳，保温时间均为6h，主要采取固体渗碳的方法。使用金相显微镜观察不同温度、不同保温时间下正火处理的材料金相组织，渗碳工艺后心部的组织发生的变化及渗碳层形貌，并使用显微硬度计测量记录渗碳层的深度和硬度。

测试结果表明：随着正火温度以及保温时间的延长晶粒粗化的趋势更加明显，最终的结果是导致心部组织恶化，渗碳后易形成网状碳化物。在相同的渗碳时间下，渗碳层的厚度会随着温度的提高而显著增加。渗碳淬火后渗碳层的显微组织大部分为针状马氏体。最后通过多次实验的对比，确定最佳方案。

关键词：20CrMnTi钢；固体渗碳；渗碳层深度；显微硬度；显微组织

Abstract

In this paper, we mainly study the relationship between the change of 20CrMnTi steel structure and the heating temperature and the holding time, and explore the grain growth tendency and microstructure of 20CrMnTi steel under different temperature and different holding time. The purpose is to find out how to control the organization of carburized layer, carburizing depth, and thus a reasonable choice of carburizing process, to achieve the purpose of surface strengthening.20CrMnTi is a low carbon alloy steel, widely used in the manufacture of shafts, gear parts.Carburizing process can make the workpiece surface has a high wear resistance, increase the fatigue strength of the workpiece, and the heart has sufficient strength and toughness.

The normalizing treatment of 20CrMnTi steel is at 900 ℃, 930 ℃ and 970 ℃ for 4h, 6h and 8h respectively,and at 900 ℃, 930 ℃ and 970 ℃ carburizing for 6h, mainly to take the method of solid carburizing.The microstructure of the material is observed by metallographic microscope, the changes of the microstructure, the carburized layer after carburization, and the depth and hardness of the carburized layer are measured with a microhardness tester.The results show that with the normalizing temperature and the holding time prolonged, the grain coarsening tendency is obvious, leading to the deterioration of the heart tissue, easy to form carbide after carbide carburization.When the carburization time is the same, the thickness of the carburized layer increases significantly with the increase of temperature. The carburized layer is mainly needle-like martensite.Finally, determine the best solution through several experiments.

Key Words：20CrMnTi steel；solid carburization；depth of carburizing layer；microhardness;microstructure

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.1.1课题背景 1

1.1.2研究现状与进展 2

1.2 本课题研究的主要问题 3

第2章 实验部分 3

2.1 实验原理 3

2.1.1正火的原理 3

2.1.2 固体渗碳的原理 3

2.1.3淬火的原理 5

2.1.4显微硬度试验的原理 5

2.2实验材料、仪器及药品 5

2.2.1 实验材料 5

2.2.2实验仪器设备 6

2.2.3实验药品 7

2.3实验步骤及工艺参数 7

2.3.1实验步骤 7

2.3.2热处理工艺及参数 7

2.4性能测试 8

第3章 实验结果与讨论 10

3.1金相组织图片对比分析 10

3.1.1 20CrMnTi原始金相组织 10

3.1.2 20CrMnTi的正火金相组织 10

3.1.3 20CrMnTi的渗碳金相组织 13

3.1.4 20CrMnTi的渗碳淬火金相组织 14

3.2渗碳层深度的测定 16

第4章 结论 19

参考文献 20

致 谢 22

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.1.1课题背景

伴随着人类历史的发展，由于钢铁材料逐渐成为作战兵器的使用材料，经过淬火处理后的兵器具有较高的硬度，可以大大提高作战能力，因此热处理的技术也慢慢被人们所利用。众所周知，工件的失效形式主要为发生在材料表面的断裂、腐蚀及磨损，因此正确地选用热处理等技术，可以极大地增加工件的服役寿命和可靠性，做到节省材料及能源，促进新材料和高新技术产业的发展，有利于建设节约型社会^[1]。金属热处理技术指的是把材料置于特定的环境中，先对其进行加热到一定温度，保温一段时间后使材料自然降温或机械降温的一系列工艺流程,使材料的表面结构或心部的微观组织发生变化，以此来优化材料的机械性能。要得到包含强度、硬度、塑韧性在内的良好的综合性能是极其不易的，不能仅仅依靠简单的单一的热处理工艺来获得既有表面硬度又有内部韧性配合的高性能零件，只有借助化学热处理才能更好地解决这一问题。本文采用先渗碳后淬火的工艺来获得表面硬度高又具有高韧性心部配合和材料。

本实验所采用的化学热处理方法是将材料放置于含有碳元素的渗碳剂中，将试样依次进行加热、保温和冷却一系列过程，使碳原子被吸附在材料的外表面并扩散到材料内部，目的是为了使材料表面层的化学元素成分和微观组织结构发生改变，最终获得不同性能的表面和心部，优化材料的综合性能^[2]。