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20CrMnTi钢齿轮热处理工艺佳木斯大学热处理工艺设计说明书热处理工艺设计说明书20CrMnTi钢变速箱齿轮热处理工设计题目艺材料科学与工程学院年级金属材料工程专业学生姓名学号指导教师佳木斯大学热处理工艺设计说明书目录1. 变速箱齿轮的热处理工艺设计……………………………1 1.1 变速齿轮的服役条件………………………………………1 1.2 变速齿轮常见的失效形式…………………………………1 1.3 变速齿轮的性能要求………………………………………1 1.4 变速齿轮备选材料分析…………………………………‥1 1.5 变速齿轮的加工工艺路线…………………………………2 1.6 热加工及热处理工艺规程…………………………………2 1.7 各热处理工艺后的金相组织分析…………………………4 1.8 热处理工艺过程中的质量检验项目...........................6 1.8.1 渗碳淬火后齿轮的检验项目、内容和要求..................6 1.8.2 渗碳齿轮的常见缺陷及防止措施 (6)2. 心得..................................................................8 3. 参考文献 (8)佳木斯大学热处理工艺设计说明书 1.变速箱齿轮的热处理工艺设计1.1变速齿轮的服役条件齿轮是机械工业中应用最广泛的重要零件之一。
其主要作用是传递动力，改变运动速度和方向。
是主要零件。
其服役条件如下:齿轮工作时，通过齿面的接触来传递动力。
两齿轮在相对运动过程中，既有滚动，又有滑动。
因此，齿轮表面受到很大的接触疲劳应力和摩擦力的作用。
在齿根部位受到很大的弯曲应力作用;在运转过程中的过载产生振动，承受一定的冲击力或过载;变速齿轮在换档时，端部受冲击，承受一定冲击力;在一些特殊环境下，受介质环境的影响而承受其它特殊的力的作用。
20crmntih材料标准
20CrMnTiH是一种具有较高强度、韧性和耐磨性的合金钢材料，执行标准是GB/T 3077-2015《合金结构钢技术条件》。
以下是该材料的主要信息：
1.成分：包括碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、铬（Cr）、
钛（Ti）和镍（Ni）等元素。
具体的化学成分范围请参考GB/T 3077-2015标准。
2.力学性能：屈服强度、抗拉强度、延伸率和冲击韧性等是
20CrMnTiH材料的主要力学性能指标。
3.用途：广泛用于汽车行业，特别是制造传动齿轮。
其淬透性较高，
在保证淬透情况下，特别是具有较高的低温冲击韧性。
4.处理：20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢，具有良好的加工性，加
工变形微小，抗疲劳性能相当好。
![20CrMnTi齿轮渗碳和碳氮共渗工艺对比[1]](https://img.taocdn.com/s1/m/9ad47bc95fbfc77da269b14c.png)
20crmnti是一种常见的合金结构钢，通过渗碳淬火处理可以得到理想的性能，而回火温度对其性能起着重要的影响。
本文将从20crmnti的性能特点、渗碳淬火工艺及回火温度对其影响等方面进行探讨。
一、20crmnti的性能特点1. 20crmnti的化学成分和机械性能20crmnti合金结构钢的化学成分主要包括碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、硒（S）、磷（P）、铬（Cr）、钼（Mo）、钛（Ti）等元素。
其机械性能表现为屈服强度σs≥835 MPa，抗拉强度σb≥940 MPa，断面收缩率δ5≥12，冲击韧性αk≥63J。
2. 20crmnti的应用20crmnti合金结构钢广泛应用于制造重载齿轮、传动轴等机械零部件，具有良好的强度和韧性，能满足复杂工况下的使用要求。
二、20crmnti的渗碳淬火工艺1. 渗碳淬火工艺流程（1）将20crmnti合金结构钢置于渗碳工装中。
（2）在高温高压环境下，将碳原子渗入钢表面，使其表面碳含量增加。
（3）经过渗碳处理后的20crmnti合金结构钢表面形成具有一定深度的硬度层。
（4）对渗碳后的20crmnti合金结构钢进行淬火处理，使其获得所需的组织和性能。
2. 渗碳淬火处理后的20crmnti经过渗碳淬火处理后的20crmnti合金结构钢表面硬度大幅提升，同时保持其内部的韧性，在满足使用强度要求的前提下能够提高其耐磨性和抗疲劳性能。
三、回火温度对20crmnti性能的影响1. 回火温度选择20crmnti合金结构钢在进行渗碳淬火处理后需要进行回火处理，回火温度的选择对其性能具有重要影响。
一般来说，20crmnti的回火温度为500℃。
2. 回火温度对20crmnti性能的影响（1）回火温度低于500℃时，20crmnti的硬度很大程度上得不到退火，导致其易产生脆性。
（2）回火温度高于500℃时，20crmnti的硬度能够得到合适的退火，同时保持强度和韧性的平衡，保证其在使用过程中不易产生变形和开裂。
常州机电职业技术学院毕业设计（论文）作者：王慧学号：20921209系部：模具技术系专业：材料成型与控制技术（热处理）题目：20CrMnTi减速机齿轮的渗碳淬火指导者：陈宁评阅者：2013年 3 月毕业设计（论文）中文摘要热处理工艺是金属材料工程的重要组成部分。
现代工业的飞速发展对机械零部件的要求愈来愈高，因此通过热处理可以改变材料的加工艺性能，充分发挥材料的潜力，提高工件的使用寿命。
为获得理想组织性能，保证零件在生产过程中的质量，稳定性和使用寿命，就必须从工件的特点、要求和技术条件，正确选择材料；再根据生产规模、现场条件、热处理设备提出几种可行的热处理方案，最后确定出一种最佳方案。
20CrMnTi钢具有晶粒细、渗碳淬火性能良好、工艺性能成熟可靠且成本低廉等优点，目前生产量大致占渗碳齿轮钢的70% ，齿轮在使用过程中，担负着传递动力的任务，在冲击、交变应力等作用下以齿根断裂和齿面接触疲劳为主要失效形式，因此齿轮钢应有良好的强韧性、耐磨性以承受冲击、弯曲和接触应力；此外，还要求变形小、精度高，噪声低。
本设计便是对20CrMnTi减速机齿轮热处理工艺进行详细的说明，从选材下料到热处理工艺路线，以及最后的质量检验、可能产生的缺陷及预防措施等，都进行逐一分析，尽可能的将整个过程详尽的展现出来，从而对大家有所帮助。
关键词：20CrMnTi；减速机齿轮；渗碳淬火；缺陷毕业设计（论文）外文摘要Title: 20CrMnTi Reducer Gear Carburizing and QuenchingAbstract：Heat treatment technology of metallic materials is an important part of the project. The rapid development of modern industry of machinery parts and components of the increasingly high demand, so the heat treatment can change the material and process performance, give full play to the potential, improve the service life of the workpiece. In order to obtain the ideal organizational performance, guarantee the components in the production process quality, stability and service life, must from the characteristics of the workpiece, requirements and technical conditions, proper selection of materials; then according to the scale of production, site conditions, heat treatment equipment and puts forward several feasible heat treatment scheme, finally determine a kind of optimum scheme.20CrMnTi steel has fine grain size, good performance, carburizing and quenching process is mature and reliable performance and low cost, the current production capacity accounted for roughly70% of carburized gear steel, gear during use, charged with the transmission of dynamic task, in shock, alternating stress under the action of taking root fracture and tooth surface contact fatigue as the main the failure forms of gear steel, therefore, should have good strength and toughness, abrasion resistance to withstand impact, bending and contact stress; in addition, also called little deformation, high precision, low noise.This is designed for20CrMnTi reducer gear heat treatment process in detail, from material selection under the expected heat treatment technology route, as well as the final quality inspection, the possible defects and preventive measures and so on, are analyzed and explained, as far as possible the whole process detailed show hill, thus all of you to help.Keywords：20CrMnTi; Reducer gear;carburizing and quenching; defect目录毕业设计（论文）中文摘要 (I)毕业设计（论文）外文摘要 ................................................................... I I 目录 (IV)第一章绪论 (1)1.1 减速机齿轮的应用 (1)1.2 减速机齿轮的作用 (4)1.3 齿轮用钢的分类与生产 (5)1.4 国内外汽车齿轮发展现状 (6)1.5 减速机齿轮的性能要求 (9)1.6 加工工艺性能要求 (9)1.7 材料的选择 (10)第2章热处理工艺选择 (11)2.1 预备热处理的工序位置 (11)2.2 最终热处理的工序位置 (11)2.3 最终热处理工艺方法选择 (11)第三章热处理工艺特性对齿轮质量和寿命的影响 (12)3.1 淬透性 (12)3.2 变形开裂倾向 (12)3.3 淬硬性 (12)第四章20CrMnTi钢的基本性质 (13)4.1 钢的化学成分和力学性能 (13)4.2 含碳量及合金元素作用 (14)4.3汽车变速箱变速齿轮的热处理工艺设计 (16)4.3.1 服役条件 (16)4.3.2 失效形式 (16)4.3.3 性能要求 (17)第五章20CrMnTi变速齿轮加工工艺 (18)5.1 减速机齿轮常用的加工工艺路线 (18)5.2 各种工艺路线的分析 (18)5.2.1 等温正火 (18)5.2.2 渗碳+淬火+回火 (18)5.2.3 喷丸处理 (20)5.2.4 检验 (20)第六章热处理后的金相组织 (21)6.1 20CrMnTi等温正火后金相组织 (21)6.2 20CrMnTi经渗碳后淬火、回火处理金相组织 (21)第七章质量控制与检验方法 (23)7.1 随炉试样检验 (23)7.1.1 表面硬度 (23)7.1.2 心部硬度 (23)7.1.3 有效硬化层深度 (23)7.1.4 表层组织 (24)7.2 齿轮热处理质量检验 (25)7.2.1 外观 (25)7.2.2 齿面硬度 (25)7.2.3 有效硬化层深度 (25)7.2.4 畸变 (26)第八章热处理工艺过程中的质量检验 (27)8.1 渗碳淬火后齿轮的检验项目、内容和要求 (27)8.2 渗碳齿轮的常见缺陷及防止措施 (28)8.3 渗碳淬火后畸变原因分析及解决措施 (29)8.3.1 渗碳淬火后畸变原因分析 (29)8.3.2 减小渗碳淬火齿轮畸变的措施 (32)结论 (35)致谢 (36)参考文献 (37)第一章绪论随着科学技术和工业生产的飞速发展，经济各个部门迫切需要各种各样质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的机械产品。
的工业齿轮通常采用调质作为预备热处理[5]。
图1（奥氏体晶粒）三、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。
调质钢与正火钢相比不仅强度较高, 而且塑性、韧性远高于后者, 同时锻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。
图2图3（20CrMnTi渗碳后淬火）五、淬火低温回火（一）、淬火钢的加热温度一般可根据Fe-Fe3C相图选择,亚共析钢淬火加热温度选择Ac3以上30℃～50℃,过共析钢淬火加热温度选择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。
过热时奥氏体的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。
过烧后的工件只能报废。
加热温度过低、保温时间不足会引起硬度不足。
故可选择900℃温度渗碳,预冷8 2 0℃左右油冷淬火。
淬火冷却速度太快,奥氏体向马氏体组织转变剧烈、体积收缩,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。
同时也能获得马氏体组织,达到较高的硬度。
表1:有效硬化层深度，节圆和齿根圆角-公制
表2:有效硬化层深度，节圆和齿根圆角-英制
4.52表面硬度
按照ASTM E 18，表面硬度应满足表3要求:
4.5.3心部硬度
按照ASTM E 18，心部硬度应为25~45HRC。
心部硬度应在齿面宽度的中部截面上的根圆与齿的中心线交叉部位测定。
（见图A2）4.6.微观组织
461.渗碳层应由具有少量均匀分布的碳化物的回火马氏体组成，不允许有网状碳化物，允许有少量均匀分布的球粒状碳化物。
462放大500倍观察，残余奥氏体含量应不超过15%。
4.6.3.表面晶界氧化层深应小于0.001英寸（0.025mm）。
附录A :图
图1:有效硬化层深度
图2:心部硬度。
20crmntih力学标准
20CrMnTiH是一种常用的合金结构钢，具有优良的机械性能
和热处理性能。
它被广泛应用于制造高强度、高韧性的机械零件，如齿轮、轴承、传动轴等。
本文将介绍20CrMnTiH的力
学标准。
首先是拉伸试验。
拉伸试验是一种常用的力学试验方法，用于测量材料的拉伸强度、屈服强度、延伸率等力学性能指标。
对于20CrMnTiH这种合金结构钢，其拉伸强度不低于835MPa，屈服强度不低于685MPa，延伸率不低于12%。
其次是冲击试验。
冲击试验是一种用于测量材料在低温或高速冲击下的韧性指标的试验方法。
对于20CrMnTiH这种合金结
构钢，在室温下的冲击韧性不低于54J/cm²，在-40℃下的冲击韧性不低于39J/cm²。
再次是硬度试验。
硬度试验是一种用于测量材料硬度的试验方法，常用的硬度试验方法有布氏硬度试验、洛氏硬度试验、维氏硬度试验等。
对于20CrMnTiH这种合金结构钢，其硬度不
低于217HBW。
最后是扭转试验。
扭转试验是一种用于测量材料在扭转载荷下的力学性能指标的试验方法。
对于20CrMnTiH这种合金结构
钢，在扭转载荷下的最大剪切应力不低于590MPa，扭转角度不低于15°。
总之，20CrMnTiH作为一种优良的合金结构钢，在机械制造领域有着广泛的应用前景。
了解其力学标准能够帮助我们更好地选择合适的材料，并保证产品的质量和性能。
题目：20crmnti 齿轮热处理一、20crmnti 齿轮的特性和用途20crmnti 钢是一种具有优良机械性能和热处理性能的中碳合金结构钢，常用于制造重载齿轮、轴、连杆、轴承和齿条等零部件。
其主要特点包括高强度、高硬度、耐磨性好、疲劳强度高、具有一定的韧性和可塑性等。
在重载、高速、高温和频繁启动等要求苛刻的工作条件下，20crmnti 齿轮表现出色，被广泛应用于工程机械、汽车、船舶、轨道交通等领域。
二、20crmnti 齿轮热处理工艺热处理是指通过控制材料的加热、保温和冷却等过程，改变材料的组织结构和性能。
对于20crmnti 钢制造的齿轮来说，合理的热处理工艺对其性能和使用寿命起着至关重要的作用。
一般的20crmnti 齿轮热处理工艺包括淬火和回火两个主要过程。
1. 淬火淬火是热处理的重要工艺环节之一。
通过高温加热至奥氏体区，然后迅速冷却至马氏体区，以获得高硬度和高强度的组织结构。
对于20crmnti 齿轮来说，淬火工艺的温度、保温时间和冷却介质的选择都会对最终的性能产生重要影响。
合理的淬火工艺能够使齿轮表面获得较高的硬度，提高其耐磨性和疲劳强度，同时保持一定的韧性。
2. 回火回火是淬火后的齿轮进行的第二次热处理工艺。
通过对淬火后的齿轮进行中温加热一段时间，然后再空冷或油冷，以调整其组织结构和性能。
合理的回火工艺能够降低淬火时产生的残余应力，提高齿轮的韧性和塑性，使其在工作过程中不易产生变形和开裂。
三、20crmnti 齿轮热处理的注意事项在进行20crmnti 齿轮热处理时，需要注意以下几点：1. 温度控制：热处理温度是影响齿轮性能的重要因素，需严格控制在设计要求的范围之内。
2. 冷却介质选择：不同的冷却介质会对齿轮的硬度和残余应力产生影响，需要根据具体情况选择合适的冷却介质。
3. 工艺参数优化：包括加热温度、保温时间、冷却速度等工艺参数需要根据齿轮的实际情况进行优化调整。
4. 试样取样：进行热处理前需要取样进行试验，以确定最佳的热处理工艺。
QJ
B3100JQAQ(2015)003 QJ410325
上海汽车变速器有限公司
企业标准
QJ410325-2015
S-20CrMnTiH 合金渗碳齿轮钢技术规范
2015-02-28发布 2015-02-29实施
上海汽车变速器有限公司 发 布
QJ410325-2015
前言
本标准是根据GB/T 1.1－2009《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》的基本规定和格式要求进行制定的。
本标准由上海汽车变速器有限公司提出。
本标准由上海汽车变速器有限公司标准化室归口。
本标准起草单位：上海汽车变速器有限公司技术中心。
本标准主要起草人：马森林。
S-20CrMnTiH合金渗碳齿轮钢技术规范
1 范围
本技术规范按照GB/T 5216，ISO 683，ISO 6336-5等相关材料标准制定，主要适用于可控气氛渗碳或碳氮共渗齿轮类零件。
本技术规范适用于直径为25~100mm的热轧钢材。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 226 钢的低倍组织及缺陷酸浸检验法
GB/T 225 钢的淬透性末端淬火试验方法
GB/T 231.1 金属布氏硬度试验第1部分：试验方法
GB/T 702 热轧圆钢和方钢尺寸、外形、重量及允许偏差
GB/T 1979 结构钢低倍组织缺陷评级图
GB/T 5216 保证淬透性结构钢
GB/T 3077 合金结构钢
GB/T 4162 锻轧钢棒超声波检验方法
GB/T 13299 钢的显微组织评定方法
GB/T 20066 钢和铁化学成分测定用试样的取样和制样方法
GB/T 222 钢的化学分析用试样取样方法及成品化学成分允许偏差
ASTM A534 耐磨轴承用渗碳钢
ASTM E45 钢中非金属夹杂物显微评定方法
ASTM E112 金属平均晶粒度测定方法
3 尺寸、外形、重量及允许偏差
3.1尺寸允许偏差
3.1.1热轧不剥皮材料：尺寸及允许的尺寸偏差按照GB/T 702 I或者II组执行。
3.1.2银亮剥皮材（仅适用于Ø30~Ø70mm）的钢棒，则按照下表1执行。
表1
3.2钢材按实际重量交货。
4.
技术要求
4.1 钢的牌号及化学成分（熔炼分析）应符合表2规定。
表2 wt ％
(a) 产品分析化学成分允许偏差按照GB/T 222规定执行，其中 S: +/-0.005%, Al: +/-0.005% (b) 钢材控制氢含量≤0.00025%；
(c) 未得到上海汽车变速器有限公司技术中心主管材料工程师书面批准，不得添加未列入的合 金元素。
4.2冶炼方法
4.2.1本钢种为Al 脱氧本质细晶粒钢，不允许添加Ca 及其合金；冶炼方法为电弧炉EAF(或者转炉
BOF)+真空精炼。
本钢种必须满足热顶锻钢材要求.
4.2.2 采用带电磁搅拌连铸+底部浇注工艺，连铸坯到钢棒的断面收缩比应满足：直径为Φ50mm 以
下时，应≥30；（2）直径为Φ51～100mm 时，应≥10。
材料供应商应在质量保证书中注明材料的连铸坯的尺寸。
4.3交货热处理状态
热轧不退火状态要求硬度≤269HB；热轧退火状态要求硬度≤255HB 。
4.4加工用途
应在订货合同注明。
4.5低倍组织
钢材的横截面酸浸低倍组织试片或淬火断口不得有肉眼可见的缩孔、气泡、裂纹、过烧、有害夹杂、翻皮和白点等对加工和使用有害的缺陷。
允许白亮带，但不允许存在白心、中心孔洞。
酸浸低倍组织按照GB/T 226检测和GB/T 1979评级。
应符合表3规定。
表3
中心黑心按照GB/T1979评级图5评定，≤1.0级
取样规则：每批，开始和终了坯料或终轧的头与尾分别取样。
4.6非金属夹杂物
除非得到上海汽车变速器有限公司技术中心材料工程师的书面批准，非金属夹杂应满足4.6.1和4.6.2的规定。
4.6.1 方法1：按照ASTM E45 A法，表1和评级图III检验钢材的非金属夹杂物，见表4。
表4 非金属杂物
方法2：按照DIN 50602评定尺寸指数，Size index ≤ 4。
4.6.2 按照DIN 50602, K法评定氧化物夹杂特性值，应满足表5要求。
表5
4.7 奥氏体晶粒度
按照ASTM E112，经过925℃/8小时渗碳处理后（渗碳法），奥氏体晶粒度为5~8级。
特殊情况下，仲裁评定，1150+/-20℃/30分钟，空冷处理，获得均匀初始条件后再进行检测。
4.8 末端淬透性
除非得到上海汽车变速器有限公司技术中心材料工程师的书面批准，材料的末端淬透性应满足如下规定。
样坯经过925℃±10℃正火处理后，加工成末端淬透性试样，试样经过925℃±5℃/30分钟淬火，必须达到下表要求：GB/T225制备试样，样坯经过910±10℃正火处理后，加工成末端淬透性试样，试样经过880±5℃淬火，达到表6要求：
表6 试样末端淬透性技术要求
同一批钢材，末端淬透性同一距离位置的淬透性离散度应≤4HRC。
4.9带状组织评判方法
4.9.1 钢棒取样，从表面到1/2半径处检测。
4.9.2 试样经950±10℃加热保温1小时后空冷，（必要时可再经600±10℃等温1小时空冷，）在
平衡组织（F+P）下，按照GB/T 13299评定要求≤3.0级。
4.9.3 带状组织的仲裁评判方法：按照ASTM A534 S5 检测，硬度差值应≤6HRC。
4.10超声探伤
钢材必须经100%超声波探伤，确保钢材内部无明显缺陷。
按照GB/T 4162进行超声波检测A级合格（按0. 2mm平底孔标准）；
4.11表面质量
钢材表面必须100%涡流探伤，应符合GB/T 3077中6.6、表5及表6中高级优质钢的规定。
5试验方法
每批钢材的试验方法按表7的规定执行
表7
6检验规则、包装、标记和质量证明书
按照GB/T 3077有关规定执行。
不允许不同冶炼炉号或不同轧制号的材料同捆包装。
