第4章機(jī)器制造結(jié)構(gòu)鋼機(jī)器制造結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制及各類鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)和熱處理特點(diǎn)?；疽螅毫私鈾C(jī)器制造結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)韌化機(jī)制；滲碳鋼、調(diào)質(zhì)零件、彈簧、滾動(dòng)軸承、超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的服役條件及對(duì)鋼的基本性能要求，化學(xué)成分特點(diǎn)和熱處理特點(diǎn)；掌握常用滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動(dòng)軸承鋼。重點(diǎn)與難點(diǎn):低碳馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼低碳低合金馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼低碳中合金馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼中碳低合金馬氏體型超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼馬氏體時(shí)效鋼馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼的類型4.4馬氏體型結(jié)構(gòu)鋼中碳低合金M鋼在超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中發(fā)展得最早，成本低廉，生產(chǎn)工藝較為簡單，σb已接近2000MPa，其產(chǎn)量仍居超高強(qiáng)度鋼總產(chǎn)量的首位。背景隨著強(qiáng)度↑，塑韌性不斷↓，容易發(fā)生材料的早期脆性破壞。鋼的強(qiáng)度越高，缺口敏感性越大，早期破壞現(xiàn)象越嚴(yán)重。三、馬氏體時(shí)效鋼（1）破壞的性質(zhì)和缺口的性質(zhì)有關(guān)：當(dāng)構(gòu)件存在鈍缺口時(shí)（例如應(yīng)力集中系數(shù)K=5），σb在1900~2000MPa的鋼種，其實(shí)際破壞應(yīng)力尚能與設(shè)計(jì)破壞應(yīng)力相當(dāng)；當(dāng)構(gòu)件存在尖銳缺口時(shí)（如應(yīng)力集中系數(shù)K=10），低合金中碳M型鋼的σb水平不能超過1700MPa，否則就會(huì)發(fā)生低強(qiáng)度下的早期破斷。鋼的強(qiáng)度愈高，這種早期破壞現(xiàn)象就愈嚴(yán)重。主要問題（2）中碳低合金M型鋼是中碳鋼，在熱處理過程中有較大的脫碳傾向，需要在熱處理設(shè)備和工藝上采用保護(hù)措施。這類鋼的熱處理變形較大，不易校直，焊接性較差。由于用C強(qiáng)化的中碳低合金M型鋼具有C強(qiáng)化的先天性弱點(diǎn)。發(fā)展了無C的M時(shí)效鋼，在Fe-Ni合金M基礎(chǔ)上，利用時(shí)效析出金屬間化合物相進(jìn)一步強(qiáng)化。

合金化原理：M時(shí)效鋼的強(qiáng)化效應(yīng)是由于置換元素在M中固溶及沉淀析出所造成的，且這些置換元素大都是F形成元素，因此要能夠得到M基體，必須加入擴(kuò)大A相區(qū)的元素。馬氏體時(shí)效鋼的合金化化學(xué)成分特點(diǎn)：≤0.03%C，Ni，還加入Co、

Ti、Al、Mo。Ni：主加元素。提高淬透性，保證M的形成，必須含高Ni，但又不能使MS點(diǎn)過低，以減少AR?！c(diǎn)陣中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)抗力和位錯(cuò)與間隙元素之間交互作用能量，促進(jìn)應(yīng)力松弛，減少脆斷傾向；Co：降低點(diǎn)陣中位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)抗力和位錯(cuò)與間隙元素之間交互作用能量，減少脆斷傾向；Co↑MS點(diǎn)，↓AR含量，↑板條M的形成；板條M的特征是具有高密度均勻分布的位錯(cuò)，提供了大量潛在的形核位置，從而保證時(shí)效過程中獲得細(xì)小的沉淀物。Ni、Ti、Al、Mo、Nb等：形成金屬間化合物Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo和Fe2Mo等沉淀硬化相。Mo和Co復(fù)合加入，使沉淀強(qiáng)化效應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)——協(xié)同效應(yīng)。Mo和Co的協(xié)同效應(yīng)：產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)的原因：Co減小含Mo強(qiáng)化相的溶解度，使更多的強(qiáng)化相在時(shí)效過程中析出；Mo還可以降低M時(shí)效鋼的回火脆性。Ti除了形成沉淀相以外，還會(huì)與殘余C或C形成Ti的碳氮化合物而細(xì)化鋼的組織，但它們常沉淀在A晶界引起各向異性效應(yīng)，并降低鋼的塑性。嚴(yán)格控制鋼中雜質(zhì)元素含量C：≤0.03%?！麮，強(qiáng)度↑↑，但是塑韌性↓↓。固溶于M中的C會(huì)形成氣團(tuán)，釘扎位錯(cuò)，降低M的范性；C與Mo、Ti、Nb能形成穩(wěn)定的K，在晶界上析出時(shí)使韌性降低，缺口敏感性增加，同時(shí)還減少其有效含量，使強(qiáng)化效應(yīng)減少。N：形成TiN和NbN，裂紋源。少量Si和Mn有強(qiáng)化作用，但對(duì)韌性有害。S形成硫化物，降低鋼的橫向性能。M時(shí)效鋼必須采用高純原料，嚴(yán)格控制C、N、S、P、Si等的含量，強(qiáng)度越高，雜質(zhì)控制越嚴(yán)格。固體受外力作用而使各點(diǎn)間相對(duì)位置的改變，當(dāng)外力撤消后，固體不能恢復(fù)原狀謂之“索性形變”，又稱為“范性形變”。根據(jù)鋼的含Ni量，M時(shí)效鋼可分為18%、20%和25%Ni三種類型。18Ni鋼：根據(jù)強(qiáng)度分為1400MPa、1700MPa、2100MPa三級(jí)。三者基本成分相似，主要是強(qiáng)化元素Ti含量不同。18Ni鋼的基本成分：Ni=18%、Co=8%、Mo=5%、Al=0.1%、C<0.003%、Mn<0.1%、Si<0.01%、S、P<0.01%。Ti%：1400MPa級(jí)：0.2%；1700MPa級(jí)：0.4%；2100MPa級(jí)：0.65%。1700MPa級(jí)還加B=0.003%、Zr=0.02%、Ca=0.05%20Ni馬氏體時(shí)效鋼的主要成分：Ni=20%、Ti=1.4%、Nb=0.4%、Al=0.2%。25Ni馬氏體時(shí)效鋼的主要成分：Ni=25%、Ti=1.4%、Nb=0.4%、Al=0.2%。馬氏體時(shí)效鋼的熱處理

(※)18Ni馬氏體時(shí)效鋼的熱處理815℃固溶處理，硬度在28~32HRC之間，很容易進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)械加工。480℃時(shí)效：3~6h。時(shí)效過程中形成Ni3Al、Ni3Ti、Ni3Mo和Fe2Mo相等的沉淀硬化相，僅引起很小的尺寸變化，因而它可以作為產(chǎn)品的最終熱處理。

M時(shí)效鋼的高強(qiáng)度來源于Me的固溶強(qiáng)化、M相變的冷作硬化和時(shí)效析出金屬間化合物的沉淀強(qiáng)化。工業(yè)純鐵的強(qiáng)度約215MPa，由于時(shí)效析出強(qiáng)化相后，基體中Me含量不高，固溶強(qiáng)化對(duì)強(qiáng)度貢獻(xiàn)不大，約200MPa。相變冷作硬化使強(qiáng)度的增值約500~600MPa；沉淀強(qiáng)化使強(qiáng)度的增值最高，約1100MPa。在高強(qiáng)度水平下還具有高的塑韌性和斷裂韌性；良好的工藝性能，在固溶處理和時(shí)效以后均可進(jìn)行焊接而不需要預(yù)熱。不足之處：這類鋼的高合金度和生產(chǎn)工藝極其嚴(yán)格，使得鋼的生產(chǎn)成本很高，使用范圍受到限制。馬氏體時(shí)效鋼的的特點(diǎn)及應(yīng)用如大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)零件、直升飛機(jī)的柔性轉(zhuǎn)動(dòng)軸、飛機(jī)起落架部件、旋轉(zhuǎn)機(jī)翼式飛機(jī)的鉸鏈結(jié)合部件、水翼艇及潛艇的零部件。也用于制造高壓容器、螺栓、緊固件和機(jī)槍彈簧、槍管、噴油泵零件、低溫服役零件及機(jī)加工工具的指度盤等。一般只限于應(yīng)用于航空、航天和武器制造工業(yè)的重要構(gòu)件：4.6軸承鋼

一、滾動(dòng)軸承鋼的工作特點(diǎn)及性能要求

滾動(dòng)軸承由內(nèi)、外圈和滾動(dòng)體（珠、柱、錐、針）及保持架組成。

滾動(dòng)軸承及其受載分布情況

保持架用低碳鋼（08鋼）薄板沖制而成，其余三個(gè)部分均由軸承鋼制造。

工作條件高負(fù)荷→最大接觸應(yīng)力可高達(dá)3000~5000MPa高轉(zhuǎn)速→循環(huán)周次高達(dá)每分鐘數(shù)萬次；高靈敏度→精度要求高→磨損、麻點(diǎn)→噪音失效形式接觸疲勞破壞或磨損性能要求

高而均勻的硬度和耐磨性→足夠淬透性和淬硬性，>60HRC；高接觸疲勞強(qiáng)度→以免過早失效→保證材質(zhì)、組織；一定韌度→承受沖擊，以免碎裂；尺寸穩(wěn)定性好→保證精度；一定耐蝕性→大氣、潤滑油腐蝕。關(guān)鍵因素冶金質(zhì)量、化學(xué)成分和加工工藝

二、軸承鋼的冶金質(zhì)量冶金質(zhì)量要求

純凈→雜質(zhì)元素和非金屬夾雜物要少：主要有各種氧化物（如A12O3）、硫化物（如MnS）和硅酸鹽等；危害程度依次遞減：剛玉、尖晶石、球狀不變形夾雜、鋁硅酸鹽、硫化物。接觸面小應(yīng)力集中大易產(chǎn)生裂紋材質(zhì)純凈、組織均勻非金屬夾雜物的來源：冶煉時(shí)的脫氧產(chǎn)物，鋼液凝固時(shí)析出氧化物和硫化物；出鋼時(shí)鋼液與渣混出時(shí)殘留在鋼中的渣；冶煉和澆注時(shí)鋼液對(duì)耐火材料的浸蝕；出鋼時(shí)鋼液的二次氧化。利用真空脫氣、爐外精煉和電渣重熔可提高鋼的純凈度。高碳鉻軸承鋼的使用組織：M回基體上分布著均勻細(xì)小的顆粒狀K和少量AR；未溶K數(shù)量占7～8%左右，AR量不大于8％左右，固溶體的C含量在0.45～0.50%之間；K的尺寸和分布對(duì)軸承的接觸疲勞壽命有很大的影響。組織不均勻：軸承鋼的碳化物不均勻性。組織均勻

碳化物細(xì)小均布。主要有三類K：

K液析→結(jié)晶時(shí)枝晶偏析而存在→高溫?cái)U(kuò)散退火，不允許液析嚴(yán)重；

帶狀K→軋制時(shí)二次碳化物偏析→長時(shí)間的高溫?cái)U(kuò)散退火；

網(wǎng)狀K→冷卻時(shí)在A晶界析出→正火或控軋大顆粒K→正火消除網(wǎng)狀K時(shí)，加熱保溫和隨后退火時(shí)未溶K

顆粒繼續(xù)長大。三、滾動(dòng)軸承鋼的合金化高C，加入Cr、Si、Mn、V等。一般為0.95~1.15%，屬于過共析鋼。一部分存在于M基體中以強(qiáng)化M；另一部分形成足夠數(shù)量的K以獲得所要求的耐磨性。過高的C含量會(huì)增加K分布的不均勻性，且易生成網(wǎng)狀K而降低其性能。

高C——保證軸承鋼有高的硬度和耐磨性。部分Cr形成的(Fe,Cr)3C在淬火加熱時(shí)溶解較慢，可減少過熱傾向，經(jīng)熱處理后可以得到較細(xì)的組織，且K能以細(xì)小質(zhì)點(diǎn)均勻分布于鋼基體組織中，既可提高鋼的回火穩(wěn)定性，又可提高鋼的硬度，進(jìn)而提高鋼的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度。適宜的Cr含量為0.40~1.65%。主加Me：Cr

——提高鋼的淬透性和形成合金滲碳體，提高軸承鋼的耐腐蝕性能。當(dāng)Cr>1.65%以后，會(huì)使AR增加，使鋼的硬度和尺寸穩(wěn)定性降低，還會(huì)增加K的不均勻性，降低鋼的韌性。大型軸承用鋼通常加入Mn、Si提高淬透性，適量的Si（0.40~0.60%）還能明顯地提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限；V一部分溶于A，提高淬透性，另一部分形成VC，提高鋼的耐磨性并防止過熱。通常無Cr鋼中都含有V。

Si、Mn、V等：進(jìn)一步提高淬透性。降低S、P含量，減少氧化物、硅酸鹽夾雜物的數(shù)量，提高冶金質(zhì)量。由于軸承鋼的接觸疲勞性能對(duì)鋼材的微小缺陷十分敏感，所以要求S＜0.02%，P≤0.027%，一般采用電渣重熔、電爐冶煉及真空冶煉等技術(shù)以減少夾雜物數(shù)量。預(yù)先熱處理：軸承鋼是過共析鋼，且對(duì)K的形狀和分布要求較高，通常采用球化退火。四、滾動(dòng)軸承鋼的熱處理目的：降低鋼的硬度，退火后硬度一般為207~229HB，這樣可改善切削加工性能，獲得細(xì)球狀P和均勻分布的細(xì)粒狀K，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。球化退火工藝——加熱溫度：780~800℃S中片層狀K已斷開，殘存一定量細(xì)小未溶K質(zhì)點(diǎn)，A成分不均勻，為冷卻時(shí)獲得許多K形核的顆粒狀非自發(fā)形核核心，得到球狀P組織。加熱溫度過高，A中未溶K量過少，A成分進(jìn)一步均勻化，冷卻后得到的是粗片層P，或有大塊聚集K，這是不合格的過熱組織；加熱溫度不足，片狀P溶解得不充分，A成分很不均勻，冷卻過程中K沿著原片層析出，或呈細(xì)小的鏈狀特征。球化退火冷卻方式有兩種，一種是連續(xù)冷卻，按冷卻速度20-30℃/h冷到650℃出爐；或者在700℃等溫2-4h，再爐冷到650℃出爐。K的形狀取決于加熱溫度，而K的彌散度取決于冷卻速度。冷卻速度越大，K的彌散度也越大，其硬度也越高。

對(duì)GCr15鋼，淬火加熱溫度為820-840℃。溫度過高會(huì)引起過熱，晶粒長大，使鋼的韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；溫度過低，則A中溶解的Cr和C的含量不夠，鋼淬火后硬度不足。M中的C含量在0.45-0.5%時(shí)，軸承鋼既具有高硬度，又有良好的韌性，還具有最高的接觸疲勞壽命。最終熱處理：

淬火+低溫回火（1）細(xì)小均勻的A晶粒(5～8級(jí))；（2）顯微組織：隱晶M基體上分布著均勻細(xì)小的顆粒狀K；占7～9%左右，AR量不大于8％左右，固溶體的C含量在0.50～0.60%之間；（3）淬火組織硬度為HRC64～66；（4）淬火后零件表面不應(yīng)有氧化脫碳及軟點(diǎn)。軸承零件淬火后一般要滿足以下要求：淬火后應(yīng)立即回火，以消除內(nèi)應(yīng)力，提高韌性、穩(wěn)定組織和尺寸；回火溫度一般為（150~160）℃，保溫時(shí)間為2~4h。為使回火性能均勻一致，回火溫度也要嚴(yán)格控制，最好在油中進(jìn)行。軸承鋼經(jīng)淬火及回火后的組織為極細(xì)的回火M、均勻分布的細(xì)粒狀K以及少量的AR，硬度為62~66HRC。軸承在淬回火后的磨削加工過程中，還會(huì)產(chǎn)生磨削應(yīng)力，通常還要進(jìn)行一次附加回火（回火溫度為120~150℃，回火時(shí)間為2~3h）以穩(wěn)定組織和尺寸。對(duì)于精密軸承，為了保證能長期存放和使用中不變形，在淬火后要立即進(jìn)行“冷處理”，以使鋼中未轉(zhuǎn)變的AR進(jìn)一步發(fā)生轉(zhuǎn)變；再在磨削加工后進(jìn)行附加回火（溫度為120~150℃，時(shí)間為5~10h）。

五、滾動(dòng)軸承鋼的應(yīng)用實(shí)例常用軸承鋼根據(jù)其Me的種類分為兩類：Cr軸承鋼典型代表是GCr15，使用量占軸承鋼的絕大部分。由于淬透性不是很高，因此多用于制造中小型軸承。添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼在鉻軸承鋼中加入Mn、Si可提高淬透性，如GCr15SiMn鋼等，主要用于制造大型軸承；

為了節(jié)約Cr，可以加入Mo、V，得到不含鉻的軸承鋼，如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE鋼等，其性能和用途與GCr15相近。特大型軸承大型圓錐滾子軸承

離合器分離軸承

各類標(biāo)準(zhǔn)軸承

四列圓錐滾子軸承

輪轂軸承

必須指出的是高碳鉻軸承鋼也可用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。滾珠絲杠副

絲杠軋鋼機(jī)械、礦山挖掘機(jī)械、建筑機(jī)械等一些受沖擊負(fù)荷較大的機(jī)械使用的軸承，不僅要求其表面硬度高、耐磨性好，具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度，還要求心部有一定的韌性、足夠的強(qiáng)度和硬度?？梢赃x用滲碳鋼制造。其它類型的軸承鋼滲碳軸承鋼可用于制造軸承鋼的滲碳鋼，如20Mn、20NiMo、12Cr2Ni4A、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2MoA等，并發(fā)展了一些新鋼種，如G10CrNi3Mo、G20CrMo、G20Cr2Mn2Mo、G20CrNiMo、G20CrNi2Mo及G20Cr2Ni4等。用滲碳軸承鋼制造軸承，加工工藝性能好，可以采用冷沖壓技術(shù)，提高材料的利用率，再經(jīng)滲碳、淬火及回火處理后，在零件的表面形成有利的殘余壓應(yīng)力，提高軸承的使用壽命。對(duì)于在酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)中使用的軸承，要求具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，故而常采用高碳高鉻不銹鋼制造，如9Cr18等。高碳鉻不銹軸承鋼水下軸承

外球面軸承

燃汽輪機(jī)、航空及航天工業(yè)用軸承的工作溫度已超過300℃以上，因此對(duì)所用軸承的材料要求有足夠的高溫硬度、高溫強(qiáng)度、耐磨性、抗氧化性及一定的腐蝕性能、良好的尺寸穩(wěn)定性和高溫下的壽命。高溫軸承鋼GCr15軸承鋼的最高工作溫度不超過180℃，含抗回火穩(wěn)定性元素Si、Mo、V、Al的低合金軸承鋼的工作溫度也不能超過260℃。因此在更高溫度下使用的軸承必須采用高溫軸承鋼。常用的高溫軸承鋼有Cr4Mo4V、Cr14Mo4、Cr15Mo4、GCr18Mo、W6Mo5Cr4V2等。這類鋼的成分特點(diǎn)是含有大量的W、Mo、Cr、V等K形成元素，淬火后可獲得高合金化的高碳M，具有良好的回火穩(wěn)定性，并在高溫回火后產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象，能在高溫下保持高硬度、高耐磨性和良好的接觸疲勞強(qiáng)度。超高溫軸承高溫、耐腐蝕、自潤滑軸承1、滲碳鋼的服役條件及對(duì)性能要求有一些機(jī)器零件，在工作時(shí)零件整體受到周期性變化的扭轉(zhuǎn)或彎曲力的作用，并且零件與零件表面之間還有相對(duì)的摩擦，并有高的接觸應(yīng)力。這些零件對(duì)材料的機(jī)械性能要求：(1)表面具有高的彎曲、接觸疲勞強(qiáng)度和高的耐磨性。一、滲碳鋼4.7滲碳鋼和氮化鋼表面高硬度、高耐磨性的獲得可采用滲碳處理，再經(jīng)淬火和低溫回火，稱這類鋼為滲碳鋼。(2)心部具有高強(qiáng)度和韌性。碳素滲碳鋼的缺點(diǎn)：淬透性較低，強(qiáng)度較低，滲碳過程中晶粒粗化嚴(yán)重等缺陷，已不能滿足高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械零件，如汽車、拖拉機(jī)上的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上的變速齒輪、活塞銷等對(duì)力學(xué)性能的要求。通過加入Me而發(fā)展合金滲碳鋼具有更高的性能。低C：0.12~0.25%。保證心部有良好的韌性。Cr、Mn、Ni、Si、B等：提高淬透性。提高鋼材的淬透性，提高機(jī)件的強(qiáng)度和韌性；元素Cr在滲碳后于表層形成K，提高硬度和耐磨性。Ni對(duì)滲碳層和心部的韌性非常有利。2、滲碳鋼的合金化滲碳溫度高達(dá)930℃左右，對(duì)于用Mn、Si脫氧的鋼，A晶粒會(huì)發(fā)生急劇長大。少量V、Ti、Mo、W等：阻止A的晶粒長大；還可增加滲碳層硬度，進(jìn)一步提高耐磨性。K形成元素對(duì)滲C的作用：（a）增大鋼表面吸收C原子的能力；（b）增大滲C層表面C濃度；（c）阻礙C在A中的擴(kuò)散。前兩因素加速滲C，有利于滲C層的加厚，而后一因素不利于滲C層的加厚?？偟男Ч荂r、Mn、Mo等加大滲C層的厚度，Ti減小滲C層的厚度。

對(duì)于一般零件:(1)滲C層的含C量限制為0.8～1.1%C；(2)滲C層的深度控制在0.6～2.0mm之內(nèi)。非K形成元素對(duì)滲C的作用與K形成元素相反：總的效果：Ni、Si、Cu等元素減慢滲C，不利于滲C層的加厚。K形成元素含量過多，將在滲C層中產(chǎn)生許多塊狀K，造成表面脆性。所以Me的含量要適當(dāng)。Mn是一個(gè)較好的Me，既可以加速滲C層增厚，又不過多提高滲C層的含C量。

2、滲碳鋼的熱處理預(yù)先熱處理：合金滲碳鋼零件，在機(jī)械加工前的預(yù)先熱處理通常分兩步進(jìn)行。預(yù)先熱處理+滲碳+最終熱處理。第一步：正火退火（對(duì)P型鋼）第二步：高溫回火（對(duì)M型鋼）正火：細(xì)化晶粒，減少組織中的帶狀程度并調(diào)整好硬度，便于機(jī)械加工。經(jīng)過正火后的鋼材具有等軸狀晶粒。對(duì)P型鋼：通常用在800℃左右的一次退火代替正火，可得到相同的效果，即既細(xì)化晶粒又改善切削加工性能；對(duì)M型鋼：則必須在正火之后，再在Ac1以下溫度進(jìn)行高溫回火，以獲得回火S組織，這樣可使M型鋼的硬度由380~550HB降低到207~240HB，以順利地進(jìn)行切削加工。滲碳在機(jī)械加工到只留有磨削余量時(shí)，進(jìn)行滲碳處理。滲碳溫度：910～930℃。鋼表面的固溶碳極限是由A在滲碳溫度時(shí)對(duì)碳的飽和溶解度決定的。如超過碳在A中的極限溶解度，在表面層中就會(huì)出現(xiàn)K。滲碳擴(kuò)散層的厚度決定于：（1）C在A中的極限溶解度；（2）C在A中的擴(kuò)散速度；（3）擴(kuò)散的時(shí)間。最終熱處理：淬火+低溫回火。零件的滲C表面：高C回火M+細(xì)小的K，硬度（60~62HRC），耐磨性高。零件的非滲C表面和基體部分（心部）：低C回火M—淬透性高的鋼種；低C回火M+B（40~48HRC）—淬透性中等的鋼種；低C回火T（25~40HRC）—淬透性小的鋼種。這些組織使基體具有更好的強(qiáng)硬度與韌塑性的配合，心部的沖擊韌性一般都高于700kJ/m2。滲碳后直接淬火，再低溫回火。采用這種工藝的零件通常只要求表面高硬度和耐磨性，而對(duì)基體性能要求不高。主要用于滲碳后不容易過熱的鋼種(如20CrMnTi鋼）。圖3-420CrMnTi鋼齒輪的熱處理規(guī)范滲碳后先進(jìn)行空冷（即正火處理）使組織細(xì)化，而后再按滲碳后的表面成分進(jìn)行淬火并低溫回火。當(dāng)要求表面高硬度、高耐磨性外，對(duì)基體性能有較高要求時(shí)，可采用這種工藝。主要用于滲碳后容易過熱的鋼種，如20Cr、20Mn2等。滲碳空冷后，進(jìn)行兩次淬火。當(dāng)對(duì)零件表面和基體性能的要求都很嚴(yán)格時(shí)，可用這種工藝。第一次按鋼的基體成分加熱淬火，加熱溫度較高（870℃左右），目的是細(xì)化心部組織并消除表面滲碳層中的網(wǎng)狀滲碳體；

第二次按高碳鋼的成分進(jìn)行（表面）淬火，目的是使表面獲得細(xì)小的M加粒狀K組織，以滿足表面高性能的要求；最后進(jìn)行低溫回火起消除應(yīng)力、穩(wěn)定組織和穩(wěn)定尺寸的作用。這類熱處理工藝主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪的熱處理。航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪(可達(dá)GB10095-884級(jí))碳素滲碳鋼：15、20合金滲碳鋼按淬透性的高低可分為（1）低淬透性合金滲碳鋼：

20Cr、20Mn2等（2）中淬透性合金滲碳鋼：

20CrMnTi、20Mn2TiB、20MnVB等。（3）高淬透性合金滲碳鋼：

12Cr2Ni4A、15CrMn2SiMo、

18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等。3、典型滲碳鋼及其應(yīng)用低淬透性合金滲碳鋼

抗拉強(qiáng)度通常為σb=800~1000MPa。典型鋼種：20Cr、20Mn2等。這類鋼的淬透性低，通常只用于制造受沖擊載荷較小的，且對(duì)于心部要求不高的小型滲碳件，如小齒輪、活塞銷、套筒、鏈條等。中淬透性合金滲碳鋼

抗拉強(qiáng)度通常為σb=1000~1200MPa。典型鋼種：20CrMnTi、20Mn2TiB、20MnVB等。20CrMnTi鋼：有良好的機(jī)械性能和工藝性能。淬透性較高，由于含有Ti，其過熱敏感性小。20CrMnTi鋼齒輪可在滲碳后預(yù)冷到875℃直接淬火。先預(yù)冷再淬火是為了減少淬火變形；同時(shí)在預(yù)冷過程中滲碳層中析出一些二次滲碳體（合金滲碳體），使得淬火后的滲碳層中的AR的數(shù)量減少。大量用于制造承受高速、中載并要求抗沖擊和耐磨損的零件，特別是汽車、拖拉機(jī)上的重要齒輪及離合器軸等。20Mn2TiB、20MnVB是為節(jié)約Cr而發(fā)展的代用鋼，它們的缺點(diǎn)是淬透性不夠穩(wěn)定，熱處理變形稍大且缺乏規(guī)律。離合器片淬火抗拉強(qiáng)度通常為σb＞1200MPa。典型鋼種：12Cr2Ni4A、15CrMn2SiMo、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等。這類鋼由于含有較多的Cr和Ni等Me，滲碳后表層的C含量又很高，這樣就導(dǎo)致了MS點(diǎn)的大幅度下降。若滲碳后直接淬火，滲碳層中將保留大量的AR，使表面硬度下降，因此必須設(shè)法減少AR的數(shù)量。高淬透性合金滲碳鋼由于這類鋼含有較多的Ni，使得鋼具有很好的韌性，特別是低溫沖擊韌性，因此主要用于制造大截面、高載荷的重要齒輪和耐磨件，如飛機(jī)、坦克中的重要齒輪及曲軸等。為了減少AR的數(shù)量，通?？梢圆捎孟旅娴娜N方法：第