20CrMnTi是渗碳钢，多用其制造汽车上的传动齿轮，是中淬透性渗碳钢，淬透性较高。在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。

（1）简述影响C在固溶体中扩散的因素。

（2）试画出20CrMnTi的热处理工艺路线，简述其中渗碳操作的目的。

（3）20CrMnTi中合金元素Cr和Ti元素的作用有哪些。

参考答案：

（1）

        1温度：温度越高，原子热激活能量越大，越易发生迁移，扩散系数越大。      

        2固溶体类型：不同类型的固溶体，原子的扩散机制不同，间隙扩散激活能比置换扩散激活能小得多，扩散速度也快得多。                 

        3晶体结构：结构不同的固溶体对扩散元素的溶解限度不同，造成浓度梯度不同，会影响扩散速率。

（如同一种元素在α-Fe中的扩散系数比在γ-Fe中的大，其原因是体心立方结构的致密度(0.68)比面心立方结构的致密度(0.74)小，原子较易迁移）

        4晶体缺陷：晶界、表面和位错等缺陷对扩散起着快速通道的作用，这是由于晶体缺陷处点阵畸变较大。原子处于较高的能量状态，易于跳跃，故各种缺陷处的扩散激活能均比晶内扩散激活能小，加快了原子的扩散。

        5应力的作用：应力越大，原子扩散的驱动力越大，原子扩散的速度越大。

（2）热处理路线图：

      

  渗碳的目的：使低碳钢的工件具有高碳的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。      

正火的目的：细化晶粒，减少组织中的带状程度并调整好硬度，便于机械加工。经过正火后的钢材具有等轴状晶粒。

（3）Cr：固溶强化，提高钢的淬透性和耐腐蚀性能，减少淬火时的过热倾向。形成碳化物能以细小质点均匀分布于钢基体组织中，既可提高钢的回火稳定性，又可提高钢的硬度，进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。      

         Ti：一部分Ti固溶到基体中，可以固溶强化，增加淬透性。未固溶的Ti与碳、氮等形成细小弥散分布的碳、氮化物小颗粒能对奥氏体晶界起固定作用，能 阻碍奥氏体晶界的迁移， 亦即阻止了奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

第四期优秀学员名单：853491622   Shell   搁搁__浅浅

优秀学员展示：

853491622

（1）a：温度，C浓度，固溶体类型，晶体结构和缺陷，合金元素对C的亲和力。（2）a：870℃油淬，200℃回火。a：930℃渗碳后预冷到870℃直接淬火，预冷中渗碳层析出部分二次渗碳体，油淬后可减少渗碳层中残留奥氏体，提高耐磨性和接触疲劳强度，而心部有较高强度和韧性。（3）a：Cr提高淬透性，Ti组织奥氏体晶粒在高温渗碳时长大。另外碳化物形成元素将增大钢表面吸收碳原子的能力，增加渗碳层表面碳浓度，有利于增加渗碳层深度，但又可以阻碍碳在奥氏体中扩散，不利于渗碳层增厚，总体效果Cr有利于渗碳层增厚，Ti减小渗碳层厚度。

Shell

1.温度，固溶体类型，缺陷，应力2.950℃正火空冷，930℃渗碳，遇冷到860℃淬火油冷，200℃回火3.Cr；提高淬透性，提高耐腐蚀性Ti：细化奥氏体晶粒，形成碳化物弥散强化。

搁搁__浅浅

1 温度，晶体结构与类型  晶体缺陷   化学成分3 第二相 杂质   强化  晶界  位错

      20CrMnTi是渗碳钢，多用其制造汽车上的传动齿轮，是中淬透性渗碳钢，淬透性较高。在保证淬透情况下，具有较高的强度和韧性，特别是具有较高的低温冲击韧性。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。

（1）简述影响C在固溶体中扩散的因素。

（2）试画出20CrMnTi的热处理工艺路线，简述其中渗碳操作的目的。

（3）20CrMnTi中合金元素Cr和Ti元素的作用有哪些。

参考答案：

（1）

        1温度：温度越高，原子热激活能量越大，越易发生迁移，扩散系数越大。      

        2固溶体类型：不同类型的固溶体，原子的扩散机制不同，间隙扩散激活能比置换扩散激活能小得多，扩散速度也快得多。                 

        3晶体结构：结构不同的固溶体对扩散元素的溶解限度不同，造成浓度梯度不同，会影响扩散速率。

（如同一种元素在α-Fe中的扩散系数比在γ-Fe中的大，其原因是体心立方结构的致密度(0.68)比面心立方结构的致密度(0.74)小，原子较易迁移）

        4晶体缺陷：晶界、表面和位错等缺陷对扩散起着快速通道的作用，这是由于晶体缺陷处点阵畸变较大。原子处于较高的能量状态，易于跳跃，故各种缺陷处的扩散激活能均比晶内扩散激活能小，加快了原子的扩散。

        5应力的作用：应力越大，原子扩散的驱动力越大，原子扩散的速度越大。

（2）热处理路线图：

      

  渗碳的目的：使低碳钢的工件具有高碳的表面层，再经过淬火和低温回火，使工件的表面层具有高硬度和耐磨性，而工件的中心部分仍然保持着低碳钢的韧性和塑性。      

正火的目的：细化晶粒，减少组织中的带状程度并调整好硬度，便于机械加工。经过正火后的钢材具有等轴状晶粒。

（3）Cr：固溶强化，提高钢的淬透性和耐腐蚀性能，减少淬火时的过热倾向。形成碳化物能以细小质点均匀分布于钢基体组织中，既可提高钢的回火稳定性，又可提高钢的硬度，进而提高钢的耐磨性和接触疲劳强度。      

         Ti：一部分Ti固溶到基体中，可以固溶强化，增加淬透性。未固溶的Ti与碳、氮等形成细小弥散分布的碳、氮化物小颗粒能对奥氏体晶界起固定作用，能 阻碍奥氏体晶界的迁移， 亦即阻止了奥氏体晶粒长大，起到细化晶粒的作用。

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（1）a：温度，C浓度，固溶体类型，晶体结构和缺陷，合金元素对C的亲和力。（2）a：870℃油淬，200℃回火。a：930℃渗碳后预冷到870℃直接淬火，预冷中渗碳层析出部分二次渗碳体，油淬后可减少渗碳层中残留奥氏体，提高耐磨性和接触疲劳强度，而心部有较高强度和韧性。（3）a：Cr提高淬透性，Ti组织奥氏体晶粒在高温渗碳时长大。另外碳化物形成元素将增大钢表面吸收碳原子的能力，增加渗碳层表面碳浓度，有利于增加渗碳层深度，但又可以阻碍碳在奥氏体中扩散，不利于渗碳层增厚，总体效果Cr有利于渗碳层增厚，Ti减小渗碳层厚度。

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1.温度，固溶体类型，缺陷，应力2.950℃正火空冷，930℃渗碳，遇冷到860℃淬火油冷，200℃回火3.Cr；提高淬透性，提高耐腐蚀性Ti：细化奥氏体晶粒，形成碳化物弥散强化。

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1 温度，晶体结构与类型  晶体缺陷   化学成分3 第二相 杂质   强化  晶界  位错