4.3 18Cr2Ni4WA
18Cr2Ni4WA属于高强度中合金渗碳钢。要使C化物及奥氏体含量不超标可采用渗碳后高温回火900~920℃渗碳，600~650回火，深冷处理，油淬后的硬度也就是48左右，想要达到HRC58-63，必须要进行表面渗碳。
18Cr2Ni4WA钢常用合金渗碳钢,强度,韧性高,淬透性良好,也可在不渗碳而调质的情况下使用,一般用做截面较大,载荷较高且韧性良好,缺口敏感性低的重要零件。 4.4 20CrMnTi
20CrMnTi是渗碳钢，渗碳钢通常为含碳量为0.17%-0.24%的低碳钢。是中淬透性渗碳钢中Cr Mn Ti 钢，其淬透性较高，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。20CrMnTi表面渗碳硬化处理用钢。良好的加工性，加工变形微小，抗疲劳性能相当好。 特性及适用范围：
是性能良好的渗碳钢，淬透性较高，经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性，焊接性中等，正火后可切削性良好。用于制造截面＜30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件，如齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。
是18CrMnTi的代用钢，广泛用作渗碳零件，在汽车.拖拉机工业用于截面在30mm以下，承受高速.中或重负荷以及受冲击.摩擦的重要渗碳零件，如齿轮.轴.齿圈.齿轮轴.滑动轴承的主轴.十字头.爪形离合器.蜗杆等。
20CrMnTi钢始锻温度1200℃，终锻温度900℃，锻造后直尺寸100mm以下堆积冷却，直径尺寸100mm以上缓慢冷却。 化学成份
表1 20CrMnTi钢成分及含量（质量分数%） 化学成分 20CrMnTi C 0.17~0.23 Si 0.17～0.37 Mn 0.80～1.10 Cr 1.00～1.30 S P Ti Cu/Ni ≤0.06 ≤0.035 ≤0.035 0.04~0.10 表2 20CrMnTi钢的临界点（℃）
Ac3 Ar1 Ar3 825 650 730 Ac1 740 化学元素作用 Ms 330 ⑴ 20CrMnTi钢中加入Cr、Mn元素，主要是提高钢的淬透性。
⑵ 20CrMnTi钢中加入Ti元素主要是为了细化晶粒。
⑶ 20CrMnTi钢淬火加热时，Cr、Mn、Si元素完全固溶于奥氏体中，提高钢的淬透性。Ti元素以碳化TiC形式钉扎于奥氏体晶界，阻止奥氏体晶粒的长大。 ⑷ 20CrMnTi钢淬火后，Cr、Mn、Si元素固溶强化基体组织，并改善基体组织的回火稳定性。
⑸ 20CrMnTi钢低温回火时，部分Cr、Mn元素从基体组织中扩散到析出的渗碳体Fe3C中，形成合金渗碳体（Cr、Mn、Fe）3C，改善其硬度。合金渗碳体（Cr、Mn、Fe）3C与碳化物TiC同基体组织一起共同作用，使钢产生较高的强度、硬度与耐磨性，同时保持良好的韧性。
⑹ 20CrMnTi钢渗碳或碳氮共渗后碳层均匀，加工和热处理工艺性能优良，不易出现过热，渗碳后可直接淬火，淬火变形小。
⑺ 20CrMnTi钢正火后切削加工性能优良，相对加工性能为75%，表面粗糙度低。 ⑻ 由于Cr、Mn元素的加入，20CrMnTi钢易出现回火脆性，故回火温度须严格控制，一般控制在180~200℃范围内。
Ti是强化铁素体的元素，它对钢的机械性能的影响取决于Ti在钢中存在的形态，也取决于Ti、c含量的比率。20CrMnTi钢中含有微量的钛(0 06 ～ 0．12％)，其淬火温度一般在86O～900℃ ，避免了碳化钛过多地溶于奥氏体，与不舍Ti的钢相比，其强度将有所提高，同时不影响钢的担性和韧性。由于具有细化晶粒的作用，Ti虽然在一定程度上提高钢的强度，但对钢的韧性，特别是低温冲击韧性，不一定有所改善，因为固溶于铁素体中的 的脆化作用，会抵消因晶粒细化时对冲击韧性所起的有利作用。Ti可减低20CrMnTi钢在200～400℃回火脆性，例如加Ti的钢比不加Ti的钢，回火脆性有明显改善，而且以加入Ti+B的钢效果最为显著。 对于汽车来说，由于其使用条件复杂，采用调质钢高频淬火不能保证要求，所以选用渗碳钢来作重要齿轮较为合适。影响汽车渗碳齿轮失效和齿轮疲劳强度的因素主要有心部硬度、有效层深度、渗层和心部的金相组织、表面硬度和表层残余应力分布等。根据汽车齿轮渗碳要求，选用低碳合金钢作为汽车齿轮材料最为理想。实践证明,20CrMnTi钢具有较高的力学性能,在渗碳、淬火、低温回火后,表面硬度可达58～62HRC,心部硬度30～45HRC,正火态切削加工工艺性和热处理工艺性均较好。为提高齿轮的耐用性,渗碳、淬火、回火后,还可采用喷丸处理,增大表面压应力。
5、热处理工艺
传统的齿轮材料的工艺路线：下料→锻造→正火→切削加工→渗碳、淬火及
低温回火→喷丸→磨削加工。
虽然传统工艺已经比较完善，但部分中间过程已不再适合现代化的大批量生产要求。当前的技术要求齿坯在热处理后能获得均匀的组织和硬度，以保证获得良好的切削加工性能及稳定的淬火变形规律。因此有必要对传统工艺进行改进，以获得质量良好的产品。 5.1 正火
将工件加热至Ac3以上30~50℃，保温一段时间后，从炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺。其目的是在于细化晶粒，消除组织缺陷，以获得珠光体+少量铁素体组织。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。 5.1.1正火的目的
（1）细化晶粒，消除组织缺陷。以获得珠光体+少量铁素体组织，并使加工硬度适中，有利于切削
（2）去除材料的内应力。
（3）降低材料的硬度。这样是为了接下来的加工做准备。和退火差不多的作用，只是为了提高效率，降低成本。 5.1.2正火设备
选用RX3箱式电炉参数见表3
表3 RX3-30-9箱式电炉
5.1.3正火温度
20CrMnTi钢Ac3约为825℃，为促使奥氏体均匀化，增大过冷奥氏体的稳定性，选择的加热温度在930℃～950℃。
5.1.4 加热方法
采用到温加热的方法，是指当炉温加热到指定的温度时，再将工件装进热处理炉进行加热，这样做的原因是避免金属组织出现不需要的相转变，加热速度快，节约时间，便于小批量生产。 5.1.5加热介质 加热介质为空气 5.1.6保温时间 保温时间：230min
选定的依据：加热时间可按下列公式进行计算：t=a*K*D，式中t为加热时间（min）,K为反应装炉时的修正系数，D为工件有效厚度（mm）,由公式可计算出 t=a*K*D=1.4*1.0*163≈230min 5.1.7冷却方式及冷却介质 采用出炉空冷，冷却介质为空气 5.1.8正火工艺曲线 如图所示
图1 正火处理工艺曲线
5.2 渗碳工艺 5.2.1渗碳目的
心部保持良好韧性的同时，表层获得高的强度，硬度与耐磨性 5.2.2渗碳温度
气体渗碳 加热900~920℃，以0.15~0.2mm/h计保温时间 加热温度不超过
920℃，以避免晶粒长不大。 5.2.3渗碳设备
选用RQ3-60-9D型井式气体渗碳炉炉参数见表4
表4 RQ3-60-9D型井式气体渗碳炉
说明：炉温均匀，介质流动性好，加热速度，温度均匀，工件变形小，加热质量好，利于提高产品质量，炉膛容积有效利用率高，产量大，耗电量少，可节省电能与筑炉材料，电极寿命长，减少停炉时间，适用于中，小型工件或批量生产。 5.2.4加热方法
采用到温加热的方法，是指当炉温加热到指定的温度时，再将工件装进热处理炉进行加热，这样做的原因是避免金属组织出现不需要的相转变，加热速度快，节约时间，便于批量生产。 5.2.5装炉方法
筐装，10/次，垂直放入渗碳炉中，齿轮一个一个叠放，要注意每垛之间齿轮的轮齿不要接触，避免齿渗不上碳。 5.2.6渗碳温度
渗碳温度选定为920±10℃
渗碳温度在Ac3以上，考虑碳在钢中的扩散速度等因素，目前在生产上广泛采用的温度为910~930℃。随着渗碳程度的升高，碳在钢中的扩散系数呈指数上升，渗碳速度很快，但渗碳温度过高会造成晶粒粗大，工件畸变增大，设备寿命降低等负面效应，渗层厚度为0.8~~1.2，可以选取t=920℃。 5.2.7渗碳介质 渗碳介质：煤油
渗碳煤油在不同温度下的分解产物及含量见表5
表5渗碳煤油在不同温度下的分解产物及含量