20Cr钢是我国目前产 大的几个合金结构钢之一,用途 广泛。

参考对应钢号

中国GB标准钢号20Cr;日本JIS标准钢号SCr22;德国DIN标准钢号20Cr4;英国BS标准钢号590M17;法国NF标准钢号18C3;美国AISI/SASTM标准钢号5120;国际标准组织ISO标准钢号20Cr4

化学成分

(质量分数)(%)

碳C:0.18~0.24

硅Si:0.17~0.37

锰Mn:0.50~0.80

铬Cr:0.70~1.00

硫 S :允许残余含量≤0.035

磷 P :允许残余含量≤0.035

镍 Ni:允许残余含量≤0.30

铜 Cu:允许残余含量≤0.30

钼 Mo:允许残余含量≤0.15

力学性能

试样毛坯尺寸(mm):15

热处理:

 次淬火加热温度(℃):880;冷却剂:水、油

第二次淬火加热温度(℃):780~820;冷却剂:水、油

回火加热温度(℃):200;冷却剂:水、空

抗拉强度(σb/MPa):≥835

屈服点(σs/MPa):≥540

断后伸长率(δ5/%):≥10

断面收缩率(ψ/%):≥40

冲击吸收功(Aku2/J):≥47

布氏硬度(HBS100/3000)(退火或高温回火状态):≤179[2]

交货状态:以热处理(正火、退火或高温回火)或不热处理状态交货,交货状态应在合同中注明。

主要特性

与15Cr钢相比,有较高的强度及淬透性,在油中临界淬透直径达4 ~22mm,在水中临界淬透直径达11~40mm,但韧性较差,此钢渗碳时仍有晶粒长大倾向,降温直接淬火对冲击韧性影响较大,所以渗碳后需二次淬火以提高零件心部韧性,无回火脆性;钢的冷应变塑性高,可在冷状态下拉丝;可切削性在高温正火或调质状态下良好,但退火后较差;20Cr为珠光体,焊接性较好,焊后一般不需热处理,但厚度大于15mm的零件在焊前需预热到100~150℃,焊后也可不进行回火热处理。

加工工艺

材料加工

该钢淬火、低温回火后具有良好的综合力学性能,低温冲击韧性良好,回火脆性不明显。渗碳时钢的晶粒有长大趋势,所以要求二次淬火,以提高心部韧性,不宜降温淬火。当正火后硬度为170-217HB时,相对切屑加工性约为65%,焊接性中等,焊前应预热到100-150℃,冷变形时塑性中等。

为了提高模具型腔的耐磨性,模具成型后需要进行渗碳处理,然后再进行淬火和低温回火,从而保证模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韧性。对于使用寿命要求不很高的模具,也可以直接进行调质处理。国内也有不少应用低碳马氏体刚强烈淬火制造冷作模具的实例。

该钢模具零件工艺路线:下料-锻造模胚-退火-机械粗加工-冷挤压成型-再结晶退火-机械精加工-渗碳-淬火、回火-研磨抛光-装配。

工艺规范

正火规范:温度920-950℃,硬度156-179HBS。

冷压毛胚软化处理规范:温度700~720℃,保温时间8~15h,以50~100℃/h的冷速,随炉降至温度≤550~600℃,出炉空冷。处理前硬度≤179HBS,软化后硬度≤140HBS。

应用举例

这种钢大多用于制造心部强度要求较高,表面承受磨损、截面在30mm以下的或形状复杂而负荷不大的渗碳零件(油淬),如:机床变速箱齿轮、齿轮轴、凸轮、蜗杆、活塞销、爪形离合器等;对热处理变形小和高耐磨性的零件,渗碳后应进行高频表面淬火,如模数小于3的齿轮、轴、花键轴等。此钢也可在调质状态下使用,用于制造工作速度较大并承受中等冲击负荷的零件,这种钢还可用作低碳马氏体淬火用钢,更进一步增加钢的屈服强度和抗拉强度(约增加1.5~1.7倍)。