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几种强韧化工艺对 20CrNi2Mo 钢组织与性能的影响
薛维华,李智超
辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,阜新(123000)
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摘要:针对 20CrNi2Mo 钢的性能及应用特点,实验研究了 20CrNi2Mo 钢几种强韧化工艺
对其金相组织、硬度、塑性、韧性和耐磨性的影响。结果显示,20CrNi2Mo 钢经不同的热
处理工艺整体强化后,金相组织均基本保持低碳马氏体形态,强度、塑性、韧性和耐磨性等
有所差别,深冷处理有利于提高材料耐磨性;两相区淬火使材料的韧性得到提高;高温淬火
可提高材料的韧性,同时又不损伤材料的强度。分析认为,20CrNi2Mo 钢作为低碳马氏体
钢,可以应用于斗齿等要求耐磨、耐冲击的零件上,通过改善其热处理工艺,可以使其耐磨
损、耐冲击等性能提高。
关键词:20CrNi2Mo 钢强韧化低碳马氏体力学性能
中图分类号:
1. 引言
20CrNi2Mo 钢是一种优质低碳中合金结构钢[1],由于其合金元素含量低,各种合金元素
协同配合效果较好,在世界主要工业国家中,均将其列为推荐标准牌号。20CrNi2Mo 钢可
以作为表面强化型的渗碳钢应用于渗碳齿轮、渗碳轴承等零件上,也可以经淬火、低温回火
后应用于诸如挖掘机斗齿(镐牙)、农用机械磨损件等要求耐磨损、耐冲击的零件上[2,3]。
斗齿材料性能的优劣,直接影响斗齿的使用寿命。20CrNi2Mo 钢经淬火、低温回火后,组
织为低碳马氏体(板条马氏体),成为低碳马氏体钢,由于低碳马氏体钢中有高位错板条状
马氏体存在使得该类材料具有优异的力学性能和耐磨性,在中等冲击磨损条件下同奥氏体高
锰钢相比具有明显的优越性。
本研究针对 20CrNi2Mo 钢特点与在斗齿等耐磨工件上的应用,测试了几种热处理工艺
对 20CrNi2Mo 钢低碳马氏体强韧性的影响,对几种工艺的强韧化效果进行了对比,分析确
定了 20CrNi2Mo 钢低碳马氏体组织与性能之间的关系,有助于 20CrNi2Mo 钢在耐磨耐冲击
部件方面的合理应用,也有助于新的应用领域的开发。
2. 实验材料及方法
实验材料及试样规格
实验所用 20CrNi2Mo 钢的主要合金元素含量如表 1 所示,其它合金元素及杂质含量符
合国家标准[1]规定。
表 1 实验材料的主要合金元素含量(wt%)
C Cr Ni Mo


采用夏比 U 型缺口冲击试样,对试样进行热处理后测试硬度、冲击韧性、塑性,截取
冲击完毕的试样测试材料的耐磨性能,观察组织形貌。
试样的热处理
试验采用六种不同的热处理工艺,其具体参数如表 2 所示。其中深冷介质为液氮,回火
后冷却方式为水冷。试样的预备热处理均为正火。
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表 2 整体强化试样的六种热处理工艺
工艺一次淬火二次淬火深冷回火
代号温度(T/℃) 时间(t/min) 温度(T/℃) 时间(t/min) 温度(T/℃) 时间(t/min) 温度(T/℃) 时间(t/min)
A 900 10 200 60
B 900 10 350 60
C 900 10 500 60