选材对凸轮轴热处理组织性能的影响研究(2)
图1.1 凸轮轴零件图
1.2 50Mn钢
1.2.1 50Mn钢化学成分
表1-1 50Mn钢的化学成分w（%）
钢号 C Si Mn Cr Ni
50Mn 0.48~0.56 0.17~0.37 0.70～1.00 ≤0.25 ≤0.30
1.2.2 50Mn钢的特性及用途
50Mn[5]弹性和硬度均较高，多在淬火与回火后使用，焊接性能差。50Mn圆钢用于制造耐磨性要求很高，在高负荷作用下的热处理零件，如齿轮、齿轮轴和截面在80mm以下的心轴等。性能与50号相近，但其淬透性较高，热处理后强度、硬度、弹性均稍高于50号钢。焊接性差，具有过热敏感性和回火脆性倾向。 用作承受应力零件、高耐磨零件、高应力的零件，如直径小于80毫米的心轴。高频淬火后还可以制造火车轴、蜗杆、连杆及汽车曲轴，如齿轮、齿轮轴、摩擦盘、心轴、平板弹簧等。
各种元素在50Mn[6]碳素钢中的作用：1、碳（C）：钢中含碳量增加，屈服点和抗拉强度升高，但塑性和冲击性降低，当碳量0.23%超过时，钢的焊接性能变坏，因此用于焊接的低合金结构钢，含碳量一般不超过0.20%。碳量高还会降低钢的耐大气腐蚀能力，在露天料场的高碳钢就易锈蚀；此外，碳能增加钢的冷脆性和时效敏感性。 2、硅（Si）：在炼钢过程中加硅作为还原剂和脱氧剂，所以镇静钢含有0.15－0.30%的硅。如果钢中含硅量超过0.50-0.60%,硅就算合金元素。硅能显著提高钢的弹性极限，屈服点和抗拉强度，故广泛用于作弹簧钢。在调质结构钢中加入1.0－1.2%的硅，强度可提高15－20%。硅和钼、钨、铬等结。3、锰（Mn）：在炼钢过程中，锰是良好的脱氧剂和脱硫剂，一般钢中含锰0.30－0.50%。在碳素钢中加入0.70%以上时就算“锰钢”，较一般钢量的钢不但有足够的韧性，且有较高的强度和硬度，提高钢的淬性，改善钢的热加工性能，如16Mn钢比A3屈服点高40%。含锰11－14%的钢有极高的耐磨性，用于挖土机铲斗，球磨机衬板等。锰量增高，减弱钢的抗腐蚀能力，降低焊接性能。4、铬（Cr）：在结构钢和工具钢中，铬能显著提高强度、硬度和耐磨性，但同时降低塑性和韧性。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性，因而是不锈钢，耐热钢的重要合金元素。5、镍(Ni)：镍能提高钢的强度，而又保持良好的塑性和韧性。镍对酸碱有较高的耐腐蚀能力，在高温下有防锈和耐热能力。但由于镍是较稀缺的资源，故应尽量采用其他合金元素代用镍铬钢。
50Mn用作钢筋混凝土的配筋和焊接构件或再加工原料，螺栓，螺钉等。
1.3 20Cr钢
20Cr，合金结构钢。统一数字代号：A20202 标准 GB/T 3077-1999。是合金结构钢的一种[7]，用以制作截面尺寸小于30mm，形状简单，心部强度和韧性要求较高，表面受磨损的渗碳或氰化件，渗碳表面硬度HRC56-62。牌号20Cr。一、技术要求1. 渗碳层深度：按产品图样规定。渗碳层深度包括过共析层，共析层及过渡区域，即由表面起到心部组织为渗碳层深度包括过共析层及共析层的深度系指由表面起到出现显著铁素体处为止。面层含碳量应大于0.8%。渗碳层中过共析层和共析层深度应为渗碳层总深度的50~75%。 2. 渗碳层的金相组织应为马氏体，残余奥氏体及碳化物。（1）碳化物：按本标准碳化物级别图评定。常啮合齿轮1~6 级合格；换档齿轮1~5 级合格。（2）马氏体及残余奥氏体：按本标准马氏体及残余奥氏体级别图评定。对马氏体针状大小、残余奥氏体的多少，应分级进行平定，1~5 级合格。3. 心部组织应为低碳马氏体，允许有马氏体、铁素体、铁素体含量按本标准铁素体级别图进行评定，模数小于或等于5 的1~4 级合格；模数大于 5的1~5 级合格。4. 表面及心部硬度：齿的表面硬度为HRC58~64，心部硬度为HRC33~48。