20Cr,低淬透性渗碳钢。统一数字代号:A20202
标准 GB/T 3077-1999 GB/T 17107
AISI 5120
JIS SCr435
GB 20Cr
DIN 20Cr4
供货状态及硬度:退火态,硬度≤179HBS[1]
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≤0.030
铜 Cu:允许残余含量≤0.030
钼 Mo:允许残余含量≤0.015[2]

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[3]
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)。