Aço de liga do GB 20CrMnTi: Propriedades, Aplicativos & Guia de fabricação

Fabricação personalizada de peças metálicas

Se você está procurando uma liga de aço que se destaque na produção de materiais de alto desgaste, peças de alta tensão, como engrenagens automotivas ou eixos de máquinas, o aço-liga GB 20CrMnTi é uma escolha de destaque. Como uma liga de cementação padrão chinês amplamente utilizada, combina excelente temperabilidade, resistência ao desgaste, e resistência. Este guia detalha todos os detalhes principais, desde sua composição química até o desempenho no mundo real, […]

Se você está procurando uma liga de aço que se destaque na produção de materiais de alto desgaste, high-stress parts—like automotive gears or machinery shafts—GB 20CrMnTi alloy steel é uma escolha de destaque. Como uma liga de cementação padrão chinês amplamente utilizada, combina excelente temperabilidade, resistência ao desgaste, e resistência. Este guia detalha todos os detalhes principais, desde sua composição química até o desempenho no mundo real, to help you use it effectively.

1. Material Properties of GB 20CrMnTi Alloy Steel

GB 20CrMnTi’s unique performance comes from its carefully balanced properties, all compliant with China’sGB/T 3077 padrão. Let’s explore each aspect clearly.

1.1 Composição Química

The elements in GB 20CrMnTi work together to boost its carburizing effect and mechanical strength. Below is the standard composition range:

ElementoSímboloComposition Range (%)Key Role in the Alloy
Carbono (C)C0.17 – 0.23Provides a good base for carburizing; balances hardness and toughness
Cromo (Cr)Cr1.00 – 1.30Melhoratemperabilidade eresistência ao desgaste; improves carburizing depth
Manganês (Mn)Mn1.00 – 1.30Impulsosusinabilidade and grain refinement; reduces brittleness after heat treatment
Silício (E)E0.17 – 0.37Acts as a deoxidizer during steelmaking; strengthens the alloy without losing ductility
Titânio (De)De0.04 – 0.10Prevents grain growth during carburizing; ensures uniform hardness across the part
Molibdênio (Mo)Mo≤ 0.15Minimizado; small amounts slightly enhance high-temperature stability
Enxofre (S)S≤ 0.035Kept low to avoid cracking in carburized parts
Fósforo (P)P≤ 0.035Limitado para evitar fragilidade pelo frio (fracture in low-temperature environments)

1.2 Propriedades Físicas

These traits determine how GB 20CrMnTi behaves in different working conditions:

  • Densidade: 7.85 g/cm³ (same as most ferrous alloys, easy to integrate into existing designs)
  • Ponto de fusão: 1420 – 1450ºC (high enough for aplicações de alta temperatura like industrial rollers)
  • Condutividade térmica: 44 C/(m·K) a 20ºC (retains heat well, suitable for parts operating continuously)
  • Capacidade térmica específica: 465 J/(kg·K) a 20ºC (absorbs heat steadily, avoiding warping from temperature swings)
  • Coeficiente de expansão térmica: 12.2 µm/(m·K) (baixa expansão, critical for precision parts like gears)
  • Propriedades magnéticas: Ferromagnético (atrai ímãs, useful for tools like magnetic clamps)

1.3 Propriedades Mecânicas

GB 20CrMnTi’s mechanical strength is fully unlocked aftercementação + têmpera + têmpera (its standard heat treatment). Below are typical values tested to Chinese standards:

PropriedadeValor típicoPadrão de teste (GB)
Resistência à tracção≥ 1100 MPaGB/T 228.1
Força de rendimento≥ 850 MPaGB/T 228.1
Alongamento≥ 10%GB/T 228.1
Redução de área≥ 45%GB/T 228.1
Dureza (Brinell)280 – 340 HBGB/T 231.1
Dureza (Rockwell C.)29 – 35 CDHGB/T 230.1
Dureza (Vickers)290 – 350 Alta tensãoGB/T 4340.1
Resistência ao impacto≥ 60 J.GB/T 229
Força de fadiga~550MPaGB/T 3075

1.4 Outras propriedades

  • Resistência à corrosão: Moderado (resists mild moisture and industrial oils; needs zinc plating or paint for outdoor use)
  • Resistência ao desgaste: Excelente (thanks to carburizing and cromo (Cr); perfect for moving parts like gears and bearings)
  • Usinabilidade: Bom (softer in annealed state; use high-speed steel (HSS) or carbide tools with cutting fluid)
  • Soldabilidade: Acceptable (pré-aquecer para 250 – 300°C and post-weld heat treat to avoid cracking; use eletrodos com baixo teor de hidrogênio)
  • Temperabilidade: Fora do comum (carburizing penetrates deeply, ensuring a hard outer layer and tough core)

2. Applications of GB 20CrMnTi Alloy Steel

GB 20CrMnTi’s strength and wear resistance make it ideal forhigh-stress, aplicações de alto desgaste. Here are its most common uses with real-world examples:

2.1 Indústria Automotiva

Cars and commercial vehicles rely on its durability for key transmission parts:

  • Engrenagens: A Chinese automaker uses it for manual transmission gears—its resistência ao desgaste extends gear life by 40% contra. aço carbono.
  • Eixos: Heavy-duty truck manufacturers use it for drive shafts; o resistência à fadiga (~550MPa) handles constant torque without breaking.
  • Eixos: Compact SUVs use GB 20CrMnTi axles—its resistência ao impacto (≥60 J) prevents bending during off-road driving.

2.2 Engenharia Mecânica

Industrial machinery benefits from its hardenability:

  • Rolamentos: A manufacturing plant uses it for conveyor belt bearings—its carburized layer reduces maintenance downtime by 30%.
  • Rolos: Printing machinery uses it for pressure rollers; isso é dureza (280–340 HB) resists wear from paper friction.
  • Bolts and fasteners: High-speed machine tools use it for critical bolts—its resistência à tracção (≥1100 MPa) resists vibration loosening.

2.3 Máquinas Pesadas

For large-scale equipment, it provides reliable performance:

  • Molas: Construction excavators use it for bucket springs; its elasticity (from tempering) withstands 10,000+ compression cycles.
  • Componentes estruturais: Mining machinery uses it for crusher shafts—its temperabilidade ensures uniform strength in thick sections.

3. Manufacturing Techniques for GB 20CrMnTi Alloy Steel

To maximize GB 20CrMnTi’s performance, follow these industry-proven manufacturing steps:

3.1 Processos siderúrgicos

It’s typically produced using two methods:

  • Forno Elétrico a Arco (EAF): Most common for medium batches. Scrap steel is melted with electrodes, então cromo (Cr), manganês (Mn), e titânio (De) are added to reach the target composition. EAF is flexible and reduces waste, ideal for custom parts like large gears.
  • Forno de oxigênio básico (BOF): Used for mass production. Molten iron is mixed with oxygen to remove impurities, then alloy elements are added. BOF is faster and cost-effective for standard parts like bolts.

3.2 Tratamento térmico

Carburizing is the core heat treatment for GB 20CrMnTi. O processo padrão é:

  1. Recozimento: Aqueça até 820 – 850ºC, cool slowly. Softens the alloy for easier machining (cuts tool wear by 35%).
  2. Carburização: Aqueça até 900 – 950°C em uma atmosfera rica em carbono (por exemplo, gás natural). Creates a 0.8–1.2 mm hard outer layer (carbon content 0.8–1.0%) para resistência ao desgaste.
  3. Têmpera: Cool rapidly in oil (de 830 – 850ºC). Hardens the carburized layer to HRC 58–62.
  4. Temperamento: Aqueça até 180 – 220ºC, cool in air. Reduces brittleness while keeping the outer layer hard.

3.3 Processos de formação

It’s shaped into parts using:

  • Forjamento: Hammered or pressed at 1100 – 1200ºC. Aligns the metal’s grain, increasing resistência à tracção por 15% contra. cast parts. Used for gears and shafts.
  • Rolando: Passed through rollers to make bars or sheets. Used for basic shapes like bolt blanks.
  • Extrusão: Pushed through a die to make complex shapes (por exemplo, eixos ocos). Ideal for precision parts like transmission components.

3.4 Machining Processes

Depois de formar, parts are finished with:

  • Virando: Uses a lathe to make cylindrical parts (por exemplo, eixos). Use cutting fluid to prevent overheating.
  • Fresagem: Uses a rotating cutter to shape gear teeth. Carbide tools work best for precision (por exemplo, gear tooth tolerance ±0.02 mm).
  • Perfuração: Creates holes for bolts. High-speed drills (1000–1500 RPM) avoid cracking.
  • Moagem: Smooths the carburized surface to tight tolerances. Melhora resistência ao desgaste by reducing surface friction.

4. Estudo de caso: GB 20CrMnTi in Automotive Transmission Gears

A Chinese automotive factory faced a problem: their carbon steel transmission gears failed after 150,000 quilômetros, causing costly recalls. They switched to GB 20CrMnTi—and solved the issue.

4.1 Desafio

The factory’s compact cars were used in urban areas, with frequent start-stop cycles. Carbon steel gears had lowresistência ao desgaste eresistência à fadiga (400 MPa), leading to tooth wear and transmission slippage.

4.2 Solução

They switched to GB 20CrMnTi gears, usando:

  • Carburização (920°C para 4 horas) to create a 1.0 mm hard outer layer.
  • Têmpera + têmpera (190°C) to reach HRC 60 on the surface and 30 HRC in the core.
  • Precision grinding to smooth gear teeth, reduzindo o atrito.

4.3 Resultados

  • Service life: Gears now last 300,000 km—double the previous lifespan.
  • Economia de custos: Cut recall costs by ¥250,000 per year.
  • Desempenho: Transmission efficiency improved by 5%, reduzindo o consumo de combustível.

5. Análise Comparativa: GB 20CrMnTi vs. Outros materiais

How does GB 20CrMnTi stack up against common alternatives? Aqui está uma comparação lado a lado:

MaterialResistência à tracçãoResistência ao desgasteResistência à corrosãoCusto (contra. GB 20CrMnTi)Melhor para
GB 20CrMnTi≥1100 MPaExcelenteModerado100% (base)Peças de alto desgaste (engrenagens, rolamentos)
Aço inoxidável (304)515 MPaBomExcelente180%Food/chemical equipment
Aço carbono (45#)600 MPaBaixoBaixo50%Peças de baixo estresse (colchetes)
Liga de aço (40Cr)980 MPaBomModerado80%General machinery parts
Titânio (Nota 5)1100 MPaBomExcelente800%Peças aeroespaciais leves

Conclusão importante: GB 20CrMnTi has betterresistência ao desgaste than 40Cr and carbon steel, thanks to carburizing. It’s cheaper than stainless steel and titanium, making it the best value foralto desgaste, aplicações de alto estresse.

Yigu Technology’s Perspective on GB 20CrMnTi Alloy Steel

Na tecnologia Yigu, GB 20CrMnTi is our top choice for carburized parts like automotive gears. We’ve supplied it to clients for 12+ anos, e seutemperabilidade eresistência ao desgaste consistently meet high standards. We optimize the carburizing process to ensure a uniform hard layer, helping clients extend part life by 2–3x. Para uso externo, we pair it with anti-rust coatings. For manufacturers needing durable, cost-effective high-wear parts, GB 20CrMnTi is unmatched.

FAQ About GB 20CrMnTi Alloy Steel

1. Can GB 20CrMnTi be used in high-temperature environments?

Sim, éponto de fusão (1420–1450°C) lets it work reliably at temperatures up to 300°C. For higher temps (300–400ºC), we recommend adjusting the tempering process (increase to 250–300°C) to boost heat stability.

2. Why is titanium (De) added to GB 20CrMnTi?

Titânio (De) prevents grain growth during carburizing. Sem isso, the metal’s grains would become large, reduzindoresistência ao impacto and making the part prone to cracking. Ti ensures a fine-grain structure for uniform strength.

3. How to improve GB 20CrMnTi’s corrosion resistance?

Add a protective coating: zincagem (for outdoor parts like bolts), revestimento em pó (for structural components), or chrome plating (for moving parts like bearings). These treatments can extend service life in humid environments by 5–10 years.

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