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合金結構鋼

這類鋼,由于具有合適的淬透性,經(jīng)適宜的金屬熱處理后,顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體,因而具有較高的抗拉強度和屈強比(一般在0.85左右),較高的韌性和疲勞強度,和較低的韌性-脆性轉變溫度,可用于制造截面尺寸較大的機器零件。

合金元素在結構鋼中的作用

有三個方面:①增大鋼的淬透性。淬透性是指鋼淬火時,從表層起淬成馬氏體層的深度,是取得良好綜合性能的主要參數(shù)。除Co外,幾乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高鋼的淬透性,其中 Mn、Mo、Cr、B的作用強,其次是Ni、Si、Cu。而強碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等,只有溶于奧氏體中時才能增大鋼的淬透性。②影響鋼的回火過程。由于合金元素在回火時能阻礙鋼中各種原子的擴散,因而在同樣溫度下和碳素鋼相比,一般均起到延遲馬氏體的分解和碳化物的聚集長大作用,從而提高鋼的回火穩(wěn)定性,即提高鋼的抗回火軟化能力,V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比較顯著,Al、Mn、Ni的作用不明顯。含有較高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的鋼,在500~600℃回火時,析出細小彌散的特殊碳化物質點如V4C3、Mo2C、W2C等,代替部分較粗大的合金滲碳體,使鋼的強度不再下降反而升高,即出現(xiàn)二次硬化(見回火)。Mo對鋼的回火脆性有阻止或減弱的作用。③影響鋼的強化和韌化。Ni以固溶強化方式強化鐵素體;Mo、V、Nb等碳化物形成元素,既以彌散硬化方式又以固溶強化方式提高鋼的屈服強度;碳的強化作用顯著。此外,加入這些合金元素,一般都細化奧氏體晶粒,增加晶界的強化作用。影響鋼的韌性因素比較復雜,Ni改善鋼的韌性;Mn易使奧氏體晶粒粗化,對回火脆性敏感;降低P、S含量,提高鋼的純凈度,對改善鋼的韌性有重要作用(見金屬的強化)。

合金結構鋼一般分為調質結構鋼和表面硬化結構鋼。

①調質結構鋼 這類鋼的含碳量一般約為0.25%~0.55%,對于既定截面尺寸的結構件,在調質處理(淬火加回火)時,如果沿截面淬透,則力學性能良好,如果淬不透,顯微組織中出現(xiàn)有自由鐵素體,則韌性下降。對具有回火脆性傾向的鋼如錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等,回火后應快冷。這類鋼的淬火臨界直徑,隨晶粒度和合金元素含量的增加而增大,例如,40Cr和35SiMn鋼約為30~40mm,而40CrNiMo和30CrNi2MoV鋼則約為 60~100mm,常用于制造承受較大載荷的軸、連桿等結構件。

②表面硬化結構鋼 用以制造表層堅硬耐磨而心部柔韌的零部件,如齒輪、軸等。為使零件心部韌性高,鋼中含碳量應低,一般在0.12~0.25%,同時還有適量的合金元素,以保證適宜的淬透性。氮化鋼還需加入易形成氮化物的合金元素(如Al、Cr、Mo等)。滲碳或碳氮共滲鋼,經(jīng)850~950℃滲碳或碳氮共滲后,淬火并在低溫回火(約200℃)狀態(tài)下使用。氮化鋼經(jīng)氮化處理(480~580℃),直接使用,不再經(jīng)淬火與回火處理。