这类钢,由于具有合适的淬透性,经适宜的金属热处理后,显微组织为均匀的索氏体、贝
氏体或极细的珠光体,因而具有较高的抗拉强度和屈强比(一般在0.85左右),较高的韧
性和疲劳强度,和较低的韧性-脆性转变温度,可用于制造截面尺寸较大的机器零件。
合金元素在结构钢中的作用
有三个方面:①增大钢的淬透性。淬透性是指钢淬火时,从表层起淬成马氏体层的深
度,是取得良好综合性能的主要参数。除co外,几乎所有合金元素如 mn、mo、cr、ni、
si和c、n、b等都能提高钢的淬透性,其中 mn、mo、cr、b的作用强,其次是ni、si、
cu。而强碳化物形成元素如 v、ti、nb等,只有溶于奥氏体中时才能增大钢的淬透性。②
影响钢的回火过程。由于合金元素在回火时能阻碍钢中各种原子的扩散,因而在同样温度
下和碳素钢相比,一般均起到延迟马氏体的分解和碳化物的聚集长大作用,从而提高钢的
回火稳定性,即提高钢的抗回火软化能力,v、w、ti、cr、mo、si的作用比较显着,al、mn
、ni的作用不明显。含有较高含量的碳化物形成元素如v、w、mo等的钢,在500~600℃回
火时,析出细小弥散的特殊碳化物质点如v4c3、mo2c、w2c等,代替部分较粗大的合金渗碳
体,使钢的强度不再下降反而升高,即出现二次硬化(见回火)。mo对钢的回火脆性有阻止
或减弱的作用。③影响钢的强化和韧化。ni以固溶强化方式强化铁素体;mo、v、nb等碳
化物形成元素,既以弥散硬化方式又以固溶强化方式提高钢的屈服强度;碳的强化作用
显着。此外,加入这些合金元素,一般都细化奥氏体晶粒,增加晶界的强化作用。影响钢
的韧性因素比较复杂,ni改善钢的韧性;mn易使奥氏体晶粒粗化,对回火脆性敏感;降低
p、s含量,提高钢的纯净度,对改善钢的韧性有重要作用(见金属的强化)。
合金钢的分类
合金结构钢一般分为调质结构钢和表面硬化结构钢。 ①调质结构钢 这类钢的含
碳量一般约为0.25%~0.55%,对于既定截面尺寸的结构件,在调质处理(淬火加回火)时
,如果沿截面淬透,则力学性能良好,如果淬不透,显微组织中出现有自由铁素体,则韧
性下降。对具有回火脆性倾向的钢如锰钢、铬钢、镍铬钢等,回火后应快冷。这类钢的淬
火临界直径,随晶粒度和合金元素含量的增加而增大,例如,40cr和35simn钢约为30~
40mm,而40crnimo和30crni2mov钢则约为 60~100mm,常用于制造承受较大载荷的轴、连
杆等结构件。 ②表面硬化结构钢 用以制造表层坚硬耐磨而心部柔韧的零部件,如齿
轮、轴等。为使零件心部韧性高,钢中含碳量应低,一般在0.12~0.25%,同时还有适量的
合金元素,以保证适宜的淬透性。氮化钢还需加入易形成氮化物的合金元素(如al、cr、
mo等)。渗碳或碳氮共渗钢,经850~950℃渗碳或碳氮共渗后,淬火并在低温回火(约200
℃)状态下使用。氮化钢经氮化处理(480~580℃),直接使用,不再经淬火与回火处理。
合金钢生产工艺
根据钢种和钢的质量要求,合金结构钢的冶炼,可采用氧气顶吹转炉、平炉、电弧炉
;或再加电渣重熔、真空除气。铸锭可采用连铸或模铸。钢锭应缓慢冷却或热送锻造、轧
制。钢锭加热时,应力求温度均匀并有足够的保温时间,以改善偏析缺陷和避免锻、轧时
变形不均匀;锻、轧后的钢材,尺寸小的、特别是含碳0.2%左右的渗碳钢,在600℃以上时
应快速冷却,以免加重带状组织;截面较大的锻件,应采取措施消除内应力和白点。调质
钢应尽可能淬火成马氏体组织,然后回火成索氏体组织;渗碳钢在渗碳过程中,渗层浓度
梯度不宜过大,以免在渗层晶界上出现连续网状碳化物;氮化钢必需先经热处理得到所需的
性能,再经后精加工才能进行氮化。氮化处理后除将脆薄的“白层”研磨除去外,不再
加工。
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