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合金元素对钢的机械性能的影响
提高钢的强度是加入合金元素的主要目的之一。欲提高强度, 就要设法增大位错运动的阻力。金属中的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相(沉淀和弥散)强化。合金元素的强化作用, 正是利用了这些强化机制。
1. 对退火状态下钢的机械性能的影响
结构钢在退火状态下的基本相是铁素体和碳化物。合金元素溶于铁素体中, 形成合金铁素体, 依靠固溶强化作用, 提高强度和硬度, 但同时降低塑性和韧性。
§7-2 合金结构钢
用于制造重要工程结构和机器零件的钢种称为合金结构钢。主要有低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚珠轴承钢。
合金调质钢
1. 用途
合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。
2. 性能要求
调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。合金调质钢还要求有很好的淬透性。但不同零件受力情况不同，对淬透性的要求不一样。
3. 成分特点
(1) 中碳:碳含量一般在0.25%~0.50%之间，以0.4%居多;
(2) 加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等:这些合金元素除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。如调质处理后的40Cr钢的性能比45钢的性能高很多;
(3) 加入防止第二类回火脆性的元素:含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。在钢中加入Mo、W可以防止第二类回火脆性，其适宜含量约为0.15%~0.30%Mo或0.8%~1.2%的W。
45钢与40Cr钢调质后性能的对比
钢号及热处理状态 截面尺寸/ mm sb/ MPa ss/MPa d5/ % y/% ak/kJ/m2
45钢 850℃水淬, 550℃回火 f50 700 500 15 45 700
40Cr钢 850℃油淬, 570℃回火 f50 (心部) 850 670 16 58 1000
4. 钢种及牌号
(1)40Cr低淬透性调质钢:这类钢的油淬临界直径为30mm~40mm，用于制造一般尺寸的重要零件。
(2)35CrMo中淬透性合金调质钢:这类钢的油淬临界直径为40mm~60mm,加入钼不仅可提高淬透性，而且可防止第二类回火脆性。
(3)40CrNiMo高淬透性合金调质钢:这类钢的油淬临界直径为60mm-100mm，多半是铬镍钢。铬镍钢中加入适当的钼，不但具有好的淬透性，还可第二类回火脆性。
5. 热处理和组织性能
合金调质钢的终热处理是淬火加高温回火(调质处理)。合金调质钢淬透性较高，一般都用油，淬透性特别大时甚至可以空冷，这能减少热处理缺陷。
合金调质钢的终性能决定于回火温度。一般采用500℃-650℃回火。通过选择回火温度，可以获得所要求的性能。为防止第二类回火脆性，回火后快冷(水冷或油冷)，有利于韧性的提高。
合金调质钢常规热处理后的组织是回火索氏体。对于表面要求耐磨的零件(如齿轮、主轴)，再进行感应加热表面淬火及低温回火，表面组织为回火马氏体。表面硬度可达55HRC~58HRC。
合金调质钢淬透调质后的屈服强度约为800MPa, 冲击韧性在800kJ/m2心部硬度可达22HRC~25HRC。若截面尺寸大而未淬透时，性能显著降低。
1、日本钢材(JIS系列)的牌号中普通结构钢主要由三部分组成: 部分表示材质，如:S(Steel)表示钢，F(Ferrum)表示铁;第二部分表示不同的形状、种类、用途，如P(Plate)表示板，T(Tube)表示管，K(Kogu)表示工具;第三部分表示特征数字，一般为 抗拉强度。如:SS400-- 个S表示钢(Steel)，第二个S表示"结构"(Structure)，400为下限抗拉强度400MPa，整体表示抗拉强度为400 MPa的普通结构钢。
2、SPHC-首位S为钢Steel的缩写，P为板Plate的缩写，H为热Heat的缩写，C商业Commercial的缩写，整体表示一般用热轧钢板及钢带。
3、SPHD-表示冲压用热轧钢板及钢带。
4、SPHE-表示深冲用热轧钢板及钢带。
5、SPCC-表示一般用冷轧碳素钢薄板及钢带。其中第三个字母C为冷Cold的缩写。需保证抗拉试验时，在牌号末尾加T为SPCCT。
6、SPCD-表示冲压用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL(13237)优质碳素结构钢。
7、SPCE-表示深冲用冷轧碳素钢薄板及钢带，相当于中国08AL(5213)深冲钢。需保证非时效性时，在牌号末尾加N为SPCEN。
冷轧碳素钢薄板及钢带调质代号:退火状态为A，标准调质为S，1/8硬为8，1/4硬为4，1/2硬为2，硬为1。
表面加工代号:无光泽精轧为D，光亮精轧为B。如SPCC-SD表示标准调质、无光泽精轧的一般用冷轧碳素薄板。再如SPCCT-SB表示标准调质、光亮加工，要求保证机械性能的冷轧碳素薄板。
8、JIS机械结构用钢牌号表示方法为:S+含碳量+字母代号(C、CK)，其中含碳量用中间值×100表示，字母C:表示碳 K:表示渗碳用钢。如碳结卷板S20C其含碳量为0.18-0.23%。
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