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发表于 2009-11-10 17:18:01
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来自： 中国湖北十堰
合金结构钢(alloy structuralsteel)/ J; B! K3 t& M+ b
在碳素结构钢基础上加入适量的一种或数种合金元素进行合金化，主要用于制造各种机械的零部件的合金钢。合金结构钢中的合金元素总含量多数在1％～5％，少数可达5％～10％。这类钢由于合金元素的作用，具有合适的淬透性。经热处理后可以比碳素结构钢材在更大的截面上获得均匀的索氏体、贝氏体或极细珠光体组织，因而具有优越的综合力学性能，如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一脆性转变温度。合金结构钢主要用来制造尺寸较大或重要机器零、部件。: p. m* @0 n, z6 H
分类 一般按含碳量把合金结构钢分为调质合金结构钢和表面硬化合金结构钢两大类，而后者又可分为渗碳合金结构钢和渗氮合金结构钢等。* E* x: S+ P( c
调质合金结构钢 " [0 m: w: C2 a; c2 a
这类钢的碳含量一般在0.25％～0.50％，经调质处理(淬火+高温回火)后，可以获得良好的综合力学性能。一定尺寸的零件，在淬火时，如果沿截面淬透，则能获得高强度和良好的韧性的配合；如果淬不透，显微组织中出现有自由铁素体，则韧性下降。这类钢的淬火临界直径，随晶粒度和合金元素含量增加而增大，例如40Cr和35SiMn钢约为30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV钢则约为60～100mm。对具有回火脆性的钢如锰钢、铬钢、铬镍钢等，回火后应快冷。这类钢常用于制造承受较大载荷和冲击载荷的轴、连杆、螺栓等零件。
7 l0 F9 y- H! g; z) p表面硬化合金结构钢 4 w% n8 q1 x( Q, W8 D1 p6 k P
这类钢制成的零件，通过某种热处理可以得到坚硬耐磨的表层和柔软的心部。零件由于表层具有较高的残余应力而使疲劳性能显著提高。用于渗碳和碳氮共渗的钢，为使钢的心部韧性高，钢中含碳量一般为0.12％～0.25％，少数的牌号也有高于此值的，同时还有适量的合金元素，以保证适宜的淬透性。它们经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。氮化钢还需加入易形成氮化物的合金元素(如铝、钼、铬等)，经氮化处理(480～580℃)，直接使用，不再经淬火和回火处理。高频感应加热表面淬火钢一般为中碳的合金结构钢，碳含量多在0.40％～0.50％范围内，经高频淬火后可以使表面获得足够的硬度和耐磨性，且不会过分增加脆性。对于形状复杂的零件为防止高频淬火时产生裂纹，对钢的碳含量范围要求极窄。这种钢用于制造齿轮和轴类零件。# U/ g$ S5 d9 P" Z7 `: R
按冶金质量分类 + T3 ^5 j0 N- d. y6 i4 P1 T8 z" u
合金结构钢主要是用来制造尺寸较大、应力较高的机器零件，如机床、汽车、拖拉机、飞机、火箭、导弹等的零、部件。为使这些零件得到精确的形状、尺寸和各种必要的性能，对合金结构钢的质量提出较高的要求，特别是它们的均匀性。在化学成分方面对各种有害元素和杂质的限度较严，经多年来的生产实践和试验研究证明，钢中残留的铜、锡、砷、锑是造成钢材加工时产生热脆裂纹的主要因素。磷、锡、锑和砷使钢的回火脆性增大。此外，对碳和其他合金元素含量范围也限制得比较窄，尤其是对保证淬透性的“H”钢，对碳和合金元素的含量控制得更窄。其次钢材的宏观组织不允许有白点，并且要求没有严重的偏析和树枝状组织；对某些特殊用途的钢种，对钢中的气体含量也有一定要求，并且只允许有轻微的偏析和树枝状组织，其他缺陷也需要尽可能地减少。如中国的合金结构钢按冶金质量不同分为3类：优质钢、高级优质钢(牌号后加“A”)、特级优质钢(牌号后加“E”)。在化学成分方面，合金结构钢的碳含量比碳素结构钢窄0.01％，譬如30Mn2钢的碳含量为0.27％～0.34％，而30钢的碳含量为0.27％～0.35％。钢中的硫、磷杂质合金结构钢比碳素结构钢低很多，按照中国国家标准GB3077—88规定，把合金结构钢按硫、磷及残留铜、铬、镍元素含量分为优质钢、高级优质钢和特级优质钢3类，相应的元素含量应符合表1要求。钢材的内在质量方面合金结构钢比碳素结构钢要高很多，合金结构钢的钢材横截面酸浸低倍组织应符合表2要求。在该试片上或淬火断口试样上不得有肉眼可见的缩孔、气泡、裂纹、夹杂、翻皮及白点等缺陷。钢中非金属夹杂物，其氧化物、硫化物的最高级别应各不大于3级，二者之和不大于5.5级，根据特殊要求可以比这更低。" U5 t4 `" B+ i9 T/ W3 F
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合金元素的作用 合金元素在合金结构钢中的主要作用是增加钢的淬透性、强化和韧化以及提高回火稳定性。9 R3 y3 C$ E5 K9 Q8 Q4 n
增加钢的淬透性 " e$ ?# c3 s9 a# ?# \$ Z+ x
淬透性是指钢在淬火时，从表层起淬成马氏体层的深度，是取得良好综合力学性能的主要参数。钢的淬透性与零件尺寸有密切关系，同一截面尺寸的碳素结构钢材和合金结构钢材，在相同条件的冷却介质中淬火，合金结构钢比碳素结构钢能在更大截面上获得马氏体组织。而且这两种钢的淬火马氏体组织回火到相同硬度或抗拉强度时，它们的屈服强度和伸长率即使也相近，合金结构钢的断面收缩率和冲击韧性也优于碳素结构钢。此外，尺寸较大的零件如用碳素结构钢来制造，为了获得马氏体组织势必采用激烈的水淬，以阻止奥氏体在高温时分解为铁素体和珠光体，这样处理容易造成零件严重变形和开裂。所以在合金结构钢的化学成分配比中，考虑的重要因素之一就是钢的淬透性。合金元素除钴是降低钢的淬透性的元素外，大多数合金元素都能提高钢的淬透性。合金结构钢所采用的合金元素为碳、锰、硅、铬、钼、镍、钨、钒、钛、硼、铝、铌和稀土元素，含量大致为：碳0.08％～0.60％，锰1.1％～2.6％，硅0.6％～1.4％，铬0.4％～3.O％，钼0.15％～0.6％，镍0.5％～4．5％，钨0.3％～1．2％，钒0.07％～0.9％，钛0.04％～0.2％，硼0.0005％～0.0035％，铝0.7％～1.2％，铌0.05％～0.20％，这些元素中锰、钼、铬、硼等是增大钢的淬透性最有力的元素。其中钼虽然对增大钢的淬透性作用很大，但由于资源有限而它的其他用途很广，所以，目前世界各国的合金结构钢中都采用锰和铬作为主元素建立了锰钢系统和铬钢系统，有的还将硼作为主元素建立硼钢系统的。其他元素如碳是使钢获得硬度和强度所必需的；钼、钒、钛、铌等元素加入钢中除能增大淬透性外，并能防止钢加热时奥氏体晶粒长大；稀土元素可用于脱硫，改善钢的性能。从多年来的实践和研究证明，单一元素合金化的合金结构钢只限于要求淬透性不大的钢种，采用“多元、少量”的原则比加入单一元素作用好。当数种元素含量总和大致等于使用某一元素的含量时，就淬透性而言，由于数种元素在钢中的复合作用彼此激发和相互加强，增大淬透性的效果优于单一元素的作用。例如，钢中加入2％铬，不如加入1％铬和1％锰，更不如加入1％铬、0.8％锰和0.20％钼。从此例可以看出，采用“多元、少量”不仅可以充分发挥合金元素增大钢的淬透性的能力，而且可以利用废钢中的残留元素，节约资源。由于实现“多元、少量”原则，在锰钢、铬钢和硼钢成分基础上加入硅、钼、钒、钛等元素，就形成了一系列具有从小到大的淬透性钢种，中国合金结构钢按化学成分有以下系列：
7 q& _. g* p: T( c0 w& x锰钢有Mn—、Mn—Si、Mn—V、Mn—Mo—W、Mn—Si—Mo—V等。. z2 `% Z$ J: l7 {* B
铬钢有Cr—、Cr—Si、Cr—Mo、Cr—Mn、Cr—V、Cr—Ni、Cr—Mn—Si、Cr—Mn—Ti、Cr—Mn—Mo、Cr—Mo—V、Cr—Mo—Al、Cr—Ni—Mo、Cr—Ni—W、Cr—Mn—Ni—．Mo、Cr—Mo—W—V、Cr—Ni—W—V等。
3 ^) [: ~# s2 l0 Y+ g0 e1 M硼钢有B—、Mn—B、Mn—V—B、．Mn—M0—B、Mn—Ti—B、Mn—Si—V—B等。
9 G6 v* p9 l& X, O! R4 ]5 D目前，在世界生产使用的“H”钢，是保证淬透性的钢种。 |
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发表于 2009-11-10 07:54:43
发表于 2009-11-10 16:33:20
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