调制钢与非调制钢.ppt

料111班 调质钢与非调质钢 目录 调质钢与非调质钢的概述合金元素与机械性能调质钢的淬透性原则与非调质钢的强韧性调制与非调制钢的特点 一调质钢 一般用这类钢制作的零件要求具有很好的综合机械性能 即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性 机械零件结构钢在淬火高温回火 调制处理 后具有良好的综合机械性能 有较高的强度 良好的塑性和韧性 这一类钢称作调质钢 各类机器上的结构零件大量采用调质钢 是结构钢中使用最广泛的一类钢 非调质钢 是一种通过微合金化 将轧制 或锻造 与热处理结合为一体 省去调质 淬火 高温回火 工序的新型节能结构材料 微合金非调质钢的强化机理不同于调质钢 是伴随国际上能源短缺而发展起来的一种高效节能钢 广泛应用于装备制造业 尤其是在汽车工业中的应用发展更为迅猛 二合金元素对调质钢的作用 1 保证钢有足够的淬透性 2 提高回火稳定性 改善回火索氏体的韧度 调质钢所具有的综合力学性能 首先要求调质钢有足够的淬透性 发挥强化作用的主要是碳 如要求较高强度 则含碳量取上限 常用的合金元素有Cr Mn Mo V Si Ni B等 合金元素对调质钢的影响 Mn 能大为提高钢的淬透性 但容易使钢有过热倾向 并有回火脆性倾向 Cr 提高的淬透性 提高回火稳定性 但有回火脆性倾向 Ni 非碳化物形成元素 能有效提高钢基体的韧度 并且Ni Cr复合加入 更能提高淬透性 Mo 能进一步提高淬透性 既提高回火稳定性 细化晶粒 又能有效地消除或大为降低回火脆性倾向 V 强碳化物形成元素 有效细化晶粒 合金元素对非调质钢的作用 非调质钢中的合金元素可以分为两类 影响相变的合金元素 如Mn Mo Cr等 通过降低相变温度 细化晶粒 并细化相变过程中或相变后析出的微合金碳氮物 形成碳化物和氮化物的微合金化元素 如V Nb Ti N 主要是加强沉淀强化及细化晶粒 N与V Nb Ti等合金元素形成稳定的间隙相 产生弥散强化效果 提高钢的强度 有效阻碍奥氏体晶粒粗化 得到细小的铁素体晶粒 有利于提高钢的韧性 Mn 是扩大A区域的元素 通过钢中Mn的含量 控制碳的含量 能有效地改善钢的韧性 Si 非调质钢中加入0 5 0 7 的Si有利于改善钢的韧性 高于0 7 时 则强度增加 韧性下降 V 是主要的微合金化元素 主要通过形成V C N 来影响钢的组织和性能 在钢中钒的添加量一般控制在0 08 0 13 钒含量超过0 15 其韧性则降低很多 Nb 要求高的奥氏体化温度 能有效抑制奥氏体晶粒尺寸的长大 推迟奥氏体再结晶 有强烈细化晶粒的作用 三调质钢的淬透性原则 淬透性相同的调质钢 可以相互替代 原因 含碳0 25 0 45 的合金调质钢淬火回火后的室温力学性能大致相同 尽管其化学成分不同 但得到的屈服强度和塑性相近在正负10 之间 不同成分的调质钢 只要淬透性相当 可以互换 按淬透性分类 可分为四类 低淬透性调钢 如40Cr 40Mn2 40MnB 42SiMn 35CrMo 42Mn2V等 中淬透性调质钢 如40CrNi 42CrMo 40CrMn 30CrMnSi等 高淬透性调质钢 如40CiNiMo 37CrNi3 40CrMnMo等 低淬透性调钢 这类钢的淬透性较低 通常只用于制造一般尺寸的重要零件 轴 连杆 中淬透性调质钢 主要用于制造截面较大的零件 例如曲轴 连杆等 35CrMo 40CrMn等钢可用于500 以下的较高温度下服役的零件如汽轮机转子 叶轮等 汽轮机转子 叶轮 转子 高淬透性调质钢 主要用于制造大截面 重载荷的重要零件 如航空发动机轴 汽轮机主轴 叶轮等 某军舰汽轮机主轴 调制与非调质钢组织差别 调质处理组织 铁素体基体上分布极细的颗粒状的碳化物 非调质钢组织 F P 弥散析出K 非调质钢的强韧化原理 强化机制 固溶强化 位错强化 细晶强化 析出强化 对强化的主要贡献是细化组织和相间沉淀析出 非调质钢中加入微量Ti Nb V N等元素 在轧制或锻造工艺下 碳 氮 化物不但在铁素体中析出 而且在珠光体的铁素体中也有沉淀析出 其中 V对沉淀析出强化作用最大 是主要的微合量元素 影响非调质钢韧性的因素 化学成分 随着钢中碳含量增加 将使铁素体的量减少 珠光体的量增加 冲击韧性明显降低 韧脆转变温度升高 晶粒尺寸 细化晶粒有利于钢的强度韧性的提高 显微组织 以下几种手段都可以提高非调质钢的韧性 增加铁素体的体积分数 使铁素体细小 弥散分布 减小珠光体片层间距 珠光体形态层渗碳体无序分布颗粒状 夹杂物 减少夹杂物总量 并改变夹杂物的形状 尺寸有利于提高非调质钢的韧性 提高非调质钢韧性的途径提高钢的洁净度与夹杂物变形处理降碳 提锰改变显微组织晶粒细化及形成晶内铁素体热加工韧化锻后冷却工艺的控制与改进锻后正火 四调质钢的特点 含碳0 25 0 5 碳素钢或低合金钢和中合金钢 经调质处理后 钢的强度 塑性及韧性有良好的配合 金相组织是回火索氏体 大多数调质钢为中碳合金结构 屈服强度 0 2 在490 1200Mpa 以焊接性能为突出要求的调质钢 为低碳合金结构钢 屈服强度 0 2 一般为490 800Mpa 有很高的塑性和韧性 少数沉淀硬化型调质钢 屈服强度 0 2 可到1400Mpa以上 属高强度和超高强度调质钢 非调质钢的特点 避免了调质过程中因工件畸变 开裂而产生废品的风险 提高了成品率 非调质钢的规格效应较小 其强度和硬度沿零件截面的分布较均匀 提高了零件的整体强度 良好的切削性能和表面强化性能 节省了热处理及相关工序的材料消耗 节能减排 并减少了污染 已有 绿色钢材 之称 省去了校直工序 避免了校直过程中产生的废品 缩短了生产周期 提高劳动生产率 节约生产管