常用调质钢.doc

一、常用调质钢淬火和随后的高温回火叫调质处理，结构钢在淬火成马氏体并在500650之间回火后，具有强度、塑性及韧性的良好配合，很大一部分机械零件是经过淬火及高温回火后使用的。适用于这种热处理的钢种称为调质钢。调质钢经调质处理后的组织为回火索氏体，这种组织具有较高的b、0.2、-1、K、 KIC等，脆性转折温度也很低。这种组织是在铁素体基体上均匀分布着粒状碳化物，粒状碳化物起弥散强化作用，溶于铁素体中的合金元素起固溶强化作用，保证了钢且有较高的屈服强度和疲劳强度; 这种组织均匀性好，减少了裂纹在局部薄弱地区形成的可能性，可以保证有良好的塑性和韧性; 铁素体是从淬火马氏体转变而成的，晶粒细小，使钢的冷脆倾向性大大减小。 由于热处理生产技术的不断发展，调质钢的热处理已不仅局限于调质处理，根据不同的性能要求，还可采用正火、表面淬火、等温淬火、淬火和中温回火、淬火和低温回火、化学热处理等工艺。 调质钢的含碳量一般为0.25%0.5%。含碳量过低则碳化物数量不足，弥散强化作用小，强度不足; 含碳量过高则韧度不足。一般说来，如果零件要求较高的塑性与韧性，则用含碳量低于0.4%的调质钢; 如果要求较高强度与硬度，则用含碳量高于 0.4%的调质钢。 调质钢中，加入的元素分为主加元素和辅加元素如Mn、Si、 Cr、Ni、B等是主加元素，目的是增大钢的淬透性。全部淬透零件在高温回火后可获得高而均匀的综合力学性能，特别是高的屈强比。除硼外，这些元素都显著强化铁素体，并在一定含量范围内还能提高钢的韧性。辅加元素是W、Mo、Ti、V等，起细化晶粒，提高回火抗力的作用。W和Mo还起防止第二类回火脆性的作用。 根据淬透性可将常用调质钢大致分为低淬透性、中淬透性和高淬透性调质钢三类。低淬透性调质钢的合金元素的总量小于 2.5%，油淬临界直径为2040mm，调质后抗拉强度一般为800 1000MPa，屈服强度为600800MPa，冲击韧性为6090J/cm2。常用低淬透性调质钢的化学成分见表8-9。中淬透性调质钢的油淬临界直径为4060mm，调质后抗拉强度一般为900 1000MPa，屈服强度为700900MPa冲击韧性为5080J/cm2。常用中淬透性调质钢的化学成分见表8-10。高淬透性调质钢的油淬临界直径为60100mm，调质后抗拉强度一般为1000 1200MPa，屈服强度为8001000MPa，冲击韧性为60120J/cm2。常用高淬透性调质钢的化学成分见表8-11。 表8-9 常用低淬透性调质钢的化学成分钢号化学成分(质量分数%)CSiMnCrVB450.420.500.17 0.370.50 0.8040Mn20.370.440.20 0.401.40 1.8045Mn20.42 0.490.20 0.401.40 1.8042Mn2V0.38 0.450.20 0.401.60 1.900.07 0.1235SiMn0.32 0.401.10 1.141.10 1.1440B0.37 0.440.20 0.400.60 0.900.001 0.00440MnB0.37 0.440.20 0.401.10 1.140.001 0.003540MnVB0.37 0.440.20 0.401.10 1.140.06 0.010.001 0.00440Cr0.37 0.450.20 0.400.50 0.580.80 1.1040CrSi0.37 0.451.20 1.600.30 0.601.30 1.6040CrV0.37 0.440.20 0.400.50 0.800.80 1.100.10 0.2050CrV0.47 0.540.20 0.400.50 0.800.80 1.100.10 0.20表8-10 常用中淬透性调质钢的化学成分钢号化学成分(质量分数%)CSiMnCrMo其他35CrMo0.32 0.400.20 0.400.40 0.700.80 1.100.15 0.2542CrMo0.38 0.450.20 0.400.50 0.800.90 1.200.15 0.2535CrMoV0.30 0.380.20 0.400.40 0.701.00 1.300.20 0.30V0.10 0.2040CrMn0.37 0.450.20 0.400.90 1.200.90 1.2035CrMnSi0.32 0.391.10 1.400.80 1.101.10 1.4030CrMnSi0.27 0.340.90 1.200.80 1.100.80 1.1040CrMoTi0.37 0.450.17 0.371.00 1.30Ti0.06 0.1240CrNi0.37 0.440.20 0.400.50 0.80Ni1.00 1.40表8-11 常用高淬透性调质钢的化学成分钢号化学成分(质量分数%)CSiMnCrMoNi其他30Mn- 2MoW0.27 0.340.20 0.401.70 2.000.40 0.50W0.60 1.0040CrMnMo0.37 0.450.20 0.400.90 1.200.90 1.200.20 0.3030CrNi30.27 0.340.20 0.400.30 0.601.20 1.602.75 3.2540CrNiMo0.37 0.440.20 0.400.50 0.800.60 0.900.15 0.251.25 1.75续表钢号化学成分(质量分数%)CSiMnCrMoNi其他45CrNiMoV0.42 0.490.20 0.400.50 0.800.80 1.000.20 0.301.30 1.80V0.20 0.3025Cr2- Ni4W0.21 0.280.20 0.400.30 0.601.35 1.654.00 4.50W0.80 1.20三、调质钢热处理工艺 调质钢的最终热处理大多数是淬火加高温回火的调质处理。其目的是要获得具有良好综合力学性能的回火索氏体(或回火索氏体+回火屈氏体)组织，因此，必须先经完全淬火得到马氏体，然后再进行高温回火处理。应当指出，调质处理是在牺牲钢材强度的条件下提高塑性及韧度的工艺，对发挥材料的强度潜力是十分不利的。 影响调质处理质量的最重要的因素是钢的淬透性，而钢的淬透性又主要取决于溶入奥氏体中的合金元素的种类、数量及奥氏体均匀化的程度，所以淬火加热的保温时间必须能使足够的碳化物溶于奥氏体中，并均匀化。调质热处理工艺的特点见表8- 12。 表8-12 调质热处理工艺的特点工艺特 点淬火加热淬火加热规范应充分考虑提高钢的淬透性，在不使奥氏体晶粒长大的前提下，选择足够高的加热温度，保温时间必须使碳及合金元素充分固溶于奥氏体中并力求奥氏体均匀化淬火冷却选择合适的冷却介质，保证工件淬透，又不致严重变形和开裂。碳素调质钢采用冷却能力较强的淬火介质(水或水溶液);对于形状较复杂的薄壁零件，因容易产生变形和开裂，应采用双液淬火;合金调质钢可采用油冷;对于形状简单和截面尺寸较大的零件，可用双液淬火回火属于高温回火。要考虑防止回火脆性。碳素调质钢没有第二回火脆性，因此高温回火后采用空气冷却即可。合金调质钢具第二类回火脆性，其高温回火保温时间不宜过长，并且回火后应快冷13. 淬火与回火保温时间的确定原则 影响淬火加热时间的因素很多，如工件的化学成分、加热介质、炉温、工件的形状和尺寸、装炉方式及装炉量等。在盐浴炉中加热时，碳钢的保温时间一般为0.250.4min/mm; 低合金钢为0.30.5min/mm; 在空气电阻炉中加热时，碳钢为10 1.2min/mm; 低合金钢为1.21.5min/mm; 火焰炉加热时的保温时间介于二者之间。零件的尺寸越大，装炉量越多，加热时间越长; 装炉时零件放置间隔大则加热快; 提高炉温可以缩短加热时间，采取高于正常淬火温度50100的快速加热方式，可减少零件变形。回火时间与设备类型、回火温度、零件尺寸及装炉量等因素有关，应根据生产实践确定。在有强制空气循环装置的电炉中回火时，回火保温系数为1.52.0min/mm，小件取上限，大件取下限。 2. 淬火与回火的加热温度及冷却介质 常用调质钢的工艺规范见表8-13，常用低淬透性调质钢的淬火、回火的加热温度及冷却介质见表8-14，中淬透性调质钢的淬火、回火的加热温度及冷却介质见表8-15，高淬透性调质钢的淬火、回火的加热温度及冷却介质见表8-16。 表8-13 常用调质钢的工艺规范钢号淬火温度 ()冷却介质回火温度 ()冷却介质调质后的硬度HBS35840860水550560空气22025045820840水600640 560600 540570空气200230 220250 25028040Cr840860油640680 600640 560600空气220230 220250 25028042SiMn840860油640660 610630空气或油200230 22025045MnB840860油610630 600650 550600空气或油220230 220250 25028040MnVB830850油600650 580620 550600空气或油200230 220250 25028050Mn2820840油550600油或水25028035CrMo850870油600660空气25028038CrMoAl930950油600700空气220280表8-14 常用低淬透性调质钢的淬火、回火加热温度及冷却介质钢号淬火回火试样毛坯 尺寸(mm)温度()冷却介质温度()冷却介质45850水550水2540Mn2840水520水2545Mn2840油550水或油2542Mn2V860油600水2535SiMn900水590水或油2540B840水550水2540MnB850油500水或油2540MnVB850油500水或油2540Cr850油500水或油2540CrSi900540水或油试样40CrV880油650水或油2550CrV860油500水或油25表8-15 常用中淬透性调质钢的淬火、回火加热温度及冷却介质钢号淬火回火试样毛坯 尺寸(mm)温度()冷却介质温度()冷却介质35CrMo850油550水或油2542CrMo850油580水或油2535CrMoV900油630水或油2540CrMn840油520水或油2535CrMnSi880280320 等温淬火或油冷230水或空冷试样30CrMnSi880