钢材料基础知识

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1、钢材料的基础知识第一章钢材料的定义及分类　　合金结构钢是用于制造承受较高压力的各种机械零件用的合金钢，一般属于亚共析钢。　　根据钢强化热处理的工艺特点或其成分、工艺和性能特点，广义上把合金结构钢分为调质钢、渗碳钢、氧化钢、弹簧钢、轴承钢、冷缴钢、耐热结构钢、非调质钢、易切削钢、硼钢、超高强度钢等。第一节合金结构钢的定义与分类一、调质钢　　经受淬火和在AC1以下进行回火的热处理钢称为调质钢。传统的调质钢是指淬火和高温火钢，调质钢是机械制造行业中应用十分广泛的重要材料之一。调质钢在化学成分上的特点是，碳含量为0.3—0.5%，并含有一种或几种合金元素

2、。具有较低或中等的合金化程度。钢中合金元素的作用主要是提高钢的淬透性和保证零件在高温回火后获得预期的综合性能。热处理工艺是在临界点以上一定温度加热后淬火成马氏体，并在500℃--650℃回火。热处理后的金相组织是回火索氏体。这种组织具有强度、塑性的韧性的良好配合。　　调质钢的质量要求，除一般的冶金方面的代倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较

3、低。脆性破坏抗力较大。但也存在特有的高温回火脆性。　　大多数调质钢为中碳合金结构钢，屈服强度（σ0.2）在490—1200MPao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（σ0.2）一般为4901—800MPa，有很高的塑性和韧性。少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（σ0.2）可到1400MPa以上，属高强度的超高强度调质钢。常用的合金调质钢按淬透性的强度妥为四类：①低淬透性调质钢;②中淬透性调质钢；③较高淬透性调质钢；④高淬透性调质钢。二、渗碳钢　　具有高碳的耐磨表层和低碳的高强韧性心部，能承受巨大的冲击载荷、接触应力和磨损。汽车

4、、工程机械和机械制造等行业中，大量使用的齿轮，是渗碳钢应用中最具代表性实例。　　渗碳钢常用的合金钢系列主要是Cr-Mn系、Cr-Mo系和Cr-Ni-Mo系等。　　保证渗碳钢心部的组织和性能的核心是淬透性。一般用途的渗碳件的心部组织为50%左右的马氏体加其它非马氏体组织。重要用途（如航空渗碳齿轮），心部组织亦应为马氏体或马氏体/贝氏体组织。提高淬透性的常用合金元素有铬、锰、镍、钼和硼。从合金化的经济角度考虑，Cr-Mn系（特别是含硼钢）值得推荐，但就生产和使用的角度而言，Cr-Mo钢更为优越。重要用途的、高质量要求的渗碳钢一般均含有一定量的钼，尤其

5、是对于重载的大型渗碳件更需要。　　当心部性能确定后，渗层组织和性能对使用寿命具有决定性作用。渗层的组织要求为马氏体和细小、弥散、球状分布的合金碳化物。保证渗层组织的核心仍然是淬透性。渗层应具有高的硬度、良好的显微组织、合理的残余应力分布和一定的韧性储备。三、氮化钢（渗氮钢）　　适合天氮化（或渗氮）工艺的钢种，称氮化钢或渗氮钢。一般狭义而言，是指专门为渗氮零件设计、冶炼、加工的一种特殊钢种。其典型代表为38CrMoAl。　　氮化钢制作的机械零件，经氮化处理后，能获得极高的表面硬度、良好的耐磨性、高的疲劳强度的较低的缺口敏感性、一定的抗腐蚀能力、高的

6、热稳定性，氮化处理用于处理某些在较高温度工作的耐磨零件或精密零件，如内燃机曲轴、汽缸套和汽阀、镗床的主轴和主轴套、精密齿轮和精密机闲丝杆等。　　氮化钢的合金化应考虑以下几点：　　（1）氮化前需进行调质处理。氮化钢首先应是调质钢，即具有足够的淬透性。铬、锰、钼是提高淬透性的有效元素。　　（2）为了使钢在氮化温度下（500--570℃）长时间加热后仍能保持强度不变，向钢中加入钼和钒。为了防止或减轻高温回火脆性，往往向钢中添加0.2%--0.5%Mo。　　（3）氮化时，渗入α相基体的氮原子同固溶于α相中的铬、钼、钨、钒、铝等元素结合，形成合金氮化物，呈

7、细小颗粒，与α相基体保持共格、弥散分布，起沉淀强化作用，使氮化层硬度提高，并能在氮化温度下长时间保持弥散状态和高硬度。　四、超高强度钢　　超高强度钢的定义是相对于时代要求的技术进步程度而在变化的。一般讲，屈服强度在1370MPa（140kgf/mm2）以上，抗拉强度在1620MPa（165kgf/mm2）以上的合金钢称超高强度钢。按其合金化程度和显微组织分为低合金中碳马氏体强化超高强度钢、中合金中碳二次沉淀硬化型超高强度钢、高合金中碳Ni—Co型超高强度钢、超低碳马氏体时效硬化型超高强度钢、半奥氏体沉淀硬化型不锈钢等。　　低合金中碳马氏体强化型超

8、高强度钢是在低合金调质钢的基础上发展起来的，合金元素总量一般不超过6%。主要牌号包括传统的镍铬钼调质钢4340（40CrNiMo）,碳含