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1、 料料111班班调质钢与非调质钢调质钢与非调质钢 目目 录录调质钢与非调质钢的概述调质钢与非调质钢的概述合金元素与机械性能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调制与非调制钢的特点一一 调质钢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能，即在保持较高的强度的同时又具有很好的塑性和韧性；性和韧性；机械零件结构钢在淬火高温回火（调制处理）后具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，良好的塑有
2、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。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。中使用最广泛的一类钢。非调质钢非调质钢是一种通过微合金化，将轧制是一种通过微合金化，将轧制(或锻造或锻造)与热处理结与热处理结合为一体合为一体,省去调质省去调质(淬火淬火+高温回火高温回火)工序的新型节工序的新型节能结构材料。能结构材料。微合金非调质钢的强化机理不同于调质钢。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是伴随国际上能源短缺而发展起来
3、的一种高效节能钢。钢。广泛应用于装备制造业广泛应用于装备制造业,尤其是在汽车工业中的应尤其是在汽车工业中的应用发展更为迅猛。用发展更为迅猛。二二 合金元素对调质钢的作用合金元素对调质钢的作用（1）保证钢有足够的淬透性；）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。）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。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，常用的合金元如要求较高强度，则含碳量取上限，常用的合金元素有素有Cr、Mn、
4、Mo、V、Si、Ni、B等。等。合金元素对调质钢的影响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。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：提高的淬透性，提高回火稳定性，但有回火脆性倾向。脆性倾向。Ni：非碳化物形成元素，能有效提高钢基体的韧度，：非碳化物形成元素，能有效提高钢基体的韧度，并且并且Ni-Cr复合加入，更能提高淬透性。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，：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
5、细化晶粒，又能有效地消除或大为降低回火脆性倾向。向。V：强碳化物形成元素，有效细化晶粒。：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：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，如影响相变的合金元素，如Mn、Mo、Cr 等，通过等，通过降低相变温度，细化晶粒，并细化相变过程中或相降低相变温度，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；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。：主要是加强沉淀强化及细化
6、晶粒。N 与与V、Nb、Ti 等合金元素形成稳定的间隙相，产生弥散强化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，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。得到细小的铁素体晶粒，有利于提高钢的韧性。Mn：是扩大：是扩大A 区域的元素，通过钢中区域的元素，通过钢中Mn 的含量，的含量，控制碳的含量，能有效地改善钢的韧性。控制碳的含量，能有效地改善钢的韧性。Si：非调质钢中加入：非调质钢中加入0.50.7%的的Si 有利于改善钢有利于改善钢的韧性，高于的韧性，高于0.7%时，则强度增加，韧性下降。时，则强度增加，韧
7、性下降。V：是主要的微合金化元素，主要通过形成：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来影响钢的组织和性能。在钢中钒的添加量一般控制在控制在0.08%0.13%，钒含量超过，钒含量超过0.15%，其韧，其韧性则降低很多。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：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，有强烈细化晶粒尺寸的长大，推迟奥氏体再结晶，有强烈细化晶粒的作用。晶粒的作用。三三 调质钢的淬透性原则调质钢的淬透性原则淬透性相同的调质钢，可以相互替代。淬透性相同的调质钢，可以相互替代。 原因：含
8、碳原因：含碳0.25-0.45%的合金调质钢淬火回火后的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得到的屈服强度和塑性相近在正负10%之间；之间；不同成分的调质钢，只要淬透性相当，可以互换。不同成分的调质钢，只要淬透性相当，可以互换。按淬透性分类按淬透性分类可分为四类：可分为四类：低淬透性调钢，如低淬透性调钢，如40Cr、40Mn2、40MnB、42SiMn、 35CrMo、42Mn2V等；等；中淬透性调质钢，如中淬透性调质钢，如40CrNi、42CrMo、40CrMn、 30CrMnSi等；等
9、；高淬透性调质钢，如高淬透性调质钢，如40CiNiMo、37CrNi3、40CrMnMo等。等。低淬透性调钢低淬透性调钢 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。的重要零件。轴连杆中淬透性调质钢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。主要用于制造截面较大的零件，例如曲轴、连杆等。35CrMo、40CrMn等钢可用于等钢可用于500以下的较高温以下的较高温度下服役的零件如汽轮机转子、叶轮等。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
10、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。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调质处理组织：铁素体基体上分布极细的颗粒状的碳化物。状的碳化物。非调质钢组织：非调质钢组织：F+P+弥散析出弥散析出K。非调质钢的强韧化原理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、析出强化机制：固溶强化、位错强化、细晶强化、析出强化。强化。 对强化的主要贡献是细化组织和相间沉淀析出。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非调质钢中加入微量Ti、Nb、V、
11、N等元素，在轧等元素，在轧制或锻造工艺下，碳（氮）化物不但在铁素体中析制或锻造工艺下，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。出，而且在珠光体的铁素体中也有沉淀析出。其中，其中，V对沉淀析出强化作用最大，是主要的微合对沉淀析出强化作用最大，是主要的微合量元素。量元素。影响非调质钢韧性的因素影响非调质钢韧性的因素: :化学成分化学成分: :随着钢中碳含量增加，将使铁素体的随着钢中碳含量增加，将使铁素体的量减量减 少少，珠光体的量增加，冲击韧性明显降低，韧脆转，珠光体的量增加，冲击韧性明显降低，韧脆转变温度升高。变温度升高。 晶粒尺寸晶粒尺寸: :细化晶粒有利于钢的强度
12、韧性的提高。细化晶粒有利于钢的强度韧性的提高。 显微组织显微组织: :以下几种手段都可以提高非调质钢的韧性：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；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。布颗粒状。夹杂物夹杂物: :减少夹杂物总量，并改变夹杂物的形状、尺寸减少夹杂物总量，并改变夹杂物的形状、尺寸有利于提高非调质钢的韧性。有利于提高非调质钢的韧性。 提提高非调质钢韧性的途径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提高钢的洁净度与夹杂物变形
13、处理降碳、提锰降碳、提锰改变显微组织改变显微组织晶粒细化及形成晶内铁素体晶粒细化及形成晶内铁素体热加工韧化热加工韧化锻后冷却工艺的控制与改进锻后冷却工艺的控制与改进锻后正火锻后正火四四 调质钢的特点调质钢的特点含碳含碳0.250.5碳素钢或低合金钢和中合金钢，经调质处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理后，钢的强度、塑性及韧性有良好的配合,金相组织是回金相组织是回火索氏体。火索氏体。大多数调质钢为中碳合金结构，屈服强度（大多数调质钢为中碳合金结构，屈服强度（0.2）在）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，屈服以焊接性
14、能为突出要求的调质钢，为低碳合金结构钢，屈服强度（强度（0.2）一般为）一般为490-800Mpa，有很高的塑性和韧性。，有很高的塑性和韧性。少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（少数沉淀硬化型调质钢，屈服强度（0.2）可到）可到1400Mpa以以上，属高强度和超高强度调质钢。上，属高强度和超高强度调质钢。非调质钢的特点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；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；的分布较均匀，
15、提高了零件的整体强度；良好的切削性能和表面强化性能；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，已有减少了污染，已有“绿色钢材绿色钢材”之称；之称；省去了校直工序，避免了校直过程中产生的废品；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，节约生产管理费缩短了生产周期，提高劳动生产率，节约生产管理费用，即降低制造成本，提高企业的效益。用，即降低制造成本，提高企业的效益。五、常用调质钢的成分、热处理、机械性能和用途 表表1 1 常用调质钢的成分和用途常用调质钢的成分和用途 钢钢
16、号号主要化学成分（主要化学成分（%）用用 途途CMnSiCrNiMo450.42-0.500.50-0.800.17-0.37主轴、主轴、齿轮齿轮40Cr0.37-0.450.50-0.800.20-0.400.80-1.10重要轴重要轴类、重类、重要齿轮要齿轮30CrMnSi0.27-0.340.80-1.100.90-1.200.80-1.10高速高速轮轴轮轴40CrNiMo0.37-0.440.50-0.800.20-0.400.80-0.901.25-1.750.15-0.25航空航空发动机发动机机轴机轴表表2 2 常用调质钢的热处理和机械性能常用调质钢的热处理和机械性能钢钢 号号热热
17、 处处 理理机机 械械 性性 能能淬火淬火回火回火 毛坯毛坯尺寸尺寸mm bMPa sMPa 5% % kJ.cm 45850水水600空空1065035017384540Cr850油油500油油2510008009456030CrMnSi880油油520油油25110090010455040CrNiMo850油油600油油30110090012551003.1 调质钢调质钢表表3 3 非调质机械结构钢的牌号和化学成分非调质机械结构钢的牌号和化学成分 牌号化学成分(质量分数)()CSiMnSPV其他YF35V0.32-0.390.20-0.40O601.00O.0350.060.13NO.00
18、9YF40VO.37-O.44YF45VO.42-O.49YF35MnV0.32-0.39O30-O601.001.50YF40MnVO.37-0.44YF45MnVO.42-O.49F45VO.42-O.491.00-1.50O60-1.00O.035F35MnVN0.32-0.391.00-1.50F40MnVO.37-0.401.00-1.50表表3 3 非调质机械结构钢的力学性能非调质机械结构钢的力学性能 钢材类型牌号抗拉强度b/MPa屈服点s/MPa伸长率5()收缩率()冲击吸收功AKJ布氏硬度HBS直径或边长40mm易切削非调质钢YF35V590390184047229YF40V640420163537255YF45V685440153035257YF35MnV735460173537257YF40MnV785490153332275YF45MnV835510132828285直径或边长4060mm易切削非调质钢YF35MnV710440153335257YF40MnV760470133028265YF45MnV810490122825275热锻用非调质钢F45V685440154032257F35MnVN785490154039269F4OMnV785490154036275Thank you
