合金結(jié)構(gòu)鋼
合金元素在結(jié)構(gòu)鋼中的作用
有三個方面:
①增大鋼的淬透性。淬透性是指鋼
淬火時,從表層起淬成
馬氏體層的深度,是取得良好綜合性能的主要參數(shù)。除Co外,幾乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高鋼的淬透性,其中 Mn、Mo、Cr、B的作用,其次是Ni、Si、Cu。而強碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等,只有溶于
奧氏體中時才能增大鋼的淬透性。
②影響鋼的
回火過程。由于合金元素在回火時能阻礙鋼中各種原子的擴散,因而在同樣溫度下和碳素鋼相比,一般均起到延遲馬氏體的分解和碳化物的聚集長大作用,從而提高鋼的
回火穩(wěn)定性,即提高鋼的抗回火軟化能力,V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比較顯著,Al、Mn、Ni的作用不明顯。含有較高含量的
碳化物形成元素如V、W、Mo等的鋼,在500~600℃回火時,析出細(xì)小彌散的特殊碳化物質(zhì)點如V4C3、Mo2C、W2C等,代替部分較粗大的
合金滲碳體,使鋼的強度不再下降反而升高,即出現(xiàn)二次硬化(見回火)。Mo對鋼的
回火脆性有阻止或減弱的作用。
③影響鋼的強化和韌化。Ni以固溶強化方式強化
鐵素體;Mo、V、Nb等碳化物形成元素,既以彌散硬化方式又以固溶強化方式提高鋼的屈服強度;碳的強化作用最顯著。此外,加入這些合金元素,一般都細(xì)化奧氏體晶粒,增加晶界的強化作用。影響鋼的韌性因素比較復(fù)雜,Ni改善鋼的韌性;Mn易使奧氏體晶粒粗化,對回火脆性;降低P、S含量,提高鋼的純凈度,對改善鋼的韌性有重要作用(見金屬的強化)。
①調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 這類鋼的含碳量一般約為0.25%~0.55%,對于既定截面尺寸的結(jié)構(gòu)件,在調(diào)質(zhì)處理(淬火加回火)時,如果沿截面淬透,則力學(xué)性能良好,如果淬不透,顯微組織中出現(xiàn)有自由
鐵素體,則韌性下降。對具有回火脆性傾向的鋼如錳鋼、
鉻鋼、鎳鉻鋼等,回火后應(yīng)快冷。這類鋼的淬火臨界直徑,隨晶粒度和合金元素含量的增加而增大,例如,40Cr和35SiMn鋼約為30~40mm,而40CrNiMo和30CrNi2MoV鋼則約為 60~100mm,常用于制造承受較大載荷的軸、
連桿等結(jié)構(gòu)件。
②表面硬化結(jié)構(gòu)鋼 用以制造表層堅硬耐磨而心部柔韌的零部件,如
齒輪、軸等。為使零件心部韌性高,鋼中含碳量應(yīng)低,一般在0.12~0.25%,同時還有適量的合金元素,以保證適宜的淬透性。氮化鋼還需加入易形成氮化物的合金元素(如Al、Cr、Mo等)。滲碳或
碳氮共滲鋼,經(jīng)850~950℃滲碳或碳氮共滲后,淬火并在低溫回火(約200℃)狀態(tài)下使用。氮化鋼經(jīng)氮化處理(480~580℃),直接使用,不再經(jīng)淬火與
回火處理。
碳素結(jié)構(gòu)鋼
生產(chǎn)工藝
根據(jù)
鋼種和鋼的質(zhì)量要求,合金結(jié)構(gòu)鋼的冶煉,可采用氧氣頂吹
轉(zhuǎn)爐、平爐、電弧爐;或再加
電渣重熔、
真空除氣。鑄錠可采用連鑄或模鑄。鋼錠應(yīng)緩慢冷卻或熱送鍛造、軋制。鋼錠加熱時,應(yīng)力求溫度均勻并有足夠的保溫時間,以改善偏析缺陷和避免鍛、軋時變形不均勻;鍛、軋后的鋼材,尺寸小的、特別是含碳0.2%左右的滲碳鋼,在600℃以上時應(yīng)快速冷卻,以免加重帶狀組織;截面較大的鍛件,應(yīng)采取措施消除內(nèi)應(yīng)力和白點。調(diào)質(zhì)鋼應(yīng)盡可能淬火成
馬氏體組織,然后回火成索氏體組織;滲碳鋼在滲碳過程中,滲層濃度梯度不宜過大,以免在滲層晶界上出現(xiàn)連續(xù)網(wǎng)狀碳化物;氮化鋼必需先經(jīng)熱處理得到所需的性能,再經(jīng)最后精加工才能進行氮化。氮化處理后除將脆薄的“白層”研磨除去外,不再加工。分類 碳素鋼的一種。含碳量約0.05%~0.70%,個別可高達0.90%??煞譃槠胀ㄌ妓亟Y(jié)構(gòu)鋼和
優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼兩類。前者含雜質(zhì)較多,價格低廉,用于對性能要求不高的地方,它的含碳量多數(shù)在0.30%以下,含錳量不超過0.80%,強度較低,但塑性、
韌性、冷變形性能好。除少數(shù)情況外,一般不作熱處理,直接使用。多制成條鋼、異型鋼材、鋼板等。用途很多,用量很大,主要用于鐵道、橋梁、各類建筑工程,制造承受靜載荷的各種金屬構(gòu)件及不重要不需要熱處理的機械零件和一般焊接件。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼質(zhì)純凈,雜質(zhì)少,
力學(xué)性能好,可經(jīng)熱處理后使用。根據(jù)含錳量分為普通含錳量(小于0.80%)和較高含錳量(0.80%~1.20%)兩組。含碳量在0.25%以下,多不經(jīng)熱處理直接使用,或經(jīng)
滲碳、碳氮共滲等處理,制造中小齒輪、軸類、活塞銷等;含碳量在0.25%~0.60%,典型
鋼號有40,45,40Mn,45Mn等,多經(jīng)調(diào)質(zhì)處理,制造各種機械零件及緊固件等;含碳量超過0.60%,如65,70,85,65Mn,70Mn等,多作為
彈簧鋼使用。
力學(xué)性能
這類鋼主要保證力學(xué)性能,故其
牌號體現(xiàn)其力學(xué)性能,用Q+數(shù)字表示,其中“Q”為
屈服點“屈”字的漢語拼音字首,數(shù)字表示屈服點數(shù)值,例如Q275表示屈服點為275Mpa。若牌號后面標(biāo)注字母A、B、C、D,則表示鋼材質(zhì)量等級不同,含S、P的量依次降低,鋼材質(zhì)量依次提高。若在牌號后面標(biāo)注字母“F”則為
沸騰鋼,標(biāo)注“b”為
半鋼,不標(biāo)注“F”或“b”者為
鋼。例如Q235-A·F表示屈服點為235Mpa的A級沸騰鋼,Q235-C表示屈服點為235Mpa的C級鋼。
質(zhì)量分?jǐn)?shù)
碳素結(jié)構(gòu)鋼一般情況下都不經(jīng)熱處理,而在供應(yīng)狀態(tài)下直接使用。通常Q195、Q215、Q235鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低,焊接性能好,塑性、韌性好,有一定強度,常軋制成薄板、
鋼筋、
焊接鋼管等,用于橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)和制造普通螺釘、
螺母等零件。Q255和Q275鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍高,強度較高,塑性、韌性較好,可進行焊接,通常軋制成
型鋼、條鋼和鋼板作
結(jié)構(gòu)件以及制造簡單機械的
連桿、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、銷等零件。
表示方法
碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點的字母、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法符號等四個部分按順序組成。