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合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響:(1)提高回火穩(wěn)定性合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變),提高鐵素體的再結(jié)晶溫度,使碳化物難以聚集長大,因此提高了鋼對回火軟化的抗力,即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。提高回火穩(wěn)定性作用較強的合金元素有:V、Si、Mo、W、Ni、Co等。(2)產(chǎn)生二次硬化一些Mo、W、V含量較高的高合金鋼回火時,硬度不是隨回火溫度升高而單調(diào)降低,而是到某一溫度(約400℃)后反而開始增大,并在另一更高溫度(一般為550℃左右)達到峰值。這是回火過程的二次硬化現(xiàn)象,它與回火析出物的性質(zhì)有關。當回火溫度低于450℃時,鋼中析出滲碳體;在450℃以上滲碳體溶解,鋼中開始沉淀出彌散穩(wěn)定的難熔碳化物Mo2C、W2C、VC等,,使硬度重新升高,稱為沉淀硬化?;鼗饡r冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的二次淬火所也可導致二次硬化。(3)增大回火脆性和碳鋼一樣,合金鋼也產(chǎn)生回火脆性,而且更明顯。這是合金元素的不利影響。在450℃-600℃間發(fā)生的第二類回火脆性(高溫回火脆性)主要與某些雜質(zhì)元素以及合金元素本身在原奧氏體晶界上的嚴重偏聚有關,多發(fā)生在含Mn、Cr、Ni等元素的合金鋼中。這是一種可逆回火脆性,回火后快冷(通常用油冷)可防止其發(fā)生。鋼中加入適當Mo或W(0.5%Mo,1%W)也可基本上這類脆性。
40Cr是軸類零件的常用材料,它價格便宜經(jīng)過調(diào)質(zhì)(或正火)后,可得到較好的切削性能,而且能獲得較高的強度和韌性等綜合機械性能,淬火后表面硬度可達45~52HRC。40Cr等合金結(jié)構(gòu)鋼適用于中等精度而轉(zhuǎn)速較高的軸類零件,這類鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)和淬火后,具有較好的綜合機械性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn,經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面高頻淬火后,表面硬度可達50~58HRC,并具有較高的耐疲勞性能和較好的耐磨性能,可制造較高精度的軸。
40Cr廣泛用于機械制造,這種鋼的機械性能很好。但是這是一種中碳鋼,淬火性能并不好,40Cr可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度,又希望發(fā)揮40Cr優(yōu)越的機械性能,常將40Cr表面滲碳淬火,這樣就能得到需要的表面硬度。40Cr屬于可氮化鋼,其所含元素有利于氮化。40Cr經(jīng)氮化處理后可獲得較高的表面硬度,40Cr調(diào)質(zhì)后氮化處理硬度能達到HRA72~78,心部硬度達到HRC43~55。氮化工件工藝路線:鍛造-退火-粗加工-調(diào)質(zhì)-精加工-除應力-粗磨-氮化-精磨或研磨。由于氮化層薄,并且較脆,因此要求有較高強度的心部組織,所以要先進行調(diào)質(zhì)熱處理,獲得回火索氏體,提高心部機械性能和氮化層質(zhì)量。
合金元素對鋼的機械性能的影響:1.對退火狀態(tài)下鋼的機械性能的影響結(jié)構(gòu)鋼在退火狀態(tài)下的基本相是鐵素體和碳化物。合金元素溶于鐵素體中,形成合金鐵素體,依靠固溶強化作用,提高強度和硬度,但同時降低塑性和韌性。2.對退火狀態(tài)下鋼的機械性能的影響由于合金元素的加入降低了共析點的碳含量、使C曲線右移,從而使組織中的珠光體的比例增大,使珠光體層片距離減小,這也使鋼的強度增加,塑性下降。但是在退火狀態(tài)下,合金鋼沒有很大的優(yōu)越性。由于過冷奧氏體穩(wěn)定性增大,合金鋼在正火狀態(tài)下可得到層片距離更小的珠光體,或貝氏體甚至馬氏體組織,從而強度大為增加。Mn、Cr、Cu的強化作用較大,而Si、Al、V、Mo等在一般含量(例如一般結(jié)構(gòu)鋼的實際含量)下影響很小。3.對淬火、回火狀態(tài)下鋼的機械性能的影響合金元素對淬火、回火狀態(tài)下鋼的強化作用顯著,因為它充分利用了全部的四種強化機制。淬火時形成馬氏體,回火時析出碳化物,造成強烈的第二相強化,同時使韌性大大改善,故獲得馬氏體并對其回火是鋼的經(jīng)濟和有效的綜合強化方法。合金元素加入鋼中,首要的目的是提高鋼的淬透性,保證在淬火時容易獲得馬氏體。其次是提高鋼的回火穩(wěn)定性,使馬氏體的保持到較高溫度,使淬火鋼在回火時析出的碳化物更細小、均勻和穩(wěn)定。這樣,在同樣條件下,合金鋼比碳鋼具有更高的強度。
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