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1)性能要求调质钢常用于制造汽车、机床上的重要零件如机床主轴、汽车拖拉机后桥半轴、发动机曲轴、连杆、高强度螺栓等，这些零件都是在多种应力负荷下工作的，受力较复杂，有时还受到冲击载荷作用，在轴颈或花键等部位还存在较剧烈摩擦，为保证零件工作时能承受较大的工作应力，防止由于突然过载等偶然原因造成的破坏。因此，要求调质钢具有：(1)良好的综合力学性能(即既要有高强度，又要求良好的塑性、韧性和高的疲劳强度)。(2)良好的工艺性能，主要是淬透性，以保证零件截面力学性能的均匀。2)成分特点(1)中碳碳质量分数在wc＝0.25%～0.5%的中碳范围，多为0.4%左右。若碳质量分数过低，则淬回火后强度、硬度不能满足性能要求，而碳质量分数过高，则钢的塑性、韧性过低。对于一些要求以强度为主的调质钢，用上限的碳质量分数，对一些以塑性为主的调质钢，用下限的碳质量分数。(2)合金元素①主加元素Mn(wMn<2％)、Si(wSi<2％)、Cr(wCr<2％)、Ni(wNi<4.5％)、B(wB<0.004％)等，其主要的目的是提高淬透性，如40钢的水淬临界直径仅为10～15mm，而40CrNiMo钢的油淬临界直径则超过了70mm；次要作用是除了B以外能溶入固溶体(铁素体)起固溶强化作用，Ni还能提高钢的韧性。②辅加元素为Mo、W、V、Ti等强碳化物形成元素，其中Mo、W的主要作用是抑制含Cr、Ni、Mn、Si等合金调质钢的高温回火脆性，次要作用是进一步提高了淬透性；V、Ti的主要作用是形成碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，起细晶强韧化和弥散强化作用。几乎所有的合金元素均提高了调质钢的回火稳定性。3)热处理特点(1)预备热处理调质钢预备热处理的主要目的是保证零件的切削加工性能，可依据其碳质量分数和合金元素的种类、数量不同选择预备热处理。合金元素质量分数低的调质钢，预备热处理一般采用正火(碳及合金元素质量分数较低，如40钢)或退火(碳及合金元素质量分数较高，如42CrMo)，细化锻造组织，改善切削性能。合金元素质量分数高的调质钢(如40CrNiMo)空冷后得到马氏体，硬度高，不利于切削，需在空冷后再进行650～700℃的高温回火，得到回火索氏体组织，使硬度降至200HBW左右。(2)最终热处理最终热处理为淬火＋高温回火，具体的工艺规范视不同的成分及使用要求有些区别。淬火介质和淬火方法根据钢的淬透性和零件的形状尺寸选择确定。回火温度的选择取决于调质零件的硬度要求，由于零件硬度可间接反映强度与韧性，故技术文件上一般仅规定硬度数值，只有很重要的零件才规定其它力学性能指标；调质硬度的确定应考虑到零件的工作条件、制造工艺要求、生产批量特点及形状尺寸等因素。当调质零件还有高耐磨性要求、并希望进一步提高疲劳性能时，可在调质处理后进行渗氮处理、表面淬火强化和表面形变强化(如曲轴轴颈的滚压强化)。调质后组织为回火索氏体，比同样硬度的片状珠光体的塑性、韧性更好。组织中如出现游离的铁素体，则强度和疲劳寿命会大大下降。如某厂柴油机气泵的偏心轴，材料用45钢，由于淬透性不足，组织中存在较多的游离铁素体，经常发生断裂，后改用40Cr钢，才未出现断裂现象。对某些钢(如40Cr)回火后应快冷(以水为冷却介质)，以防止产生第二类回火脆性。快冷后再补以“去应力退火”。热处理应用举例：35CrMo钢制汽缸螺栓，其性能要求为：Rm≥900N/mm2，ReL≥700N/mm2，A≥12%，Z≥45％，AK≥63J，300～341HBW。工艺路线为：下料→锻造→退火→粗机械加工→调质→精机械加工→喷丸。锻后退火工艺为：830±10℃炉冷，硬度≤229HBW。调质工艺如图5-2所示，回火后油冷是为了防止第二类回火脆性。4)常用调质钢常用调质钢的牌号、推荐热处理工艺、性能和用途见表5-4(成分见相应国标)。合金调质钢按其淬透性不同，可分为三大类：(1)低淬透性调质钢这类钢合金元素质量分数低，常用的钢号有40Cr、40MnB、35SiMn等，油淬临界淬透直径为20～40mm，调质后Rm=800～1000 N/mm2，ReL=600～800 N/mm2，αk=60～90J/cm2。主要用于制造中等负荷、中等速度工作条件下的零件，如汽车的转向节，机床的齿轮、轴、蜗杆等。(2)中淬透性调质钢这类钢合金元素质量分数较多。常用的钢号有40CrNi、40CrMn、40CrMnTi、35CrMo等。油淬临界淬透直径为40～60mm，调质后Rm=900～1000 N/mm2，ReL=700～900 N/mm2，αk=50～80 J/cm2。主要用于制造截面较大，承受重载荷的零件。如大型电动机轴、汽车发动机主轴、大截面齿轮等。(3)高淬透性调质钢这类钢合金元素质量分数高。常用的钢号有40CrMnMo、30CrNi3、45CrNiMoV等，油淬临界淬透直径在60～100mm以上，调质后Rm=1000～1200 N/mm2，ReL=800～1000 N/mm2，αk=60～120J/cm2。主要用于制作承受冲击载荷的高强度大截面零件，如卧式锻压机的传动偏心轴、锻压机的曲轴、高强度连接螺栓等。5)调质钢的替代用钢(1)低碳马氏体钢采用低碳(合金)钢(如渗碳钢和低合金高强度钢等)经适当介质淬火和低温回火得到低碳马氏体，从而可以获得比常用中碳合金钢调质后更优越的综合力学性能。它充分利用了钢的强化和韧化手段，使钢不仅强度高而且塑性和韧性好。例如，采用15MnVB钢代替40Cr钢制造汽车的连杆螺栓，提高了强度和塑性、韧性，从而使螺栓的承载能力提高45％～70％，延长了螺栓的使用寿命，并满足大功率新车型设计的要求。又如，采用20SiMnMoV钢代替35CrMo钢制造石油钻井用的吊环，使吊环质量由原来的97kg减小为29kg，大大减轻了钻井工人的劳动强度。(2)中碳微合金非调质钢非调质钢的化学成分特点是在中碳碳素钢成分的基础上添加微量(wMe<0.2％)的V、Ti、Nb等元素，故称微合金非调质钢。其突出优点是通过控制轧制或锻造工艺而不需要淬火加回火处理，在空冷条件下即可使零件获得较满意的综合力学性能，其显微组织为铁素体+珠光体。非调质钢是靠微量合金元素在热变形加工后冷却时，从铁素体中析出弥散的碳化物或氮化物质点产生弥散强化，同时又通过控制珠光体与铁素体量的比例与珠光体的片层间距、细化晶粒等途径，来保证其强度和良好韧性的配合。目前该钢存在的主要缺点是塑性、冲击韧度偏低，因而限制了它在强冲击条件下的应用。为了满足汽车工业迅速发展对高强韧性非调质钢的需要，近年来又发展了贝氏体型和马氏体型微合金非调质钢，这两类钢在锻轧后的冷却中即可获得贝氏体和马氏体或以马氏体为主的组织，其成分特点是降碳并适当添加Mn、Cr、Mo、V、B，使钢在获得高于900 N/mm2抗拉强度的同时保持足够的塑性和韧性。中碳微合金非调质钢代替调质钢，具有简化生产工序、节约能源、降低成本的特点已引起国内外广泛的关注。国内外已在多种型号的汽车曲轴、连杆上成功应用微合金非调质钢，例如我国一汽GA15型汽车发动机曲轴采用非调质钢YF45V代替原45钢正火或调质，其力学性能符合GA15曲轴产品要求。表5-4常用调质钢的牌号、热处理、性能和用途
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种类
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钢号
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热处理
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力学性能(≥)
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用途举例
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淬火/℃
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回火/℃
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ReL/N·mm-2
|
Rm/N·mm-2
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A/%
|
Z/%
|
Ak/J
|
|||
|
低淬透性调质钢
|
45
|
840水
|
600空
|
335
|
600
|
16
|
40
|
39
|
形状简单、尺寸较小、中等韧性零件，如主轴、曲轴、齿轮
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|
40Mn
|
840水
|
600水、油
|
355
|
590
|
15
|
45
|
47
|
比45钢强韧性要求稍高的调质件
|
|
|
40Cr
|
850油
|
520水、油
|
785
|
980
|
9
|
45
|
47
|
中载中速机械零件，如轴类、连杆螺栓、齿轮
|
|
|
45Mn2
|
840油
|
550水、油
|
735
|
885
|
10
|
45
|
47
|
代替40Cr作φ＜50mm的重要调质件
|
|
|
40MnB
|
850油
|
500水、油
|
785
|
980
|
10
|
45
|
47
|
||
|
40MnVB
|
850油
|
520水、油
|
785
|
980
|
10
|
45
|
47
|
可代替40Cr及部分代替40CrNi
|
|
|
35SiMn
|
900水
|
570水、油
|
735
|
885
|
15
|
45
|
47
|
除低温韧性稍差外，可代替40Cr和部分代替40CrNi
|
|
|
中淬透性调质钢
|
40CrNi
|
820油
|
520水、油
|
785
|
980
|
10
|
45
|
55
|
作较大截面和重要的曲轴、主轴、连杆
|
|
40CrMn
|
840油
|
550水、油
|
835
|
980
|
9
|
45
|
47
|
代40CrNi作冲击载荷不大零件
|
|
|
35CrMo
|
850油
|
550水、油
|
835
|
980
|
12
|
45
|
63
|
代40CrNi作大截面重要零件
|
|
|
30CrMnSi
|
880油
|
520水、油
|
885
|
1080
|
10
|
45
|
39
|
高强度钢，作高速载荷轴、齿轮
|
|
|
38CrMoAlA
|
940水 油
|
640水、油
|
835
|
980
|
14
|
50
|
71
|
高级氮化钢，作重要丝杆、镗杆、蜗杆、高压阀门
|
|
|
高淬透性调质钢
|
37CrNi3
|
820油
|
500水、油
|
980
|
1130
|
10
|
50
|
47
|
高强韧性的大型重要零件
|
|
25Cr2Ni4WA
|
850油
|
550水
|
930
|
1080
|
11
|
45
|
71
|
受冲击载荷的高强度大型重要零件，也可作高级渗碳钢
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|
|
40CrNiMoA
|
850油
|
600水、油
|
835
|
980
|
12
|
55
|
78
|
高强韧性大型重要零件，如飞机起落架、航空发动机轴
|
|
|
40CrMnMo
|
850油
|
600水、油
|
785
|
980
|
10
|
45
|
63
|
40CrNiMoA的代用钢
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