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18Cr2Ni4W調(diào)質(zhì)低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼零件用鋼力學(xué)性能
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司bt990.com.cn
更新時(shí)間：2014-08-29
18Cr2Ni4W調(diào)質(zhì)低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼零件用鋼力學(xué)性能
若零部件要求具有特別高的強(qiáng)度（?=1600-1800MPa）時(shí)，這時(shí)高溫回火得到的回火索氏體組織不能滿足要求，要采用淬火低溫回火，即在250-350℃左右回火，得到中、低碳回火馬氏體組織。回火馬氏體發(fā)揮了碳在過飽和α相中的固溶強(qiáng)化、ε-Fe2.4C與基體共格產(chǎn)生的沉淀強(qiáng)化及馬氏體相變的冷作硬化（即加工硬化）等的綜合強(qiáng)化效應(yīng)。其中，回火馬氏體的強(qiáng)度主要來自固溶在馬氏體α中的碳。研究表明，鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w（C）在0.2%-0.5%范圍，可見，當(dāng)鋼中w(C)=0.30%時(shí)，可獲得?約為1700MPa的高強(qiáng)度。w(C)每增加0.01%，?約增高300MPa。而且，w(C)在0.20%-0.30%的范圍內(nèi)，回火馬氏體保持較好的韌性和較低的韌-脆轉(zhuǎn)化溫度；當(dāng)w(C)超過0.30%，隨著鋼的強(qiáng)度繼續(xù)升高，鋼的韌性特別是斷裂韌性下降顯著。
與普通調(diào)質(zhì)鋼一樣，合金元素在該類鋼中的作用也是提高淬透性，保證得到馬氏體組織。但在250-350℃回火，要產(chǎn)生低溫回火脆性。引起這類回火脆性有兩個(gè)方面的原因。首先，在這個(gè)溫度范圍回火，發(fā)生ε-Fe2.4C溶解，F(xiàn)e3C在馬氏體板條邊界和原奧氏體晶界析出，呈連續(xù)薄片狀，在沖擊負(fù)荷下沿馬氏體板條邊界裂開。在350℃以上，F(xiàn)e3C開始球化，韌性恢復(fù)。第二個(gè)原因是雜質(zhì)元素磷、銻、錫等，在淬火加熱時(shí)發(fā)生在奧氏體晶界上的偏聚，經(jīng)淬火后雜質(zhì)元素被凍結(jié)在原奧氏體晶界。以上雜質(zhì)在原奧氏體晶界的富集和連續(xù)薄膜狀Fe3C的同時(shí)存在，兩者作用疊加，造成沿晶脆斷。合金元素錳和鉻加劇低溫回火脆化傾向，錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%以上，淬火狀態(tài)也可發(fā)生沿晶斷裂，也進(jìn)一步促進(jìn)低溫回火脆性。鉬能改善低溫回火脆性，硅、鋁推遲ε-Fe2.4C向Fe3C轉(zhuǎn)變，將低溫回火脆化溫度范圍推向350℃以上。
鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.30%時(shí)，淬火后馬氏體的微觀結(jié)構(gòu)為位錯(cuò)型的板條馬氏體，具有高的強(qiáng)度和良好的韌性。在低溫回火后，其綜合力學(xué)性能優(yōu)于中碳調(diào)質(zhì)鋼，并且冷脆傾向小，有低的疲勞缺口敏感度。中碳調(diào)質(zhì)鋼和低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼力學(xué)性能的比較如表5。
表3中碳調(diào)質(zhì)鋼和低碳馬氏體結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能
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鋼種
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熱處理工藝
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σ0.2/MP
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σb/MP
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δ/%
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ψ/%
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Αk/J
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40Cr
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850℃油淬
560℃回火油冷
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≥800
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≥1000
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≥9
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≥45
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≥60
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15MnVB
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880℃鹽水淬200℃回火空冷
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≥1000
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≥1200
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≥10
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≥45
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≥90
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18Cr2Ni4W
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880℃空冷
180℃回火空冷
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1029
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1176
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12
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55
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108
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由于低碳鋼的淬透性較小，必須加入合金元素，故一般采用低碳低合金鋼。它們在熱軋后退火，具有低強(qiáng)度、高塑性和良好的冷變形性。例如，汽車用高強(qiáng)度螺栓、銷釘?shù)龋瓉碛弥刑颊{(diào)質(zhì)鋼，需要熱頂鍛鍛出螺栓頭，表面質(zhì)量差。中碳調(diào)質(zhì)鋼退火后硬度較高，碾壓螺紋也困難。用15MnVB代替40Cr制作上述零件，其優(yōu)點(diǎn)在于可用冷鐓成型，比熱頂鍛制的螺栓精度高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，承載能力提高45%-70%，減少了切削量，節(jié)約鋼材，延長了螺栓使用壽命，并滿足大功率新車型設(shè)計(jì)要求。又如采用20SiMnMoV鋼代替35CrMo鋼，制造石油用的吊環(huán)，使吊環(huán)質(zhì)量由原來的97Kg減少為29Kg，大大減輕了鉆井工人的勞動強(qiáng)度。
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