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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(qiáng)度和韌性等綜合機(jī)械性能,淬火后表面硬度可達(dá)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(jī)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(dá)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(jī)械制造,這種鋼的機(jī)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(jī)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(dá)到HRA72~78,心部硬度達(dá)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(yīng)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(qiáng)度的心部組織,所以要先進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理,獲得回火索氏體,提高心部機(jī)械性能和氮化層質(zhì)量。
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合金元素對鋼的工藝性能的影響:1.合金元素對鋼鑄造性能的影響固、液相線的溫度愈低和結(jié)晶溫區(qū)愈窄,其鑄造性能愈好。合金元素對鑄造性能的影響,主要取決于它們對Fe-Fe3C相圖的影響。另外,許多元素,如Cr、Mo、V、Ti、Al等在鋼中形成高熔點碳化物或氧化物質(zhì)點,增大鋼的粘度,降低流動性,使鑄造性能惡化。2.合金元素對鋼塑性加工性能的影響塑性加工分熱加工和冷加工。合金元素溶入固溶體中,或形成碳化物(如Cr、Mo、W等),都使鋼的熱變形抗力提高和熱塑性明顯下降而容易鍛裂。一般合金鋼的熱加工工藝性能比碳鋼要差得多。3.合金元素對鋼焊接性能的影響合金元素都提高鋼的淬透性,促進(jìn)脆性組織(馬氏體)的形成,使焊接性能變壞。但鋼中含有少量Ti和V,可改善鋼的焊接性能。4.合金元素對鋼切削性能的影響切削性能與鋼的硬度密切相關(guān),鋼是適合于切削加工的硬度范圍為170HB~230HB。一般合金鋼的切削性能比碳鋼差。但適當(dāng)加入S、P、Pb等元素可以大大改善鋼的切削性能。5.合金元素對鋼熱處理工藝性能的影響熱處理工藝性能反映鋼熱處理的難易程度和熱處理產(chǎn)生缺陷的傾向。主要包括淬透性、過熱敏感性、回火脆化傾向和氧化脫碳傾向等。合金鋼的淬透性高,淬火時可以采用比較緩慢的冷卻方法,可減少工件的變形和開裂傾向。加入錳、硅會增大鋼的過熱敏感性。
隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展,對材料提出了更高的要求,如更高的強(qiáng)度,抗高溫、高壓、低溫,耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學(xué)性能的要求,碳鋼已不能完全滿足要求。
碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足:(1)淬透性低一般情況下,碳鋼水淬的淬透直徑只有10mm-20mm。(2)強(qiáng)度和屈強(qiáng)比較低如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa,而低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43,遠(yuǎn)低于合金鋼。(3)回火穩(wěn)定性差由于回火穩(wěn)定性差,碳鋼在進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理時,為了保證較高的強(qiáng)度需采用較低的回火溫度,這樣鋼的韌性就偏低;為了保證較好的韌性,采用高的回火溫度時強(qiáng)度又偏低,所以碳鋼的綜合機(jī)械性能水平不高。(4)不能滿足特殊性能的要求碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差,不能滿足特殊使用性能的需求。
合金鋼的分類:按合金元素含量:1、低合金鋼(合金元素總量低于5%)、中合金鋼(合金元素總量為5%-10%)、高合金鋼(合金元素總量高于10%)。2、按合金元素成分:鉻鋼(Cr-Fe-C)、鉻鎳鋼(Cr-Ni-Fe-C)、錳鋼(Mn-Fe-C)、硅錳鋼(Si-Mn-Fe-C)。3、按小試樣正火或鑄態(tài)組織分:珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼。4、按用途分:合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。
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