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在鋼中加入合金元素后,鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會發生交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能。合金元素與鐵、碳的相互作用,合金元素加入鋼中后,主要以三種形式存在鋼中。即:與鐵形成固溶體;與碳形成碳化物;在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。
合金元素對相圖的影響:1.對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響:擴大或縮小γ相區的元素均同樣擴大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區,且同樣Ni或Mn的含量較多時,可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織(如奧氏體不銹鋼和高錳鋼等),而Cr、Ti、Si等超過一定含量時,可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織(如高鉻鐵素體不銹鋼等)。2.對Fe-Fe3C相圖臨界點(S和E點)的影響:擴大γ相區的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉變溫度下降,縮小γ相區的元素則使其上升,并都使共析反應在一個溫度范圍內進行。幾乎所有的合金元素都使共析點(S)和共晶點(E)的碳含量降低,即S點和E點左移,強碳化物形成元素的作用尤為強烈。
42CrMo鋼屬于超高強度鋼,具有高強度和韌性,淬透性也較好,無明顯的回火脆性,調質處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力,低溫沖擊韌性良好。該鋼適宜制造要求一定強度和韌性的大、中型塑料模具。強度、淬透性高,韌性好,淬火時變形小,高溫時有高的蠕變強度和持久強度。用于制造要求較35CrMo鋼強度更高和調質截面更大的鍛件,如機車牽引用的大齒輪、增壓器傳動齒輪、壓力容器齒輪、后軸、受載荷極大的連桿及彈簧夾,也可用于 2000m以下石油深井鉆桿接頭與打撈工具,并且可以用于折彎機的模具等。
42CrMo合金鋼與35CrMo性能接近的鋼材。與35CrMo性能接近,由于碳和鉻含量增高,因而其強度和淬透性均優于35CrMo,調質后有較高的疲勞強度和抗多次沖擊能力,低溫沖擊韌度良好,且無明顯的回火脆性,一般在調質后使用。與35CrMo性能接近,由于碳和鉻含量增高,因而其強度和淬透性均優于35CrMo,調質后有較高的疲勞強度和抗多次沖擊能力,低溫沖擊韌度良好,且無明顯的回火脆性,一般在調質后使用,一般用于制造比35CrMo強度要求更高,斷面尺寸較大的重要零件,如軸,齒輪,連桿,變速箱齒輪,增壓器齒輪,發動機氣缸,彈簧,彈簧夾,1200-2000mm石油鉆桿接頭,打撈工具以及代替含鎳較高的調質鋼使用。
40Cr是軸類零件的常用材料,它價格便宜經過調質(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等合金結構鋼適用于中等精度而轉速較高的軸類零件,這類鋼經調質和淬火后,具有較好的綜合機械性能。軸承鋼GCr15和彈簧鋼65Mn,經調質和表面高頻淬火后,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,又希望發揮40Cr優越的機械性能,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經氮化處理后可獲得較高的表面硬度,40Cr調質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-調質-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,所以要先進行調質熱處理,獲得回火索氏體,提高心部機械性能和氮化層質量。
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