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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。溶于鐵中幾乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶入鐵中,形成合金鐵素體或合金奧氏體,按其對α-Fe或γ-Fe的作用,可將合金元素分為擴大奧氏體相區和縮小奧氏體相區兩大類。擴大γ相區的元素—亦稱奧氏體穩定化元素,主要是Mn、Ni、Co、C、N、Cu等,它們使A3點(γ-Feα-Fe的轉變點)下降,A4點(γ-Fe的轉變點)上升,從而擴大γ-相的存在范圍。其中Ni、Mn等加入到一定量后,可使γ相區擴大到室溫以下,使α相區消失,稱為完全擴大γ相區元素。另外一些元素(如C、N、Cu等),雖然擴大γ相區,但不能擴大到室溫,故稱之為部分擴大γ相區的元素。
鋼種及牌號20Cr低淬透性合金滲碳鋼。這類鋼的淬透性低,心部強度較低。20CrMnTi中淬透性合金滲碳鋼。這類鋼淬透性較高、過熱敏感性較小,滲碳過渡層比較均勻,具有良好的機械性能和工藝性能。18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金滲碳鋼。這類鋼含有較多的Cr、Ni等元素,淬透性很高,且具有很好的韌性和低溫沖擊韌性。熱處理和組織性能合金滲碳鋼的熱處理工藝一般都是滲碳后直接淬火,再低溫回火。熱處理后,表面滲碳層的組織為合金滲碳體+回火馬氏體+少量殘余奧氏體組織,硬度為60HRC~62HRC。心部組織與鋼的淬透性及零件截面尺寸有關,完全淬透時為低碳回火馬氏體,硬度為40HRC~48HRC;多數情況下是屈氏體、回火馬氏體和少量鐵素體,硬度為25HRC~40HRC。心部韌性一般都高于700KJ/m2.
合金鋼的編號
牌號首部用數字標明碳含量。規定結構鋼以萬分之一為單位的數字(兩位數)、工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的數字(一位數)來表示碳含量,而工具鋼的碳含量超過1%時,碳含量不標出。在表明碳含量數字之后,用元素的化學符號表明鋼中主要合金元素,含量由其后面的數字標明,平均含量少于1.5%時不標數,平均含量為1.5%~2.49%、2.5%~3.49%時,相應地標以2、3。金結構鋼40Cr,平均碳含量為0.40%,主要合金元素Cr的含量在1.5%以下。合金工具鋼5CrMnMo,平均碳含量為0.5%,主要合金元素Cr、Mn、Mo的含量均在1.5%以下。專用鋼用其用途的漢語拼音字首來標明。如:滾珠軸承鋼,在鋼號前標以“G”。GCr15表含碳量約1.0%、鉻含量約1.5%(這是一個特例,鉻含量以千分之一為單位的數字表示)的滾珠軸承鋼。Y40Mn,表示碳含量為0.4%、錳含量少于1.5%的易切削鋼等等。對于高級優質鋼,則在鋼的末尾加“A”字表明,例如20Cr2Ni4。
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