合金结构钢的牌号和分类

2019-07-0210:57:17合金结构钢的牌号和分类已关闭评论

合金结构都是优质钢,它是在优质碳素结构钢的基础上加入一些合金元素而形成的钢种。合金结构钢的牌号表示方法由“数字+元素符号+数字”三部分组成。前面两位数表示平均碳质量分数的万分之几,合金元素以化学元素符号表示;元素符号后面的数字表示该合金元素质量分数的百分之几,当其平均质量分数小于1.5%时,元素符号后面不标数字;当其平均质量分数≥1.5%,≥2.5%,≥3.5%,…时,则在元素符号后相应标出2,3,4,…如25Cr2Ni4W表示平均w C= 0.25%,w Cr= 2%,w Ni= 4%,w W<1.5%的合金结构钢。

合金结构钢根据含有碳和合金元素的不同,可分为渗碳钢、调质钢,弹簧钢和滚动轴承钢。

①渗碳钢

一般渗碳钢的w C= 0.10%~0.20%,以保证心部有足够的韧性;加入合金元素铬、锰、硼、镍等主要用于增加渗碳后钢材的淬透性;而合金元素钛、钒等可形成碳化物、细化晶粒,提高钢的耐磨性。渗碳钢按其淬透性高低可分为三大类:

低淬透性钢常用牌号有15Cr,20Cr,20MnB,20Mn2等,其水淬临界淬透直径为20~35 mm。这类钢淬透性低,经渗碳、淬火和低温回火后心部强度较低,强度与韧性配合较差,只可制作受力不太大,强度不太高的耐磨零件,如柴油机凸轮轴、活塞销、滑块和小齿轮等。

中淬透性钢常用牌号有20CrTiMn,20SiMnVB,12CrNi3A,20CrMnMo等,其油淬临界淬透直径为25~60 mm。这类钢淬透性和力学性能都较高,可用做承受中等动载荷且具有足够韧性的耐磨件,如汽车、拖拉机的重要齿轮、齿轮轴、花键轴套、凸轮盘等。

高淬透性钢常用牌号有12CrNi3A,20Cr2Ni4,18Cr2Ni4WA等,其油淬临界淬透直径为100 mm以上。这类钢淬透性高,即使空冷也能形成马氏体。其经渗碳淬火后,心部强度很高,而且强度与韧性配合很好,主要用于制造承受重载荷和强烈磨损的大型零件,如大功率柴油机曲轴、连杆等。

渗碳钢最终热处理为渗碳后的“淬火+低温回火”。表层组织为“回火马氏体+碳化物+残余奥氏体”,硬度可达60~62 HRC;淬透时的心部组织为低碳回火马氏体,硬度为40~ 48 HRC,未淬透时为“回火马氏体+托氏体+铁素体”,硬度为25~40 HRC。典型渗碳钢的牌号、成分、热处理和性能见表1.5.4。

②调质钢

通常调质钢的w C= 0.25%~0.50%,钢材中碳的质量分数过低不易淬硬和淬透,过高则韧性不足。加入元素铬、锰、硼、镍等主要用于增加钢的淬透性,少量的钨、钼可防止第二类回火脆性。调质钢常用牌号有:40Cr,40MnB,38CrMoAlA等。调质钢主要用于要求高强度和良好塑性与韧性配合的重要零件。例如机床主轴、曲轴、连杆、齿轮等。

调质钢按其淬透性高低可分为3大类:

低淬透性调质钢常用牌号有40Cr,40CrV,40MnB,40MnVB等,其油淬临界淬透直径为30~40 mm。其中,40Cr是最常用的合金调质钢,具有较好的力学性能及工艺性能,调质后强度比碳钢高,但淬透性不太高。多用于尺寸较小的较重要零件,如普通机床主轴、变速齿轮、汽车、拖拉机连杆螺栓、传动轮等。

中淬透性调质钢常用牌号有40CrMn,40CrNi,35CrMo等,其油淬临界淬透直径为40~60 mm。由于调质后淬透性好,可用于制造尺寸较大、负荷较重的调质零件,如截面较大的曲轴、连杆等。

高淬透性调质钢常用牌号有40CrMnMo,37CrNi3,25Cr2Ni4W等,其油淬临界淬透直径为60~100 mm。由于调质后淬透性高,综合力学性能好,可用于制造大截面、承受更大载荷的重要调质零件,如大型轴类零件、齿轮等。

调质钢经调质处理后得到回火索氏体组织,可提高其综合力学性能。对于表面要求高硬度及耐磨性的零件,在调质处理以后,还可进行表面淬火或氮化处理。典型调质钢的牌号成分、热处理和性能见表1.5.4。

③弹簧钢

合金弹簧钢的质量分数一般为w C= 0.5%~0.7%,加入元素硅、锰、铬,目的是提高钢的淬透性、强化铁素体,此外,硅还能显著提高钢的弹性极限;加入元素钒、钼,目的是细化晶粒、增加回火稳定性。弹簧钢零件大多是在冲击、振动及变动载荷下工作,因此要求弹簧钢具有高的弹性极限、疲劳极限及冲击韧度。其中最典型的弹簧钢有65Mn和60Si2Mn。65Mn可制作各种小尺寸的圆弹簧、扁弹簧;60Si2Mn的性能比65Mn的性能好,适用于截面尺寸较大,承受负荷较重的弹簧,如拖拉机、汽车上的螺旋弹簧和减震弹簧;55SiMnMoV,55SiMnMoVNb,55SiMnVB是在硅、锰基础上再加入少量的钼、钒、铌、硼等元素,使其具有更好的性能,用来制造截面尺寸大、承受重载荷的大弹簧,如大吨位载重汽车的板簧等。根据弹簧的尺寸不同,可将其分为热成型弹簧(线径或厚度大于10 mm)和冷成型弹簧(线径或厚度小于8~10mm)两大类。热成型弹簧由于尺寸较大,通常可在淬火加热时成型,利用余热进行淬火加中温回火后使用。弹簧热处理后可采用喷丸处理进行表面强化,以进一步提高弹簧的疲劳极限及使用寿命。冷成型弹簧尺寸较小,常用冷拉弹簧钢丝冷卷成型,由于产生加工硬化,屈服强度大大提高,故不必再进行淬火,只要200~300℃进行一次去应力及稳定尺寸的处理即可使用。

合金结构钢的牌号和分类

典型弹簧钢的牌号、成分、性能、热处理和用途见表1.5.5。

表1.5.5 典型弹簧钢的牌号、化学成分、热处理、性能和用途

合金结构钢的牌号和分类

④滚动轴承钢

滚动轴承钢的碳的质量分数为w C= 0.95%~1.15%,对硫、磷和杂质要求很严,以保证淬火后有足够的硬度及耐磨性;加入合金元素铬(w Cr= 0.5%~1.65%)是为了提高钢的淬透性,并形成碳化物,提高钢的耐磨性;滚动轴承钢是用来制造滚动轴承中的滚柱、滚珠、滚针和套圈的一种专用钢。这类钢应具有高的硬度和耐磨性,高的接触疲劳强度及足够的韧性,同时对大气和润滑介质有一定的耐蚀能力。滚动轴承钢的牌号表示为字母“G”+铬元素符号(Cr)+数字,数字表示平均铬质量分数的千分之几,碳质量分数不予标出。若再含其他元素时,表示方法同合金结构钢。例如,GCr15钢,表示铬的平均质量分数w Cr= 1.5%的滚动轴承钢。

GCr15钢是滚动轴承钢的典型钢种,可制造中小型轴承;在大型轴承中,还需加入硅、锰,以进一步提高淬透性,它可提高钢的强度和弹性极限,但不降低韧性,如GCr15SiMn。

滚动轴承钢铸造后均需经过球化退火处理,以改善切削加工性能。最终热处理为“淬火+低温回火”,得到“马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体”,硬度为62~62 HRC。对于精密零件应进行- 60~- 80℃的冷处理,以减少残余奥氏体量,稳定尺寸。

典型轴承钢的牌号、化学成分、热处理及用途见表1.5.6。

表1.5.6 典型轴承钢的牌号、化学成分、热处理及用途

合金结构钢的牌号和分类

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