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隨著科學技術和工業的發展,對材料提出了更高的要求,如更高的強度,抗高溫、高壓、低溫,耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學性能的要求,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,碳鋼水淬的大淬透直徑只有10mm-20mm。
(2) 強度和屈強比較低。如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa,而低合金結構鋼16Mn的σs則為360MPa以上。40鋼的 σs /σb僅為0.43, 遠低于合金鋼。
(3) 回火穩定性差。由于回火穩定性差,碳鋼在進行調質處理時,為了保證較高的強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度又偏低,所以碳鋼的綜合機械性能水平不高。
(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,按合金元素含量分為: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%);按所含的主要合金元素,分為:鉻鋼(Cr-Fe-C)、鉻鎳鋼(Cr-Ni-Fe-C)、錳鋼(Mn-Fe-C)、硅錳鋼(Si-Mn-Fe-C);按小試樣正火或鑄態組織,分為:珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼;按用途分類:合金結構鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。
合金結構鋼又稱合結鋼,是在碳素結構基礎上,加入5以下的一種或幾種元素。鋼中加入合金元素,首先是提高了鋼的淬透性,保證鋼經過熱處理后獲得良好的綜合機械性能,具有高的強度和足夠的韌性。由于具有合適的淬透性,經適宜的金屬熱處理后,顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體,因而具有較高的抗拉強度和屈強比(一般在0.85左右),較高的韌性和疲勞強度,和較低的韌性-脆性轉變溫度,可用于制造截面尺寸較大的機器零件。
23:40Cr
用于制造較重要的調質零件,如在交變載荷下工作的零件;中等轉速和中等截面的零件;經調質并高頻表面淬火后可用作載荷和耐磨性較高而無很大沖擊的零件,如齒輪、套筒、軸、曲軸、連桿、連桿蓋、連桿螺釘、螺帽等。
24:45Cr
與40Cr鋼相近。用于制造較重要的調質零件;經調質并高頻表面淬火后可用作載荷和耐磨性較高的零件,如齒輪、套筒、軸、銷子等。
25:20CrMo
用于制造汽輪機、鍋爐的隔板等;機械的高級滲碳零件,如齒輪、軸等;化工設備的非腐蝕性介質中及溫度低于250℃的、含有氮氫混合物的介質中工作的高壓導管及緊固件。
6、鉻(Cr):在結構鋼和工具鋼中,鉻能顯著提高強度、硬度和耐磨性,但同時降低塑性和韌性。鉻又能提高鋼的抗氧化性和耐腐蝕性,因而是不銹鋼,耐熱鋼的重要合金元素。
7、鎳(Ni):鎳能提高鋼的強度,而又保持良好的塑性和韌性。鎳對酸堿有較高的耐腐蝕能力,在高溫下有防銹和耐熱能力。但由于鎳是較稀缺的資源,故應盡量采用其他合金元素代用鎳鉻鋼。
8、鉬(Mo):鉬能使鋼的晶粒細化,提高淬透性和熱強性能,在高溫時保持足夠的強度和抗蠕變能力(長期在高溫下受到應力,發生變形,稱蠕變)。結構鋼中加入鉬,能提高機械性能。 還可以抑制合金鋼由于淬火而引起的脆性。在工具鋼中可提高紅性。
9、鈦(Ti):鈦是鋼中強脫氧劑。它能使鋼的內部組織致密,細化晶粒力;降低時效敏感性和冷脆性。改善焊接性能。在鉻18鎳9奧氏體不銹鋼中加入適當的鈦,可避免晶間腐蝕。
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