合金调质钢回火过程中的力学性能

淬火态为具有自回火析出物的板条马氏体，具有良好的强韧性配合；在250℃左右回火后片状碳化物析出量增加,提高了屈服强度；在400℃回火后在板条界析出碳化物薄壳，导致回火脆性现象；高温回火后板条形态仍普遍存在，局部区域的板条合并成铁素体块晶。在550℃以上回火析出大量纳米碳化物,渗碳体明显粗化。细晶强化和析出强化是实验钢的主要强化方式。 2100433B

合金调质钢零件的预备热处是毛配料的退火或正火（一般采用正火）。以及粗加工件的调制处理。合金调质钢的最终性能决定于回火温度，常采用500°C~600°C回火，调质后组织为回火索氏体。合金调质钢一般都用油淬，淬透性特别高时甚至可以空冷，这样能减少热处理缺陷。为防止第二类回火脆性，回火后快速冷却（水冷或油冷）。有利于韧性的提高。对局部表面要求硬度高、耐磨性好的零件，最终热处理一般为感应淬火、低温回火或渗氮。

合金调质钢为中碳成分，碳的质量分数wC=0.25%～0.50%，以保证调质处理后具有良好的综合力学性能。主加合金元素有Cr、Ni、Mn、Si、B等，能提高淬透性和强化钢材， 而加入少量的W、Mo、V、Ti等元素可形成稳定的合金碳化物，阻止奥氏体晶粒长大，起细化晶粒及防止回火脆性的作用。

40Cr、35CrMo、38CrMoAl、40CrNiMoA等为常用的合金调质钢。

40Cr钢是应用最广泛的合金调质钢，主要用于较为重要的中小型调质件；如机床齿轮、主轴、花键轴、顶尖套等。

35CrMo适用于制造截面较大、载荷较重的调质件和较为重要的中型调质件，如汽轮机的转子、重型汽车的曲轴等。

40CrNiMoA适宜于制作重载、大截面的重要调质件，如挖掘机传动轴、卷板机轴等。

38CrMoAl是氮化钢，主要用于制造尺寸精确、表面耐磨性要求很高的中小型调质件，如精密磨床主轴、精密镗床丝杠等。

1. 用途

合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。

2. 性能要求

调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。合金调质钢还要求有很好的淬透性。但不同零件受力情况不同，对淬透性的要求不一样。

3. 成分特点

(1) 中碳：碳含量一般在0.25%～0.50%之间，以0.4%居多；

(2) 加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：这些合金元素除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。如调质处理后的40Cr钢的性能比45钢的性能高很多；

(3) 加入防止第二类回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。在钢中加入Mo、W可以防止第二类回火脆性，其适宜含量约为0.15%～0.30%Mo或0.8%～1.2%的W。

45钢与40Cr钢调质后性能的对比

钢号及热处理状态 截面尺寸/ mm sb/ MPa ss/MPa d5/ % y/% ak/kJ/m2

45钢 850℃水淬, 550℃回火 f50 　700 　500 　15 　45 　700

40Cr钢 850℃油淬, 570℃回火 f50 (心部) 　850 　670 　16 　58 　1000

4. 钢种及牌号

(1)40Cr低淬透性调质钢：这类钢的油淬临界直径为30mm～40mm，用于制造一般尺寸的重要零件。

(2)35CrMo中淬透性合金调质钢：这类钢的油淬临界直径为40mm～60mm,加入钼不仅可提高淬透性，而且可防止第二类回火脆性。

(3)40CrNiMo高淬透性合金调质钢：这类钢的油淬临界直径为60mm-100mm，多半是铬镍钢。铬镍钢中加入适当的钼，不但具有好的淬透性，还可消除第二类回火脆性。

5. 热处理和组织性能

合金调质钢的最终热处理是淬火加高温回火（调质处理）。合金调质钢淬透性较高，一般都用油，淬透性特别大时甚至可以空冷，这能减少热处理缺陷。

合金调质钢的最终性能决定于回火温度。一般采用500℃-650℃回火。通过选择回火温度，可以获得所要求的性能。为防止第二类回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韧性的提高。

合金调质钢常规热处理后的组织是回火索氏体。对于表面要求耐磨的零件（如齿轮、主轴），再进行感应加热表面淬火及低温回火，表面组织为回火马氏体。表面硬度可达55HRC～58HRC。

合金调质钢淬透调质后的屈服强度约为800MPa, 冲击韧性在800kJ/m2心部硬度可达22HRC～25HRC。若截面尺寸大而未淬透时，性能显著降低。

中碳合金调质钢。具有高强度、高韧性以及高淬透性。在调质状态下，综合力学性能良好，低温冲击韧度良好。有回火脆性倾向，水冷易产生裂纹。切削加工性良好，但焊接性差。在调质状态下使用。

使用前一般先经淬火再经回火，以使强度和韧性达到要求。碳素调质钢含碳量为0.03～0.60%,由于其淬透性较低，仅用于制造截面尺寸较小、形状简单或载荷较低的机械零件。合金调质钢是在碳素调质钢的基础上加入一种或几种合金元素，加入的合金元素总量一般不超过5%。合金调质钢的淬透性好,可在油中淬硬，淬火变形小,有更好的强度和韧性配合。常用钢号有40Cr、35CrMo、40MnB等。对截面尺寸大、承受载荷高的重要零件如航空发动机主轴、高速柴油机的曲轴和连杆、汽轮机和发电机的主轴等常用合金元素含量较高的钢种，如40CrNiMo、18CrNiW、25Cr2Ni4MoV等。