§7-1 鋼的合金化天津立興金屬制品有限公司022-26801886 13602061168 宋嫣然
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(fā)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
相互作用
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
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幾乎所有的合金元素(除)都可溶入鐵中, 形成合金鐵素體或合金按其對α-Fe或γ-Fe的作用, 可將合金元素分為擴大奧氏體相區(qū)和縮小奧氏體相區(qū)兩大類。
擴大γ相區(qū)的元素-亦稱奧氏體穩(wěn)定化元素, 主要Ni、Co、C、N、Cu等, 它們使A3點(γ-Fe α-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、M等加入到一定量后, 可使γ相區(qū)擴大到室溫以下, 使α相區(qū)消失, 稱為完全擴大γ相區(qū)元素。另外一些元素(如C、N、Cu等), 雖然擴大γ相區(qū), 但不能擴大到室溫, 故稱之為部分擴大γ相區(qū)的元素。
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縮小γ相區(qū)元素--亦稱鐵素體穩(wěn)定化元素, 主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、、等。它們使A3點上升, A4點下降(鉻除外, 鉻含量小于7%時, A3點下降; 大于7%后,A3點迅速上升), 從而縮小γ相區(qū)存在的范圍, 使鐵素體穩(wěn)定區(qū)域擴大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區(qū)的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區(qū)的元素(如B、、等)。
2. 形成碳化物合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小, 可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。
常見非碳化物形成元素有:Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶于鐵素體和奧氏體中。常見碳化物形成元素有:M、Cr、W、V、N、Z、Ti等(按形成的碳化物的穩(wěn)定性程度由弱到強的次序排列)，它們在鋼中一部分固溶于基體相中，一含量高時可形成新的合金碳化合物。對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響
擴大或縮小γ相區(qū)的元素均同樣擴大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區(qū), 且同樣Ni或M的含量較多時, 可使鋼在室溫下得到單相 (如1Cr18Ni9和ZGMn13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1Cr17Ti高鉻等)。
對Fe-Fe3C相圖臨界點(S和E點)的影響
擴大γ相區(qū)的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉變溫度下降, 縮小γ相區(qū)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。
合金元素對鋼熱處理的影響
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合金元素的加入會影響鋼在熱處理過程中的組織轉變。
1. 合金元素對加熱時相轉變的影響
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合金元素影響加熱時奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。
(1)對奧氏體形成速度的影響: Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與碳的親合力大, 形成難溶于奧氏體的合金碳化物, 顯著減慢奧氏體形成速度;Co、Ni等部分非碳化物形成元素, 因增大碳的擴散速度, 使奧氏體的形成速度加快;Al、Si、M等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。
(2)對奧氏體晶粒大小的影響:大多數(shù)合金元素都有阻止奧氏體晶粒長大的作用, 但影響程度不同。強烈阻礙晶粒長大的元素有:V、
GB:50號鋼
化學成分質量分數(shù)%|C: 0.47～0.55
化學成分質量分數(shù)%|M 0.50～0.80
SAE1053化學成分：
化學成分質量分數(shù)%|C: 0.48～0.55
化學成分質量分數(shù)%|M: 0.70～0.1
常用鋼板厚度厚鋼板：厚度大于4\5\6\8\10\12\14\16\20\25\30\40\50,10以內寬度小于2000mm，10以上寬度一般2000、2500mm，長度4~12m；
薄鋼板：厚度小于4mm，寬度500~1500mm，長度1.5~4m；
薄板的寬度為500~1500毫米；厚的寬度為600~3000毫米。薄板按鋼種分，有普通鋼、優(yōu)質鋼、合金鋼、彈簧鋼、不銹鋼、工具鋼、耐熱鋼、軸承鋼、硅鋼和工業(yè)純鐵薄板等；按專業(yè)用途分，有油桶用板、搪瓷用板、防彈用板等；按表面涂鍍層分，有鍍鋅薄板、鍍錫薄板、鍍鉛薄板、塑料復合鋼板等。
扁鋼：厚度4~60mm，寬度12~200mm，長度3~9m。厚鋼板的鋼種大體上和薄鋼板相同。在品各方面，除了、鍋爐鋼板、汽車制造鋼板、和多層高壓容器鋼板等品種純屬厚板外，有些品種的鋼板如汽車大梁鋼板(厚2.5~10毫米)、 (厚2.5~8毫米)、耐熱鋼板等品種是同薄板交叉的。
另，鋼板還有材質一說，并不是所有的鋼板都是一樣的，材質不一樣，其鋼板所用到的地方，也不一樣。
合金鋼的性能
40cr鋼板,40cr合金板，40cr中厚板
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，選擇直流正接進行線材的對焊試驗，即選用直流電源，線材接電源的正極，鎢極接電源的負極。
40cr鋼板含1%或2%氧化釷的鎢極發(fā)射電子效率高，電流承載能力好，且抗污染性能好，引弧容易并且電弧比較穩(wěn)定。為了便于操作，選擇直徑為2 mm的較細的釷鎢極，并且電極前端磨尖。
40cr鋼板由于氬氣較低的電弧電壓特性對于薄板和線材的手弧焊特別有益，因此選擇氬氣做保護氣體。
40cr鋼板試驗選用直流手工氬弧焊機，焊接前，將鋼絲兩端頭仔細磨平，為防止焊點產(chǎn)生氣孔，將端頭油污清洗干凈。將兩端磨平的線材放在平整潔凈的對正板上（圖1），40cr鋼板使兩端頭對正，接頭處不留間隙，用壓鐵壓住接頭兩側。將線材接焊機正極，鎢極接負極，分別將電流調至20 A，15 A，10 A，8 A進行焊接。焊接時，在接頭旁邊引燃點弧并使之燃燒穩(wěn)定，將電弧移至接頭處使接頭金屬熔化后迅速將電弧熄滅，同時輕微施加頂鍛力，冷卻后即完成焊接過程，焊接過程中不使用填充焊絲。40cr鋼板
40cr鋼板試驗發(fā)現(xiàn)，當焊接電流為20 A時，電弧燃燒劇烈，接頭處金屬飛濺嚴重，焊點塌陷嚴重。當電流調至15 A時，電弧燃燒較平穩(wěn)，熔池飛濺少，但焊縫仍有塌陷。但電流降至10 A時，引弧容易，電弧燃燒穩(wěn)定，焊縫處沒有塌陷現(xiàn)象。圖2為焊接電流10 A時，用數(shù)碼相機在LeicaMZ6型體視顯微鏡下拍下的焊接接頭形狀。可以看出，接頭的圓柱度較好，將其打磨后能滿足線鋸的要求。當電流調至8 A以下時，引弧困難且電弧不穩(wěn)定，難以完成焊接過程。
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焊接接頭試驗
由于65Mn鋼具有過熱傾向，因此焊接熱影響區(qū)對接頭的力學性能影響很大。直徑0.7 mm的65Mn鋼絲經(jīng)氬弧焊對焊后接頭處非常硬脆，輕輕折彎焊點處，就會在熔合線或焊縫處脆斷，斷口呈明顯的脆性斷裂形貌。所得接頭由焊縫和熱影響區(qū)組成，沿接頭軸線測試從焊縫中心至母材各個區(qū)域的顯微硬度。測量結果表明，從母材到熱影響區(qū)及焊縫中部，顯微硬度急劇增加，焊縫中部硬度達HV 1 060，這說明熱影響區(qū)及焊縫中部生成了硬脆組織。對于這種具有硬脆組織的接頭，為了提高其韌性和塑性，降低其硬度，獲得硬度、強度、塑性和韌性的適當配合，必須對焊接接頭進行適當?shù)幕鼗鹛幚?。熱處理后，應將熱影響區(qū)的脆性，同時應能使母材保持一定的強度和彈性?；鼗鹪谙涫诫娮锠t內進行，回火。將回火后的鋼絲焊接接頭處仔細打磨，使其直徑與母材直徑大致相等，再在WE-50拉伸試驗機上進行拉伸試驗。每種回火處理的試樣取三根，取其拉力的平均值。
由試驗可以看出，330℃以上熱處理后，母材彈性基本消失，且斷裂均發(fā)生在母材處，而不發(fā)生在焊點及其熱影響區(qū)，這說明熱處理后雖然熱影響區(qū)的脆性完全消失，但母材的強度被大大削落（經(jīng)試驗，所用母材的抗拉強度為1 663 MP）。260℃保溫10 min時，雖然材料彈性基本不變，但熱影響區(qū)的脆性不能。當加熱溫度為280℃，保溫10 min時效果，熱影響區(qū)的抗拉強度只比母材降低20%左右，而母材的彈性消失較小。將280℃回火處理的焊頭沿軸線方向測試縱剖面上各個區(qū)的顯微硬度，發(fā)現(xiàn)焊縫處的硬度值降低到HV 500左右，比未處理時的硬度降低大約1倍。 焊好的環(huán)形鋼絲不但應能滿足一定的強度和彈性要求，而且具有一定的疲勞強度。
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65Mn鋼硬度zhidao
熱軋硬度：240~270HB
冷軋軟態(tài)硬度：190~220HB
冷軋硬態(tài)硬度：300~340HB
熱處理硬度：38~60HRC
65Mn鋼一般采用等溫淬火的較多內，等溫后硬度有兩個級別：40－45HRC和43－50HRC，前者適用于彈簧片等大變形零件，后者適用于比較厚的棘爪，卡抓之類小變形零件。
小工件用用鹽浴爐加熱，快速油容淬火，硬度可以達到55--62HRC
如果是退火或熱軋狀態(tài)下，應該差不多；如果65mn鋼板作為來彈簧鋼板已熱處理，硬度應該有42HRC以上，45#鋼供貨時熱軋態(tài)度，硬度只有幾個源HRC。如果單純比較熱處理硬度，65mn可以到60HRC，45#鋼可以到55HRC，與零件的尺寸和工藝條件有關。
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現(xiàn)貨材料產(chǎn)品主要以板材，棒材，條材，管材為主。型號包括：12Mn、15MnVN、16Mn、15MnV、14MnNb、Q295（A、B）、Q345（ABCDE）、Q390（ABCDE）、Q420（ABCDE）、Q460（CED）、Q500（DE）、Q550（DE）、Q620（DE）、Q690（DE）、Q960（DE）......
Q295（AB）化學成分
鋼號 GB C≤ Si≤ M P≤ S≤ V Nb Ti Al≥ 其他
Q295 A 0.16 0.55 0.8~1.5 0.045 0.045 0.02~0.15 0.015~0.06 0.02~0.2
Q295 B 0.16 0.55 0.8~1.5 0.04 0.04 0.02~0.15 0.015~0.06 0.02~0.2
鋼號 質量等級 屈服點σ/MP
（在下列厚度或者直徑/mm時） 抗拉強度
δ5（%） 伸長率
δ5（%） 沖擊吸收功 180°彎曲實驗
（在系列厚度或者
直徑/mm時）
≤16 >16~35 >35~50 >50~100 溫度/℃ /J
≤16 >16~100
Q345 A 295 275 255 235 390~570 23 - - d=2a d=3a
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①由Q+數(shù)字+質量等級符號+脫氧方法符號組成。它的鋼號冠以"Q"，代表鋼材的屈服點，后面的數(shù)字表示屈服點數(shù)值，單位是MP例如Q235表示屈服點(σ)為235 MP的碳素結構鋼。②必要時鋼號后面可標出表示質量等級和脫氧方法的符號。質量等級符號分別為A、B、C、D。脫氧方法符號:F表示沸騰鋼;b表示半鎮(zhèn)靜鋼;Z表示鎮(zhèn)靜鋼;TZ表示特殊鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼可不標符號，即Z和TZ都可不標。例如Q235-AF表示A級沸騰鋼。③專門用途的碳素鋼，例如橋梁鋼、船用鋼等，基本上采用碳素結構鋼的表示方法，但在鋼號 附加表示用途的字母?；瘜W成分
碳 C :≤0.20
硅 Si:≤0.35
錳 M:≤1.4
硫 S :≤0.045
磷 P :≤0.045
鉻 Cr:允許殘余含量≤0.30
鎳 Ni:允許殘余含量≤0.30
銅 Cu:允許殘余含量≤0.30
注:脫氧方法:F、b、Z力學性能
屈服強度:≤16mm:≥235
16-40:≥225
40-100:≥215
100-150:≥195
150-200:≥185。
抗拉強度:370-500.
沖擊試驗:溫度:20℃:≥27
Q235B有一定的伸長率、強度，良好的韌性和鑄造性，易于沖壓和焊接，廣泛用于一般機械零件的制造。主要用于建筑、橋梁工程上質量要求較高的焊接結構件。Q235A和Q235B的區(qū)別:鋼材皆屬于碳素鋼。在 標準GB700-88中，對Q235A和Q235B的材質區(qū)分主要在鋼材的含碳量方面，材質是Q235A的材質含碳量在0.14-0.22﹪之間;Q235A的板材不做沖擊實驗，而Q235B是做常溫沖擊實驗，V型缺口。相對來說，材質是Q235B的鋼材的機械性能要遠遠優(yōu)于材質是Q235A的鋼材。一般情況下，鋼廠在成品型材出廠之前都在標識牌上做了標識。用戶可以在標識牌上判別其材質是Q235A，還是Q235B，或其他材質。設計壓力P≤1.6MPa;使用溫度為0~350℃;鋼板厚度>=20mm
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