南通第二机床有限公司

中国机床工具工业协会磨床分会理事单位,ISO9001:2000认证企业

0513-87119922
平面磨床百科

高强度钢和超高强度钢的分类及材料特性

发布时间:2018/12/22
  所谓高强度钢,是指那些强度和韧性结合很好的钢种。低合金结构钢,经调质处理后,具有很好的综合力学性能。其抗拉强度бb>1200MPa时,叫高强度钢;其抗拉强度бb>1500MPa时,称为超高强度钢。
  含一种合金元素的高强度合金钢有铬钢、镍钢、锰钢等;含两种合金元素的合金钢有铬镍钢、铬锰钢、铬钼钢等;含三种以上合金元素的高强度合金钢有铬锰硅钢、铬镍钨钢、铬镍钼钢、铬锰钛钢、铬锰钼钒钢等。
  高强度钢和超高强度钢的原始强度和硬度并不高,但是经过调质处理后可获得较高的强度,硬度在30~50HRC之间。
  钢的抗拉强度与硬度之间存在一定的关系。一般来说,硬度提高强度也随之增高,但不能说高强度钢就是高硬度钢。所谓高强度钢和超高强度钢,是指综合性能而言的。淬火钢的硬度很高,但不能称为高强度钢和超高强度钢,其原因是它的综合性能不好,几乎没有塑性,韧性也很差,只能作耐磨零件和工具。
  用这类钢材制作的零件,其粗加工一般在调质前进行,精加工和半精加工以及部分粗加工在调质后进行,调制后的金相组织为索氏体或托氏体,加工难度大。
  1、高强度钢和超高强度钢的分类
  根据化学成分和使用性能的不同,将超高强度钢分为低合金超高强度钢、中合金超高强度钢和高合金超高强度钢三大类。高强度钢的分类方法与超高强度钢相同。
  (1)低合金超高强度钢
  低合金超高强度钢的碳含量通常为0.30%~0.40%,并用Cr、Ni、M0、V、Si、Mn等元素进行了合金化,但合金元素总量一般不超过5%。其中,最具代表性的钢号为30CrMnSiNi2A、40CrNiM0A(相当于美国牌号AISl4340)、40CrMnSiM0VA及40CrM0NiMnSiA(4340M钢,相当于美国牌号300M钢)。我国已研制了与美国300M钢相近似的钢种,国内牌号为40CrNi2Si2M0VA。另外,还有D6AC钢,这种钢的强度高,断裂韧性(Klc)较高,是一种综合性能好的低合金超高强度钢。在美国,它已成功用来制造固体燃料火箭发动机壳体,并已用于飞机起落架及结构件。
  结合国产资源,我国的低合金超高强度钢建立了Si-Mn-Mo-V、Si-Mn-Cr-Ni-Mo-V、 Cr-Mn-Ni-Mo-V和Cr-Si-Ni-Mo-W-V等系列。
  在30e洲nSiA锕的基础上加入1.4%~1.8%的Ni,从而获得了渗透性好、高强度、高韧性、缺口敏感性较小的30CrMnSiNi2A低合金超高强度钢。南通第二机床有限公司生产的平面磨床,适合高强度钢的磨削,欢迎根据生产需要选购合适的磨床产品!
  (2)中合金超高强度钢
  中合金超高强度钢的合金元素总量为5%~10%。其主要合金元素是Cr、W、Mo、 V、Nb等。由于含钼和钒,所以其回火稳定性好。中温强度高。当使用强度提高到500℃时,它的比强度优于其他超高强度钢。其具有代表性的钢号是4CrSMoVSi(相当于美国牌号H11)及4cr5MoVlSi(相当于美国牌号H13)。H11钢是一种热作模具钢。与低合金超高强度钢相比,这类钢的淬透性好,中温强度较高。淬火后利用回火时微细碳化物的弥散析出,它可产生二次硬化,以达到超高强度的目的。H11钢可用来制造飞机起落架等结构件。
  (3)高合金超高强度钢
  这是一种微碳(小于0.03%C)、高镍并含有产生沉淀强化合金元素(Ti、Co、V等)的高合金超高强度钢——马氏体时效钢。由于其含有的Ni或Cr的含量较高,经淬火后再进行时效处理(450~5鼬℃,2确),会形成NisMo、Ni3Ti、FeaMo等金属间化奢物,井弥散分布在马氏体基体中,从而可得到塑性和韧性均较好的超高强度钢。
  马氏俸时效钢是航空、航天、海洋技术方面极为重要的结构材料。根据其含镍量的不同,分为18Ni、20Ni和25Ni三种类型,其中18Ni根据淬火(固溶处理)及时效后的屈服强度又分为五个强度级别,即18Ni(200)、18Ni(250)、18Ni(300)、18Ni(350)及18Ni(400)。由于20Ni、25Ni钢在性能方面均比18Ni钢差,所以国内外使用的马氏体时效钢主要是18Ni钢。
  AerMetl00(24Nill.5C013.4Cr3M01)是一种Co-Ni二次硬化马氏体钢,是美国于20世纪9。年代初期研制成的航空工业用超高强度钢。其抗拉强度为1930MPa,断裂韧性Klc达115MPa~/m,是目前同强度级别中断裂韧性最高的钢种。过去。起落架、燃气蜗轮轴和轮机螺栓都用300M、马氏体时效钢和H11制造,现在可用AerMetl00替代。替代300M,是因其断裂韧性低和对应力腐蚀开裂敏感;替代马氏体时效钢,是因其强度低,尤其是疲劳强度低;替代H11,是因其韧性低及抗应力腐蚀开裂能力低。
  2、高强度钢和超高强度钢的材料特性
  ①超高强度钢中的合金元素含量较高。低合金系大都以Cr、Ni、Mo、Si、Mn为主要合金元素,并适当加入细化晶粒元素Ti、Nb、V等。中合金系合金元素主要为Cr、W、 Mo、V、Nb等碳化物形成元素。高合金系主要为Ni、Co合金元素的加入,大大提高了超高强度钢的力学性能,改善了钢的韧性和塑性。与一般钢料磨削相比,超高强度钢的优良力学性能使磨削力增大,磨削温度升高。
  ②超高强度钢既要具有高强度,又要保证材料的韧性和塑性,为此,必须采取工艺措施,如对于低合金超高强度钢30CrMnSiNi2A热处理规范取为(90±10)℃加热、油淬、再经低温回火,使材料具有良好的综合力学性能。磨削时,被磨材料良好的韧性和塑性,容易使磨削表层的晶格产生扭曲变形,造成表层硬度变化增大,冷硬层深度加深。
  ③超高强度钢的热导率低。例如,300M钢的热导率为26.6W/(m·K),35CrMnSiA的热导率为29.3W/(m·K),而45钢的热导率为50.2w/(m·K),超高强度钢的热导率仅为45钢的55%。在切削过程中,大量的切削热不易导出,集中在切削区。