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40Cr合金結構鋼
根據標準GB/T 3077-1999及GB/T 17107-1997、鋼板GB/T11251-2009及標準
對應國外標準:JIS(日本): SCr440 ASTM(美國): 5140 ISO: 41Cr4
硅Si:0.17~0.37
錳Mn:0.50~0.80
鉻Cr:0.80~1.10
鎳Ni:≤0.030
磷P:≤0.035
硫S:≤0.035
銅Cu:≤0.030
試樣毛坯尺寸(mm):25
熱處理:
第一次淬火加熱溫度(℃):850;冷卻劑:油
第二次淬火加熱溫度(℃):-
回火加熱溫度(℃):520;冷卻劑:水、油
抗拉強度(σb/MPa):≥980
屈服點(σs/MPa):≥785
斷后伸長率(δ5/%):≥9
斷面收縮率(ψ/%):≥45
沖擊吸收功(Aku2/J):≥47
布氏硬度(HBS100/3000)(退火或高溫回火狀態):≤207
我國GB的標準鋼號是40Cr、德國DIN標準材料編號1.17035/1.7045、德國DIN標準鋼號41Cr4/42Gr4、英國EN標準鋼號18、英國BS標準鋼號41Cr4、法國AFNOR標準鋼號42C4、法國NF標準鋼號38Cr4/41Cr4、意大利UNI標準鋼號41Cr4、比利時NBN標準鋼號42Cr4、瑞典SS標準鋼號2245、美國AISI/SAE/ASTM標準鋼號5140、日本JIS標準鋼號SCr440(H)/SCr440、國際標準化組織ISO標準鋼號41Cr4。
臨界點溫度:
(近似值) Acm=780℃
正火規范:
溫度850~870℃,硬度179~229HBS。
冷壓毛坯軟化處理規范:
溫度740~760℃,保溫時間4~6h,再以5~10℃/h的冷速,降溫到≤600℃,出爐空冷。
處理前硬度≤217HBS,軟化后硬度≤163HBS。
生鐵屑保護擺動回火規范:
(670±10)℃×2h,隨爐升溫,(710±10)℃×2h,隨爐降溫,(670±10)℃×2h,隨爐升溫,(710±10)℃×2h,再隨爐降溫,(670±10)℃×2h,隨爐升溫, (710±10)℃×2h,隨爐降溫,共3個循環,再降溫至550℃,出爐空冷。處理后硬度153HBS。
調質處理規范:
淬火溫度850℃ ±10℃,油冷;回火溫度520℃±10℃,水、油空冷。
中碳調質鋼,冷鐓模具鋼。該鋼價格適中,加工容易,經適當的熱處理以后可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進組織球化,改進硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在溫度550~570℃進行回火,該鋼具有最佳的綜合力學性能。該鋼的淬透性高于45鋼,適合于高頻淬火,火焰淬火等表面硬化處理等。
這種鋼經調質后用于制造承受中等負荷及中等速度工作的機械零件,如汽車的轉向節、后半軸以及機床上的齒輪、軸、蝸桿、花鍵軸、頂尖套等;經淬火及中溫回火后用于制造承受高負荷、沖擊及中等速度工作的零件,如齒輪、主軸、油泵轉子、滑塊、套環等;經淬火及低溫回火后用于制造承受重負荷、低沖擊及具有耐磨性、截面上實體厚度在25mm以下的零件,如蝸桿、主軸、軸、套環等;經調質并高頻表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而無很大沖擊的零件,如齒輪、套筒、軸、主軸、曲軸、心軸、銷子、連桿、 螺釘、螺帽、進氣閥等。此外,這種鋼又適于制造進行碳氮共滲處理的各種傳動零件,如直徑較大和低溫韌性好的齒輪和軸。
供貨狀態及硬度:
退火態,硬度≤207HBS。
40Cr淬火850℃,油冷;回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度為HRC52-60,火焰淬火能達到HRC48-55。
40Cr屬于可氮化鋼,其所含元素有利于氮化。40Cr經氮化處理后可獲得較高的表面硬度,40Cr調質后氮化處理硬度最高能達到HRA72~78,即HRC43~55。
氮化工件工藝路線:鍛造-退火-粗加工-調質-精加工-除應力-粗磨-氮化-精磨或研磨。由于氮化層薄,并且較脆,因此要求有較高強度的心部組織,所以要先進行調質熱處理,獲得回火索氏體,提高心部機械性能和氮化層質量。
40Cr焊接前注意預熱,以防止因基體散熱,造成焊縫內部激冷淬裂。焊接后調質前最好加一遍正火。
40Cr的焊接性:
結晶時易偏析,對結晶裂紋(一種熱裂紋)比較敏感,焊接時容易在弧坑和焊縫中凹下的部分開裂。含碳量較高,快冷時易得到對冷裂紋很敏感的淬硬組織(馬氏體組織)。過熱區在冷速較大時,很容易形成硬脆的高碳馬氏體而使過熱區脆化。
焊接工藝要點:
1、一般在退火(正火)狀態下進行焊接。
2、焊接方法不受限制
3、用較大線能量,適當提高預熱溫度,一般預熱溫度及層間溫度可控制在250~300℃之間。
4、焊接材料應保證熔敷金屬的成分與母材基本相同,如J107-Cr
5、焊后應及時進行調質熱處理。若及時進行調質處理有困難,可進行中間退火或在高于預熱的溫度下保溫一段時間,以排除擴散氫并軟化組織。 對結構復雜、焊縫較多的產品,可在焊完一定數量的焊縫后,進行一次中間退火。
生鐵屑保護擺動回火規范 (670±10)℃×2h,隨爐升溫,(710±10)℃×2h,隨爐降溫,(670±10)℃×2h,隨爐升溫,(710±10)℃×2h,再隨爐降溫,(670±10)℃×2h,隨爐升溫, (710±10)℃×2h,隨爐降溫,共3個循環,再降溫至550℃,出爐空冷。處理后硬度153HBS。
40Cr交貨狀態以熱處理(正火、退火或高溫回火)或不熱處理狀態交貨,交貨狀態應在合同中注明。
① 鋼號開頭的兩位數字表示鋼的碳含量,以平均碳含量的萬分之幾表示,如40Cr、25Cr2MoVA合金管 ②鋼中主要合金元素,除個別微合金元素外,一般以百分之幾表示。當平均合金含量<1.5%時,鋼號中一般只標出元素符號,而不標明含量,但在特殊情況下易致混淆者,在元素符號后亦可標以數字"1",例如鋼號"12CrMoV"和"12Cr1MoV",前者鉻含量為0.4-0.6%,后者為0.9-1.2%,其余成分全部相同。當合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……時,在元素符號后面應標明含量,可相應表示為2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。
③鋼中的釩V、鈦Ti、鋁AL、硼B、稀土RE等合金元素,均屬微合金元素,雖然含量很低,仍應在鋼號中標出。例如20MnVB鋼中。釩為0.07-0.12%,硼為0.001-0.005%。
④高級優質鋼應在鋼號最后加"A",以區別于一般優質鋼。
◆圓鋼:每米重量(公斤)=0.00617×直徑×直徑(注:螺紋鋼和圓鋼相同)
20Cr合金結構鋼
標準 GB/T 3077-1999 GB/T 17107
AISI 5120
JIS SCr435
GB 20Cr
DIN 20Cr4
化學成分(質量分數%):
碳C:0.18~0.24
硅Si:0.17~0.37
錳Mn:0.50~0.80
鉻Cr:0.70~1.00
硫 S:允許殘余含量≤0.035
磷 P:允許殘余含量≤0.035
鎳 Ni:允許殘余含量≤0.030
試樣毛坯尺寸(mm):15
熱處理:
第一次淬火加熱溫度(℃):880;冷卻劑:水、油
第二次淬火加熱溫度(℃):780~820;冷卻劑:水、油
回火加熱溫度(℃):200;冷卻劑:水、空
抗拉強度(σb/MPa):≥835
屈服點(σs/MPa):≥540
斷后伸長率(δ5/%):≥10
斷面收縮率(ψ/%):≥40
沖擊吸收功(Aku2/J):≥47
布氏硬度(HBS100/3000)(退火或高溫回火狀態):≤179
交貨狀態:以熱處理(正火、退火或高溫回火)或不熱處理狀態交貨,交貨狀態應在合同中注明。
與15Cr鋼相比,有較高的強度及淬透性,在油中臨界淬透直徑達4 ~22mm,在水中臨界淬透直徑達11~40mm,但韌性較差,此鋼滲碳時仍有晶粒長大傾向,降溫直接淬火對沖擊韌性影響較大,所以滲碳后需二次淬火以提高零件心部韌性,無回火脆性;鋼的冷應變塑性高,可在冷狀態下拉絲;可切削性在高溫正火或調質狀態下良好,但退火后較差;20Cr為珠光體,焊接性較好,焊后一般不需熱處理,但厚度大于15mm的零件在焊前需預熱到100~150℃,焊后也可不進行回火熱處理。
該鋼淬火、低溫回火后具有良好的綜合力學性能,低溫沖擊韌性良好,回火脆性不明顯。滲碳時鋼的晶粒有長大趨勢,所以要求二次淬火,以提高心部韌性,不宜降溫淬火。當正火后硬度為170-217HB時,相對切屑加工性約為65%,焊接性中等,焊前應預熱到100-150℃,冷變形時塑性中等。
為了提高模具型腔的耐磨性,模具成型后需要進行滲碳處理,然后再進行淬火和低溫回火,從而保證模具表面具有很高硬度、高耐磨性而心部具有很好的韌性。對于使用壽命要求不很高的模具,也可以直接進行調質處理。國內也有不少應用低碳馬氏體剛強烈淬火制造冷作模具的實例。
該鋼模具零件工藝路線:下料-鍛造模胚-退火-機械粗加工-冷擠壓成型-再結晶退火-機械精加工-滲碳-淬火、回火-研磨拋光-裝配。
正火規范:溫度920-950℃,硬度156-179HBS。
冷壓毛胚軟化處理規范:溫度700~720℃,保溫時間8~15h,以50~100℃/h的冷速,隨爐降至溫度≤550~600℃,出爐空冷。處理前硬度≤179HBS,軟化后硬度≤140HBS。
這種鋼大多用于制造心部強度要求較高,表面承受磨損、截面在30mm以下的或形狀復雜而負荷不大的滲碳零件(油淬),如:機床變速箱齒輪、齒輪軸、凸輪、蝸桿、活塞銷、爪形離合器等;對熱處理變形小和高耐磨性的零件,滲碳后應進行高頻表面淬火,如模數小于3的齒輪、軸、花鍵軸等。此鋼也可在調質狀態下使用,用于制造工作速度較大并承受中等沖擊負荷的零件,這種鋼還可用作低碳馬氏體淬火用鋼,更進一步增加鋼的屈服強度和抗拉強度(約增加1.5~1.7倍)。