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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:1、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%)。2、按合金元素成分:鉻鋼(Cr-Fe-C)、鉻鎳鋼(Cr-Ni-Fe-C)、錳鋼(Mn-Fe-C)、硅錳鋼(Si-Mn-Fe-C)。3、按小試樣正火或鑄態組織分:珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼。4、按用途分:合金結構鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。
鈦板主要用于制作飛機發動機壓氣機部件,其次為火箭、導彈和高速飛機的結構件。60年代中期,鈦及其合金已在一般工業中應用,用于制作電解工業的電極,發電站的冷凝器,石油精煉和海水淡化的加熱器以及環境污染控制裝置等。鈦及其合金已成為一種耐蝕結構材料。此外還用于生產貯氫材料和形狀記憶合金等。中國于1956年開始鈦和鈦板研究;60年代中期開始鈦材的工業化生產并研制成TB2合金。
50Mn2V屬于合金結構鋼板經熱處理后應具有良好的基體強度、耐磨性能和焊接性能,易校平,用做鋸片基體、輕質模具、彈簧等。表面質量良好;板形好、尺寸精度高;淬透性良好。50Mn2V的主體生產工藝流程是轉爐冶煉—連鑄—軋制。相對而言50Mn2V的碳含量還是較高,這需要在冶煉—連鑄防止時裂紋斷裂產生,在軋制時要工藝合理在變形抗力符合范圍內軋制。研究發現,50Mn2V的塑性區域為830-980℃,可依據此制定合理的二次冷卻及連鑄制度,防止裂紋產生;另一方面,50Mn2V屬中碳鋼,強度高,鑄坯內應力大,導熱性能較差,連鑄坯冷卻過程中應采用緩冷,避免溫度波動過大,導致斷裂產生。同時軋制試驗表明,想比于典型的高變形抗力板帶熱軋鋼DB785、3Cr2Mo,在1060-780℃范圍內,3Cr2Mo鋼的變形力,其次為DB785,50Mn2V小。可以認定50Mn2V的變形抗力小于或相當于DB785鋼。凡能生產3Cr2Mo和DB785鋼的冶金企業現有設備能力完全可以用來生產金剛石鋸片基體材料50Mn2V。
合金元素對加熱時相轉變的影響: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、Mn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、Ti、Nb、Zr等;中等阻礙晶粒長大的元素有:W、Mn、Cr等;對晶粒長大影響不大的元素有:Si、Ni、Cu等;促進晶粒長大的元素:Mn、P等。
合金元素對過冷奧氏體分解轉變的影響:鋁鋅(鍍鋅)合金鋼板為基本材料除Co外,幾乎所有合金元素都增大過冷奧氏體的穩定性,推遲珠光體類型組織的轉變,使C曲線右移,即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素有:Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出,加入的合金元素,只有完全溶于奧氏體時,才能提高淬透性。如果未完全溶解,則碳化物會成為珠光體的核心,反而降低鋼的淬透性。另外,兩種或多種合金元素的同時加入(如鉻錳鋼、鉻鎳鋼等),比單個元素對淬透性的影響要強得多。除Co、Al外,多數合金元素都使Ms和Mf點下降。其作用大小的次序是:Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用強,Si實際上無影響。Ms和Mf點的下降,使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。殘余奧氏體量過多時,可進行冷處理(冷至Mf點以下),以使其轉變為馬氏體;或進行多次回火,這時殘余奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點上升,并在冷卻過程中轉變為馬氏體或貝氏體(即發生所謂二次淬火)。
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