Лей Тинцюань, академик Китайской академии наук, однажды ясно указал, что среднеуглеродистая конструкционная сталь была отпущена при высокой температуре 500 ~ 700 ℃ после обычной закалки, также известной как отпуск (код: 515), и полученный ткань была закалена по Сокслету, с хорошими комплексными механическими свойствами. Поэтому закалка и отпуск подходят для работы при больших динамических нагрузках, особенно при сложных напряжениях (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, удар, усталость). Обычно они требуют хорошего соответствия между прочностью и ударной вязкостью, то есть высокой прочностью и ударной вязкостью.
С созданием ресурсосберегающего общества и разработкой высокопрочных легких изделий важной гарантией является постоянное улучшение качества закалки, чтобы классифицировать традиционную закалку и закаленную сталь. Использование низкоуглеродистой мартенситной стали вместо закаленной стали является важным способом усовершенствования термической обработки конструкционной стали.
А. Классификация качества модуляции
Целью закалки и отпуска является получение хороших комплексных механических свойств заготовки, а не только ее твердости. Поэтому отпуск следует разделить на три категории в соответствии с комплексными механическими свойствами: высокая ударная вязкость, высокая ударная вязкость и высокая прочность.
(1) Отпуск стали с высокой ударной вязкостью
Закалка с высокой ударной вязкостью представляет собой закалку заготовки после закалки при сверхвысокой температуре 650 ~ 700 ℃, также известной как закалка. Заготовка может получить не только определенную степень прочности и пластичности, но и достаточно высокую ударную вязкость. Механические свойства после закалки и отпуска приведены в таблице 1. Он очень подходит для затемнения и сфероидизации стали, используемой при холодной высадке и холодной штамповке, затемнения крепежных деталей, формовочных и гибочных деталей, а также для затемнения детали вала и стержня с высокой ударной вязкостью.
Таблица 1 Механические свойства стали после закалки и отпуска с повышенной ударной вязкостью
Сила расширения об/мин／МПа | предел текучести отн.／МПа | Процентное удлинение после разрыва А（％） | Процентное уменьшение площади З（％） | Поглощение энергии удара Akv（0℃）/Дж | Твердость HBW |
| 500-650 | 350-500 | 22-32 | 60-75 | 80-250 | 160-230 |
(2) Высокая ударная вязкость и закалка стали
Отпуск на прочность и ударную вязкость является традиционным отпуском. После закалки заготовку обычно отпускают при 550 ~ 650 ℃ с целью повышения ударной вязкости стали, обеспечения соответствия прочности и ударной вязкости и получения более высоких комплексных механических свойств. Диапазон применения закалки с высокой ударной вязкостью очень широк, около 80% заготовок из стали со средней углеродистой структурой используют этот вид закалки. Механические свойства закаленной стали приведены в табл. 2.
Таблица 2 Диапазон механических свойств после закалки с отпуском на прочность и ударную вязкость
Сила расширения об/мин／МПа | предел текучести отн.／МПа | Процентное удлинение после разрыва А（％） | Процентное уменьшение площади З（％） | Поглощение энергии удара Akv（0℃）/Дж | Твердость HBW |
| 650-900 | 500-700 | 15-25 | 45-65 | 50-150 | 240-300 |
(3) Высокопрочный отпуск стали
Высокопрочный отпуск также называют твердым отпуском. После закалки заготовка подвергается отпуску при высокой температуре 500 ~ 600 ℃, благодаря чему заготовка приобретает более высокую пластичность и ударную вязкость при значительном повышении твердости и прочности. Этот процесс очень подходит для уменьшения веса, легких заготовок, таких как высокопрочные крепежные детали, высокопрочные стальные стяжки, анкерные стержни, различные детали вала и другие детали, требующие высокой усталостной прочности, длительного срока службы. Механические свойства закаленной стали приведены в табл. 3.
Таблица 3 Диапазон механических свойств после высокопрочной закалки с отпуском
Сила расширения об/мин／МПа | предел текучести отн.／МПа | Процентное удлинение после разрыва А（％） | Процентное уменьшение площади З（％） | Поглощение энергии удара Akv（0℃）/Дж | Твердость HBW |
| 900-1200 | 700-1000 | 8-18 | 40-55 | 35-80 | 300-380 |
B.Классификация закаленной стали
В литературе подчеркивается, что прокаливаемость стали является важнейшим фактором, влияющим на качество закалки. Для сталей с разной прокаливаемостью глубина закалочного слоя проплавления, полученного после закалки, будет разной, и микроструктура будет разной, как и механические свойства распределения по сечению. Чем выше требования к механическим характеристикам заготовки, особенно когда размер сечения заготовки очень велик, влияние прокаливаемости также больше. Поэтому по прокаливаемости стали закаленные стали можно разделить на четыре типа: закаленные стали с самой низкой прокаливаемостью, закаленные стали с низкой прокаливаемостью, закаленные стали с высокой прокаливаемостью и закаленные стали с самой высокой прокаливаемостью.
(1) Закаленная сталь с самой низкой прокаливаемостью
Закаленная сталь с самой низкой прокаливаемостью относится к среднеуглеродистой нелегированной стали (среднеуглеродистой стали) с критическим диаметром 15 ~ 23 мм при закалке водой при 20 ℃. Например, сталь 35, сталь 40, сталь 45, сталь 50. Среди них, Сталь 45 (код U20452) является наиболее часто используемой и используемой закаленной сталью в Китае. Из-за самой низкой прокаливаемости закалка стали 45 подходит только для небольших заготовок с размером сечения менее 25 мм.
Но на протяжении многих лет многие предприятия просто игнорировали закалку и отпуск стали 45, наиболее важную характеристику качества, не только размер сечения заготовки 60 ~ 100 мм, но даже диаметр 300 ~ 500 мм. лечение также использует закалку. Из-за влияния размера сечения, чем больше размер заготовки, тем ниже твердость после закалки, чем мельче слой закалки, тем ниже комплексные механические свойства заготовки. Особенно из-за грубого припуска автомобиля (обычно 3 ~ 5 мм) стальная заготовка 45 после закалки и отпуска будет большей частью заготовки или всей обработки закаленного слоя. При диаметре заготовки более 60 мм характеристики после закалки после отпуска аналогичны характеристикам после нормализации; когда размер больше 100 мм, поверхность даже не может получить мартенситную структуру. Поэтому заготовку большого сечения из стали 45 следует использовать в условиях нормализации или поверхностной закалки.
(2) Закаленная сталь с низкой прокаливаемостью
Закаленная сталь с низкой прокаливаемостью относится к среднеуглеродистой низколегированной стали с критическим диаметром 30 ~ 54 мм и критическим диаметром закалки в масле 19 ~ 40 мм при закалке водой при 20 ℃ (массовая доля обычно не более 2.5%). В основном это 35Cr, 40Cr, 45Cr, 35Mn2, 40Mn2, 45Mn2 и т. д. Среди них сталь 40Cr (код A20402) представляет собой легированную закаленную сталь с наибольшим использованием в Китае. Обычно используется для отпуска деталей со средним сечением и более высокими механическими свойствами, чем нелегированная сталь (углеродистая сталь).
(3) Закаленная сталь с высокой прокаливаемостью
Закаленная сталь с высокой прокаливаемостью относится к среднеуглеродистой низколегированной стали, закаленной водой при 20 ℃, критический диаметр 42 ~ 85 мм, критический диаметр закалки в масле 30 ~ 6 мм. В основном это 30CrMnSi, 35CrMnSi, 35CrMo, 42CrMo, 40CrNi. стали и т. д. Стали 35CrMo (код A30352) и 42CrMo (код A30422) являются наиболее часто используемыми среднеуглеродистыми и низколегированными закаленными сталями. Они в основном характеризуются высокой прочностью, хорошей ударной вязкостью, более высокой прокаливаемостью, чем сталь 40Cr, высокой устойчивостью к ползучести и длительной прочностью при высокой температуре, и могут работать в течение длительного времени при температуре 500 ℃.
(4) Закаленная сталь с самой высокой прокаливаемостью
Закаленная сталь с наивысшей прокаливаемостью относится к среднеуглеродистой низколегированной стали и среднеуглеродистой среднелегированной стали, закаленной водой при 20 ℃, критический диаметр 60 ~ 126 мм, критический диаметр закалки в масле 46 ~ 114 мм. Основными типами стали являются 40CrNiMoA. (код A50403), agtCrMnMo (код A34402), 37CrNi3 (код A42372) и т. д. Он часто используется для изготовления высокопрочных деталей с большим сечением и ударной нагрузкой на подшипник, таких как эксцентриковый вал горизонтально-ковочной машины, коленчатый вал ковочной машины , высокопрочная стяжка и анкерный стержень и т. д.
Вышеуказанные четыре типа закаленной стали относятся только к закаленной стали, используемой в обычном оборудовании. Из-за разного химического состава, разного размера сечения и разных процессов термической обработки стали не существует строгой границы между каждым типом.
C. Низкоуглеродистая мартенситная сталь заменяет закаленную сталь
Академик Лэй Тингцюань, в частности, подчеркнул, что закалка — это процесс повышения пластичности и ударной вязкости за счет прочности, что наносит ущерб потенциалу материалов. Сильная закалка низкоуглеродистой стали и низкоуглеродистой легированной стали в мартенсит с низким содержанием углерода находит все более широкое применение, что стало важным способом использования потенциала прочности и ударной вязкости стали и продления срока службы деталей машин. Поэтому в промышленном производстве сильная закалка низкоуглеродистой стали может частично заменить закалку и отпуск среднеуглеродистой стали.
(1) Сталь 20Cr подвергается сильной закалке с использованием низкоуглеродистого мартенсита вместо отпуска со сталью 40Cr.
После отпуска при 350 ℃ сталь 20Cr имеет более высокую прочность, твердость, пластичность и ударную вязкость, чем закаленная сталь 40Cr. Использование стали 20Cr вместо стали 40Cr для изготовления замкового соединения бурильных труб может уменьшить или даже предотвратить выход из строя скользящей пряжки. Благодаря высокой пластичности, вязкости разрушения, стойкости к многократным ударам и низкой температуре хладноломкости и хрупкости (<-70℃) можно значительно увеличить срок службы замка бурильной трубы. Низкоуглеродистый мартенсит обладает превосходными характеристиками обработки, упрощает процесс и снижает стоимость. Механические свойства этих двух видов сталей после закалки и отпуска приведены в таблице 4.
Таблица 4 Сравнение механических свойств стали 20Cr и стали 40Cr после термической обработки
| Марка стали | Процесс термической обработки | HRC | ReH/МПа | Rm / МПа | А (%) | Z (%) | Акв/Дж |
| 20Cr | При 920 ℃ для закалки использовался 10% раствор NaCl, а для отпуска при 350 ℃. | 37 | 1000 | 1213 | 13 | 64 | 64 |
| 40Cr | Закалка в масло при 850℃, отпуск при 500℃ | 36 | 830 | 980 | 9 | 45 | 39 |
(2) Интенсивная закалка низкоуглеродистой мартенситной стали 20 заменяет закалку и отпуск стали 45.
Квадратный рукав цепного пластинчатого конвейера изготовлен из 20 стальных труб вместо 45 стальных труб из закаленной стали. 20 стальных труб через 900 ℃ X7 мин закалка людей 10% водный раствор NaCl, 160 ℃ × 30 мин отпуск, твердость 42 ~ 46HRC, прочность чем закаленная сталь 45 увеличилась на 40%, упростила процесс, при сборке не происходит разрыва, небольшая деформация, улучшение качества продукции, эффективность производства увеличилась более чем в 1 раз.
Сделайте штифт шарнира стрелы из стали 20 вместо закалки из стали 45. Соединительный штифт подъемного рычага изначально был закален из стали 45. Часть концов 6-миллиметровой трещины. Сталь 20, 1000 ℃ × 4.5 ~ 5 мин, была закалена в 5% ~ 15% (массовая доля) щелочной воды, трещин нет.
(3) закалка стали 20CrMnTi заменяет отпуск стали 40CrMnTi
Механические свойства стали 20ХГТ и стали 40ХГТ после термической обработки приведены в табл. 5.
Таблица 5 Сравнение механических свойств стали 20ХГТ и стали 40ХГТ после термической обработки
| Марка стали | Процесс термической обработки | HRC | ReH/МПа | Rm / МПа | А (%) | Z (%) | Акв/Дж |
| 20Cr | При 920 ℃ для закалки использовался 10% раствор NaCl, а для отпуска при 350 ℃. | 47 | 1208 | 1502 | 10 | 56 | 52 |
| 40Cr | Закалка в масло при 850℃, отпуск при 500℃ | 35 | 1209 | 1325 | 9 | 45 | 47 |
D. Заключение
(1) Основной целью отпуска является получение хороших комплексных механических свойств заготовки. В соответствии с классификацией механических свойств закалки можно разделить на три типа: закалки с высокой ударной вязкостью, закалки с высокой ударной вязкостью и закалки с высокой прочностью.
(2) Прокаливаемость является важнейшей характеристикой качества, влияющей на качество отпуска. По прокаливаемости отпущенные стали можно разделить на 4 категории: низшая, низшая, высшая и высшая прокаливаемость.
(3) Низкоуглеродистая мартенситная сталь является важным способом термической обработки конструкционной стали вместо закаленной стали.