非调质钢形状记忆合金
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艺
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何谓“微合金非调质结构钢” 呢 ？
1998年美国的Wright提出第三代非调质钢概念, 特点是碳含量低, 其组织为回火M, 具有较 高的强度和良好的韧性, 称为低碳M型高强度高韧性非调质钢。
我国自1981年开始研制非调质钢,于1995年完成了9个钢种列标。在B/T15712-1995《非 调质机械结构钢》标准中,按加工方法的不同,将非调质钢分为锻造和切削两类共9个钢号,全部 为中碳V系、Mn-V系F-P型,强度范围在650~800 MPa。除列标钢种之外,近几年还研制了 25MnSiV(Ti)、38MnV(Ti)、35MnVNb、45MnVNb等P-F型非调质钢,但强度级别并没有明 显突破;另外,还开发了一批低碳B、低碳M非调质钢,如12Mn2VB、5Mn2VB、10Mn2CrVB 、18Mn2VTiB等。
第二代非调质钢开发于80年代初, 主要有铁素体-珠光体和贝氏体型两大类, 是当前用量最大 的非调质钢,为提高F-P型非调质钢的韧性,开发了一系列新技术:晶粒细化法、促进晶内F (IGF)形成技术、氧化物冶金技术;贝氏体型非调质钢具有良好的强韧性, 适合于代替合金调质 钢; 为改善非调质钢切削性能, 各国又研制了易切削非调质钢。
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调质钢的热处理工艺特点
预备热处理 退火（正火）； 最终热处理 调质（＋表面淬火）。
真空淬火炉
调质处理车间
网带式回火电炉
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10
调质钢的淬透性、合金化与热处理
为保证工件表层足够深度能够被淬透从而得到较高的强度,要求钢材应具有足够淬 透性（如右下图所示）,在钢中添加适量的Cr、Mn、Mo、Ni、B等合金元素可明 显提高钢的淬透性和强度。钢中合金元素含量越高,其淬透性以及强度也就越高,但 相应的生产成本也就明显增加。含硼钢由于合金成本方面的优势具有重要的发展潜 力。此外,淬火介质的冷却能力越大,淬硬层越深。
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想 一 想 ：？
微 合 金 非 调 质 钢
Fra Baidu bibliotek
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13
2. 节能降耗的非调质机械结构钢
（1）微合金非调质钢的概念与发展过程
（2）微合金非调质钢的分类
（3）微合金非调质钢应用现状与实例分析
（4）微合金非调质钢发展与研究动向
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（1）微合金非调质钢的概念与发展过程
第二次石油危机后，在节能动力推动下和微合金化技术基础上，1972年德国蒂森特钢公司 开发成功第一代非调质钢49MnVS3（F+P组织类型）以来,世界各国对此产生了浓厚的兴趣, 都竞相研究和应用非调质钢,由于韧性差,限制了应用范围。
在机器制造业中，调质钢常用来制造各种轴类零件、连杆、高强度螺栓等，受力状 况较复杂。例如，轴类零件工作时，既传递转距又承受弯曲作用，承受的力是交变 动负荷；有时还承受一定冲击载荷作用；轴颈部位还作相对运动，产生一定的摩擦 磨损。其力学性能要求：高的屈服点和疲劳强度，良好的冲击韧度和塑性，即具有 良好的综合力学性能。同时，还要考虑断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率等性能。一般 调质钢的性能范围大致为：σb800～1200MPa，σS700～1000MPa，δ8～15％， αK60～120J/cm2，TK＜－40℃。
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2
2.1.6 微合金非调质钢与贝氏体钢
1.常用调质钢回顾 2.微合金非调质钢 3.贝氏体钢
柴油机连杆
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3
何谓“机器制造用钢 （机械结构用钢）”？
机械结构用钢（机器制造或机器零件用钢）系 指用于制造各类机器零件，如轴类机械零件、齿 轮类机械零件、弹簧类机械零件等所用的钢种。
它包括调质钢，表面硬化钢（渗碳钢和渗氮 钢），弹簧钢，滚动轴承钢，易切削钢等。
①何谓“微合金非调质钢”？ 如下图所示为调质钢（b图）和非调质钢
（a图）这两类钢典型的生产工艺流程。由比较可见，非调质钢由于取消了淬火回火 等工序，从而简化了生产工艺流程，提高材料利用率，改善零件质量，降低能耗和制 造成本（25%～38%），减少污染，绿色环保。
（a）
（b）
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←图2.# 非调质钢（a） 与调质钢（b）典型工
为保证工件在调质淬火处理时不产生明显 的热处理变形,又要求钢中合金元素含量应控 制在合理范围内,且淬火介质的冷却能力也受 到一定限制。严格控制碳含量及合金元素含 量的波动范围可实现均匀的淬透性(窄淬透性 带)并明显降低热处理变形。
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典型调质钢简介
连杆螺栓及其热处理工艺曲线图
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内燃机曲轴
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何谓“微合金非调质结构钢” 呢 ？
20世纪70年代初发生的石油能源危机，节能、机械产品和车辆的轻量化、减少CO2 温室气体排放的呼声越来越高，随着人们对能源和环保问题的日益关注，发展节能、 环保、低成本的“绿色钢材”——非调质钢，替代能耗高、周期长、污染严重的调质 钢零件已经成为发展工业用钢的必然趋势。
预习内容
3.1 用途广泛的工程塑料
3.2 可以流动的晶体 ——
液晶高分子材料
(参见教材P84～96)
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1
本次课程内容
2.1.5 微合金非调质钢（P32 ～ 35） 2.6 阿波罗飞船登月所用天线与形状记
忆合金材料（P306 ～ 312） 1.6 “资料查询与新型材料综述”写法
指导（P9～15）
回火索氏体
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5
轴套类零件
调质件 （螺杆）
柴油机凸轮轴
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破碎机主轴
6
结构 特点:
1.多数是由 同轴的回转 体组成；
2.径向尺寸 远远大于轴 向尺寸；
3.零件上常 见结构：均 匀分布的孔、 轮辐，键槽、 等结构。
轮盘类零件
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7
高强螺栓
柴油机连杆
齿轮
曲轴
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调质钢的力学性能要求
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1. 常用调质钢回顾
淬火成马氏体后在500～650℃之间的温度范围内回火的调质处理用结 构钢，称为调质钢。经调质处理后，钢的强度，塑性韧性具有良好的配合 （即具有良好的综合力学性能）。调质钢在化学成分上是中碳（0.25～ 0.5%C）的碳钢、低合金钢和中合金钢，其对应组织为S回火。调质钢种有 4 5 ， Cr 系 （ 4 0 Cr、40CrSi），Cr-Mn 系 （ 4 0 CrMn），Cr-Ni 系 （40CrNiMo），含硼钢（40MnB）等。
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何谓“微合金非调质结构钢” 呢 ？
1998年美国的Wright提出第三代非调质钢概念, 特点是碳含量低, 其组织为回火M, 具有较 高的强度和良好的韧性, 称为低碳M型高强度高韧性非调质钢。
我国自1981年开始研制非调质钢,于1995年完成了9个钢种列标。在B/T15712-1995《非 调质机械结构钢》标准中,按加工方法的不同,将非调质钢分为锻造和切削两类共9个钢号,全部 为中碳V系、Mn-V系F-P型,强度范围在650~800 MPa。除列标钢种之外,近几年还研制了 25MnSiV(Ti)、38MnV(Ti)、35MnVNb、45MnVNb等P-F型非调质钢,但强度级别并没有明 显突破;另外,还开发了一批低碳B、低碳M非调质钢,如12Mn2VB、5Mn2VB、10Mn2CrVB 、18Mn2VTiB等。
第二代非调质钢开发于80年代初, 主要有铁素体-珠光体和贝氏体型两大类, 是当前用量最大 的非调质钢,为提高F-P型非调质钢的韧性,开发了一系列新技术:晶粒细化法、促进晶内F (IGF)形成技术、氧化物冶金技术;贝氏体型非调质钢具有良好的强韧性, 适合于代替合金调质 钢; 为改善非调质钢切削性能, 各国又研制了易切削非调质钢。
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调质钢的热处理工艺特点
预备热处理 退火（正火）； 最终热处理 调质（＋表面淬火）。
真空淬火炉
调质处理车间
网带式回火电炉
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调质钢的淬透性、合金化与热处理
为保证工件表层足够深度能够被淬透从而得到较高的强度,要求钢材应具有足够淬 透性（如右下图所示）,在钢中添加适量的Cr、Mn、Mo、Ni、B等合金元素可明 显提高钢的淬透性和强度。钢中合金元素含量越高,其淬透性以及强度也就越高,但 相应的生产成本也就明显增加。含硼钢由于合金成本方面的优势具有重要的发展潜 力。此外,淬火介质的冷却能力越大,淬硬层越深。
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想 一 想 ：？
微 合 金 非 调 质 钢
Fra Baidu bibliotek
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2. 节能降耗的非调质机械结构钢
（1）微合金非调质钢的概念与发展过程
（2）微合金非调质钢的分类
（3）微合金非调质钢应用现状与实例分析
（4）微合金非调质钢发展与研究动向
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（1）微合金非调质钢的概念与发展过程
第二次石油危机后，在节能动力推动下和微合金化技术基础上，1972年德国蒂森特钢公司 开发成功第一代非调质钢49MnVS3（F+P组织类型）以来,世界各国对此产生了浓厚的兴趣, 都竞相研究和应用非调质钢,由于韧性差,限制了应用范围。
在机器制造业中，调质钢常用来制造各种轴类零件、连杆、高强度螺栓等，受力状 况较复杂。例如，轴类零件工作时，既传递转距又承受弯曲作用，承受的力是交变 动负荷；有时还承受一定冲击载荷作用；轴颈部位还作相对运动，产生一定的摩擦 磨损。其力学性能要求：高的屈服点和疲劳强度，良好的冲击韧度和塑性，即具有 良好的综合力学性能。同时，还要考虑断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率等性能。一般 调质钢的性能范围大致为：σb800～1200MPa，σS700～1000MPa，δ8～15％， αK60～120J/cm2，TK＜－40℃。
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2.1.6 微合金非调质钢与贝氏体钢
1.常用调质钢回顾 2.微合金非调质钢 3.贝氏体钢
柴油机连杆
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何谓“机器制造用钢 （机械结构用钢）”？
机械结构用钢（机器制造或机器零件用钢）系 指用于制造各类机器零件，如轴类机械零件、齿 轮类机械零件、弹簧类机械零件等所用的钢种。
它包括调质钢，表面硬化钢（渗碳钢和渗氮 钢），弹簧钢，滚动轴承钢，易切削钢等。
①何谓“微合金非调质钢”？ 如下图所示为调质钢（b图）和非调质钢
（a图）这两类钢典型的生产工艺流程。由比较可见，非调质钢由于取消了淬火回火 等工序，从而简化了生产工艺流程，提高材料利用率，改善零件质量，降低能耗和制 造成本（25%～38%），减少污染，绿色环保。
（a）
（b）
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←图2.# 非调质钢（a） 与调质钢（b）典型工
为保证工件在调质淬火处理时不产生明显 的热处理变形,又要求钢中合金元素含量应控 制在合理范围内,且淬火介质的冷却能力也受 到一定限制。严格控制碳含量及合金元素含 量的波动范围可实现均匀的淬透性(窄淬透性 带)并明显降低热处理变形。
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典型调质钢简介
连杆螺栓及其热处理工艺曲线图
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内燃机曲轴
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何谓“微合金非调质结构钢” 呢 ？
20世纪70年代初发生的石油能源危机，节能、机械产品和车辆的轻量化、减少CO2 温室气体排放的呼声越来越高，随着人们对能源和环保问题的日益关注，发展节能、 环保、低成本的“绿色钢材”——非调质钢，替代能耗高、周期长、污染严重的调质 钢零件已经成为发展工业用钢的必然趋势。
预习内容
3.1 用途广泛的工程塑料
3.2 可以流动的晶体 ——
液晶高分子材料
(参见教材P84～96)
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本次课程内容
2.1.5 微合金非调质钢（P32 ～ 35） 2.6 阿波罗飞船登月所用天线与形状记
忆合金材料（P306 ～ 312） 1.6 “资料查询与新型材料综述”写法
指导（P9～15）
回火索氏体
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轴套类零件
调质件 （螺杆）
柴油机凸轮轴
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破碎机主轴
6
结构 特点:
1.多数是由 同轴的回转 体组成；
2.径向尺寸 远远大于轴 向尺寸；
3.零件上常 见结构：均 匀分布的孔、 轮辐，键槽、 等结构。
轮盘类零件
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7
高强螺栓
柴油机连杆
齿轮
曲轴
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调质钢的力学性能要求
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1. 常用调质钢回顾
淬火成马氏体后在500～650℃之间的温度范围内回火的调质处理用结 构钢，称为调质钢。经调质处理后，钢的强度，塑性韧性具有良好的配合 （即具有良好的综合力学性能）。调质钢在化学成分上是中碳（0.25～ 0.5%C）的碳钢、低合金钢和中合金钢，其对应组织为S回火。调质钢种有 4 5 ， Cr 系 （ 4 0 Cr、40CrSi），Cr-Mn 系 （ 4 0 CrMn），Cr-Ni 系 （40CrNiMo），含硼钢（40MnB）等。