调质钢与非调质钢简介

调质钢与非调质钢简介
一、调质钢
1、简介
所谓调质钢，一般是指含碳量在0.30～0.60%的中碳钢。

一般用这类钢材制作的零部件要求具有很好的综合机械性能，即在保持较高的强度的同时，又具有很好的塑性和韧性，传统方法往往是使用“调质处理”来达到这个目的，所以习惯上就把这一类钢称作调质钢。

各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中使用最广泛的一类钢，它是零件淬火后在500～650℃温度范围内进行回火处理的钢。

经调质处理后，钢的强度、塑性及韧性有良好的配合。

碳素钢、低合金钢及中合金钢，调质处理后的金相组织是回火索氏体。

各类机器上的结构零件大量采用调质钢，是结构钢中使用最广泛的一类钢。

2、性能特点
除一般的冶金方面的低倍和高倍组织要求外，主要为钢的力学性能以及与工作可靠性和寿命密切相关的冷脆性转变温度、断裂韧性和疲劳抗力等。

在特定条件下，还要求具有耐磨性、耐蚀性和一定的抗热性。

由于调质钢最终采用高温回火，能使钢中应力完全消除，钢的氢脆破坏倾向性小，缺口敏感性较低，脆性破坏抗力较大，但也存在特有的高温回火脆性。

大多数调质钢为中碳合金结构。

有焊接性能要求的调质钢则为低碳合金结构钢，具有很高的塑性和韧性。

少数沉淀硬化型调质钢，属高强度和超高强度调质钢。

3、分类
常用的合金调质钢按淬透性和强度分为4类：
①低淬透性调质钢
②中淬透性调质钢
③较高淬透性调质钢
④高淬透性调质钢
以下介绍两种最典型的调质钢：
A、45调质钢
45钢是中碳结构钢，冷热加工性能都不错，机械性能较好，且价格低、来源广，所以应用广泛。

它的最大弱点是淬透性低，截面尺寸大和要求比较高的工件不宜采用。

45钢调质件淬火后的硬度应该达到HRC56～59，截面大的可能低些，但不能低于HRC48，不然，就说明工件未得到完全淬火，组织中可能出现索氏体甚至铁素体组织，这种组织通过回火，仍然保留在基体中，达不到调质的目的。

45钢淬火后的高温回火，加热温度通常为560～600℃，硬度要求为HRC22～34。

因为调质的目的是得到综合机械性能，所以硬度范围比较宽。

但图纸有硬度要求的，就要按图纸要求调整回火温度，以保证硬度。

如有些轴类零件要求强度高，硬度要求就高；而有些齿轮、带键槽的轴类零件，因调质后还要进行铣、插等加工，硬度要求就低些。

B、合金调质钢
合金调质钢广泛用于制造汽车、摩托车、柴油机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。

调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。

合金调质钢还要求有很好的淬透性。

但不同零件受力情况不同，对淬透性的要求不一样。

(1)中碳：碳含量一般在0.25%～0.50%之间，以0.4%左右居多；
(2)加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：这些合金元素除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。

如调质处理后的40Cr 钢的性能比45钢的性能高很多；
(3)加入防止第二类回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。

在钢中适宜加入Mo、W可以防止第二类回火脆性。

4、调质零件硬度的确定
零件的淬透情况相同时，调质后的硬度即可反映零件的屈服强度与抗拉强度，因此零件图纸和技术条件一般只规定硬度数值。

只有很重要的零件才规定其他力学性能指标。

调质零件硬度的确定，必须考虑到制造工艺的要求和使用时的载荷条件。

从制造工艺考虑，希望零件在毛坯状态调质，而后进行切削加工和装配。

这样零件在调质热处理时产生的变形和脱碳可在以后的切削加工中消除。

但是采用这种制造程序的零件，其硬度不能过高，否则对切削加工不利。

要求硬度更高的零件只能先切削加工，然后再进行调质处理，这时零件加热时应防止脱碳和变形，有时热处理后要增加校直工序。

二、非调质钢
1、简介
所谓非调质钢，是指在中碳钢中加入微量的钒V、铌Nb、钛Ti 等合金元素而形成的一种新钢种，可以直接在轧制、锻造或正火状态下使用，免除了对零部件“调质处理”。

2、性能特点
其显微组织主要是铁素体和珠光体。

提高非调质钢强度的方法，主要是通过添加合金元素，控制轧制，细化组织，从而提高其强度和韧性，而不再需要通过调质处理（淬火＋高温回火）来达到提高强度和韧性的目的。

这类钢在热轧状态、锻造状态或正火状态的力学性能就能达到调质钢的指标要求，所以缩短了生产周期，又节省了能源。

3、分类
非调质钢分为热锻用非调质钢、直接切削用非调质钢、冷作强化非调质钢和高韧性非调质钢。

①热锻用非调质钢：用于热锻件（如曲轴、连杆等），锻造后直接进行切削、钻孔等机加工，制成零件；
②冷作强化非调质钢：用于标准件（如螺母等），直接冷加工成成品；
③高韧性非调质钢：用于要求韧性较高的零部件。

4、优点
使用非调质钢生产锻件可以省去调质处理(即淬火＋高温回火)过程中的两次加热而耗费的能量，避免锻件的氧化烧损，缩短工序时间，减少人工，因此具有降低生产成本、节能和环保的优点，被誉为绿色钢种。

一般资料称使用非调质钢生产相同产品，可使综合生产成本降低6～18％，顺应了国家节能、环保的发展政策，可见经济效益和社会效益非常明显。

5、非调质钢的强化机理
无论是用调质钢还是用非调质钢生产锻件，锻件在锻成后如果不经过强化处理是不能使用的。

不同的钢，强化的机理不同。

调质钢的强化机理是：先通过淬火，让钢变成马氏体组质，然后再通过回火处理使马氏体变成回火索氏体，回火索氏体是一种稳定组织，具有
良好的综合机械性能。

非调质钢的强化机理是：首先，非调质钢中的V、Nb、Ti等合金元素形成的合金碳氮化合物在锻造前的加热过程中充分地溶入到了奥氏体中，然后，在锻造后的冷却过程中这些合金碳氮化合物又从奥氏体中析出，形成无数个微小而且弥散分布的合金碳氮化合物，随着温度的进一步下降发生沉淀强化。

与此同时，从钢中析出的细小铁素体通过分割和细化奥氏体使得钢的强度和硬度得以提高。

在上述两种力的综合作用下使钢得到了强化。