合结钢 40CR 宝钢

40Cr合金结构钢介绍

      40Cr是我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用*广泛的钢之一。调质处理后具有良好的综合力学性能，良好的低温冲击韧性和低的缺口敏感性。钢的淬透性良好，水淬时可淬透到Ф28～60mm,油淬时可淬透到Ф15～40mm。这种钢除调质处理外还适于氰化和高频淬火处理。切削性能较好，当硬度为HB174～229时，相对切削加工性为60%。该钢适于制作中型塑料模具。

化学成分

      C:0.37~0.44

      Si:0.17~0.37

      Mn:0.50~0.80

      Cr:0.80~1.10

      Ni:≤0.030

      P:≤0.035

      S:≤0.035

      Cu:≤0.030

力学性能

      试样毛坯尺寸（mm）：25

热处理

      第一次淬火加热温度（℃）：850；冷却剂：油

      第二次淬火加热温度（℃）：-

      回火加热温度（℃）：520；冷却剂：水、油

      抗拉强度（σb/MPa）：≥980

      屈服点（σs/MPa）：≥785

      断后伸长率（δ5/%）：≥9

      断面收缩率（ψ/%）：≥45

      冲击吸收功（Aku2/J）：≥47

      布氏硬度（HBS100/3000）（退火或高温回火状态）：≤207

对应牌号

      我国GB的标准钢号是40Cr、德国DIN标准材料编号1.17035/1.7045、德国DIN标准钢号41Cr4/42Gr4、英国EN标准钢号18、英国BS标准钢号41Cr4、法国AFNOR标准钢号42C4、法国NF标准钢号38Cr4/41Cr4、意大利UNI标准钢号41Cr4、比利时NBN标准钢号42Cr4、瑞典SS标准钢号2245、美国AISI/SAE/ASTM标准钢号5140、日本JIS标准钢号SCr440(H)/SCr440、国际标准化组织ISO标准钢号41Cr4。

临界点温度

      （近似值） Acm=780℃

正火规范

      温度850~870℃，硬度179~229HBS。

冷压毛坯软化处理规范

      温度740~760℃，保温时间4~6h，再以5~10℃/h的冷速，降温到≤600℃，出炉空冷。

      处理前硬度≤217HBS，软化后硬度≤163HBS。

生铁屑保护摆动回火规范

      （670±10）℃×2h，随炉升温，（710±10）℃×2h，随炉降温，（670±10）℃×2h，随炉升温，（710±10）℃×2h，再随炉降温，（670±10）℃×2h，随炉升温, （710±10）℃×2h，随炉降温,共3个循环，再降温至550℃，出炉空冷。处理后硬度153HBS。

调质处理规范

      淬火温度850℃ ±10℃，油冷；回火温度520℃±10℃，水、油空冷。

调质硬度

      40Cr调质以后的硬度大概在HRC32-36之间,也就是说大概HB301-340之间.

      40Cr--830-860℃油淬-->55HRC

      150℃回火--55HRC

      200℃回火--53HRC

      300℃回火--51HRC

      400℃回火--43HRC

      500℃回火--34HRC

      550℃回火--32HRC

      600℃回火--28HRC

      650℃回火--24HRC

特性

      中碳调质钢，冷镦模具钢。该钢价格适中，加工容易，经适当的热处理以后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性。正火可促进组织球化，改进硬度小于160HBS毛坯的切削性能。在温度550~570℃进行回火，该钢具有*佳的综合力学性能。该钢的淬透性高于45钢，适合于高频淬火，火焰淬火等表面硬化处理等。

用途

      这种钢经调质后用于制造承受中等负荷及中等速度工作的机械零件，如汽车的转向节、后半轴以及机床上的齿轮、轴、蜗杆、花键轴、顶尖套等；经淬火及中温回火后用于制造承受高负荷、冲击及中等速度工作的零件，如齿轮、主轴、油泵转子、滑块、套环等；经淬火及低温回火后用于制造承受重负荷、低冲击及具有耐磨性、截面上实体厚度在25mm以下的零件，如蜗杆、主轴、轴、套环等；经调质并高频表面淬火后用于制造具有高的表面硬度及耐磨性而无很大冲击的零件，如齿轮、套筒、轴、主轴、曲轴、心轴、销子、连杆、 螺钉、螺帽、进气阀等。此外，这种钢又适于制造进行碳氮共渗处理的各种传动零件，如直径较大和低温韧性好的齿轮和轴。

40cr轴类零件

      轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。

      轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。

轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：

      1.尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（IT5～IT7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（IT6～IT9）。

      2.几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

      3.相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.01～0.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.001～0.005mm。

      4.表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.5～0.63μm，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.63～0.16μm。

毛坯和材料

      1.轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。

      根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

      2.轴类零件的材料 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。

40Cr是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。

40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。

      轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达50～58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。

精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。

      40Cr广泛用于机械制造，这种钢的机械性能很好。但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，40Cr可以淬硬至HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望发挥40Cr优越的机械性能，常将40Cr表面渗碳淬火，这样就能得到需要的表面硬度。

      40Cr弹性模量E(20℃) /MPa 200000～211700 ，切变模量G(20℃) 80800

淬火工艺

      40Cr淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度为HRC52-60，火焰淬火能达到HRC48-55。

氮化处理

      40Cr属于可氮化钢，其所含元素有利于氮化。40Cr经氮化处理后可获得较高的表面硬度，40Cr调质后氮化处理硬度*高能达到HRA72~78，即HRC43~55。

      氮化工件工艺路线：锻造－退火－粗加工－调质－精加工－除应力－粗磨－氮化－精磨或研磨。由于氮化层薄，并且较脆，因此要求有较高强度的心部组织，所以要先进行调质热处理，获得回火索氏体，提高心部机械性能和氮化层质量。

焊接

      40Cr焊接前注意预热，以防止因基体散热，造成焊缝内部激冷淬裂。焊接后调质前*好加一遍正火。

40Cr的焊接性

      结晶时易偏析，对结晶裂纹（一种热裂纹）比较敏感，焊接时容易在弧坑和焊缝中凹下的部分开裂。含碳量较高，快冷时易得到对冷裂纹很敏感的淬硬组织（马氏体组织）。过热区在冷速较大时，很容易形成硬脆的高碳马氏体而使过热区脆化。

焊接工艺要点

      1.一般在退火（正火）状态下进行焊接。

      2.焊接方法不受限制

      3.用较大线能量，适当提高预热温度，一般预热温度及层间温度可控制在250～300℃之间。

      4.焊接材料应保证熔敷金属的成分与母材基本相同，如J107－Cr

      5.焊后应及时进行调质热处理。若及时进行调质处理有困难，可进行中间退火或在高于预热的温度下保温一段时间，以排除扩散氢并软化组织。 对结构复杂、焊缝较多的产品，可在焊完一定数量的焊缝后，进行一次中间退火。

      生铁屑保护摆动回火规范 （670±10）℃×2h，随炉升温，（710±10）℃×2h，随炉降温，（670±10）℃×2h，随炉升温，（710±10）℃×2h，再随炉降温，（670±10）℃×2h，随炉升温, （710±10）℃×2h，随炉降温,共3个循环，再降温至550℃，出炉空冷。处理后硬度153HBS。

交货状态

      40Cr交货状态以热处理(正火、退火或高温回火)或不热处理状态交货,交货状态可通过对方协议决定。

表示方法

      ① 钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr、25Cr2MoVA合金管。

      ②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量<1.5%时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易致混淆者，在元素符号后亦可标以数字"1"，例如钢号"12CrMoV"和"12Cr1MoV"，前者铬含量为0.4-0.6%，后者为0.9-1.2%，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4……等。例如18Cr2Ni4WA。

      ③钢中的钒V、钛Ti、铝AL、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如20MnVB钢中。钒为0.07-0.12%，硼为0.001-0.005%。

      ④高级优质钢应在钢号*后加"A"，以区别于一般优质钢。

齿轮钢概念

      齿轮钢是对可用于加工制造齿轮的钢材的统称。一般有低碳钢如20#钢，低碳合金钢如：20Cr、20CrMnTi等，中碳钢：35#钢、45#钢等，中碳合金钢：40Cr、42CrMo、35CrMo等，都可以称为齿轮钢。这类钢材通常按照使用要求经过热处理之后都具备良好的强度、硬度、和韧性，或者是表面耐磨而心部有良好的韧性耐冲击。

发展

      齿轮钢是汽车、铁路、船舶、工程机械中使用特殊合金钢中要求较高的关键材料之一，是保证安全的核心部件的制造材料。近几年，齿轮钢正朝着高性能、长寿命、齿轮运行平稳、低噪音、安全性、低成本、易加工、多品种等方向发展。

性能指标

      淬透性是齿轮钢的重要性能指标之一，它主要是保证不同大小齿轮的心部硬度，且有利于控制齿轮热处理变形。齿轮钢的淬透性和淬透性带宽的控制，主要取决于化学成分及其均匀性。也就是对淬透性影响大的元素如碳、锰等的控制，根据钢中碳和合金元素对淬透性各点硬度值的影响，确定该钢的内控成分范围。

      钢中存在的氧化物和硫化物夹杂、有害元素如氮、氢、氧等，会降低钢材的力学性能，恶化钢材的工艺性能，从而影响汽车渗碳齿轮的使用寿命。

      目前，国内外对齿轮钢的氧含量要求控制在20×10-6以下，国际先进水平是在12×10-6以下，而国内有些特钢厂已达到15×10-6以下。

      晶粒大小是齿轮钢的一项重要指标。齿轮钢中细小均匀的奥氏体晶粒，淬火后得到细马氏体组织，明显改善齿轮的疲劳性能，同时减少齿轮热处理后的变形量。齿轮钢晶粒度要求≥6级，通常是在冶炼时控制钢中残余铝含量达到细化晶粒的。

缺点解决

      带状组织是钢的组织缺陷。对齿轮钢而言，严重的带状组织将影响渗碳的均匀性，增加淬火变形程度，使渗碳齿轮尺寸精度差。因此，齿轮钢的带状组织要求不大于3级。

      为了减轻或消除齿轮钢的带状组织，在冶炼、轧制过程中应采取适当的技术措施。在冶炼过程中，要尽量降低钢中有害元素、气体及夹杂物的含量；在浇注过程中，要采用低的浇注温度、提高冷却速度和采用电磁搅拌；在轧制过程中，采用高刚度大变形工艺和增大轧（锻）制比，同时应提高终轧温度。

分类用途

      1.42CrMo齿轮钢具有强度高、淬透性高、韧性好、淬火时变形小、高温时有高的蠕变强度和持久强度等特点。

      用于制造要求较35CrMo钢强度更高和调质截面更大的锻件，如：机车牵引用的大齿轮、增压器传动齿轮、压力容器齿轮、后轴、受载荷极大的连杆及弹簧夹；也可用于2000m以下石油深井钻杆接头与打捞工具；并且可以用于折弯机的模具等。

      2.20CrMnTiH是性能良好的渗碳钢，淬透性较高、经渗碳淬火后具有硬而耐磨的表面与坚韧的心部，具有较高的低温冲击韧性、焊接性中等、正火后可切削性良好。

      用于制造截面<30mm的承受高速、中等或重载荷、冲击及摩擦的重要零件；如：齿轮、齿圈、齿轮轴十字头等。 是18CrMnTi的代用钢，广泛用作渗碳零件，在汽车、.拖拉机工业用于截面在30mm以下；承受高速中或重负荷以及受冲击摩擦的重要渗碳零件；如齿轮、轴、齿圈、齿轮轴、滑动轴承的主轴、十字头、爪形离合器、蜗杆等。

合金结构钢介绍

      合金结构钢（structural alloy steel），用作机械零件和各种工程构件并含有一种或数种一定量的合金元素的钢。

      这类钢，由于具有合适的淬透性，经适宜的金属热处理后，显微组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而具有较高的抗拉强度和屈强比（一般在0.85左右），较高的韧性和疲劳强度，和较低的韧性－脆性转变温度，可用于制造截面尺寸较大的机器零件。

合金元素作用

      有三个方面：①增大钢的淬透性。淬透性是指钢淬火时，从表层起淬成马氏体层的深度，是取得良好综合性能的主要参数。除Co外，几乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高钢的淬透性，其中 Mn、Mo、Cr、B的作用*强，其次是Ni、Si、Cu。而强碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等，只有溶于奥氏体中时才能增大钢的淬透性。②影响钢的回火过程。由于合金元素在回火时能阻碍钢中各种原子的扩散，因而在同样温度下和碳素钢相比，一般均起到延迟马氏体的分解和碳化物的聚集长大作用，从而提高钢的回火稳定性,即提高钢的抗回火软化能力,V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比较显著，Al、Mn、Ni的作用不明显。含有较高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的钢，在500～600℃回火时，析出细小弥散的特殊碳化物质点如V4C3、Mo2C、W2C等,代替部分较粗大的合金渗碳体,使钢的强度不再下降反而升高,即出现二次硬化（见回火）。Mo对钢的回火脆性有阻止或减弱的作用。③影响钢的强化和韧化。Ni以固溶强化方式强化铁素体；Mo、V、Nb等碳化物形成元素,既以弥散硬化方式又以固溶强化方式提高钢的屈服强度；碳的强化作用*显著。此外，加入这些合金元素，一般都细化奥氏体晶粒，增加晶界的强化作用。影响钢的韧性因素比较复杂，Ni改善钢的韧性；Mn易使奥氏体晶粒粗化，对回火脆性敏感；降低P、S含量，提高钢的纯净度，对改善钢的韧性有重要作用（见金属的强化）。

分类

      合金结构钢一般分为调质结构钢和表面硬化结构钢。

      ①调质结构钢 这类钢的含碳量一般约为0.25%～0.55%，对于既定截面尺寸的结构件，在调质处理（淬火加回火）时，如果沿截面淬透，则力学性能良好，如果淬不透，显微组织中出现有自由铁素体，则韧性下降。对具有回火脆性倾向的钢如锰钢、铬钢、镍铬钢等，回火后应快冷。这类钢的淬火临界直径，随晶粒度和合金元素含量的增加而增大，例如，40Cr和35SiMn钢约为30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV钢则约为 60～100mm，常用于制造承受较大载荷的轴、连杆等结构件。

      ②表面硬化结构钢 用以制造表层坚硬耐磨而心部柔韧的零部件,如齿轮、轴等。为使零件心部韧性高,钢中含碳量应低，一般在0.12～0.25%，同时还有适量的合金元素，以保证适宜的淬透性。氮化钢还需加入易形成氮化物的合金元素（如Al、Cr、Mo等）。渗碳或碳氮共渗钢，经850～950℃渗碳或碳氮共渗后，淬火并在低温回火(约200℃)状态下使用。氮化钢经氮化处理(480～580℃)，直接使用，不再经淬火与回火处理。

生产工艺

      根据钢种和钢的质量要求，合金结构钢的冶炼，可采用氧气顶吹转炉、平炉、电弧炉；或再加电渣重熔、真空除气。铸锭可采用连铸或模铸。钢锭应缓慢冷却或热送锻造、轧制。钢锭加热时，应力求温度均匀并有足够的保温时间，以改善偏析缺陷和避免锻、轧时变形不均匀；锻、轧后的钢材，尺寸小的、特别是含碳0.2%左右的渗碳钢,在600℃以上时应快速冷却,以免加重带状组织；截面较大的锻件，应采取措施消除内应力和白点。调质钢应尽可能淬火成马氏体组织，然后回火成索氏体组织；渗碳钢在渗碳过程中，渗层浓度梯度不宜过大,以免在渗层晶界上出现连续网状碳化物;氮化钢必需先经热处理得到所需的性能，再经*后精加工才能进行氮化。氮化处理后除将脆薄的“白层”研磨除去外，不再加工。

其他信息

      可分为普通合金结构钢和特殊用途合金结构钢。前者包括低合金高强度钢、低温用钢、超高强度钢、渗碳钢、调质钢和非调质钢；后者包括弹簧钢、滚珠轴承钢、易切削钢、冷冲压钢等。

      要求具有较高的屈服强度、抗拉强度和疲劳强度，还有足够的塑性和韧性。

      一般采用电弧炉和氧气顶吹转炉冶炼，要求高的采用炉外精炼、电渣重熔或真空处理、真空感应炉冶炼或双真空冶炼、合适的热处理。

      这类钢的合金元素含量都相当高，主要有耐蚀钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢以及具有其他特殊物理和化学性能的特殊钢。

      合金结构钢广泛用于船舶、车辆、飞机、导弹、兵器、铁路、桥梁、压力容器、机床等结构上。

      合金结构钢比碳素钢有更好的力学性能，特别是热处理性能优良。

      其牌号通常是以“数字+元素符号+数字”的方法来表示。牌号中起首的两位数字表示钢的平均含碳量的万分数，元素符号及其后的数字表示所含合金元素及其平均含量的百分数。

      若合金元素含量小于1.5%，则不标其含量。

      高级优质钢在牌号尾部增加符号“A”例如，16Mn、20Cr、40Mn2、30CrMnSi、38CrMoAlA等。

      合金结构钢细分类与统一数字代号