结构钢 40CR 安钢

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调质处理即淬火加高温回火、有些调质件在调质处理后还要进行表面淬火或氮化处理以提高表面硬度、耐磨性和疲劳强度等。
调质钢淬火的目的在于获得足够深度和数量的马氏体组织(即“淬透”)、以保证高温回火后、获得良好的综合力学性能。虽然淬透和未淬透的钢高温回火后可获得类似的硬度、抗拉强度和延伸率、但前者的屈服强度、断面收缩率和冲击韧性要明显高于后者。
调质钢淬火加热温度大都为820～900℃、具体温度视钢的成分而定。硼钢的淬透性对淬火温度的变化十分敏感、更应严格按规定温度淬火加热。除淬透性偏低的调质钢要求水淬外、绝大多数调质钢均采用油作为淬火介质、个别的可淬后空冷高温回火用于消除淬火应力、增加韧性和调整强度、是使调质钢综合力学性能*后定型的*重要工序。

回火工艺选择主要应考虑：
(1)通过调整回火温度和时间以获得所需要的*终性能；
(2)避免第二类回火脆性。
每一种调质钢淬成马氏体后采用不同温度回火至不同硬度后具有不同的强度和韧性。根据不同调质件的具体技术要求、同一牌号可以选择不同的回火温度。应当注意到、同一种钢调质后的强度愈高、则其常温冲击韧性愈低、虽然处于低温冷脆状态时不同强度对应的韧性趋于一致。
调质钢的一个特殊问题是高温回火脆性(第二类回火脆性)问题、表现为某些钢(如含锰钢、含铬钢、高磷钢、尤其是铬-锰钢、硅-锰钢、铬-镍钢、镍-铬-钒钢等)高温回火缓慢冷却后的室温冲击韧性明显低于快速冷却的韧性、钢的脆性转变温度升高、但在钢的硬度、抗拉强度、屈服强度、断面收缩率和伸长率等方面快冷和慢冷并无明显差异。

调质钢*易发生高温回火脆性的温度范围为450～600℃。在此温度范围以内或以上回火后缓冷可导致钢的脆化、但回火后快速冷却(水冷或油冷)则可避免。
为避免发生或尽可能减轻高温回火脆性、可采用如下措施：
(1)避免在脆化温度范围内回火；
(2)回火后采用油冷或水冷(快冷至脆化温度区之下再缓冷亦无妨)；
(3)无法采取上述措施的调质钢件应采用含钼钢种、并尽可能降低钢中磷、锡、锑、砷等杂质；
(4)利用第二类回火脆性的可逆性、将已感受高温回火脆性的钢重新加热至脆化温度区以上回火后快冷可使钢恢复至韧性状态。
将调质钢淬火后进行中温回火、可获得更高的强度和适当的塑性、韧性。
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）。

(1)元素对钢的淬透性的影响；决定钢获得淬硬层厚度的能力)因为调质钢要获得良好综合力学性能的回火索氏体组织、首先要获得淬火马氏体组织。若淬透性不足、钢件淬火后就不能获得足够深度的淬硬层、在这种情况下即使回火后硬度合格、其他力学性能也将显著下降。钢件的尺寸和形状不同、受力状态不同、所要求的淬透性也不同。
(2)元素对强度的影响；调质状态下钢的强化机制主要包括：铁素体的固溶强化、细晶强化和碳化物相的弥散强化、钢中合金元素主要通过这几种机制影响调质状态钢的强度。

(3)元素对韧性的影响；包括对基体韧性、对高温回火脆性(第二类回火脆性)的诱发或抑制作用。
调质钢中碳含量的选择同时考虑了其对淬透性、强度、韧性等多方面的影响、一般在0.25%～0.50%范围内。碳含量过低不易淬硬、强度偏低；过高则使韧性降低并影响可变形性等工艺性能。只有足够高的碳含量才能保证调质后钢中有足够体积的碳化物以保证弥散强化的效果。当有其他保证淬透性和强度的合金元素存在时、调质钢中碳含量可适当降低以获得尽可能高的韧性(如18Cr2Ni4W)和改善焊接性(如用于制造可焊高强度钢板的调质钢)。

调质钢中常见合金元素包括铬、镍、锰、硅、钼、钨、钒和硼等。其中铬、锰、镍、硅、硼等可以增大调质钢的淬透性、尤其当复合加入时效果更好。硅、锰、镍等固溶于铁素体基体中、从而提高调质后的钢的硬度和强度。碳化物形成元素钒、钨、钼、铬等能阻止高温回火时碳化物的聚集长大、增强弥散强化的效果。钼的主要作用在于抑制合金调质钢高温回火时发生第二类回火脆性、多用于较大截面调质件用钢、其含量一般为0.15%～0.30%。加入微量钒(≤0.12%)可在钢中形成弥散度很高的特殊化合物(如vN等)、在淬火加热时有阻碍奥氏体晶粒长大的作用。镍(<4.5%)和锰(<1.4%)有利于改善调质状态钢的冲击韧性、降低钢的脆性转化温度、尤其镍的效果为*佳。钢中加入微量稀土元素起细化晶粒、改变非金属夹杂物形态、脱硫、脱氧、去氢及改善高温回火脆性等作用、有利于改善调质钢韧性。强氮化物形成元素铝主要用于氮化用调质钢(如38CrMoAlA)、加速氮化过程、获得很高硬度的氮化层。
钢中的杂质、尤其是磷对调质钢的冲击韧性危害甚大、故调质钢中含磷量应尽可能低、一般应小于或等于O．040%(优质钢)或≤O．035%(高级优质钢)、甚至更低。