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合金结构钢
来源:天9国际 发布时间:2007-12-16 11:31:59点击率:
    

  用于制造各种机械零件以及各种工程构件的钢材称为结构钢。在碳素结构钢的基础上,有意识地加入一种或几种合金元素,如Cr,Mn,Si,Ni,W,V,Ti,Nb及稀土等,就形成合金结构钢。合金结构钢在航空工业上应用很广,主要用作飞机和发动机上的承力构件,如梁、框、轴、接头等。

  合金结构钢按其用途或热处理特点可分为调质钢、渗碳钢、超高强度钢、弹簧钢及轴承钢。航空工业中目前常用的合金结构钢的牌号、化学成分、热处理制度及机械性能,如表1-1所示。

  1.合金调质钢

  合金调质钢主要用于制作承受较大负荷的零件,如航空发动机的涡轮轴、飞机起落架的承力构件等。对这类钢的性能要求是具有良好的综合机械性能,即同时具有较高的强度、硬度及较好的塑性和韧性。调质钢的碳含量一般在0.25%~0.5%之间,属于中碳钢。碳量过低,影响强度;碳量过高,韧性不足。钢中的主加合金元素有Cr,Ni,Mn,Si等,它们的主要作用是增加钢的淬透性,并使回火索氏体得到强化。其余少量的辅加合金元素有Mo,V,Al,B等。Mo用于防止产生第二类回火脆性。V能形成熔点较高的碳化物,从而阻止奥氏体晶粒长大。B能强烈使等温转变曲线向右移而显著增加钢的淬透性。合金调质钢中的合金元素总量一般不超过5%。30CrMnSiA,40CrNiMoA是航空工业中应用最广泛的合金结构钢钢种。

  2.合金渗碳钢

  飞机或发动机中的某些零件如齿轮、活塞销及凸轮等,在工作过程中,除承受较大的各种载荷外,表面还承受强烈的磨损,故要求零件具有坚硬耐磨的表层和软硬适当的心部。为了达到上述要求,可采用低碳钢渗碳淬火等方法。合金渗碳钢的含碳量一般都很低,大约介于0.12%~0.25%之间,以保证渗碳零件心部具有良好的韧性。为了提高钢的心部强度,在钢中加入一定量的合金元素,如Cr,Mn,Ni,Mo,W,Ti,B等。其中Cr,Mn,Ni,B显著增加钢的淬透性,V,W,Ti等可细化晶粒,增加表面耐磨性。

  3.超高强度钢

  一般将σb>1500MPa,σs>1400MPa的钢称为超高强度钢,它是为了使材料具有更高的比强度而发展起来的新钢种。表1-1中的40CrNi2Si2MoVA是我国仿制的美国300M钢,中一种中碳低合金超高强度钢,它是40CrNiMoA钢的改进型,主要是提高了Si和Ni的含量,增加了V元素,因此它的淬透性很高,在淬火加低温回火后可达1931~2069MPa的高强度,是目前飞机结构中使用强度最高的一个钢种,用于制造主起落架的外筒、活塞杆等重要承力构件。30CrMnSiNi2A是航空工业中应用较广泛的一种低合金高强度钢,它是在30CrMnSiA钢的基础加入1.4%~1.8%Ni而得到的,用于制造机翼主梁、起落架支柱等。

  4.合金弹簧钢

  航空工业中常用的弹簧钢中以硅锰钢(例如60Si2Mn)应用最广。弹簧钢的含碳量较高(0.46%~0.9%),主加元素Mn,Si等用以保证钢的淬透性及机械性能,而辅加元素Cr,V,W,Nb等,主要是防止Mn,Si的不良影响,并提高弹簧的弹性、屈强比和耐热性。

  5.轴承钢

  轴承在工作时,承受着高压和集中的周期交变负荷,接触应力可达3000~5000MPa。通常所说的轴承钢是指高碳铬钢,其含碳量为0.95%~1.15%,含铬量为0.5%~1.65%,尺寸较大的轴承可用铬锰硅钢。高的含碳量主要是为了得到足够的碳化物,使钢具有高强度和高耐磨性。Cr是为了提高钢的淬透性和强度,并使钢得到均匀细小的碳化物(Fe,Cr)3C,从而提高耐磨性。加入Si和Mn,可进一步改善淬透性,提高钢的强度和弹性极限。

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