淬透性帶寬控制和合金優(yōu)化設(shè)計(jì)

端淬試驗(yàn)測(cè)定的端淬曲線，就是在一個(gè)試樣兩個(gè)測(cè)試平面上各測(cè)定值分別取均值后繪得的一條淬透性曲線。一個(gè)鋼種多次測(cè)定的多個(gè)試樣的淬透性曲線集中畫(huà)在HRc～J距離關(guān)系一個(gè)圖上，則成為具有相當(dāng)寬度的淬透性帶。由于鋼種不同，爐次不同，鋼的成分偏析、晶粒大小、取樣方法、測(cè)試方法以及化學(xué)成分分析方法等方面的不同，淬透性帶寬各異。甚至在一個(gè)淬透性試樣上，尤其是在大型材上直接切取的試樣，如果多磨制幾個(gè)測(cè)試平面，將每個(gè)測(cè)試平面的淬透性曲線畫(huà)在一起，也會(huì)造成一個(gè)具有一定寬度的淬透性帶。

1983年前蘇聯(lián)人施特萊米利(IIITPEMEJIB，M.A.)曾研究過(guò)這一問(wèn)題。為控制H鋼的生產(chǎn)和應(yīng)用中的實(shí)際需要，需給“帶寬”以具體涵義，如通常選擇某一給定J距離(如J=9mm)處的帶寬(HRc的上、下限差值)作為淬透性的判據(jù)。有時(shí)也以兩個(gè)(如J₉，J₁₅)或多個(gè)(如J₃，J₉，J₁₅，J₅₀)J距離處的帶寬，甚至全線帶寬作為判據(jù)。因鋼種的不同，上述各帶寬的具體數(shù)值也不同。通過(guò)爐外精煉時(shí)的快速化學(xué)分析和借助電子計(jì)算機(jī)作淬透性計(jì)算預(yù)報(bào)(在線聯(lián)機(jī))進(jìn)行鋼液成分微調(diào)，以及將模鑄改為連鑄等措施，可使淬透性帶寬控制在要求的范圍之內(nèi)。如低碳齒輪鋼J₉帶寬為6～8HRC或4～6HRC不等。只有淬透性帶寬控制的相對(duì)較窄，機(jī)械制造業(yè)零部件的生產(chǎn)工藝才能相對(duì)穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量才能提高。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，既要求控制淬透性又要求鋼的成本最低的合金優(yōu)化設(shè)計(jì)也隨之出現(xiàn)。1972年，美國(guó)人布林建立起一種合金優(yōu)化設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，稱為計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)的按需裁剪(computerHarmonizedApplicationTailorming，簡(jiǎn)稱cHAT)。其中AT系統(tǒng)將淬透性要求用D_ib(心體淬透性)和Dic(滲層淬透性)等定量化，使之滿足工程設(shè)計(jì)要求。CH系統(tǒng)與AT聯(lián)用，進(jìn)行成本最低的成分優(yōu)化。這類方法要求建立起一組能夠?qū)?wèn)題精確地模型化的數(shù)學(xué)方程，包括目標(biāo)函數(shù)和相應(yīng)的約束條件，然后用數(shù)學(xué)規(guī)劃論的線性規(guī)劃或非線性規(guī)劃方法，借助電子計(jì)算機(jī)求最優(yōu)解例如既滿。足淬透性最大同時(shí)成本最低的成分優(yōu)化和既滿足淬透性帶寬最窄(波動(dòng)最小)同時(shí)成本又最低的優(yōu)化等。將這些計(jì)算機(jī)軟件用于爐外精煉時(shí)的成分微調(diào)，就可生。產(chǎn)出價(jià)格便宜質(zhì)量又高的H鋼。

加入合金元素是合金鋼和低合金鋼得到非合金鋼所不具備的、優(yōu)良的或特殊性能的措施。根據(jù)加入合金元素的量，合金化程度可分為三級(jí)，低于5％的是低合金鋼，5％～10％的是中合金鋼，高于10％的是高合金鋼。各種元素在鋼中的合金化是通過(guò)兩種機(jī)制在起作用：一是改變鋼的物理和化學(xué)性能；二是通過(guò)熱處理改。變鋼的組織和結(jié)構(gòu)，從而改變鋼的性能。后者在鋼的合。金化作用中更為重要。而合金元素與鐵、碳和其他合金元素之間的相互作用，是合金鋼內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)變化的基礎(chǔ)，這些元素之間在原子結(jié)構(gòu)、原子尺寸和各元素晶體點(diǎn)陣之間的差異，則是產(chǎn)生這種變化的根源。

各國(guó)對(duì)鋼中合金元素的限量范圍不盡相同。鋼中加入不同種類和數(shù)量的合金元素，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)墓に嚧胧梢缘玫讲煌氖褂眯阅芎凸に囆阅堋Ｈ绾辖痄摽删哂休^好的強(qiáng)度和韌性的配合；在低溫下有較高的韌性；在高溫下有較高的硬度、強(qiáng)度，持久強(qiáng)度和抗氧化性；具有良好的耐蝕性、耐磨性、工藝性能。

簡(jiǎn)史

人類應(yīng)用合金鋼的歷史，是從原始人類采用含鎳鐵隕石制造器具時(shí)開(kāi)始的。不過(guò)鋼的合金化及其應(yīng)用是19世紀(jì)后半期開(kāi)始的，在20世紀(jì)20年代以后才有較快的發(fā)展。1868年，英國(guó)人馬希特(R.F.Mushet)發(fā)明了錳鎢系自硬鋼(碳2％-鎢7％-錳2.5％)用于切削工具。1870年，美國(guó)用低鉻鋼在密西西比河上建造了跨度為1585m的大橋。1883～1889年相繼出現(xiàn)了高錳耐磨鋼和錳鋼。1889年一些國(guó)家用鎳鋼(3.5％鎳)建造大跨度橋梁和軍艦。1901年，在歐洲應(yīng)用了高碳鉻軸承鋼。1910年出現(xiàn)了高速鋼(w18Cr4V)。1912～1913年英國(guó)布里爾利(H.Brearley)發(fā)明了Cr13型馬氏體不銹鋼。1912～1914年德國(guó)人毛雷爾(E.Mauel-er)發(fā)明了鎳鉻奧氏體不銹鋼。

20世紀(jì)20年代新的煉鋼方法——電弧爐煉鋼法廣泛應(yīng)用，為合金鋼大量生產(chǎn)創(chuàng)造了工業(yè)條件。同時(shí)。隨著對(duì)鋼中相變的研究，逐漸較系統(tǒng)地研究了合金元素對(duì)鋼中轉(zhuǎn)變的影響，1939年貝茵(E.C.Bain)的著作《合金元素在鋼中的作用》一書(shū)出版，標(biāo)志著鋼的合金化系統(tǒng)研究階段的開(kāi)始。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著航空、航天技術(shù)的發(fā)展，研制和開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、耐熱鋼和耐熱合金等系列牌號(hào)。與此同時(shí)，鋼的合金化原理更趨系統(tǒng)化。關(guān)于鋼中合金相、合金元素對(duì)鋼中相轉(zhuǎn)變的影響，防耐蝕技術(shù)，鋼的強(qiáng)化與脆化的理論都有系統(tǒng)的著作出版。

合金鋼和低合金鋼鋼種已達(dá)到門類齊全。國(guó)際上使用著上千種合金鋼牌號(hào)、其產(chǎn)量約為鋼總產(chǎn)量的10％，成為重要的金屬材料。

鋼中的合金相

主要有鐵基固溶體、碳化物、氮化物和金屬問(wèn)化合物等。