已故雷廷權院士曾明確指出，中碳結構鋼在正常淬火后進行500～700℃的高溫回火，又可稱為調質處理（代號515），獲得的組織為回火索氏體，具有良好的綜合力學性能。因此，調質處理適用于較大動載荷，尤其是復合應力（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、沖擊、疲勞）下工作的工件。它們通常要求強度及韌性的良好匹配，即高的強韌性。 

隨著資源節(jié)約型社會的建設和高強度輕量化產品發(fā)展的需要，將傳統的調質處理和調質鋼進行細化分類，是不斷提高調質處理質量的重要保證。而采用低碳馬氏體鋼代替調質鋼，則是結構鋼熱處理發(fā)展的一個重要途徑。

一、調質的分類

　　調質處理的目的是使工件獲得良好的綜合力學性能，而不僅僅是硬度，所以，調質處理應按綜合力學性能分為高韌性調質、強韌性調質和高強度調質3類。

　　（1）高韌性調質高韌性調質是工件經淬火后進行650～700℃超高溫回火，也稱韌化處理。不僅可以使工件獲得一定高的強度和塑性，而且可以獲得相當高的韌性。調質后的力學性能列于表1。高韌性調質非常適用于冷鐓、冷擠壓用鋼的調質球化處理，緊固件、成形件、彎折件的調質處理，以及高韌性軸、桿件的調質處理。

表1  鋼高韌性調質處理后的力學性能

抗拉強度 Rm／MPa	屈服強度 Rel／MPa	斷后伸長率 A（％）	斷面收縮率 Z（％）	沖擊吸收功 Akv（0℃）/J	硬度 HBW
500～650	350～500	22～32	60~75	80～250	160～230

 

　?。?）強韌性調質強韌性調質是傳統的調質處理，工件淬火后常在550～650℃高溫回火，目的在于提高鋼的韌性，使強度和韌性相匹配，得到較高的綜合力學性能。強韌性調質適用范圍很廣，約80％以上中碳結構鋼工件都采用此類調質。鋼調質后力學性能列于表2。

表2  強韌性調質處理后的力學性能范圍

抗拉強度 Rm/MPa	屈服強度 ReH/MPa	斷后伸長率 A（%）	斷面收縮率 Z（%）	沖擊吸收功 Akv（0℃）/J	硬度 HBW
650～900	500～700	15～25	45～65	50～150	240～300

　　（3）高強度調質高強度調質也稱硬性調質，工件淬火后進行500～600℃的高溫回火，是使工件在獲得較高的塑性、韌性的同時顯著提高硬度和強度。此工藝非常適用于減重、輕量化工件，如高強度緊固件、高強度鋼拉桿、錨桿，各種軸類件等要求高疲勞性能、高壽命的工件。  

二、調質鋼的分類

　　文獻強調指出，影響調質處理質量最重要的因素是鋼的淬透性。淬透性不同的鋼，淬火后得到的淬透層深度便不同，顯微組織也不同，因而沿截面分布的力學性能也就不同。工件的力學性能要求越高，尤其當工件的截面尺寸很大時，淬透性的影響也就越大。因此，按鋼的淬透性高低，調質鋼分為淬透性最低調質鋼、淬透性較低調質鋼、淬透性較高調質鋼和淬透性最高調質鋼4類。

　?。?）淬透性最低的調質鋼淬透性最低的調質鋼是指經20℃水淬，臨界直徑15～23mm的中碳非合金鋼（中碳碳素鋼）。如35鋼、40鋼、45鋼、50鋼。其中45鋼（代號U20452）是我國應用最普遍、使用量最大的調質鋼。由于淬透性最低，因此45鋼的調質處理只適合截面尺寸小于25mm的小工件。

　　但是多年來，許多企業(yè)對45鋼的調質處理恰恰忽略了淬透性這個最重要的質量特性，不僅截面尺寸60～100mm的工件，甚至直徑300～500mm大型軸類件的預先熱處理也采用調質處理。由于截面尺寸效應，工件尺寸越大淬火后硬度越低，淬硬層越淺，工件的綜合力學性能也就越低。特別是由于粗車余量（一般3～5mm），45鋼工件調質處理后的精車會將工件的大部分甚至全部淬硬層加工掉。由于當工件直徑大于60mm時，調質后的性能與正火后的性能相近，尺寸大于100mm時表面甚至無法得到馬氏體組織，所以45鋼大截面尺寸工件應在正火或表面淬火狀態(tài)下使用。

　?。?）淬透性較低的調質鋼淬透性較低的調質鋼是指用20℃水淬、臨界直徑為30～54mm，油淬臨界直徑為19～40mm的中碳低合金鋼（質量分數一般不大于2.5％）。主要有35Cr、40Cr、45Cr、35Mn2、40Mn2、45Mn2鋼等，其中40Cr鋼（代號A20402）是我國使用量最大的合金調質鋼。常用于中等截面尺寸、力學性能要求比非合金鋼（碳鋼）高的調質件。

　　（3）淬透性較高的調質鋼淬透性較高的調質鋼是指用20℃水淬、臨界直徑為42～85mm，油淬臨界直徑為30～6mm的中碳低合金鋼。主要有30CrMnSi、35CrMnSi、35CrMo、42CrMo、40CrNi鋼等。35CrMo（代號A30352）、42CrMo（代號A30422）鋼是最常采用的中碳低合金調質鋼，主要特點是強度高，韌性好，淬透性較40Cr鋼高，在高溫下有高的蠕變強度和持久強度，可在500℃溫度下長期工作。

　?。?）淬透性最高的調質鋼淬透性最高的調質鋼是指用20℃水淬、臨界直徑為60～126mm，油淬臨界直徑為46～114mm的中碳低合金鋼和中碳中合金鋼。主要鋼種有40CrNiMoA（代號A50403）、agtCrMnMo（代號A34402）、37CrNi3（代號A42372）鋼等。常用于制造大截面、承受沖擊載荷的高強度零件，如臥式鍛造機的傳動偏心軸，鍛壓機的曲軸，高強度拉桿、錨桿等。

　　上述4類調質鋼，僅涵蓋了普通機械用調質鋼，由于鋼的化學成分不同，截面尺寸不同，熱處理工藝不同，因此各類之間沒有嚴格的界限。

 

三、低碳馬氏體鋼代替調質鋼

　　雷廷權院士特別強調，調質處理是在犧牲強度的條件下提高塑性及韌性的工藝，對發(fā)揮材料的潛力是十分不利的。而低碳鋼及低碳合金鋼強烈淬火成低碳馬氏體的應用日益廣泛，成為發(fā)揮鋼材強韌性潛力，延長機器零件壽命的一個重要途徑，因此在工業(yè)生產中低碳鋼強烈淬火可以代替一部分中碳鋼調質處理。

　?。?）20Cr鋼低碳馬氏體強烈淬火代替40Cr鋼調質處理20Cr鋼在350℃回火后，強度、硬度、塑性、沖擊韌度均比調質40Cr鋼高。用20Cr鋼可以取代40Cr鋼制造鉆桿鎖接頭，可減少甚至避免滑扣失效。由于具有高的塑性、斷裂韌度、多沖抗力和冷脆轉化溫度較低（<-70℃），可顯著提高鉆桿鎖頭使用壽命。低碳馬氏體強化后具有優(yōu)良的加工性能，并簡化了工序，降低了成本。 

　?。?）20鋼低碳馬氏體強烈淬火代替45鋼調質處理用20鋼鋼管代替45鋼調質制造鏈板運輸機的方套。20鋼鋼管經900℃X7min淬人10%NaCl水溶液，160℃×30min回火，硬度42～46HRC，強度比調質45鋼提高40％，簡化了工序，裝配時不發(fā)生破裂，畸變小，提高了產品質量生產效率提高了1倍以上。
用20鋼代替45鋼調質制造升降臂連接銷。升降臂連接銷原采用45鋼調質處理。部分零件兩頭φ6mm孔產生裂紋。采用20鋼，1000℃×4.5～5min，淬入5％～15％（質量分數）堿水，沒有裂紋。  

四、結束語

　?。?）調質處理最主要的目的是使工件獲得良好的綜合力學性能。按力學性能分類，調質分為高韌性調質，強韌性調質，高強度調質3類。 

　?。?）淬透性是影響調質處理質量的最重要的質量特性。按淬透性調質鋼分為淬透性最低、較低、較高及最高4類。

　?。?）低碳馬氏體鋼代替調質鋼，是結構鋼熱處理發(fā)展的一個重要途徑。

 

來源：熱處理生態(tài)圈