高强度钢和超高强度钢的分类及材料特性

　　所谓高强度钢，是指那些强度和韧性结合很好的钢种。低合金结构钢，经调质处理后，具有很好的综合力学性能。其抗拉强度бb>1200MPa时，叫高强度钢；其抗拉强度бb>1500MPa时，称为超高强度钢。
含一种合金元素的高强度合金钢有铬钢、镍钢、锰钢等；含两种合金元素的合金钢有铬镍钢、铬锰钢、铬钼钢等；含三种以上合金元素的高强度合金钢有铬锰硅钢、铬镍钨钢、铬镍钼钢、铬锰钛钢、铬锰钼钒钢等。
高强度钢和超高强度钢的原始强度和硬度并不高，但是经过调质处理后可获得较高的强度，硬度在30~50HRC之间。
钢的抗拉强度与硬度之间存在一定的关系。一般来说，硬度提高强度也随之增高，但不能说高强度钢就是高硬度钢。所谓高强度钢和超高强度钢，是指综合性能而言的。淬火钢的硬度很高，但不能称为高强度钢和超高强度钢，其原因是它的综合性能不好，几乎没有塑性，韧性也很差，只能作耐磨零件和工具。
用这类钢材制作的零件，其粗加工一般在调质前进行，精加工和半精加工以及部分粗加工在调质后进行，调制后的金相组织为索氏体或托氏体，加工难度大。
1、高强度钢和超高强度钢的分类
根据化学成分和使用性能的不同，将超高强度钢分为低合金超高强度钢、中合金超高强度钢和高合金超高强度钢三大类。高强度钢的分类方法与超高强度钢相同。
(1)低合金超高强度钢
低合金超高强度钢的碳含量通常为0.30%~0.40%，并用Cr、Ni、M0、V、Si、Mn等元素进行了合金化，但合金元素总量一般不超过5%。其中，代表性的钢号为30CrMnSiNi2A、40CrNiM0A(相当于美国牌号AISl4340)、40CrMnSiM0VA及40CrM0NiMnSiA(4340M钢，相当于美国牌号300M钢)。我国已研制了与美国300M钢相近似的钢种，国内牌号为40CrNi2Si2M0VA。另外，还有D6AC钢，这种钢的强度高，断裂韧性(Klc)较高，是一种综合性能好的低合金超高强度钢。在美国，它已成功用来制造固体燃料火箭发动机壳体，并已用于飞机起落架及结构件。
结合国产资源，我国的低合金超高强度钢建立了Si-Mn-Mo-V、Si-Mn-Cr-Ni-Mo-V、 Cr-Mn-Ni-Mo-V和Cr-Si-Ni-Mo-W-V等系列。
在30e洲nSiA锕的基础上加入1.4％~1.8％的Ni，从而获得了渗透性好、高强度、高韧性、缺口敏感性较小的30CrMnSiNi2A低合金超高强度钢。南通第二机床有限公司生产的平面磨床，适合高强度钢的磨削，欢迎根据生产需要选购合适的磨床产品！
(2)中合金超高强度钢
中合金超高强度钢的合金元素总量为5％~10％。其主要合金元素是Cr、W、Mo、 V、Nb等。由于含钼和钒，所以其回火稳定性好。中温强度高。当使用强度提高到500℃时，它的比强度优于其他超高强度钢。其具有代表性的钢号是4CrSMoVSi(相当于美国牌号H11)及4cr5MoVlSi(相当于美国牌号H13)。H11钢是一种热作模具钢。与低合金超高强度钢相比，这类钢的淬透性好，中温强度较高。淬火后利用回火时微细碳化物的弥散析出，它可产生二次硬化，以达到超高强度的目的。H11钢可用来制造飞机起落架等结构件。
(3)高合金超高强度钢
这是一种微碳(小于0.03％C)、高镍并含有产生沉淀强化合金元素(Ti、Co、V等)的高合金超高强度钢——马氏体时效钢。由于其含有的Ni或Cr的含量较高，经淬火后再进行时效处理(450~5鼬℃，2确)，会形成NisMo、Ni3Ti、FeaMo等金属间化奢物，井弥散分布在马氏体基体中，从而可得到塑性和韧性均较好的超高强度钢。
马氏俸时效钢是航空、航天、海洋技术方面极为重要的结构材料。根据其含镍量的不同，分为18Ni、20Ni和25Ni三种类型，其中18Ni根据淬火(固溶处理)及时效后的屈服强度又分为五个强度级别，即18Ni(200)、18Ni(250)、18Ni(300)、18Ni(350)及18Ni(400)。由于20Ni、25Ni钢在性能方面均比18Ni钢差，所以国内外使用的马氏体时效钢主要是18Ni钢。
AerMetl00(24Nill．5C013．4Cr3M01)是一种Co-Ni二次硬化马氏体钢，是美国于20世纪9。年代初期研制成的航空工业用超高强度钢。其抗拉强度为1930MPa，断裂韧性Klc达115MPa~/m，是目前同强度级别中断裂韧性的钢种。过去。起落架、燃气蜗轮轴和轮机螺栓都用300M、马氏体时效钢和H11制造，现在可用AerMetl00替代。替代300M，是因其断裂韧性低和对应力腐蚀开裂敏感；替代马氏体时效钢，是因其强度低，尤其是疲劳强度低；替代H11，是因其韧性低及抗应力腐蚀开裂能力低。
2、高强度钢和超高强度钢的材料特性
①超高强度钢中的合金元素含量较高。低合金系大都以Cr、Ni、Mo、Si、Mn为主要合金元素，并适当加入细化晶粒元素Ti、Nb、V等。中合金系合金元素主要为Cr、W、 Mo、V、Nb等碳化物形成元素。高合金系主要为Ni、Co合金元素的加入，大大提高了超高强度钢的力学性能，改善了钢的韧性和塑性。与一般钢料磨削相比，超高强度钢的优良力学性能使磨削力增大，磨削温度升高。
②超高强度钢既要具有高强度，又要保证材料的韧性和塑性，为此，必须采取工艺措施，如对于低合金超高强度钢30CrMnSiNi2A热处理规范取为(90±10)℃加热、油淬、再经低温回火，使材料具有良好的综合力学性能。磨削时，被磨材料良好的韧性和塑性，容易使磨削表层的晶格产生扭曲变形，造成表层硬度变化增大，冷硬层深度加深。
③超高强度钢的热导率低。例如，300M钢的热导率为26．6W/(m·K)，35CrMnSiA的热导率为29．3W/(m·K)，而45钢的热导率为50.2w/(m·K)，超高强度钢的热导率仅为45钢的55％。在切削过程中，大量的切削热不易导出，集中在切削区。