3-4 热处理条件与力学性能的关系

用机械结构钢制成的机械零件所要求的特性不仅是抗拉强度和剪切强度，而且还具有抗冲击性。这些性能因材料而异，但一般通过淬火和回火来调整。

表1 机械结构用各种调质钢的力学性能[根据JIS注释表(1979)]

表 1 显示了机械结构用碳钢和机械结构用合金钢根据 JIS 注释附录（1979）调质后硬度和机械性能的参考数据。在碳钢中，碳含量越高，硬度、抗拉强度和屈服点就越高。另外，含碳量越小，伸长率越长，可以获得更高的孔径和冲击值，在韧性方面是有利的。

比较碳钢和合金钢，碳钢的屈服点约为抗拉强度的70～75%，而合金钢的屈服点则达到80～90%，合金钢在强度方面具有压倒性优势。此外，即使硬度与碳钢大致相同或更高，合金钢具有更高的冲击值和拉拔值，在韧性方面也有优势。

合金钢中合金元素的种类对力学性能也有很大影响。例如，两种钢，SCM440 和 SNCM439，碳含量相似，但合金元素类型不同。此外，在几乎相同的条件下进行淬火和回火时，得到的硬度和抗拉强度大致相同。然而，SNCM439的屈服点、伸长率和冲击值明显更高，表明在韧性方面优于SCM440。这是Ni作为合金元素的作用，如果韧性和强度一样重要，SNCM439可以说是机械结构用合金钢中更适合的钢种。

热处理（淬火和回火）条件与机械性能之间的关系显示为 S48C 代表机械结构用碳钢和 SCM435 代表机械结构用合金钢。力学性能评价采用扭转试验（剪切强度）和夏比冲击试验（冲击值）进行，主要说明回火温度的影响。

图 1 显示了 S48C 和 SCM435 的回火温度和剪切强度之间的关系。当用于螺栓和轴时，这种抗扭强度（剪切强度）是一项重要的性能，但它具有与抗拉强度相似的趋势。换言之，可以看出剪切强度随着回火温度的升高而降低，与钢种无关，并且取决于回火温度。

图1 S48C和SCM435的回火温度与剪切强度的关系

图 2 显示了 S48C 和 SCM435 的回火温度和夏比冲击值之间的关系。由于预计冲击值会受到淬火温度的很大影响，因此给出了两种淬火温度的评价结果。从该图中可以清楚地看出，无论钢种如何，冲击值都随着回火温度的升高而增加，并显示出与剪切强度相反的趋势。但总的来说，SCM435在各回火温度下，其冲击值与硬度较高的钢种相同或更高，合金钢的特性得到认可。

图2 S48C和SCM435回火温度与夏比冲击值的关系

此外，对于同一钢种，淬火温度较低的试样具有较高的冲击值。由于此时调质后的金属组织是索氏体和铁素体的混合组织，看来铁素体的出现对冲击值有有效的影响，但数值相差较大。似乎是。