EN 10083-1 51CrV4 调质钢 (QT) – 全温域性能数据手册
材料概述
51CrV4 (1.8159) 是铬-钒合金调质钢，淬火回火后具有高强度、高韧性、优异的疲劳极限和抗松弛性能。广泛用于制造汽车/铁路弹簧、稳定器杆、扭杆、高强度螺栓、齿轮、轴类及重载耐磨零件。供货状态为调质 (QT)，硬度通常 28–35 HRC (视截面和回火温度)。
化学成分 (质量分数 %，EN 10083-1)
| 元素 | 含量范围 |
|---|---|
| 碳 (C) | 0.47 – 0.55 |
| 硅 (Si) | 0.10 – 0.40 |
| 锰 (Mn) | 0.60 – 1.10 |
| 磷 (P) | ≤ 0.030 |
| 硫 (S) | ≤ 0.025 |
| 铬 (Cr) | 0.80 – 1.20 |
| 钒 (V) | 0.10 – 0.25 |
| 铜 (Cu) | ≤ 0.40 (残余) |
主要性能参数 (调质态 QT)
一般性能
| 性能项目 | 温度 | 数值 |
|---|---|---|
| 密度 | 20.0 °C | 7.83 – 7.85 g/cm³ |
力学性能 (室温典型值)
| 性能项目 | 温度 | 数值 |
|---|---|---|
| 延伸率 (A) | 20 °C | 9 – 13 % |
| 断面收缩率 (Z) | 20 °C | 40 – 50 % |
| 泊松比 | 20 °C | 0.29 |
| 剪切模量 | 20 °C | 81 GPa |
| 抗拉强度 (Rm) | 20 °C | 800 – 1300 MPa |
| 屈服强度 (Rp0.2) | 20 °C | 600 – 900 MPa |
弹性模量随温度变化
| 温度 (°C) | 弹性模量 (GPa) |
|---|---|
| -100 | 217 |
| 20 | 210 – 212.6 |
| 100 | 205 – 207 |
| 200 | 195 – 199 |
| 300 | 185 – 192 |
| 400 | 184 |
| 500 | 175 |
| 600 | 164 |
热学性能
| 性能项目 | 温度 (°C) | 数值 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 热膨胀系数 (10⁻⁶/K) | -100 | 10.5 | |
| 20 | 11.5 | ||
| 100 | 11.1 – 12.1 | ||
| 200 | 12.1 – 12.7 | ||
| 300 | 12.9 – 13.2 | ||
| 400 | 13.5 – 13.6 | ||
| 500 | 14.0 | ||
| 600 | 14.4 | ||
| 熔点范围 | – | 1382 – 1529 °C | 铬钒钢典型值 |
| 比热容 (J/kg·K) | -100 | 423 | |
| 20 | 460 – 461 | ||
| 100 | 479 | ||
| 200 | 499 | ||
| 300 | 517 | ||
| 400 | 536 | ||
| 500 | 558 | ||
| 600 | 587 | ||
| 热导率 (W/m·K) | 20 | 42 – 45.1 | |
| 100 | 45.1 | ||
| 200 | 44.1 | ||
| 300 | 41.9 | ||
| 400 | 39.4 | ||
| 500 | 36.9 | ||
| 600 | 34.4 | ||
| 热扩散率 (mm²/s) | 20 | 12.5 | |
| 100 | 11.6 | ||
| 200 | 10.6 | ||
| 300 | 9.5 | ||
| 400 | 8.4 | ||
| 500 | 7.1 | ||
| 600 | 5.8 |
电学性能 (电阻率 随温度变化)
| 温度 (°C) | 电阻率 (×10⁻⁷ Ω·m) |
|---|---|
| 20 | 1.9 – 2.31 |
| 100 | 2.84 |
| 200 | 3.58 |
| 300 | 4.48 |
| 400 | 5.52 |
| 500 | 6.71 |
| 600 | 8.06 |
热处理工艺参考
| 工序 | 温度 (°C) | 冷却方式 | 备注 |
|---|---|---|---|
| 正火 (可选) | 870 – 900 | 空冷 | 细化晶粒，消除锻造应力 |
| 淬火 | 830 – 860 | 油冷 | 薄件可风冷/聚合物淬火剂 |
| 高温回火 | 450 – 650 | 空冷 | 视要求硬度/强度选温度 |
| 去应力退火 | 300 – 400 | 炉冷 | 加工后/焊接后消除残余应力 |
表面强化建议
- 渗氮：520–560 °C，表面硬度 600–800 HV，显著提高疲劳/耐磨/抗腐蚀疲劳
- 感应淬火：表面硬度 50–55 HRC，心部保持韧性，适合轴类/齿轮
- 喷丸强化：引入残余压应力，提高接触疲劳和弯曲疲劳寿命
典型应用与选材提示
- 汽车悬架弹簧、稳定杆、扭杆：选高疲劳强度回火温度 (500–550 °C)
- 高强度螺栓 (10.9/12.9 级)：回火 450–500 °C，配合滚丝工艺
- 齿轮、凸轮轴：表面感应淬火/渗碳 + 低温回火
- 铁路车辆弹簧：严格控制脱碳层，100% 磁粉/超声探伤
- 不适用：焊接结构件 (淬火裂纹敏感)、耐高温 > 450 °C 长期工作 (选耐热钢)
金属
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