金屬材料-1 碳鋼及合金鋼

1、教材： 金屬熱處理部分：第五章：無多型性轉(zhuǎn)變合金的淬火與時效李松瑞、周善初金屬熱處理中南大學(xué)出版社 2003金屬材料部分: 第一章 碳鋼 、第二章 合金鋼 金屬學(xué)北科大 宋維錫 第三章 鋁合金 參考材料工程大典第四章 銅合金第五章 鎂合金第六章 鈦合金v黑色金屬 鋼 (碳鋼、合金鋼) 鑄鐵v有色金屬 鋁合金 銅合金 鎂合金 鈦合金金屬材料材料的分類n 按化學(xué)成分v金屬材料 黑色金屬：鋼鐵 有色金屬：鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金v無機非金屬陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、保溫材料v高分子材料樹脂、工程塑料、合成纖維v復(fù)合材料金屬基、陶瓷基、樹脂基v結(jié)構(gòu)材料 主要使用它的力學(xué)性能，如強度和剛度 金屬

2、、陶瓷、高分子、復(fù)合材料v功能材料 主要使用它的特殊的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)性能v信息功能：光電子材料、微電子材料、磁性材料v能源材料：二次電池材料、儲氫材料v生物醫(yī)用材料：組織工程材料、藥物載體、基因載體v環(huán)境材料v超導(dǎo)材料v智能材料v按使用性能要求分類按尺度分類納米材料：存在至少一維尺寸小于100納米， 且具有特殊性能。包括零維、一維、二維超細(xì)材料：亞微米，介于微米和納米之間粉體材料：幾微米至幾百個微米塊體材料：具有毫米級尺寸金屬材料部分 第一章、 碳鋼 第二章、 合金鋼 第三章、 鋁及鋁合金 第四章、 銅及銅合金 第五章、鎂及鎂合金 第六章、 鈦及鈦合金鐵碳合金的分類 工業(yè)純鐵 C0.02%

3、鋼 0.02%C2.11%含碳量0.0218-1.35%，占鋼總產(chǎn)量的80%左右1. 鋼中的主要雜質(zhì)及其影響2. 碳鋼的分類3. 碳鋼的編號、性能和用途第一章 碳鋼鋼中常存的雜質(zhì)：Si、Mn、S、P Si、Mn Si0.5% Mn1.2%、固溶于鐵素體Si、Mn為有益的元素，起固溶強化作用 S 易形成FeS 熱脆 P 形成脆性Fe3P,雖有強化作用,但使鋼的塑性、韌性急劇下降(尤其是低溫韌性） 冷脆S,O,N增加熱脆性，Mn減少熱脆性；除Mn,Ni外，其余元素均降低鋼的沖擊韌性，增加冷脆性；除S,O外，其余元素提高鋼的強度；幾乎所有元素均降低鋼的塑性。另外氫在鋼中導(dǎo)致白點、點狀偏析、氫脆等。一

4、、鋼中的主要雜質(zhì)及其影響雜質(zhì)詳解1、錳錳是鋼中的有益元素，是煉鋼時用錳鐵脫氧而殘留在鋼中的，錳有很好的脫氧能力，還可以與硫形成MnS，從而消除了硫的有害作用。錳作為雜質(zhì)一般應(yīng)不超過0.8%。2、硅 硅也是鋼中的有益元素，也是作為脫氧劑而進(jìn)入鋼的，硅的脫氧能力比錳還強，還能提高鋼的強度及質(zhì)量，硅作為雜質(zhì)一般應(yīng)不超過0.4%。3、硫硫是鋼中有害元素，常以FeS形式存在，F(xiàn)eS與Fe 形成低熔點的共晶體， 熔點為985，分布在晶界，當(dāng)鋼材在（10001200）進(jìn)行壓力加工時，共晶體熔化，使鋼材變脆，這種現(xiàn)象稱為熱脆性。為了避免熱脆，鋼中含硫量必須嚴(yán)格控制，通常應(yīng)使S0.05%。4、磷磷也是鋼中的有害

5、元素，它使鋼在低溫時變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆性，因此，鋼中含磷量也要嚴(yán)格控制，通常應(yīng)使P0.6%）按質(zhì)量分：實際按硫、磷含量(國標(biāo)、企標(biāo)有區(qū)別) 普通碳素鋼：S0.055%, P0.045% 優(yōu)質(zhì)碳素鋼：S, P0.040% 高級優(yōu)質(zhì)碳鋼：S0.030%, P0.035% 特級優(yōu)質(zhì)鋼: S0.015%,P0.025% 按用途： 碳素結(jié)構(gòu)鋼：工程結(jié)構(gòu)件、機械零件，綜合性能好，中、低碳 碳素工具鋼：量、刃、工、模具，硬度高、耐磨，高碳按組織： 亞共析、共析、過共析二、碳鋼分類平衡組織平衡組織v亞共析鋼亞共析鋼 F+PF+Pv共析鋼共析鋼 P Pv過共析鋼過共析鋼 P+FeP+Fe3 3C C w w

6、C C1.2%1.2%過共析鋼組織過共析鋼組織w wC C0.77%0.77%共析鋼組織共析鋼組織wC=0.4%n含碳量對鋼的組織和性能的影響含碳量對鋼的組織和性能的影響w wC C(%)(%)：0.0218 0.77 2.110.0218 0.77 2.11碳鋼：碳鋼： 亞共析鋼亞共析鋼 共析鋼共析鋼 過共析鋼過共析鋼 組織：組織： F+P P P+FeF+P P P+Fe3 3C Cw wC C(%)(%)1.0HBHB力學(xué)性能力學(xué)性能b 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q195、 Q215、 Q235塑性好，可軋制成鋼板、鋼筋、鋼管等。Q255、 Q275可軋制成型鋼、鋼板等。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 低碳鋼和

7、中碳鋼，用平爐或電爐冶煉，規(guī)定不大于0.040%P和0.045%S，即優(yōu)質(zhì)鋼 碳素工具鋼 高碳鋼為主，嚴(yán)格P、S含量，分為優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼 三、碳鋼編號、性能與用途普通碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼是工程中應(yīng)用最多的鋼種，其產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的（7080）%。根據(jù)國標(biāo)(GB700-88)規(guī)定，碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號由以下四部分組成：(1).屈服點字母：Q鋼屈服強度“屈”，漢語拼音字首。(2).屈服點強度數(shù)值(單位MPa)。(3).質(zhì)量等級符號：A、B、C、D級，從A到D依次提高。(4).脫氧方法符號：F沸騰鋼、b半鎮(zhèn)靜鋼 、Z鎮(zhèn)靜鋼、TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼在牌號中若為Z和TZ則予以省略。 Q235A例如，Q235AF表

8、示屈服強度為235MPa的A級沸騰鋼。 這類鋼的煉制過程比較簡單，生產(chǎn)費用較低，價格便宜，廣泛地應(yīng)用于工程建筑、車輛、船舶、以及一般的橋梁、容器等金屬結(jié)構(gòu)。 碳素結(jié)構(gòu)鋼是屬于工程結(jié)構(gòu)鋼，由于價格低廉，也常用于制造要求不高的機器零件，如螺釘、螺栓、螺母、墊圈以及手柄、小軸等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號以0.01%含碳量為單位，如15,45,60等。 45#鋼表示含碳量0.45%分為普通含錳和較高含錳兩個鋼組，共33個鋼號。普通含錳-0.350.70%Mn較高含錳-0.701.20%Mn，在數(shù)字后加Mn40Mn表示Mn含量達(dá)0.7-1.0%、含碳量為0.40%的優(yōu)質(zhì)碳鋼70Mn表示含Mn量0.9-1.2%

9、、含碳量為0.70%的特殊優(yōu)質(zhì)碳鋼在機械工業(yè)中應(yīng)用最廣。08、10、20鋼大量用于冷沖壓件、焊接件和表面要求耐磨并能承受沖擊載荷（后者需滲碳處理等）；中碳3050鋼多用于齒輪、套筒和軸類，正火、調(diào)質(zhì)后使用.高碳優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造彈簧碳素工具鋼優(yōu)質(zhì)、高級優(yōu)質(zhì)的高碳鋼以0.1%C為單位，后加A表示高級 (加E為特級,模具鋼) T10表示含碳量1.0%優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼 T12A表示含12%C的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼Mn含量較碳素結(jié)構(gòu)鋼低， 優(yōu)質(zhì) 0.40%Mn，高級優(yōu)質(zhì)0.30%Mn。含Mn量0.350.60%時，后加Mn，如T8Mn和T8MnA經(jīng)熱處理后獲得高的硬度和耐磨性，但韌性低，多用于刀具、模

10、具和量具。本節(jié)重點按照碳含量、質(zhì)量和用途，碳鋼分類的依據(jù)分別是什么？優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的命名方法，及其主要用途碳素工具鋼的特點，命名法及其主要用途第二章 合金鋼2.1 合金元素在鋼中的作用2.2 合金鋼的分類與編號2.3 合金結(jié)構(gòu)鋼2.4 合金工具鋼2.5 特殊性能鋼n常加的合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Al、Co、B、Re 2.1.1 合金元素在鋼中的分布n合金元素的存在形式：v溶入鐵的基體相（鐵素體、奧氏體等）v溶入滲碳體或形成碳化物v形成非金屬夾雜物v有些元素以游離狀態(tài)存在（Pb、Cu)v 碳化物形成元素 (Fe)、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、

11、Tiv 非碳化物形成元素 Si、 Ni、 Al 、Co等2.1 合金元素在鋼中的作用(1) 無限擴大奧氏體相區(qū)A A3 3降低、降低、A A4 4升高升高擴大擴大相區(qū)的元素相區(qū)的元素 稱為奧氏體形成元素稱為奧氏體形成元素2.1.2 對相區(qū)的影響 Mn、Ni、Co、Pt、銥與Fe無限固溶C、N、Cu、Zn、Au、H 與Fe有限固溶A A3 3降低、降低、A A4 4升高升高擴大擴大相區(qū)的元素相區(qū)的元素 稱為奧氏體形成元素稱為奧氏體形成元素(2) 有限擴大奧氏體相區(qū)擴大相區(qū)、封閉相區(qū) Cr、 V、 W、 Mo、 Ti、 Si、 Al、 P、 Be、Sn、砷等其中： Cr、V與相無限互溶，其他部分互

12、溶 A3降低、A4升高縮小相區(qū)（擴大相區(qū)）的元素稱為鐵素體形成元素(3) 縮小奧氏體相區(qū)，封閉相區(qū)擴大相區(qū)、不封閉相區(qū) Nb、Zr、B、鉭(Ta)、鍶(Sr) A A3 3降低、降低、A A4 4升高升高縮小相區(qū)（擴大相區(qū)）的元素稱為鐵素體形成元素(4) 縮小奧氏體相區(qū)，但不封閉相區(qū)擴大奧氏體區(qū)的元素降低A3點的元素，也降低A1點縮小奧氏體區(qū)的元素提高A3點的元素，也提高A1點E點左移（出現(xiàn)共晶體的低限C濃度）當(dāng)含碳量較低時（C2.11%)，組織中可能會出現(xiàn)共晶組織S點左移（共析點）當(dāng)含碳量較低時（C0.77%)，組織中可能會出現(xiàn)Fe3C，為過共析鋼(5) 對Fe-C相圖中臨界點的影響Ni、M

13、n較多，室溫即奧氏體Cr、Ti、Si含量較高，完全消失，室溫和高溫都是鐵素體加熱、冷卻無相變。不能用一般熱處理強化控制終軋溫度、冷變形等合金元素對鐵碳相圖的影響 （1）對S點、E點的影響 所有的合金元素均使S點、E點左移，擴大相區(qū)元素使S點、E點向左下方移動，縮小相區(qū)元素使S點、E點向左上方移動。 （2）對臨界點的影響 S、E點的左移必然使 Acm線左移，擴大奧氏體區(qū)元素使A1 、A3線下移；縮小奧氏體元素使A1 、A3線上移。 與Fe的相互作用溶入鐵的基體相形成鐵基的固溶體(固溶強化) P、 Si、Mn、Cr、Ni、Al、Co、B、Re2.1.3 合金元素與鐵和碳的相互作用原子半徑差別越大，

14、晶格差異越大，強化效果越顯著除W、Mo外，少量加入可提高韌性與C的相互作用v非碳化物形成元素非碳化物形成元素 在鋼中它們主要溶解于固溶體中或形成其它化合物v碳化物形成元素碳化物形成元素rc/rMe0.59 形成具有簡單晶體結(jié)構(gòu)的碳化物間隙相 如TiC、VC為面心立方，W2C、Mo2C為密排六方 rc/rMe0.59 形成具有復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)的碳化物 如Cr23C6、 Cr7C3、 Fe3C等碳化物彌散，可提高強度、硬度和耐磨性過量、形狀、分布不當(dāng)，性能惡化。但可以通過加工和熱處理工藝調(diào)整過量、形狀、分布不當(dāng)，性能惡化。但可以通過加工和熱處理工藝調(diào)整鋼中的氮化物和其他金屬間化合物鋼中的氮化物不溶于基

15、體，一般為雜質(zhì) 氮化鋼中氮化物可提高表面硬度和耐磨性，改善疲勞性 AlN可細(xì)化晶粒， 熱強鋼中氮化物起到沉淀強化作用金屬間化合物，如NiAl、Ni3Al、Fe3Mo6等，是重要的強化手段1.合金元素對加熱轉(zhuǎn)變的影響（2）對奧氏體晶粒大小的影響 強碳化物形成元素Mo、W、V、Ti等抑制奧氏體晶粒長大 非碳化物形成元素Si、Co、Ni等阻止奧氏體晶粒長大的作用減弱 Mn、P、C具有促進(jìn)奧氏體晶粒長大的傾向。（1）對奧氏體形成速度的影響 大多數(shù)合金元素會減緩奧氏體化過程，而Co、Ni等部分非碳化物使奧氏體的形成速度加快。Al、Si、Mn等對奧氏體形成速度影響不大原因是對C擴散的影響不同2.1.4 合

16、金元素對鋼的相變的影響2. 合金元素對過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響大多數(shù)合金元素（除Co外）均增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線右移，臨界冷卻速度減少，提高鋼的淬透性。（同樣是由于對C擴散速度的減緩作用） 除Co、Al外，多數(shù)合金元素使Ms、Mf點下降，從而使鋼中殘余奧氏體量增多。3. 合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響 v 提高鋼的回火穩(wěn)定性 v 阻止碳化物析出及聚集長大 除Ni、Mn外，合金元素能顯著地阻礙碳化物的聚集和長大。細(xì)小、彌散的碳化物使淬火鋼經(jīng)適當(dāng)回火后，在較高溫度下仍保持較高的強度和硬度。這種在較高溫度下仍保持足夠硬度的性質(zhì)稱為“熱硬性”。碳素工具鋼 200 一般合金工具鋼250400 高速鋼

17、 550 600碳化物形成元素及Si可提高鋼的低溫回火穩(wěn)定性，使相同回火溫度下的合金鋼的硬度高于碳鋼合金元素一般均使殘余奧氏體分解溫度升高，其中Cr、Mn、Si的作用顯著合金元素還可提高鐵素體的再結(jié)晶溫度，能使馬氏體形態(tài)保持到很高溫度，其中W、Mo、Cr、V、Co作用顯著v 合金元素對回火脆性的影響 （與雜質(zhì)元素晶界遷移有關(guān)）Mn、Ni、Cr都會促進(jìn)回火脆性；加入Mo、W減輕消除回火脆性二次硬化定義：一些含有多量Cr、Mo、V、Ti、Nb、W等元素的合金鋼，在不高的溫度范圍回火時，與碳鋼一樣，因馬氏體分解和滲碳體粒子粗化而發(fā)生軟化，但經(jīng)450以上(一般500600)回火時，其屈服強度、硬度又重

18、新增高的現(xiàn)象。二次硬化的原因是沉淀硬化和二次淬火硬化沉淀硬化：高溫回火時，隨著合金滲碳體的溶解，在固溶體中會析出特殊的合金碳化物，如Mo2C、W2C、V4C、VTi、TiC等，或合金滲碳體直接轉(zhuǎn)化成這些合金碳化物。這些碳化物細(xì)小彌散，并與基體保持共格聯(lián)系，使基體產(chǎn)生共格畸變，從而增大位錯運動阻力，提高屈服強度和硬度。二次淬火硬化：由于回火過程的沉淀硬化，C和合金元素減少，殘余奧氏體在冷卻過程中馬氏體轉(zhuǎn)變，造成二次淬火硬化。2.1.5 合金元素對鋼的強韌性的影響強化固溶強化晶界強化第二相強化韌化固溶強化晶界強化第二相強化本節(jié)重點合金元素對鋼相變的影響及其原因？二次硬化及其原理2.2 合金鋼的編號

19、v 反映鋼的含碳量v 反映合金元素的種類及含量v 反映鋼的質(zhì)量v 反映鋼的用途v 反映鋼的冶煉方法v 反映專用鋼的類別g鍋爐用鋼R 容器用鋼G 滾動軸承用鋼鋼的分類-按用途分類結(jié)構(gòu)鋼 各種工程結(jié)構(gòu)、機器零件用鋼。 （一般為低、中碳鋼）工具鋼 制造各種加工工具用鋼。（多為高碳鋼） （刃具、模具、量具）特殊性能鋼 具有特殊的物理和化學(xué)性能的鋼 （不銹、耐磨、耐熱、電工用鋼） 按合金元素含量分 低合金鋼(wMe5% 或3.5%) 中合金鋼(3.5%或5% wMe10%) 高合金鋼(wMe10%) 按具體的合金元素分 加Mn, Mn鋼 加Cr, Cr鋼 加W、Mo, W、Mo鋼鋼的分類-按化學(xué)成分分類

20、 按平衡或退火態(tài)組織分類 亞共析、共析、過共析和萊氏體鋼 按正火組織分類珠光體、貝氏體、馬氏體、奧氏體（會受鋼材尺寸大小影響） 按固態(tài)下的金相組織分類鐵素體鋼： 固態(tài)下加熱、冷卻始終保持鐵素體組織奧氏體鋼： 復(fù)相鋼：半鐵素體或半奧氏體鋼的分類-按金相組織分類 滲碳鋼 調(diào)質(zhì)鋼 易切鋼 滾動軸承鋼鋼的分類-按工藝特點編號編號n數(shù)字元素數(shù)字元素數(shù)字?jǐn)?shù)字元素數(shù)字元素數(shù)字( (字母）字母）v 含碳量含碳量 兩位數(shù)字表示含碳量的兩位數(shù)字表示含碳量的萬分之幾（結(jié)構(gòu)鋼）萬分之幾（結(jié)構(gòu)鋼） 一位數(shù)字表示含碳量的一位數(shù)字表示含碳量的千分之幾（工具鋼）千分之幾（工具鋼） 未標(biāo)數(shù)字，含碳量未標(biāo)數(shù)字，含碳量1.01.0

21、v 元素數(shù)字元素數(shù)字 元素元素加入的合金元素，用加入的合金元素，用元素符號表示元素符號表示 數(shù)字表示該元素的含量數(shù)字表示該元素的含量含量含量1.51.5，不標(biāo)出，不標(biāo)出含量含量1.51.5 2.52.5 ，用用“2”2”表示表示編號編號n 數(shù)字元素數(shù)字元素數(shù)字?jǐn)?shù)字元素數(shù)字元素數(shù)字 ( (字母）字母）舉例：舉例： 20CrMnTi 20CrMnTi 、 5CrNiMo5CrNiMo、 CrWMnCrWMn、 9Mn2V9Mn2V、 T10AT10A、16MnR16MnR16MnR鋼是屈服強度為鋼是屈服強度為340MPa級的級的壓力容器專用板壓力容器專用板T10A 高級碳素工具鋼高級碳素工具鋼,

22、含硫量含硫量=0.02%,含磷量含磷量=0.03% 結(jié)構(gòu)鋼與工具鋼的區(qū)別結(jié)構(gòu)鋼與工具鋼的區(qū)別 Y12: C=0.08-0.16Y40Mn: C=0.37-0.45, Mn=1.20-1.55 GCr6: Cr0.6%, GCr9SiMn:Cr0.9%,Si、Mn64HRC 不銹鋼（不銹鋼（Cr13%Cr13%）和耐熱鋼）和耐熱鋼 鋼號前面的數(shù)字表示含碳量的千分之幾，如鋼號前面的數(shù)字表示含碳量的千分之幾，如9Cr189Cr18和和0Cr18Ni90Cr18Ni9 V V、TiTi、AlAl、B B、ReRe含量很低，由于起的作用很大，在鋼號中含量很低，由于起的作用很大，在鋼號中標(biāo)出標(biāo)出 鑄鋼鑄鋼

23、 ZG200ZG200400400 表示其屈服點為表示其屈服點為200MPa,200MPa,其抗拉強度為其抗拉強度為400 MPa400 MPa W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2本節(jié)重點合金結(jié)構(gòu)鋼的命名方法及舉例滾動軸承鋼的命名方法及舉例合金工具鋼的命名方法及舉例不銹鋼的命名方法及舉例n 工程結(jié)構(gòu)用鋼n 機械制造結(jié)構(gòu)鋼（機械零件用鋼）v滲碳鋼v調(diào)質(zhì)鋼v彈簧鋼v滾動軸承鋼v其他機械制造結(jié)構(gòu)鋼2.3 結(jié)構(gòu)鋼n 用途用途： 專門用來制造各種工程結(jié)構(gòu)的鋼種，如制造橋梁、船體、油井或礦井架、鋼軌、高壓容器、管道、建筑鋼結(jié)構(gòu)等2.3.1 工程結(jié)構(gòu)用鋼v高強度高強度

24、 (在保證塑性和韌性的條件下，應(yīng)盡量提高其強度)v高韌性高韌性 (耐低溫韌性)v良好的工藝性能良好的工藝性能 （良好的焊接性能和冷成形性能良好的焊接性能和冷成形性能 ）v要求有較高的抗腐蝕能力要求有較高的抗腐蝕能力 ( (大氣、海水腐蝕）大氣、海水腐蝕）工程結(jié)構(gòu)用鋼的性能要求v 碳含量較低（wc0.20%） 少量的Cu、P抗腐蝕v 主加元素為Mn (合金元素含量較少wMe3%）元素Mn的主要作用是固溶強化降低奧氏體晶粒的長大，獲得細(xì)小的鐵素體晶粒細(xì)晶強化冷卻時彌散析出沉淀強化v 輔加元素 Nb、Ti、V Re提高品質(zhì)（去處雜質(zhì)） 工程結(jié)構(gòu)用鋼的化學(xué)成分v 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 Q235-A(A3)、

25、 08F-標(biāo)F表示沸騰鋼，未標(biāo)為鎮(zhèn)靜鋼熱處理特點 熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需要進(jìn)行專門的熱處理 特殊需要時，如為了改善焊接接頭性能，可進(jìn)行一次正火處理屈服點從300650MPa分為六級v 低合金結(jié)構(gòu)鋼(高強度低合金結(jié)構(gòu)鋼） 16Mn建筑結(jié)構(gòu)、鋼筋等 16MnV、16MnTi 中等強度級、廣泛用于制造別橋梁、鍋爐、船舶、容器等強化手段為：固溶強化、細(xì)晶強化和沉淀強化常用鋼種、牌號與用途按使用狀態(tài)的組織特點分類類別使用狀態(tài)屈服強度MPa抗拉強度MPa碳含量鐵素體珠光體鋼熱軋態(tài)1964413146870.25%低碳貝氏體鋼熱軋或正火態(tài)41288354011280.2%低碳馬氏體淬火回火態(tài)4418836

26、4711280.2%n 發(fā)展趨勢（1）通過合金化和熱處理改變基體組織以提高強度 加入較多種的合金元素，如Cr、Mn、Mo、Ni、Si、B等。通過淬火和高溫回火，使鋼獲得低碳索氏體組織，得到良好的綜合力學(xué)性能和焊接性能。（2）超低碳化 充分保證韌性和焊接性能（3）控制軋制 細(xì)化晶粒與合理軋制工藝結(jié)合起來，實行控制軋制。（4）發(fā)展專用鋼 例如低溫用鋼，耐海水、大氣腐蝕用鋼，鋼軌用鋼等。 例如：例如：汽車變速箱的齒輪汽車變速箱的齒輪飛機發(fā)動機的主軸飛機發(fā)動機的主軸內(nèi)燃機的凸輪軸內(nèi)燃機的凸輪軸專門用來制造機器零件鋼，如齒輪、大型軸類等表硬內(nèi)韌的零件n 工作條件及性能要求v 表面耐磨（要求表面高的硬度)

27、v 承受交變的載荷（要求高的彎曲疲勞強度）v 承受大的沖擊載荷（要求心部良好的韌性）v 良好的熱處理性能2.3.2 滲碳鋼 碳含量較低（0.10% wc0.20%） 主加元素Mn2%、Cr2%、Ni4%、B0.005%、Si0.40%、Mo0.30% 主要作用是固溶強化、提高淬透性 輔加元素V、Ti、W、Mo細(xì)化晶粒；形成碳化物增加滲碳層硬度，提高耐磨性n 熱處理特點 滲碳后 淬火 + 低溫回火 表面： 高碳回火馬氏體+合金滲碳體+少量殘余奧氏體 心部組織n 化學(xué)成分特點n 鋼種、牌號與用途 中淬透性滲碳鋼 20CrMnTi、12CrNi3 高淬透性滲碳鋼 12Cr2Ni4、18Cr2Ni4W

28、A 低淬透性滲碳鋼 20、20Mn2、20Crn 工作條件、失效形式及性能要求調(diào)質(zhì)鋼主要是采用調(diào)質(zhì)處理得到回火索氏體組織，綜合力學(xué)性能好，用來做軸、桿類零件例如：汽車發(fā)動機的曲軸車床的主軸 承受交變的扭轉(zhuǎn)、彎曲載荷所引起的疲勞破壞 承受沖擊、振動 硬度低、耐磨性差而造成的花鍵等局部磨損軸類零件的性能要求 高強度（尤其是高的疲勞強度） 良好的塑韌性 高硬度，高耐磨性2.3.3 調(diào)質(zhì)鋼n 化學(xué)成分特點n 熱處理特點 淬火（油淬）+高溫回火 碳含量為wc 0.25%0.5% 主加元素為Mn、 Si 、 Cr 、Ni 合金元素的主要作用是提高淬透性，強化基體 輔加元素為V、Mo、W、Ti 提高鋼的回火

29、穩(wěn)定性 細(xì)化奧氏體晶粒（V、Ti） 降低第二類回火脆性傾向（Mo、W）n 鋼種、牌號與用途低淬透性調(diào)質(zhì)鋼 一般尺寸的零件，如45、40MnB、40MnVB 、40Cr中淬透性調(diào)質(zhì)鋼 制造截面較大的零件，例如曲軸、連桿等，典型牌號有35CrMo高淬透性調(diào)質(zhì)鋼 制造大截面、重載荷的零件，如汽輪機主軸、葉輪、航空發(fā)動機軸等，典型牌號有40CrNiMon 工作條件、失效方式及性能要求專門用來制造彈簧類的零件用鋼，如汽車板簧、螺旋彈簧等失效方式 高的彈性極限與屈服點（高的屈強比） 高的疲勞極限 足夠的沖擊韌性和塑性 淬透性 彈性極限較低引起彈簧的過量變形或永久變形而失去彈性 彎曲疲勞或扭轉(zhuǎn)疲勞破壞性能要

30、求2.3.4 彈簧鋼n 化學(xué)成分特點 wc 為0.6%0.9%，合金彈簧鋼的wc為0.45%0.7% 提高回火穩(wěn)定性 細(xì)化晶粒、防止脫碳 提高淬透性 提高彈性極限（Si、Mn） 提高回火穩(wěn)定性（Cr、Si） 主加元素為Mn、Si、Cr 輔加元素為Mo、 W 、V、Nb n 熱處理特點按加工工藝不同，分為冷成形彈簧和熱成形彈簧 大型彈簧或復(fù)雜形狀的彈簧，采用熱成形 淬火+中溫回火（450550） 油淬回火彈簧鋼絲 n 鋼種、牌號與用途 硬拉彈簧鋼絲冷拔鋼絲冷繞成彈簧淬火+中溫回火冷拔淬火+回火冷繞成彈簧去應(yīng)力退火 優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼，例如：60、70 含Cr、V、W等元素的彈簧鋼 可制作在35040

31、0下承受重載的較大型彈簧，例如閥門彈簧、汽車彈簧等。典型鋼種是50CrVA。 以Si、Mn元素合金化的彈簧鋼 淬透性顯著優(yōu)于碳素彈簧鋼，例如：65Mn、60Si2Mn。 小尺寸的彈簧 鉛浴等溫淬火冷拉彈簧鋼絲鉛浴等溫淬火經(jīng)冷拔繞卷成形去應(yīng)力退火n 典型零件的工作條件、失效方式和性能要求n 用途 用來制造各種滾動軸承等滾動體用鋼，如滾珠、滾針等失效方式 接觸疲勞破壞產(chǎn)生的麻點或剝落 長期摩擦造成磨損而喪失精度 處于潤滑環(huán)境下而帶來的銹蝕性能要求具有高的接觸疲勞強度高硬度、高耐磨性良好的耐蝕性2.3.5 滾動軸承鋼n 化學(xué)成分特點 碳含量為wc 0.95%1.10%提高淬透性、耐蝕性形成均勻的碳化

32、物、增加硬度，提高耐磨性以保證高硬度、高耐磨性和高強度 主加元素為Cr 輔加元素為Si、Mn、V、Mo Mn、Si，提高強度、進(jìn)一步提高淬透性 V、Mo細(xì)化晶粒，形成碳化物進(jìn)一步增加硬度、提高耐磨性n 熱處理特點n 鋼種、牌號與用途最終熱處理組織 鉻軸承鋼 GCr15 無鉻軸承鋼 GSiMnMoV、GSiMnMoVRE淬火（820840）+ 低溫回火（150160）回火M + 細(xì)小均勻分布的碳化物 + 少量A軸承、冷作模具、冷軋輥、粉末冶金模具、機床絲桿、其他耐磨零件 機器零件用鋼用來制造各種機器結(jié)構(gòu)中的軸類、齒輪、連桿、彈簧、緊固件等鋼種，包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及滾動軸承鋼等。它們大都是

33、用優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼制造，都要經(jīng)過熱處理后使用，按照熱處理分為： 1）一般供應(yīng)或正火狀態(tài)下使用的鋼種碳鋼和碳素易切削鋼。 2）淬火加回火狀態(tài)下使用，按照回火溫度分為： 高溫回火調(diào)質(zhì)鋼 中溫回火彈簧鋼 低溫回火滾動軸承鋼和超高強度鋼 3）化學(xué)熱處理后使用：滲碳鋼、滲氮鋼 4）高頻淬火用鋼高、中頻感應(yīng)加熱淬火后低溫回火使用。 2.4 工具鋼工具鋼是用來制造刃具、模具和量具的鋼。n 按用途分類 碳素工具 低合金工具鋼 高合金工具鋼 刃具鋼 模具鋼 量具鋼 n 按化學(xué)成分分類n 典型刃具的工作條件、失效方式及性能要求刃具鋼的性能要求高硬度和高的耐磨性高的切斷抗力高的熱硬性 足夠的塑性和韌性n 化學(xué)

34、成分特點 含碳量wc 0.65%1.35%保證淬火后有足夠高的硬度2.4.1 刃具鋼 合金元素為Cr、Mn、Si、W、V 提高硬度和耐磨性 提高回火穩(wěn)定性 細(xì)化晶粒、降低過熱敏感性 提高淬透性熱處理特點預(yù)備熱處理：球化退火目的是降低硬度，改善切削加工性，為后面淬火做組織準(zhǔn)備最終熱處理：淬火+低溫回火組織：回火馬氏體+粒狀滲碳體+少量殘余奧氏體鋼種、牌號與用途 T7、T8、T9、T10、T11、T12淬火溫度為780 （不完全淬火），回火溫度為180組織為回火馬氏體+粒狀滲碳體+少量殘余奧氏體HRC60，耐磨性好。但淬透性低、熱硬性差，工作溫度不超過200 ，切削速度受限制。 碳素工具鋼常用的刃

35、具鋼 低合金工具鋼鋼種、牌號與用途 含碳量為wc 0.9%1.1%，合金元素為Cr、Mn、Si、W、V合金元素總量17%, WC0.15%,單相的鐵素體鉻在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，生成致密的氧化膜，使鋼的耐蝕性大大提高Ni當(dāng)8Wcr18%時，獲得單相奧氏體 具體合金化原則 化學(xué)成分特點 wc為0.08%0.95%鈦、鈮：形成碳化物，避免晶界貧鉻，減輕鋼的晶間腐蝕傾向鉬、銅：可提高鋼在非氧化性酸中的耐蝕性錳、氮：取代部分鎳，以降低成本 輔加元素：n 常用不銹鋼 鐵素體型 Wc 0.15% , Wcr17% ,具有較好的塑性，強度不高，對硝酸、磷酸有較高的耐蝕性。 鉻不銹鋼鐵素體型Wc 0.15%

36、, Wcr17% ,具有較好的塑性，強度不高，對硝酸、磷酸有較高的耐蝕性。 馬氏體型 Wc 為0.1%0.4%的Cr13型 熱處理方式： 1Cr13、2Cr13 :淬火+高溫回火，作為結(jié)構(gòu)件使用； 3Cr13、4Cr13、9Cr18 :淬火+低溫回火，具有高硬度、高耐磨性 常用不銹鋼（鉻不銹鋼 和 鉻鎳不銹鋼）奧氏體型wc 0.1%，Wcr18%， WNi8%熱處理方式 固溶處理（850950加熱，水冷），得單相奧氏體組織 穩(wěn)定化退火（ 850950加熱，空冷），避免晶間腐蝕耐蝕性很好，優(yōu)良的塑性、韌性和焊接性，缺點是強度低。鉻鎳不銹鋼316L不銹鋼1、概要添加Mo(23%) ,優(yōu)秀的耐點蝕性

37、，高溫 蠕變 強度優(yōu)秀。2、特點1）冷軋產(chǎn)品外觀光澤度好，漂亮； 2）由于添加Mo，耐腐蝕性能，特別是耐點蝕性能優(yōu)秀； 3 ) 高溫強度優(yōu)秀; 4）優(yōu)秀的加工硬化性（加工后弱磁性） 5）固溶狀態(tài)無磁性； 6）相對304不銹鋼，價格較高。3、適用范圍 管道用, 熱交換器, 食品工業(yè),化工工業(yè)等。4、化學(xué)成分%C0.03Si1.00Mn2.00P0.035 S0.03Ni:12.0-15.0Cr:16.0-18.0 Mo:2.0-3.05、熱處理 熔 點：13751450；固溶處理：10101150。7、使用狀態(tài)1）退火固溶狀態(tài)：奧氏體馬氏體沉淀硬化型 wc 為0.04%0.13%，含Wcr15%

38、17%,含WNi4%8%。超低碳的目的是為了保證高的耐蝕性。Al、Mo、Ti、Nb的加入，產(chǎn)生沉淀硬化。Cr、Ni及其它元素的配合為獲得鋼的Ms點在室溫至-78之間。熱處理方式為固溶處理（9501050）得到奧氏體，再經(jīng)冷處理、塑性變形或調(diào)整處理（750加熱，空冷或950加熱，空冷），再經(jīng)時效處理（400500），析出金屬間化合物沉淀強化。 碳的變化范圍很大，一方面從耐蝕性的角度來看，碳含量越低越好。因為碳會與鉻形成碳化物Cr23C6，沿晶界析出，使晶界周圍基體嚴(yán)重貧鉻，造成沿晶界發(fā)展的晶間腐蝕。大多數(shù)的不銹鋼的wc為0.1%0.2%。另一方面從力學(xué)性能的角度來看，碳含量越高，鋼的強度、硬度、耐磨性會相應(yīng)地提高。同時要相應(yīng)提高鉻含量，以保證形成碳化物后基體含鉻量仍Wcr12%。 n 提高鋼的抗氧化性和熱強性的途徑n 耐熱鋼的工作條件、失效方式和性能要求 在