第六章鐵素體

1、 6.1合金元素對剛的組織和性能的影響合金元素對剛的組織和性能的影響 6.1.1合金元素對鋼中基本相的影響合金元素對鋼中基本相的影響 1.形成合金鐵素體形成合金鐵素體 大多數(shù)合金元素都能溶于鐵素體，形成合大多數(shù)合金元素都能溶于鐵素體，形成合 金鐵素體。金鐵素體。v2.形成碳化物形成碳化物 （1）合金滲碳體。弱碳化物形成元素，熔點較低）合金滲碳體。弱碳化物形成元素，熔點較低，硬度較低，穩(wěn)定性較差。中強碳化物形成元素，硬度較低，穩(wěn)定性較差。中強碳化物形成元素，熔點、硬度、穩(wěn)定性比較高。，熔點、硬度、穩(wěn)定性比較高。 （2）特殊碳化物。強碳化物形成元素，優(yōu)先形成）特殊碳化物。強碳化物形成元素，優(yōu)先形成

2、碳化物，穩(wěn)定性高，不易分解，熔點硬度耐磨性碳化物，穩(wěn)定性高，不易分解，熔點硬度耐磨性最高。最高。v6.1.2合金元素對剛熱處理和力學(xué)性能影響合金元素對剛熱處理和力學(xué)性能影響 1.減緩奧氏體化過程減緩奧氏體化過程 與碳鋼基本相同，包括形核與長大，碳化物溶與碳鋼基本相同，包括形核與長大，碳化物溶 解及奧氏體均勻化。解及奧氏體均勻化。 2.細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒 幾乎所有元素都有抑制鋼在加熱時奧氏體晶粒長大的作幾乎所有元素都有抑制鋼在加熱時奧氏體晶粒長大的作用。用。 強碳化物形成的元素使得到的晶粒更細(xì)。強碳化物形成的元素使得到的晶粒更細(xì)。 3.提高鋼的淬透性提高鋼的淬透性 大多數(shù)合金元素溶于奧氏體后，均可

3、增加過冷奧氏體大多數(shù)合金元素溶于奧氏體后，均可增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，減小淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。的穩(wěn)定性，減小淬火臨界冷卻速度，提高鋼的淬透性。 單一合金元素的淬透性沒有多種合金元素效果顯著。單一合金元素的淬透性沒有多種合金元素效果顯著。 4.提高鋼的回火穩(wěn)定性提高鋼的回火穩(wěn)定性 合金鋼在回火過程中，由于合金元素的阻礙作用，使合金鋼在回火過程中，由于合金元素的阻礙作用，使馬氏體不易分解，碳化物不易析出，析出后也難聚集長大馬氏體不易分解，碳化物不易析出，析出后也難聚集長大，從而提高了鋼的回火穩(wěn)定性。，從而提高了鋼的回火穩(wěn)定性。 高的回火穩(wěn)定性使鋼在高溫度下，仍能保持高硬度和高的回火穩(wěn)

4、定性使鋼在高溫度下，仍能保持高硬度和高耐磨性，這種能力稱為紅硬性。高耐磨性，這種能力稱為紅硬性。6.2 合金鋼的分類和牌號合金鋼的分類和牌號3.2.1 合金鋼的分類合金鋼的分類 按用途分類按用途分類特殊性能鋼：具有某種特殊性能的合金鋼，如不銹鋼、特殊性能鋼：具有某種特殊性能的合金鋼，如不銹鋼、耐磨鋼、磁鋼等。耐磨鋼、磁鋼等。合金工具鋼：用于知道各種工具的合金鋼，如刃具鋼、合金工具鋼：用于知道各種工具的合金鋼，如刃具鋼、模具鋼、量具鋼等。模具鋼、量具鋼等。合金結(jié)構(gòu)鋼：用于制造機械零件和工程構(gòu)建的合金鋼，合金結(jié)構(gòu)鋼：用于制造機械零件和工程構(gòu)建的合金鋼，如調(diào)質(zhì)鋼、滲透鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。如調(diào)質(zhì)鋼、

5、滲透鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。按合金元素按合金元素總含量分類總含量分類低合金鋼：合金元素總含量低合金鋼：合金元素總含量5的合金鋼的合金鋼中合金鋼：合金元素總含量中合金鋼：合金元素總含量5-10的合金的合金 鋼鋼高合金鋼：合金元素總含量高合金鋼：合金元素總含量10的合金鋼的合金鋼6.2.2合金鋼的牌號 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類及編號1、分類： 主要包括：普通低合金鋼、易切削鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼等。2、編號：數(shù)字+化學(xué)元素符號+數(shù)字 所加合金元素 合金元素的百分之幾 C含量的萬分之幾 高級優(yōu)質(zhì)鋼后加“A”/“高”；表明用途時前面附加字母， 如GCr15。 合金工具鋼合金工

6、具鋼含碳量含碳量+合金元素符號合金元素符號+該元素百分含量該元素百分含量當(dāng)含碳量小于當(dāng)含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含時，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如碳量的千分之幾，如8MnSi.當(dāng)含碳量大于當(dāng)含碳量大于1.00%時，不標(biāo)含碳量。時，不標(biāo)含碳量。高速鋼不標(biāo)含碳量，如高速鋼不標(biāo)含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含含0.85%C). 含鉻量小于含鉻量小于1%時，在含鉻量時，在含鉻量(以千分之一以千分之一為單位為單位)前加數(shù)字前加數(shù)字“0”，如，如Cr06。特殊性能鋼的牌號特殊性能鋼的牌號 特殊性能鋼的牌號表示方法與合金工特殊性能鋼的牌

7、號表示方法與合金工具鋼的表示方法基本相同具鋼的表示方法基本相同滾動軸承鋼的牌號滾動軸承鋼的牌號G+Cr+鉻含量鉻含量(不標(biāo)含碳量不標(biāo)含碳量)“G”表示表示“滾動軸承鋼滾動軸承鋼”。 鉻含量以千分之一為單位鉻含量以千分之一為單位.如如“GCr15”的平均含鉻量為的平均含鉻量為1.5%。滲碳軸承鋼牌號的表示方法與合金滲碳軸承鋼牌號的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同，僅在牌號頭部加結(jié)構(gòu)鋼相同，僅在牌號頭部加字母字母“G”，如，如“G20CrNiMo”。 圓柱滾圓柱滾子軸承子軸承自動調(diào)自動調(diào)心球軸承心球軸承6.3合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼6.3.1低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼成分特點成分特點 低合金結(jié)構(gòu)鋼是碳素結(jié)構(gòu)鋼的

8、基礎(chǔ)上，加入少量合金元低合金結(jié)構(gòu)鋼是碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入少量合金元素而制成的工具鋼，具有良好的塑性和韌性；與碳素結(jié)構(gòu)素而制成的工具鋼，具有良好的塑性和韌性；與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比其強度、耐腐蝕性淬透型都得到了提高鋼相比其強度、耐腐蝕性淬透型都得到了提高性能及用途性能及用途 這類鋼的強度顯著高于同等含碳量的碳素結(jié)構(gòu)鋼，同時這類鋼的強度顯著高于同等含碳量的碳素結(jié)構(gòu)鋼，同時具有與良好的蘇醒、韌性、耐腐蝕性和焊接性。廣泛用于具有與良好的蘇醒、韌性、耐腐蝕性和焊接性。廣泛用于制造橋梁建筑、船舶車輛、起重運輸機和高壓容器等。制造橋梁建筑、船舶車輛、起重運輸機和高壓容器等。熱處理特點熱處理特點 低合金結(jié)構(gòu)鋼在

9、多熱軋、正火狀態(tài)下使用，組織為鐵素低合金結(jié)構(gòu)鋼在多熱軋、正火狀態(tài)下使用，組織為鐵素體體+珠光體，也有在淬火成低碳馬氏體?；驘彳埧绽浜螳@珠光體，也有在淬火成低碳馬氏體?；驘彳埧绽浜螳@得貝氏體組織狀態(tài)下使用。得貝氏體組織狀態(tài)下使用。鋼種及牌號鋼種及牌號 6.3.2機械制造鋼機械制造鋼 機械制造用鋼通常是優(yōu)質(zhì)或者高級優(yōu)質(zhì)的合金機械制造用鋼通常是優(yōu)質(zhì)或者高級優(yōu)質(zhì)的合金結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造各種機械零件，通常在熱結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造各種機械零件，通常在熱處理后使用。機械制造用鋼按用途和熱處理特點處理后使用。機械制造用鋼按用途和熱處理特點分為合金滲透剛、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼和滾分為合金滲透剛、合金調(diào)質(zhì)鋼、

10、合金彈簧鋼和滾動軸承鋼等幾種。動軸承鋼等幾種。v 制造滲碳零件的鋼種。 v 1、性能要求v 表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強度，即表硬里韌。 v 良好的熱處理性能,如淬透性和滲碳能力。三、滲碳鋼三、滲碳鋼滲碳爐滲碳爐v2、成分特點v 低碳：0.10.25%Cv 合金元素作用： 加入鉻，錳，鎳，硅，硼等可以提高淬透性滲碳件滲碳件高精密獨高精密獨立導(dǎo)柱立導(dǎo)柱調(diào)質(zhì)件（螺桿）調(diào)質(zhì)件（螺桿）v 調(diào)質(zhì)后使用的合金結(jié)構(gòu)鋼。 v 1、性能要求v 良好的綜合力學(xué)性能.v 良好的淬透性。四、調(diào)質(zhì)鋼四、調(diào)質(zhì)鋼v 2、成分特點v （1）中碳；含碳量在0.25%v 到0.5%之間。以C=0.40%居多v

11、 （2）加入某些金屬元素可以增v 加鋼的淬透性，同時具有v 良好的塑性和韌性。調(diào)質(zhì)件（冷卻輪）調(diào)質(zhì)件（冷卻輪）破碎機主軸破碎機主軸柴油機凸輪軸柴油機凸輪軸v 3、常用鋼號及用途v 低淬透性鋼：用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等。v 中淬透性鋼：用于制造大中型零件。v高淬透性鋼：用于制造大截面重載荷零件，如曲軸等。 單缸汽車曲軸單缸汽車曲軸v制造彈簧或類似性能零件的鋼種。v1、性能要求v彈簧是利用彈性變形儲存能量或緩和沖擊的零件。五、彈簧鋼五、彈簧鋼v2、成分特點v 中高碳：v碳素彈簧鋼為0.60.9%Cv合金彈簧鋼為0.450.7%C 汽車彈簧汽車彈簧v 3、熱處理及組織特點v 冷成型彈簧：冷拔

12、冷成型定型處理。用于10mm彈簧。 v 熱成型彈簧： 熱成型淬火+中溫回火。用于10mm彈簧汽車板簧淬火線汽車板簧淬火線冷卷螺旋壓縮彈簧冷卷螺旋壓縮彈簧（1）高而均勻的硬度和耐磨性。 （2）足夠的韌性、淬透性和耐蝕性.l用于制造軸承套和滾動體的專用于制造軸承套和滾動體的專用鋼種。用鋼種。l1、性能要求、性能要求l軸承工作時軸承工作時, 承受接觸應(yīng)力承受接觸應(yīng)力(達(dá)達(dá)30003500MPa)、周期性交變、周期性交變圓柱滾圓柱滾子軸承子軸承自動調(diào)自動調(diào)心球軸承心球軸承v 2、成分特點v 高碳：0.95%1.15%C v 合金元素：以Cr為主,加入Mn、Si可以提高淬透性。還可以提高鋼的硬度耐磨性等

13、推力球軸承推力球軸承滾針滾針軸承軸承v 6.4 合金工具鋼合金工具鋼v合金工具鋼的用途合金工具鋼的用途 1:刃具鋼刃具鋼v 2:模具鋼模具鋼v 3:量具鋼量具鋼 v6.4.1 合金刃具鋼合金刃具鋼v 合金刃具鋼主要用于制合金刃具鋼主要用于制造車刀，銑刀，拉刀，鉆頭等造車刀，銑刀，拉刀，鉆頭等各種金屬切削刀具。各種金屬切削刀具。v 合金工具鋼的性能要求：合金工具鋼的性能要求：v 1,高硬度：主要取決于含碳量高硬度：主要取決于含碳量v 2,高耐磨性：靠高硬度和析出細(xì)高耐磨性：靠高硬度和析出細(xì)小均勻硬碳化物來達(dá)到。小均勻硬碳化物來達(dá)到。 v 3，高熱硬性：即高溫下保持高硬，高熱硬性：即高溫下保持高硬

14、度的能力。度的能力。v 4，足夠的韌性：以防止脆斷和崩，足夠的韌性：以防止脆斷和崩刃。刃。v（二） 低合金刃具鋼v由碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素(35)形成.v 1、成分特點：v 高碳：0.751.5%Cv 合金元素作用v 提高淬透性: Cr、Mn、Siv 提高耐回火性：Siv 提高耐磨性、細(xì)化晶粒: W、Vv（三）高速鋼（俗稱風(fēng)鋼） v制造高速切削刃具用鋼。v1、性能特點: 高熱硬性(600)、高淬透性 v2、成分特點v 高碳: 0.701.5%C v 合金元素作用 提高熱硬性、耐磨性: W、Mo、V v 提高淬透性：Crv提高熱硬性，耐磨性：W，Mo，V汽車沖壓模具汽車沖壓模具v 用以

15、制造冷熱模具的鋼種。 v 冷作模具鋼v 制造金屬冷成型模具鋼種。v 1、性能要求v 高硬度和耐磨性。 v 足夠的強度和韌性。v 良好的工藝性能（淬透性、切削加工性等）6.4.2、模具鋼、模具鋼v 2、常用鋼種v 小尺寸、形狀簡單、受力不大的模具, 可用碳素工具鋼和低合金工具鋼制造。v 截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具鋼制造。l 成分特點成分特點: 高碳高碳(1.42.3%C); 高鉻高鉻(11.513%Cr)l合金元素作用：合金元素作用： Cr 提高淬透性；提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，細(xì)化晶粒。提高耐磨性，細(xì)化晶粒。 Cr12鋼鋼v 熱作模具鋼v 制造使加熱金屬或液態(tài)金屬成型模

16、具鋼種.v 1、性能要求v 高溫下良好的綜合力學(xué)性能。v 抗熱疲勞性能。 v 高的淬透性和良好的導(dǎo)熱性。熱模鍛曲軸毛坯熱模鍛曲軸毛坯熱鐓模熱鐓模凸緣模凸緣模v 2、常用鋼種v 熱鍛模鋼v 5CrNiMo、5CrMnMov 前者用于大型熱鍛模，后者用于中小型熱鍛模。v 熱作模具鋼的制造工藝路線熱作模具鋼的制造工藝路線v 毛坯鍛造毛坯鍛造退火退火機械粗加工機械粗加工精加工成形精加工成形淬火、高溫回淬火、高溫回火火鉗工整修、拋光鉗工整修、拋光模具裝模具裝配配試模試模v 制造各種量具用鋼。如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。三、量具用鋼三、量具用鋼卡尺卡尺塞規(guī)塞規(guī)千分尺千分尺v 1、性能要求v 量具在使用過

17、程中與被測零件接觸，承受摩擦和沖擊。v 高硬度和耐磨性。v 高的尺寸穩(wěn)定性。v 足夠的韌性。漸開線花鍵漸開線花鍵環(huán)規(guī)、塞規(guī)環(huán)規(guī)、塞規(guī)矩形花鍵環(huán)規(guī)、矩形花鍵環(huán)規(guī)、塞規(guī)塞規(guī)光面量規(guī)光面量規(guī)v 2、成分特點v 量具用鋼的成分與低合金刃具鋼相同，即為高碳（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%1.5%）和加入提高淬透性的元素Cr、W、Mn等v GCr15的工藝路線：下料鍛造球化退火粗加工真空淬火冷處理低溫回火精加工人工時效入庫量塊量塊電子卡尺電子卡尺6.5特殊性能鋼特殊性能鋼在特殊工作條件下工作，具有特殊物理化學(xué)性能要在特殊工作條件下工作，具有特殊物理化學(xué)性能要求的機械零件鋼材求的機械零件鋼材特殊性能鋼種類很多，主要包

18、括：不銹鋼、耐熱鋼特殊性能鋼種類很多，主要包括：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。、耐磨鋼。大多不銹鋼的含碳量都較低，不銹鋼中的基本元素都大多不銹鋼的含碳量都較低，不銹鋼中的基本元素都是是鉻，只有當(dāng)鉻含量達(dá)到一定值（只有當(dāng)鉻含量達(dá)到一定值（13%）時，不）時，不銹鋼才具有良好的耐蝕性。銹鋼才具有良好的耐蝕性。v不銹鋼的分類及常用不銹鋼v不銹鋼分類：按金相組織分v*奧氏體型不銹鋼（奧氏體型不銹鋼（18-8型）型）v*馬氏體型不銹鋼（馬氏體型不銹鋼（Cr13）1)奧氏體型不銹鋼（18-8型）屬于鉻鎳不銹鋼屬于鉻鎳不銹鋼奧氏體不銹鋼成分的特點奧氏體不銹鋼成分的特點： *含碳小于含碳小于0.15% *含鉻含鉻1

19、8%，含鎳，含鎳9% *其他元素其他元素Mo、Nd、Ti等等 常用奧氏體不銹鋼常用奧氏體不銹鋼v 1Cr18Ni9Tiv 0Cr18Ni9v 00Cr18Ni9等奧氏體不銹鋼的性能特點：奧氏體不銹鋼的性能特點： v 耐蝕性好耐蝕性好v 單相奧氏體，單相奧氏體，v 塑性、可焊性好塑性、可焊性好v 有應(yīng)力腐蝕傾向，注意加工應(yīng)力有應(yīng)力腐蝕傾向，注意加工應(yīng)力 應(yīng)用：應(yīng)用： 應(yīng)用于強腐蝕介質(zhì)中工作的化應(yīng)用于強腐蝕介質(zhì)中工作的化工設(shè)備、抗磁儀表等。工設(shè)備、抗磁儀表等。 2)馬氏體型不銹鋼（Cr13）屬于鉻不銹鋼屬于鉻不銹鋼馬氏體不銹鋼成分特點：馬氏體不銹鋼成分特點：*含碳量含碳量0.11.2% *含鉻量含

20、鉻量1218% *其其它元素它元素Mo、V、Si、Cu等等鐵素體不銹鋼的成分特點：鐵素體不銹鋼的成分特點： v 含碳小于含碳小于0.12% v 含鉻含鉻1730% v 其它元素其它元素Mo、V、Ti等等常用鐵素體不銹鋼常用鐵素體不銹鋼v 1Cr17、1Cr17Tiv 00Cr30Mo2鐵素體不銹鋼的性能特點鐵素體不銹鋼的性能特點v 耐蝕性比馬氏體不銹鋼好耐蝕性比馬氏體不銹鋼好v 單相鐵素體，高溫抗氧化性好單相鐵素體，高溫抗氧化性好v 塑性、可焊性好塑性、可焊性好v 有金屬間化合物引起的高溫脆性有金屬間化合物引起的高溫脆性 應(yīng)用應(yīng)用 *受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)件和作受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)件和作為抗氧化鋼使

21、用。為抗氧化鋼使用。 如：家用不銹鋼廚具、餐具等如：家用不銹鋼廚具、餐具等v二二 耐熱鋼耐熱鋼 v 定義：在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和較高強度，能較好適應(yīng)高溫在高溫下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和較高強度，能較好適應(yīng)高溫條件的特殊性能鋼。（包括：抗氧化鋼和熱強鋼）條件的特殊性能鋼。（包括：抗氧化鋼和熱強鋼） v 1 抗氧化鋼（不起皮鋼）一般鋼鐵在較高溫度下（抗氧化鋼（不起皮鋼）一般鋼鐵在較高溫度下（560以上）表以上）表面容易氧化，主要是由于在高溫下生成松脆多孔的面容易氧化，主要是由于在高溫下生成松脆多孔的FeO，它較易剝落，它較易剝落，最終導(dǎo)致零件破壞。實際應(yīng)用的抗氧化鋼，大多數(shù)是在鉻鋼、鉻鎳，最終導(dǎo)致零件破壞。實際應(yīng)用的抗氧化鋼，大多數(shù)是在鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳氮鋼基礎(chǔ)上添加硅、鋁制成的。和不銹鋼一樣，含碳量增多鋼、鉻錳氮鋼基礎(chǔ)上添加硅、鋁制成的。和不銹鋼一樣，含碳量增多，會降低鋼的抗氧化性。故一般抗氧化鋼為，會降低鋼的抗氧化性。故一般抗氧化鋼為。v 2 熱強鋼熱強鋼 v 熱強鋼又分為馬氏體型熱強鋼和奧氏體熱強鋼兩種。熱強鋼又分為馬氏體型熱強鋼和奧氏體熱強鋼兩種。1Cr11Mov，1Cr12WMov，4Cr9Si2，4Cr14Ni14W2Mo等等。等等。v三三 耐磨鋼耐磨鋼 (ZGMn13)v 定義：耐磨鋼是指在強烈沖擊載荷作用下才能發(fā)生硬化的定義：耐磨鋼是指在強烈沖擊載荷作用下才