碳鋼合金鋼-調(diào)質(zhì)剛彈簧鋼軸承鋼

第六章工業(yè)用鋼1、鋼中常存雜質(zhì)對(duì)碳鋼性能的影響：鋼中常存雜質(zhì)有Mn、Si、S、P等；1.1Mn和Si的影響：Mn和Si是煉鋼中必須加入的脫氧劑；用于除去溶于鋼液中的氧，將FeO還原為Fe，形成MnO和SiO2；第一節(jié)碳鋼Mn可以用于除S，與鋼液中的S結(jié)合為MnS，減輕S的危害；在碳鋼中Mn的含量通常小于0.8%，Mn大部分溶于F中，形成置換固溶體，強(qiáng)化F，一部分則溶于Fe3C中，形成（Fe,Mn)3C；同時(shí)，Mn還能增加P的相對(duì)含量。這些都使鋼的強(qiáng)度增加；Si也溶于F之中，起強(qiáng)化作用，但含量較高時(shí)，會(huì)使塑韌性下降，所以含量一般為小于0.5%。1.2S的影響：S是有害雜質(zhì)，是煉鋼時(shí)由礦石、燃料帶到鋼中的，它的最大危害是在熱加工時(shí)開(kāi)裂，即產(chǎn)生熱脆。

鋼中加入Mn可以一定程度上減少熱脆的發(fā)生。所以，為避免熱脆，鋼中的含硫量必須嚴(yán)格控制：普通碳鋼：含硫量≤0.055%

優(yōu)質(zhì)碳鋼：含硫量≤0.040%

高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳鋼：含硫量≤0.030%1.3P的影響：P也是有害雜質(zhì)，P可以完全溶入F中，使F的強(qiáng)度、硬度提高，但卻劇烈的降低鋼的塑韌性，從而時(shí)鋼變脆，這種現(xiàn)象叫做冷脆。所以，為避免冷脆，鋼中的含磷量必須嚴(yán)格控制：普通碳鋼：含硫量≤0.045%

優(yōu)質(zhì)碳鋼：含硫量≤0.040%

高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳鋼：含硫量≤0.035%2、碳鋼的分類和編號(hào)：2.1分類：按含碳量分：按鋼的質(zhì)量分：按用途分：碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼；低碳鋼：≤0.25％Ｃ；中碳鋼：0.25～0.6％Ｃ；高碳鋼：≥0.60％Ｃ普通碳素鋼：Ｓ≤0.055％、Ｐ≤0.045％；優(yōu)質(zhì)碳素鋼：Ｓ≤0.040％、Ｐ≤0.040％；高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：Ｓ≤0.030％、Ｐ≤0.035％；2.2、編號(hào)與用途：2.2.1普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：主要保證力學(xué)性能，采用國(guó)標(biāo)GB700－88；如表6－1所示。例如：Ｑ195；2.2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：既保證力學(xué)性能又保證化學(xué)成分，采用GB699-99，如表6－2所示；表6－3為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能。兩位數(shù)字（含碳萬(wàn)分之幾）+合金元素+專門用途標(biāo)記例如：45鋼：以0.01％Ｃ為單位；20g2.3碳素工具鋼：采用GB3278-2001；碳（T）+數(shù)字（含碳量的千分之幾）+合金元素（Mn）+A（表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)）例如：Ｔ10：以0.1％Ｃ為單位；如表6－4所示。

合金鋼的分類（按用途分類）

合金結(jié)構(gòu)鋼——低合金結(jié)構(gòu)鋼、滲C鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、易切削鋼等。合金工具鋼——刃具、模具、量具鋼。特殊性能鋼——不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。第二節(jié)合金鋼一、合金鋼的分類與編號(hào)2.合金鋼的編號(hào)：合金鋼編號(hào)的一般形式：字母+數(shù)字+化學(xué)元素符號(hào)+數(shù)字+字母①G-滾Y-易②含碳量合金結(jié)構(gòu)鋼兩位數(shù)字（含碳量萬(wàn)分之幾）例如：20MnVBA、36Mn2Si、40CrNiMo等。滾動(dòng)軸承鋼滾或G+Cr+數(shù)字（Cr含量的千分之幾）,例如：GCr15合金工具鋼一位數(shù)字含碳量≥1.0%時(shí)不標(biāo)，＜1.0%時(shí)用千分之幾表示,例如CrMn、9Mn2V等。高速鋼中不標(biāo)含碳量，如W18Cr4v，W6Mo5Cr4V2等。③主要合金元素種類和名義百分含量＜1.5%略1.5~2.5%標(biāo)22.5~3.5%標(biāo)3④鋼的冶金質(zhì)量A-高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼E-特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼2.合金工具鋼含碳量+元素+數(shù)字，含碳量≥1.0%時(shí)不標(biāo)，＜1.0%時(shí)用千分之幾表示,例如CrMn、9Mn2V等。高速鋼中不標(biāo)含碳量，如W18Cr4v，W6Mo5Cr4V2等。結(jié)構(gòu)鋼——如60Si2Mn，w(C)=0.6%，w(Si)=2%，w(Mn)＜1.5%

工具鋼、特殊性能鋼——如9SiCr，w(C)=0.9%，w(Si)、w(Cr)均＜1.5%，而CrWMn中，w(C)＞1.0%專用鋼——如，滾動(dòng)軸承鋼GCr15，w(C)=1.0%，w(Cr)=1.5%

高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼——如，20Cr2Ni4A3.特殊性能鋼：不銹鋼與耐熱鋼數(shù)字+元素+數(shù)字第一個(gè)數(shù)字表示含碳量的千分之幾,第二個(gè)數(shù)字表示合金元素的百分之幾。起重要作用的微量元素也要標(biāo)出。例如：9Cr18，00Cr18Ni10（平均含碳量≤0.03%)，0Cr18(平均含碳量≤0.08%)等。ωMe：<5%低合金鋼；ωMe：5%~10%中合金鋼；ωMe：

>10%高合金鋼學(xué)習(xí)思路：用途→工作條件→性能要求→成分特點(diǎn)→熱處理特點(diǎn)→典型鋼種應(yīng)用1954年冬天，英國(guó)3萬(wàn)2千噸的"世界協(xié)和"號(hào)油船，在愛(ài)爾蘭寒風(fēng)凜冽的海面上航行，突然船體中部發(fā)生斷裂，船很快就沉沒(méi)了。后來(lái)，又發(fā)生了幾起類似的沉船事件。1938年3月14日清晨，比利時(shí)的哈什爾大鐵橋在嚴(yán)寒中突然一聲巨響，斷為3截跌入河中。1940年1月19日，比利時(shí)的另一座叫海倫爾斯的鋼鐵大橋也在零下14度的嚴(yán)寒中突然斷成兩截。這些鋼鐵設(shè)備的斷裂是由于溫度降低時(shí)鋼鐵收縮產(chǎn)生巨大的拉力，加上外界溫度太低，鋼鐵變脆，在巨大的拉力作用下就發(fā)生了斷裂。第二節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼“泰坦尼克號(hào)”（圖6-9）的沉沒(méi)大概也與有關(guān)。這種材料的變脆現(xiàn)象因?yàn)槭窃诘蜏叵庐a(chǎn)生的，所以稱之為"冷脆"。圖6-9泰坦尼克郵輪引入：對(duì)于圖中所示的輪船和鋼橋，為了避免發(fā)生上述的事故，從材料的性能和成分的角度應(yīng)如何考慮？合金結(jié)構(gòu)鋼：在工業(yè)上凡是用于制造各種機(jī)器零件和用于建筑工程結(jié)構(gòu)的鋼叫做合金結(jié)構(gòu)鋼；1、低合金結(jié)構(gòu)鋼：(一）性能要求：

高強(qiáng)度：一般屈服強(qiáng)度在300MPa以上。顯著高于相同含碳量的普通碳鋼，故又稱為低合金高強(qiáng)鋼（可以顯著的降低構(gòu)件的重量，節(jié)約鋼材）高韌性：（要求延伸率為15%～20%，室溫沖擊韌性大于600kJ/m2～800kJ/m2。對(duì)于大型焊接構(gòu)件，還要求有較高的斷裂韌性。）良好的焊接性與冷成型性能。低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。良好的耐蝕性。2.合金元素含合金量小于3%，

主加Mn，1.8%以內(nèi)(Cr、Ni)——固溶強(qiáng)化

輔加Ti、V、Nb、Mo、B——

細(xì)化晶粒，彌散強(qiáng)化，

細(xì)化鐵素體、珠光體晶粒，強(qiáng)化鐵素體，使強(qiáng)度、韌性改善;在鋼中形成微細(xì)碳化物，起到彌散強(qiáng)化的作用；同時(shí)，錳還使三次滲碳體難于在晶界析出，減少了晶界裂紋源，改善鋼的沖擊韌性。

少量Cu（≤0.4%）和P（0.1%左右）等，Cu、P：提高鋼對(duì)大氣的抗蝕能力；（二）成分及作用1.低碳：含碳量一般小于0.2%，保證好的韌性、焊接性和冷成形性，加入微量稀土元素可以脫硫去氣，凈化鋼材，并改善夾雜物的形態(tài)與分布，從而改善鋼的力學(xué)性能和工藝性能?？傊?，普通低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼合金化的思路是：低碳，以Mn為基礎(chǔ)，適當(dāng)加入Al、V、Ti、Nb、Cu、P及稀土等合金元素。表6-7低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的特性及用途牌號(hào)主要特性用途舉例GB/T1591-1994GB1591-88Q29509MnV、09MnNb09Mn212Mn鋼中只有極少量的合金元素強(qiáng)度不高，但有良好的塑性，冷彎，焊接及耐蝕性能主要適用于制造汽車、機(jī)車車輛，建筑結(jié)構(gòu)、橋梁、船舶、油罐、容器、冷變形鋼、低溫用鋼、沖壓件等。Q34512MnV、14MnNb、16Mn、16MnRE、18Nb鋼的強(qiáng)度較高，具有良好的綜合性能和焊接性能用于建筑結(jié)構(gòu)，橋梁、壓力容器、化工容器、重型機(jī)械、車輛、鍋爐等Q39015MnV、15MnTi、16MnNb鋼中加入V、Nb、Ti使晶粒細(xì)化，提高強(qiáng)度。具有良好的力學(xué)性能，工藝性能和焊接性能。適用于制造中高壓鍋爐，高壓容器、車輛、起重機(jī)械設(shè)備、汽車、大型焊接結(jié)構(gòu)等。Q42015MnVN、14MnVTiRE具有良好的綜合性能和焊接性能適用于制造大噸位船舶，高壓容器，橋梁、電站設(shè)備等Q460強(qiáng)度高，在正火、正火回火或淬火加回火的狀態(tài)下有很高的綜合力學(xué)性能適用于制造各種大型工程結(jié)構(gòu)及要求強(qiáng)度高，載荷大的輕型結(jié)構(gòu)中的部件1．低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)舊鋼號(hào)主要化學(xué)成分，%機(jī)械性能CMnSi，s

，MPab

，MPa5，%Q29509MnNb

12Mn0.160.80

~1.500.5529557023Q34516Mn

16MnRe0.18

~0.201.00

~1.600.5534563021~22Q39016MnNb

15MnTi0.201.00

~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe

15MnVN0.201.00

~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV

18MnMoNb0.201.00

~1.700.5546072017常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分、性能（厚度(直徑)16mm，AKV≥34J）含碳量都比較低一般規(guī)定δ>5%為塑性材料，δ<5%為脆性材料。2.牌號(hào):Q345345MPa屈服強(qiáng)度

（三）熱處理特點(diǎn)

通常在熱軋狀態(tài)或退火、正火狀態(tài)下使用

組織：鐵素體75~90%+珠光體10%~25%

不需最終熱處理

珠光體占10%~25%左右，鐵素體占75~90%。圖6-10基于CSP工藝Q345B鋼的組織Q460鋼含Mo、B，強(qiáng)度高，用于石化中溫高壓容器。南京長(zhǎng)江大橋Q345鋼(16Mn)綜合性能好，

用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。

Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的容器。萬(wàn)噸遠(yuǎn)洋輪應(yīng)用：工程結(jié)構(gòu)

——橋梁，船舶，車輛外殼、支架、鍋爐、壓力容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等

高壓容器-儲(chǔ)氣罐船舶車輛橋梁車輛容器Q420強(qiáng)度較高，且韌性、焊接性及低溫韌性也較好，被廣泛用于制造橋梁、鍋爐、船舶等大型結(jié)構(gòu)。

實(shí)例1：南京長(zhǎng)江大橋就是由Q345鋼所造的實(shí)例2：柳州雙擁大橋跨越柳江的主橋3跨連續(xù)鋼箱梁懸索橋。鋼箱梁采用單箱雙室全焊結(jié)構(gòu)，鋼箱梁全寬為38m，中心高為3.5m。鋼箱梁全長(zhǎng)分為53個(gè)吊裝節(jié)段，節(jié)段間在橋位吊裝就位采用全熔透對(duì)接焊縫焊接。鋼箱結(jié)構(gòu)采用Q345C鋼材。

小結(jié)

(1)低碳：韌性、焊接性和冷成形性能要求高，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)0.20%。(2)錳為主要的合金元素。固溶強(qiáng)化F，細(xì)化P，增加P的含量，提高鋼的強(qiáng)度。(3)鈮、鈦、釩：形成細(xì)碳化物或碳氮化合物，獲得細(xì)小鐵素體晶粒和提高鋼的強(qiáng)度和韌性。(4)少量銅（≤0.4%）和磷（0.1%左右），可提高抗腐蝕性能。一般在熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，不需要進(jìn)行專門的熱處理。使用狀態(tài)下的顯微組織一般為鐵素體+珠光體。2.微合金鋼一、背景

微合金化鋼是上世紀(jì)70年代在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一大類高強(qiáng)度低合金鋼。化學(xué)成分特點(diǎn)是低碳（＜0.1%），加入適量微合金化合金元素，如鈦、鈮、釩等；工藝特點(diǎn)是運(yùn)用控制軋制和控制冷卻生產(chǎn)工藝。通過(guò)化學(xué)成分和制備工藝的最佳配合達(dá)到了鐵素體型鋼的最佳強(qiáng)化效果，即細(xì)化晶粒強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化的最佳組合。

σs=450-525Mpatc≤-80℃二、微量合金元素鈦、鈮、釩等的作用

1.抑制奧氏體形變?cè)俳Y(jié)晶通過(guò)固溶、偏聚在奧氏體晶界、應(yīng)變誘導(dǎo)析出氮化物，阻止了奧氏體再結(jié)晶的晶界和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，從而抑制再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行。微合金化元素Nb、V、Ti延緩軋制時(shí)奧氏體再結(jié)晶能力的比較見(jiàn)圖6-12由強(qiáng)到弱的順序是鈮、鈦、釩圖6-12Nb、V、Ti對(duì)再結(jié)晶臨界溫度的影響2.阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大通過(guò)加入鈦和鈮形成TiN或Nb(C,N)，它們?cè)诟邷叵路浅７€(wěn)定，彌散分布對(duì)控制高溫下的晶粒長(zhǎng)大有強(qiáng)烈的抑制作用。微量鈮（W≤0.06%）形成的Nb(C,N)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大作用可達(dá)1150℃；微量鈦（W≤0.02%）以TiN從高溫固態(tài)鋼中析出，呈彌散分布，對(duì)阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大很有效。Nb、V、Ti對(duì)正火狀態(tài)的低合金鋼的晶粒度的影響見(jiàn)圖6-13Nb最有效，Ti次之，V則基本上不起細(xì)化晶粒的作用。圖6-13Nb、V、Ti對(duì)低合金高強(qiáng)度鋼正火態(tài)晶粒度的影響3.形成沉淀相促進(jìn)沉淀強(qiáng)化作用鈦和鈮的碳化物和氮化物有足夠低的固溶度和高的穩(wěn)定性。釩只有在氮化物中才這樣。一般微合金化鋼中的沉淀強(qiáng)化相主要是低溫下析出的Nb(C,N)和VC。當(dāng)W(Nb)≤0.04%時(shí)，其細(xì)化晶粒對(duì)屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于沉淀強(qiáng)化的作用；當(dāng)W(Nb)＞0.04%時(shí)，其沉淀強(qiáng)化作用對(duì)屈服強(qiáng)度的貢獻(xiàn)大于細(xì)化晶粒的作用。微合金化元素釩的沉淀強(qiáng)化對(duì)屈服強(qiáng)度的作用最大，而鈦的作用處于鈮和釩之間。4.改善鋼的顯微組織鈦、釩、鈮等合金碳化物和氮化物隨奧氏體化溫度的升高有一定的溶解量，溶于奧氏體的微合金化元素提高了過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，降低了發(fā)生先共析鐵素體和珠光體的溫度范圍，低溫下形成的先共析鐵素體和珠光體組織更細(xì)小，并使相間沉淀Nb(C,N)和V(C,N)的粒子更細(xì)小。三、控制軋制與控制冷卻

控制軋制是高溫形變熱處理的一種派生形式，其主要目的是細(xì)化晶粒組織，從而提高熱軋鋼的強(qiáng)韌性。控制軋制主要由三個(gè)階段組成：①高溫下的再結(jié)晶區(qū)變形；

②在緊靠Ar3以上的低溫?zé)o再結(jié)晶區(qū)變形；

③在奧氏體-鐵素體兩相區(qū)變形。圖2-6控制軋制三階段即每個(gè)階段變形及纖維組織第一階段：高溫下的再結(jié)晶區(qū)變形。粗大的奧氏體多次變形和再結(jié)晶而細(xì)化，但這時(shí)由A轉(zhuǎn)變的鐵素體仍然較粗大；第二階段：在緊靠Ar3以上的低溫?zé)o再結(jié)晶區(qū)變形。在伸長(zhǎng)而未再結(jié)晶的奧氏體內(nèi)形成變形帶，而且使鐵素體在變形帶以及晶界上形核，從而形成細(xì)小的鐵素體；第三階段：在奧氏體-鐵素體兩相區(qū)變形。此時(shí)鐵素體發(fā)生變形并形成亞結(jié)構(gòu)。變形之后的冷卻過(guò)程中，未再結(jié)晶的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S的鐵素體晶粒，同時(shí)變形的鐵素體產(chǎn)生亞結(jié)構(gòu)常規(guī)熱軋和控制軋制之間的基本差別在于：前者中，α只在γ晶界上形核，而在后者中，α形核發(fā)生在晶內(nèi)及晶界上，這就導(dǎo)致這兩者之間最后的α晶粒有很大的差別。目前控制軋制在冶金廠廣泛采用，用于生產(chǎn)鋼板、鋼帶和鋼棒。經(jīng)常采用的規(guī)范是“粗軋→待溫→終軋”工藝，即在高溫快速再結(jié)晶區(qū)內(nèi)軋幾道，待溫度降低一些再進(jìn)行終軋。待溫主要是保證終軋?jiān)跓o(wú)再結(jié)晶區(qū)和兩相區(qū)進(jìn)行。具有鐵素體-珠光體組織的低合金鋼和微合金化鋼其屈服強(qiáng)度的極限約為460MPa。若要求更高強(qiáng)度和韌性的配合，就需要考慮選擇其它類型組織的低合金鋼，如采用相變強(qiáng)化，因而發(fā)展了低碳貝氏體型、低碳索氏體型及低碳馬氏體型鋼。主要是適當(dāng)降低鋼的含碳量以改善韌性，由此造成的強(qiáng)度損失可由加入合金元素通過(guò)控制軋制和控制冷卻后形成低碳貝氏體或馬氏體的相變強(qiáng)化的方法得到補(bǔ)償。配合加入微合金化元素，如鈮以細(xì)化晶粒并進(jìn)一步提高韌性。2.3低碳貝氏體型鋼、針狀鐵素體型鋼及鐵素體-馬氏體雙相鋼一、低碳貝氏體型鋼低碳貝氏體鋼在軋制或正火后控制冷卻，直接得到低碳貝氏體組織，與相同碳含量的鐵素體--珠光體組織鋼相比具有更高的強(qiáng)度和良好的韌性。利用貝氏體相變強(qiáng)化，鋼的屈服強(qiáng)度可達(dá)到490MPa-780MPa。

1.低碳貝氏體鋼的化學(xué)成分:W(C)=0.10-0.20%，W(Mo)=0.30-0.60%，W((Mn)=0.60-1.60%，W(B)=0.001%-0.005%，W(V)=0.04-0.10%，W(Nb)或W(Ti)=0.010-0.06%，并經(jīng)常加W(Cr)=0.4-0.7%。主加合金元素是能顯著推遲先共析鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變，而對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較少的鉬和硼。對(duì)CCT圖的影響如圖6-16。

再加入錳、鉻、鎳等元素，進(jìn)一步推遲先共析鐵素體和珠光體轉(zhuǎn)變并使BS點(diǎn)下降，以獲得下貝氏體組織。

2.低碳貝氏體型鋼中的合金化

通過(guò)微合金化，充分發(fā)揮鈮、鈦、釩細(xì)化晶粒和沉淀強(qiáng)化的作用。我國(guó)已研制成功的低碳貝氏體型低合金高強(qiáng)度鋼的化學(xué)成分與性能如下表。3.典型低碳貝氏體型鋼:14MnMoV和14MnMoVBRE鋼是我國(guó)發(fā)展的典型的低碳貝氏體型鋼，其屈服強(qiáng)度為490MPa級(jí)。主要用于制造容器的板材和其它鋼結(jié)構(gòu)。板厚小于14mm時(shí)，在熱軋態(tài)即可得到貝氏體；板厚大于14mm時(shí)，需要正火處理。為了提高鋼的室溫和低溫韌性，改善焊接性，發(fā)展了超低碳貝氏體鋼，鋼的含碳量降低到W(C)=0.02%(C)，并加入W(Ti)=0.01%使之成為Mn-Mo-Nb-Ti-B超低碳貝氏體型鋼。通過(guò)控制軋制和控制冷卻可以得到高位錯(cuò)密度的細(xì)小貝氏體組織。這種鋼可在0℃以下的溫度環(huán)境中服役。3雙相鋼

1).雙相鋼的特征傳統(tǒng)的低合金高強(qiáng)度鋼對(duì)汽車壓力加工件來(lái)說(shuō)，沒(méi)有具備足夠的冷成形性，因而需要改善強(qiáng)度-成形性的綜合性能，以滿足汽車沖壓成型件的要求。雙相鋼的開(kāi)發(fā)，使這類問(wèn)題在一定程度上得到了解決。雙相鋼的開(kāi)發(fā)目標(biāo)是把顯微組織從鐵素體+珠光體改變?yōu)殍F素體+馬氏體（實(shí)際上還包含少量奧氏體）的雙相組織，這樣使這類鋼具有低的屈服強(qiáng)度、高的應(yīng)變硬化速率和優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度與塑性的配合。圖3-19比較了一般低合金高強(qiáng)度鋼和雙相鋼的σ-ε曲線。圖中的應(yīng)力-應(yīng)變曲線表明，雙相鋼具有較低的屈服強(qiáng)度，高的應(yīng)變硬化率，高的延伸率。在雙相鋼中得到了光滑的連續(xù)σ-ε曲線。起始屈服強(qiáng)度較低，隨后，σ-ε曲線的其余部分迅速增加，它意味著雙相鋼具有高的應(yīng)變硬化速率。雙相鋼的組織為：鐵素體+馬氏體（島狀）+少量的殘余奧氏體。圖3-19兩種鋼的應(yīng)力應(yīng)變曲線2).雙相組織的獲得方法

A、熱處理雙相處理鋼在Ac1與Ac3雙相區(qū)加熱，其組織為α＋γ，隨著加熱溫度的升高，鋼中γ相也隨著增加。在冷卻過(guò)程中，應(yīng)保證轉(zhuǎn)變產(chǎn)物為α＋M，而不是α＋P。雙相鋼的力學(xué)性能與組織有密切的關(guān)系，鋼的化學(xué)成分、亞臨界區(qū)的加熱溫度、最終冷卻速度，將起著決定性的作用。B、熱軋雙相鋼生產(chǎn)雙相鋼的另一工藝是在熱軋狀態(tài)下，控制轉(zhuǎn)運(yùn)臺(tái)的冷卻，使鋼形成80～90％的細(xì)小多邊形鐵素體。在剩余奧氏體島中C和一些合金元素富集，提高奧氏體的穩(wěn)定性，而避免形成珠光體和貝氏體，最后得到鐵素體+馬氏體雙相組織，并在這個(gè)范圍內(nèi)卷板。

卷板緩慢冷卻過(guò)程中，可能發(fā)生鐵素體的進(jìn)一步小量析出，從而使奧氏體島進(jìn)一步富化和穩(wěn)定，因此它既不轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，也不轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，而是在較低相變溫度下形成M-A組成體。顯然這個(gè)工藝工程要求仔細(xì)控制鋼的相變特性以及冷卻循環(huán)過(guò)程。這個(gè)工藝生產(chǎn)雙相鋼工藝簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益高，但技術(shù)難度較大，而且需要合理設(shè)計(jì)合金成分和控軋、控冷工藝。二、滲碳鋼案例：某汽車變速箱齒輪，如圖6—24a)要求σb≥1080MPa，aKU2≥55J，齒面硬度≥HRC58。采用20CrMnTi來(lái)制造。引入：20CrMnTi鋼中的合金元素起什么作用？應(yīng)對(duì)其采用什么樣的熱處理工藝來(lái)滿足使用性能？圖6-24汽車變速箱齒輪案例九：曲軸圖6-22b)是柴油機(jī)中最重要和承受負(fù)荷最大的零件之一。柴油機(jī)工作過(guò)程中,曲軸承受著拉伸、壓縮、彎曲和扭轉(zhuǎn)的復(fù)合應(yīng)力的作用。此外，隨著柴油機(jī)不斷向高指標(biāo)、高增壓方向發(fā)展,故要求曲軸具有很高的強(qiáng)度、剛度、耐疲勞強(qiáng)度及沖擊韌性,同時(shí)要求曲軸的主軸頸和連桿軸頸具有良好耐磨性。引入：制造如圖所示柴油機(jī)的曲軸，應(yīng)選擇何種材料？熱處理工藝？柴油機(jī)曲軸1.滲碳鋼的服役條件

滲碳鋼主要用于受沖擊和強(qiáng)烈磨損、摩擦的零件（各類齒輪、凸輪）這類零件在工作中同時(shí)又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。

撥叉活塞銷活塞銷(20Cr)凸輪機(jī)構(gòu)：接觸表面受到強(qiáng)烈的摩擦磨損。

2.性能要求

(1)表面硬度高、耐磨

保證優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞抗力，同時(shí)具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。

(2)心部具有高的韌性和足夠高的強(qiáng)度

在沖擊載荷或過(guò)載作用下不易斷裂。

(3)有良好的熱處理工藝性能

在高的滲碳溫度（900℃～950℃）下，奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，并有良好的淬透性。

3.成分特點(diǎn)

(1)低碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.10%～0.25%，使零件心部有足夠的塑性和韌性。（韌性好）

(2)主加合金元素：Cr、Ni、Mn、B

提高淬透性（心部得M板條）

(3)輔加元素：少量強(qiáng)碳化物形成元素W、Mo、V、Ti形成穩(wěn)定的合金碳化物，阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。即細(xì)化晶粒（VC,TiC,耐磨性↑）表6-9滲C鋼的牌號(hào)（摘自GB/T3077-1999）（滲C:930℃，回火：200℃）4.熱處理滲碳后緩冷組織：表面：過(guò)共析組織P+Fe3CⅡ心部：亞共析組織F+P滲碳→淬火→低溫回火的組織：表層—回火M+點(diǎn)狀碳化物+A′心部——低C回火M（+S+F）完全淬透時(shí)為回火馬氏體（低碳），硬度為40HRC～48HRC；低c的回火M+貝氏體—淬透性中（40~48HRC）；低c回火屈氏體-淬透性?。?5~40HRC）心部韌性一般都高于700kJ/m2。

滲碳→淬火→低溫回火滲碳（加熱至900-950℃

，滲碳6-8h）淬火——預(yù)冷直接淬火，一次淬火，二次淬火低溫回火——180-200℃，保溫1-2h

滲碳鋼滲碳后的熱處理工藝（最終熱處理）

1）滲碳后直接淬火，再低溫回火。圖6-2320CrMnTi鋼齒輪的熱處理規(guī)范采用這種工藝的零件通常只要求表面高硬度和耐磨性，而對(duì)基體性能要求不高。

主要用于滲碳后不容易過(guò)熱的鋼種。如20CrMnTi、20CrTi等。2）一次淬火滲碳后先進(jìn)行空冷（即正火處理）使組織細(xì)化，而后再按滲碳后的表面成分重新加熱淬火并低溫回火。當(dāng)要求表面高硬度、高耐磨性，同時(shí)對(duì)基體性能有較高要求時(shí)，可采用這種工藝。主要用于滲碳時(shí)易過(guò)熱的碳鋼及低合金鋼工件，或固體滲碳后的零件等。如15、20、20Cr、20Mn2等。3）兩次淬火

滲碳后緩冷至室溫，重新加熱兩次淬火并低溫回火。當(dāng)對(duì)零件表面和基體性能的要求都很嚴(yán)格時(shí)，可用這種工藝。第一次按鋼的基體成分加熱淬火，加熱溫度較高（870℃左右），目的是細(xì)化心部組織并消除表面滲碳層中的網(wǎng)狀滲碳體；第二次按高碳鋼的成分（表面）進(jìn)行淬火，目的是使表面獲得細(xì)小的馬氏體加粒狀碳化物組織，以滿足表面高性能的要求；最后進(jìn)行低溫回火起消除應(yīng)力、穩(wěn)定組織和穩(wěn)定尺寸的作用。案例分析：當(dāng)采用20CrMnTi鋼制造汽車拖拉機(jī)的后橋變速箱齒輪、離合器軸、錐齒輪和主動(dòng)軸時(shí)，Cr和Mn配合加入，能更有效地提高淬透性，并使?jié)B碳時(shí)表面碳含量比較容易得到控制。Ti的加入可以防止晶粒長(zhǎng)大，因此滲碳后可以直接淬火。其典型的熱處理工藝曲線如圖6-25所示。

圖6-2520CrMnTi鋼齒輪的熱處理規(guī)范案例分析：案例中柴油機(jī)的曲軸應(yīng)選擇滲碳鋼18Cr2Ni4WA，930℃滲碳后，進(jìn)行兩次淬火，然后進(jìn)行低溫回火。具體工藝參數(shù)見(jiàn)表滲碳后緩慢冷卻的平衡組織：表面——過(guò)共析組織P+Fe3CⅡ；心部——亞共析組織F+P。滲碳后淬火+低溫回火的組織、硬度：表面—高碳回火M+細(xì)小的顆粒狀碳化物+少量A′，硬度（60-62HRC)，耐磨性高。心部——低C的回火M+F+S，（30~50HRC），心部的沖擊韌性一般都高于700kJ/m2。4.合金滲碳鋼的牌號(hào)20

Mn2

Ti

A等級(jí):高級(jí)優(yōu)質(zhì)含鈦量WTi≤1.5%含錳量WMn2%含碳量WC20%00典型合金滲碳鋼種介紹

低淬透性合金滲碳鋼15Cr、20Cr、15Mn2

20Mn2。淬透性小，心部強(qiáng)度低，強(qiáng)韌性配合差 鋼含合金元素總量＜3%，用于受力小的耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷、小軸（凸輪軸）等。活塞銷(20Cr)中淬透性合金滲碳鋼20CrMnMo、20CrMnTi、20MnVB、20Mn2TiB。淬透性和力學(xué)性能均較高鋼含合金元素總量在4%左右。用于中等載荷的耐磨件，如汽車變速齒輪。典型合金滲碳鋼種介紹高淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量在

4%～6%。18Cr2Ni4W、

20Cr2Ni4A等。淬透性大，心部強(qiáng)度高，強(qiáng)度與韌性配合很好用于大載荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸、連桿。飛機(jī)齒輪

柴油機(jī)曲軸實(shí)例1：本溪鋼鐵集團(tuán)1500熱軋線主減速機(jī)一軸和二軸用軸承套圈和滾子選取了滲碳鋼G20Cr2Ni4A。如圖6-29。

實(shí)例2：某機(jī)械廠采用20CrNi2Mo鋼代替20Cr2Ni4鋼用作重載齒輪，經(jīng)滲碳表面強(qiáng)化處理后，熱處理變形趨勢(shì)減小，滲層性能和心部性能配合理想，表面抗粘著磨損性好，綜合性能優(yōu)于20Cr2Ni4鋼。圖6-29軸承套圈

20CrMnTi鋼制造齒輪的熱處理工藝曲線用途：受沖擊和強(qiáng)烈磨損、摩擦的零件（各類齒輪、凸輪）性能：表面——高的硬度、耐磨性心部——強(qiáng)而韌成分：0.1~0.25%C——低碳鋼主加元素：Cr,Ni,Mn,B——↑淬透性（心部得M板條）輔加元素：W,Mo,V,Ti——細(xì)化晶粒（VC,TiC,耐磨性↑），最終熱處理：滲碳+淬火+低溫回火組織：表層：高碳回火M+Fe3C或碳化物+殘A

心部：淬透：低碳回火M

未淬透：低碳回火M+F+S常用鋼號(hào)：20,20Cr,20CrMnTi,18Cr2Ni4W

淬透性：低中高適用：機(jī)床齒輪汽車變速齒輪飛機(jī)齒輪滲碳鋼小結(jié)

案例十：拖拉機(jī)連桿螺栓(圖6-28是發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)重要的連接零件，在工作時(shí)，它承受沖擊性的周期變化的拉應(yīng)力和裝配時(shí)的預(yù)應(yīng)力，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，連桿螺栓如果破斷，就會(huì)引起事故。因此，要求它應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性和抗疲勞能力。為了滿足上述綜合機(jī)械性能的要求，確定選用40Cr鋼制作連桿螺栓。連桿螺栓生產(chǎn)工藝路線如下：下料→鍛造→預(yù)備熱處理→機(jī)加工→最終熱處理→機(jī)加工→裝配三、調(diào)質(zhì)鋼☆重點(diǎn)內(nèi)容

圖6-28連桿螺栓案例十一：汽車上的曲軸，如圖6-29所示，工作時(shí)既傳動(dòng)扭矩又承受彎矩，所受的應(yīng)力是交變的應(yīng)力。曲軸頸與軸承有滑動(dòng)摩擦。其最常見(jiàn)的失效形式是疲勞斷裂和軸頸嚴(yán)重磨損。因此材料要有高強(qiáng)度、一定的沖擊韌性、足夠彎曲、扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度和剛度，軸頸表面有高硬度和耐磨性。為了滿足上述綜合機(jī)械性能的要求，確定選用35CrMo來(lái)制造。圖6-29汽車曲軸引入：為滿足上述綜合機(jī)械性能要求，上述兩種材料應(yīng)選用什么預(yù)備熱處理和最終熱處理工藝？經(jīng)過(guò)淬火和高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）處理后的結(jié)構(gòu)鋼叫做調(diào)質(zhì)鋼。受復(fù)合應(yīng)力的重要結(jié)構(gòu)件（齒輪、連桿、機(jī)床主軸）（一）性能要求：要求具有比較全面的機(jī)械性能——很高的強(qiáng)度，良好的塑性和韌性，即良好的綜合機(jī)械性能。合金調(diào)質(zhì)鋼還要求有好的淬透性。

（二）成分和作用1.中碳：0．25～0．50％，以0.4%居多含碳量過(guò)低，不易淬硬，鋼的強(qiáng)度較低含碳量過(guò)高，鋼的塑、韌性較差；碳素調(diào)質(zhì)鋼：40、45、50；合金調(diào)質(zhì)鋼：40Cr、25Cr2Ni4WA、30CrMnSi2.合金元素

主加元素：Ni、Cr、Mn、Si——↑淬透性，形成合金鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度。即強(qiáng)化鐵素體基體，提高韌性

輔加元素：W,Mo,V,Ti——細(xì)化晶粒,↑回火穩(wěn)定性，防止第二類回火脆性。適宜含量：Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15%～0.30%，或W的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%～1.2%。

加入防止第二類回火脆性的元素調(diào)質(zhì)鋼的回大溫度正好處于第二類回火脆性溫度范圍內(nèi)，鋼中含有Mn、Cr、Ni、B元素時(shí)，會(huì)增大回火脆性的敏感性，除回火快速冷卻外，可加入抑制回火脆性的元素Mo和W。加入細(xì)化奧氏體晶粒的元素回火索氏體中的鐵素體晶粒越細(xì)小，則鋼的強(qiáng)韌性越好，為了細(xì)化鐵索體晶粒，首先必須先細(xì)化奧氏體晶粒，常用的元素有W、Mo、V、Ti等。（三）調(diào)質(zhì)鋼的熱處理特點(diǎn)預(yù)備：正火——S——改善組織，消除鍛造應(yīng)力，便于切削加工最終：調(diào)質(zhì)——回火S——獲得良好的綜合機(jī)械性能表面要求高硬度,耐磨,↑σ-1，→表面淬火+低溫回火（回火M）

1.預(yù)備熱處理正火或退火處理熱加工后，預(yù)備熱處理可以降低硬度，便于切削加工，消除熱加工時(shí)的組織缺陷（如帶狀組織）、細(xì)化晶粒、改善組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。最終熱處理

最終熱處理是淬火加高溫回火。⑴淬火：淬火溫度：加熱到850℃左右，AC3以上30~50℃;淬火介質(zhì)：合金鋼的淬透性比較高，可以采用較慢的冷卻速度淬火，一般都用油淬，以避免出現(xiàn)熱處理缺陷；⑵高溫回火：一般為500~650℃。某些零件除了要求有良好的綜合機(jī)械性能外，還要求工件（局部）表面有較高的耐磨性（如軸類零件的軸頸或花鍵部分），這時(shí)零件經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，還應(yīng)對(duì)零件（局部）表面進(jìn)行感應(yīng)加熱淬火，最后低溫回火，表層硬度可達(dá)HRC56～58。調(diào)質(zhì)處理后獲得回火索氏體具有良好的綜合機(jī)械性能的原因，調(diào)質(zhì)處理后的組織為回火索氏體，這種組織狀態(tài)有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）在鐵素體基體上均勻分布的粒狀碳化物起彌散強(qiáng)化作用，溶于鐵素體中的合金元素起固溶強(qiáng)化作用，從而保證鋼有較高的屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。（2）組織均勻性好，減少了裂紋在局部薄弱地區(qū)形成的可能性，可以保證有良好的塑性和韌性。（3）作為基體組織的鐵素體是從淬火馬氏體轉(zhuǎn)變而成的，晶粒細(xì)小，使鋼的冷脆傾向性大大減小。用途：許多機(jī)器設(shè)備上的重要零件，如：機(jī)床齒輪、主軸、汽車拖拉機(jī)的后橋半輪、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿、高強(qiáng)度螺栓等，在多種應(yīng)力負(fù)荷下工作的，受力情況比較復(fù)雜。機(jī)床齒輪（四）常用的調(diào)質(zhì)鋼

1.低淬透性調(diào)質(zhì)鋼

40Cr

在機(jī)械制造中應(yīng)用十分廣泛，淬透性小，用于要求不高的零件，40Cr鋼有較高的機(jī)械性能和工藝性能，應(yīng)用廣泛，油淬臨界直徑為30～40m2.中淬透性調(diào)質(zhì)鋼其油淬臨界直徑最大為40mm-60mm含有較多合金元素，加入Mo不僅使淬透性顯著提高，而且可防止回火脆性，用于制造截面尺寸較大的零件，如大截面曲軸、拖拉機(jī)上的連桿。35CrMo、40CrMn等鋼可用于500℃以下的較高溫度下服役的零件如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉輪等。

3.高淬透性調(diào)質(zhì)鋼多半是Ni-Cr鋼，并含鉬，少數(shù)鋼不含鉬。用于制造大截面、重載荷的重要零件。如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸、汽輪機(jī)主軸、葉輪等。40CrNiMo、40CrMnMo。油淬臨界直徑為60mm～100mm40Cr鋼制作拖拉機(jī)連桿螺栓為例說(shuō)明其熱處理工藝方法的選定和工藝路線的安排連桿螺栓是發(fā)動(dòng)機(jī)中的一個(gè)重要的連接零件，在工作時(shí)，它承受沖擊性的周期變化的拉應(yīng)力和裝配時(shí)的預(yù)應(yīng)力，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，連桿螺栓如果破斷，就會(huì)引起事故。因此，要求它應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性和抗疲勞能力。為了滿足上述綜合機(jī)械性能的要求，確定選用40Cr鋼制作連桿螺栓。連桿螺栓生產(chǎn)工藝路線如下：下料→鍛造→退火（或正火）→機(jī)加工→調(diào)質(zhì)→機(jī)加工→裝配退火（或正火）是為了改善切削加工，并為隨后調(diào)質(zhì)處理做好組織準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)工藝如圖，經(jīng)840℃加熱油冷后得馬氏體組織，540℃回火后，其組織為回火索氏體。調(diào)質(zhì)鋼小結(jié)1、用途：受復(fù)合應(yīng)力的重要結(jié)構(gòu)件（齒輪、連桿、機(jī)床主軸）2、性能：良好的綜合機(jī)械性能3、成分：0.3~0.5%C——中碳鋼主加元素：Cr,Ni,Mn,Si——↑淬透性，強(qiáng)化基體輔加元素：W,Mo,V,Ti——細(xì)化晶粒,↑回火穩(wěn)定性4、熱處理：預(yù)備：正火——S——改善組織，消除鍛造應(yīng)力，便于切削加工最終：調(diào)質(zhì)——回火S——獲得良好的綜合機(jī)械性能表面要求高硬度,耐磨,↑σ-1，→表面淬火+低溫回火（回火M）5、常用鋼號(hào)：40Cr，35CrMo、40CrMnMo四、彈簧鋼案例十二：采用熱軋60Si2Mn制造汽車板簧如圖6-35所示，其熱成形制造彈簧的工藝路線大致如下：扁鋼剪斷→加熱壓彎成形→熱處理→噴丸→裝配。

圖汽車板簧引入：若想獲得高的彈性極限和屈服極限，應(yīng)選擇什么熱處理工藝？合金彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，用于制造各種彈簧或要求高彈性的其他零件。定義：彈簧鋼是指用于制造各種彈簧的鋼種。（一）彈簧鋼的性能特點(diǎn)：高的σe、σs

、σb、σ-1，一定的塑韌性

彈簧的作用：通過(guò)彈性變形所儲(chǔ)存的能量緩和機(jī)械所承受的震動(dòng)和沖擊。（1）高的彈性極限或屈服極限和高的屈強(qiáng)比，以保證彈簧有足夠高的彈性變形能力，并能承受大的載荷。（2）高的疲勞極限，以保證彈簧在長(zhǎng)期的振動(dòng)和交變應(yīng)力作用下不產(chǎn)生疲勞破壞。（3）為了滿足成形的需要和可能承受的沖擊載荷，彈簧鋼應(yīng)具有一定的塑性和韌性。此外，一些在高溫及易蝕條件下工作的彈簧，還應(yīng)具有良好的耐熱性和抗蝕性。（二）彈簧鋼的化學(xué)成分及作用碳含量中、高碳——提高彈性極限和屈服極限。碳素彈簧鋼的含碳量=0.60～0.90％，合金彈簧鋼＝0.45～0.70％。

2.合金元素加入Si、MnSi和Mn是常用合金元素，↑淬透性；強(qiáng)化鐵素體（固溶強(qiáng)化）,↑回火穩(wěn)定性，相同回火溫度下具有較高的硬度和強(qiáng)度，其中Si的作用最大。Si和Mn同時(shí)也提高屈強(qiáng)比。含硅量高時(shí)易石墨化，加熱時(shí)易脫碳，Mn增大鋼的過(guò)熱傾向。加入Cr、V、Mo重要用途的彈簧鋼還須加入Cr、V、W等元素?？朔i－Mn鋼的缺點(diǎn)，防止過(guò)熱和脫碳，提高淬透性（主要是Cr），V、Mo可以細(xì)化晶粒，保證鋼在高溫下仍具有較高的彈性極限和屈服極限。保證↑σe

彈簧的冶金質(zhì)量對(duì)疲勞強(qiáng)度有很大的影響，彈簧鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼或高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。（三）彈簧鋼的熱處理彈簧的加工處理方法有兩種類型：熱成形彈簧和冷成形彈簧1.熱成形彈簧：尺寸大，60Si2Mn

現(xiàn)以汽車板簧為例，其熱成形制造彈簧的工藝路線大致如下：扁鋼剪斷→加熱壓彎成形→淬火+中溫回火→噴丸→裝配組織為回火托氏體：用T’表示（F+粒狀碳化物）HRC43～48；

⑴淬火溫度：AC3以上30~50℃,

在淬火加熱時(shí)，防止氧化和脫碳，應(yīng)采用快速加熱（鹽爐或帶有保護(hù)性氣氛的爐），淬火后盡量快回火，以防延遲斷裂。⑵對(duì)于含Si彈簧鋼來(lái)說(shuō)，回火溫度一般為400～450oC。具有很高的屈服強(qiáng)度和彈性極限，并有一定的塑性和韌性，一般用來(lái)制作為較大型的彈簧。2.冷成型彈簧（尺寸小，65Mn）：對(duì)于直徑小于8mm的螺旋彈簧或彈簧鋼帶等可以在熱處理強(qiáng)化或冷變形強(qiáng)化后形成，即用冷卷或冷沖壓成形。小尺寸彈簧一般用冷拔彈簧鋼絲（片）卷成。冷拉鋼絲(索氏體化處理或是油淬回火后的鋼絲)→冷繞成型→去應(yīng)力退火(200~300℃)退火狀態(tài)供應(yīng)的----冷成形--淬火+中溫回火提示:為了提高彈簧的疲勞壽命，廣泛采用噴丸強(qiáng)化處理。（四）常用的彈簧鋼：如表7-6

碳素彈簧鋼65鋼用于制造小截面（直徑＜12～15mm）彈簧，缺點(diǎn)是淬透性差.

合金彈簧鋼一般以Si－Mn鋼為基本類型，65Mn鋼的價(jià)格低廉，淬透性優(yōu)于碳素彈簧鋼，可制造尺寸為8～15mm的小型彈簧，如各種小尺寸的扁簧和座墊彈簧、彈簧發(fā)條等。小尺寸的沙發(fā)彈簧

60Si2Mn鋼中由于同時(shí)加入了Si和Mn，制造厚度為10～12mm的板簧和直徑為25～30mm的螺旋彈簧，油冷即可淬透，性能優(yōu)于65Mn，制造汽車、拖拉機(jī)等的減震板簧和螺旋彈簧；大尺寸的汽車板簧

50CrVA

含Cr、V、W等元素的彈簧鋼。Cr、V復(fù)合合金化，不僅提高鋼的淬透性，還提高鋼的高溫強(qiáng)度、韌性和熱處理工藝性能?？芍谱髟?50℃～400℃溫度下承受重載的較大彈簧。合金彈簧鋼

離合器彈簧蝶形彈簧蝶形彈簧拉力彈簧表6-14典型彈簧鋼的熱處理和機(jī)械性能鋼

號(hào)

熱處理

機(jī)械性能淬火

℃

回火

℃

σb

MPaσs

MPaδ10

%ψ

%65840油

480100080093565Mn830油

480100080083060Si2Mn870油

4801300120052550CrVA850油

48018001600520表6-14典型彈簧鋼的成分和用途鋼號(hào)主要化學(xué)成分(%)用途CMnSiCrV650.62

0.700.50

0.800.17

0.37

截面小于12-15mm的小彈簧65Mn0.62

0.700.90

1.200.17

0.37

截面小于25mm的各種螺旋彈簧、板彈簧60Si2Mn0.57

0.650.60

0.901.50

2.00

截面小于25mm的各種螺旋彈簧、板彈簧50CrVA0.46

0.540.50

0.800.17

0.370.80

1.100.10

0.20截面小于30mm強(qiáng)度要求較高的彈簧彈簧鋼小結(jié)1、用途：彈性元件2、性能：高的σe、σb、σ-1，一定的塑韌性3、成分：0.45~0.7%C（碳鋼0.6~0.9%C）——保證↑σe

主加元素：Mn,Si,Cr——↑淬透性，強(qiáng)化基體,↑回火穩(wěn)定性輔加元素：Mo,W,V——防脫碳，細(xì)化,↑σe，4、熱處理：熱成型彈簧（尺寸大，60Si2Mn）：加熱成型→淬火+中溫回火→噴丸（回火T）38~50HRc冷成型彈簧（尺寸小，65Mn）：冷拉鋼絲→冷繞成型→去內(nèi)應(yīng)力退火（200~300℃）5、常用鋼號(hào)：65，65Mn，小尺寸的沙發(fā)彈簧60Si2Mn大尺寸的汽車板簧

汽車板簧火車螺旋彈簧五、滾動(dòng)軸承鋼案例：采用GCr15制造如圖所示的滾珠軸承。引入：GCr15鋼的退火工藝如何制定？退火后的組織是什么？滾珠軸承用途：滾動(dòng)軸承元件，冷沖模，量具（滾珠、滾柱、軸承套）

（一）滾動(dòng)軸承的工作條件及對(duì)性能的要求

制造滾動(dòng)軸承套圈和滾動(dòng)體鋼。還用于制造各類工具和耐磨零件。主要有以下幾個(gè)方面：（1）很高的強(qiáng)度與硬度：點(diǎn)接觸或線接觸下工作，承受極大的壓應(yīng)力，可達(dá)1500～000MN／mm2。高的抗壓屈服強(qiáng)度和硬度，一般硬度應(yīng)在HRC62～64之間。（2）很高的接觸疲勞強(qiáng)度↑σ-1

。高速運(yùn)轉(zhuǎn)，應(yīng)力變變次數(shù)每分鐘可達(dá)數(shù)萬(wàn)次甚至更高，易接觸疲勞破壞，如產(chǎn)生麻點(diǎn)剝落等。（3）很高的耐磨性：有滾動(dòng)摩擦且有滑動(dòng)摩擦，因此要有很高的耐磨性。還應(yīng)有一定的韌性，抗腐蝕性、尺寸穩(wěn)定性等。（二）軸承鋼的成分及作用1.碳含量高碳0.95~1.15%C——硬、耐磨

含碳量＝0.95～1.15％，保證有高的硬度及耐磨性。決定鋼硬度的主要是馬氏體的含碳量，碳還形成一部分高硬度的碳化物，提高鋼的硬度和耐磨性。2.主加元素：Cr——↑淬透性，硬，耐磨

Cr為主要合金化元素，Cr提高淬透性，形成合金滲碳體，細(xì)小均勻，提高耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度。提高耐蝕性。含量不能太多，如果＞1.65％，增加殘余奧氏體，降低硬度及尺寸穩(wěn)定性,還增加碳化物的不均勻性，降低鋼的韌性和疲勞強(qiáng)度。在1．65％以下。3.其它合金元素Si、Mn、Mo、V

制造大型軸承時(shí)，加入Si和Mn以提高鋼的淬透性。高的冶金質(zhì)量接觸疲勞性能對(duì)非金屬夾雜物有要求。危害最大的是氧化物，其次為硫化物和硅酸鹽，必須嚴(yán)格控制S、P；S＜0．02％，P＜0．027％。軸承鋼采用電爐冶煉和真空去氣處理。常用的滾動(dòng)軸承鋼GCr9、GCr15（三）軸承鋼的熱處理

預(yù)備：球化退火——球狀P（180~270HBS），改善切削加工性最終：淬火+低溫回火——回火M+細(xì)碳化物+殘A1.球化退火：目的：降低硬度：GCr15鋼的硬度降至(179～207HB)，以利于切削加;獲得均勻分布的細(xì)粒狀珠光體，為最終熱處理作組織準(zhǔn)備。GCr15鋼球化退火溫度：780～810oC，保溫時(shí)間為2～6