第七章合金鋼(同濟王國華)1128

《工程材料》授課教師：第七章合金鋼

概論隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，對材料提出了更高的要求，如更高的強度，抗高溫、高壓、低溫，耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學(xué)性能的要求，碳鋼已不能完全滿足要求。

碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足：

(1)淬透性低

通常，碳鋼水淬最大淬透直徑只有10mm～20mm。

(2)強度和屈強比較低

如普通碳鋼Q235鋼的σs為235MPa，而低合金結(jié)構(gòu)鋼Q345（16Mn）的σs則為360MPa以上。40鋼的σs/σb僅為0.43,而合金鋼35CrNi3Mo的σs/σb高達0.74。

(3)回火穩(wěn)定性差碳鋼在進行調(diào)質(zhì)處理時，為了保證較高的強度需采用較低的回火溫度，這樣鋼的韌性就偏低；為了保證較好的韌性，采用高的回火溫度時強度又偏低，所以碳鋼的綜合機械性能水平不高。

(4)不能滿足特殊性能的要求碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差，不能滿足特殊使用性能的需求。為了提高鋼的性能，在鐵碳合金中特意加入合金元素。所獲得的鋼種，稱為合金鋼。

老師提示

碳鋼不能完全滿足科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展要求。為了提高鋼的性能，在鐵碳合金中特意加入合金元素。所獲得的鋼種，稱為合金鋼。

第一節(jié)合金元素在鋼中的作用合金元素C，碳化物Fe，固溶體少量存于夾雜物中高合金鋼中可能形成金屬間化合物一、合金元素對鋼中基本相的影響1.溶于鐵合金元素除Pb外，都可溶于鐵，形成合金鐵素體或合金奧氏體。分類擴大γ相區(qū)的元素：Mn、Ni、Co、C、N、Cu等縮小γ相區(qū)的元素：Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等A3點(γ-Feα-Fe)↓

A4點(δ-Feγ-Fe)↑A3點(γ-Feα-Fe)↑

A4點(δ-Feγ-Fe)↓Cr<7%A3點↓Cr>7%A3點↑圖擴大γ相區(qū)的相圖圖縮小γ相區(qū)的相圖完全擴大部分?jǐn)U大完全封閉部分縮小2.形成碳化物分類非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B碳化物形成元素：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti二、合金元素對鐵碳相圖的影響1.對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響擴大γ相區(qū)的元素均擴大奧氏體存在范圍。如Ni、Mn含量較多時，可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織。1Cr18Ni9Ti、ZGMn13縮小γ相區(qū)的元素均縮小奧氏體存在范圍。，其中完全封閉γ相區(qū)的元素(如Cr、Ti、Si等)超過一定含量后，可使鋼在室溫下得到單相鐵素體組織。1Cr17Ti2.對共析點S和共晶點C的影響擴大γ相區(qū)的元素使共析點S下降，縮小γ相區(qū)的元素使共析點S上升。所有合金元素都使共析點S碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降(即左移)。對于共晶點也有類似的規(guī)律。三、合金元素對鋼的熱處理的影響1.合金元素對加熱時組織的影響減慢：Cr、Mo、W、V等阻礙碳的擴散加快：Co、Ni等增大碳的擴散影響不大：Al、Si、Mn等(2)對奧氏體晶粒大小的影響(1)對奧氏體形成速度的影響大多數(shù)金屬都有阻礙奧氏體晶粒長大的作用。碳化物形成元素最明顯。①強烈阻礙奧氏體晶粒長大的元素：V、Ti等②中等阻礙奧氏體晶粒長大的元素：W、Mo、Cr③對奧氏體晶粒長大影響不大的元素：Si、Ni、Cu④促進奧氏體晶粒長大的元素：Mn、P2.合金元素對過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響除Co以外，幾乎所有的合金元素都增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲珠光體類型組織的轉(zhuǎn)變，使C曲線右移，即提高鋼的淬透性。除Co、Al外，多數(shù)合金元素都使Ms、Mf點下降C曲線右移，即提高鋼的淬透性。圖合金元素對碳鋼C曲線的影響3.合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響(1)提高回火穩(wěn)定性淬火鋼在回火時，抵抗強度、硬度下降的能力稱為回火穩(wěn)定性。提高回火穩(wěn)定性作用較強的合金元素有：V、Si、Mo、W、Ni、Co等(2)產(chǎn)生二次硬化一些Mo、W、V質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的高合金鋼回火時硬度不是隨回火溫度升高而單調(diào)降低，而是到某一溫度(約400℃)反而開始增大，并在另一更高溫度(一般為550℃左右)達到最高峰，這是回火過程的二次硬化現(xiàn)象。原因②殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變：二次硬化也可以由回火時冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的二次淬火引起。原因①沉淀硬化:當(dāng)回火溫度低于450℃時，鋼中析出滲碳體，在450℃以上滲碳體溶解，鋼中開始析出彌散穩(wěn)定的難溶碳化物，使硬度重新升高。550℃左右出現(xiàn)峰值?；鼗鸫嘈裕轰摶鼗饡r，在某一溫度段，脆性增加，沖擊韌性明顯下降的現(xiàn)象。第一類回火脆性：250℃～400℃間產(chǎn)生的回火脆性，無法消除，只能避開。第二類回火脆性：450℃～600℃間產(chǎn)生的回火脆性。在含Mn、Cr、Ni等元素的合金鋼中易發(fā)生。產(chǎn)生的原因：某些雜質(zhì)元素以及合金元素本身在原奧氏體晶界上的嚴(yán)重偏聚有關(guān)。如何防止：①回火后快冷②加入Mo、W(3)增大回火脆性四、合金元素對鋼的機械性能的影響四種強化機制固溶強化彌散和沉淀強化位錯強化細晶強化欲提高強度，設(shè)法增大位錯運動的阻力，合金中能有效阻止位錯運動的障礙有四種，因而強化機制也有四種。固溶強化通過形成固溶體使金屬的強度和硬度提高的現(xiàn)象稱為固溶強化。原因：晶格畸變增大位錯運動的阻力，使金屬的滑移變形變得更加困難，從而提高合金的強度和硬度。彌散和沉淀強化當(dāng)?shù)诙嘁约毿浬⒌奈⒘＞鶆蚍植加诨w相中時，將阻礙位錯運動，產(chǎn)生顯著的強化作用。如果第二相是從過飽和的固溶體中析出的第二相(如細小的碳化物)，則稱為沉淀強化。如果第二相是以粉末冶金的方式加入并起強化作用，則稱為彌散強化。位錯強化位錯密度增加，位錯間的交互作用增強，相互纏結(jié)，造成位錯運動阻力增大，引起塑性變形抗力提高。金屬晶粒越細晶界越多，變形抗力越大，金屬的強度就越大。原因：

細晶強化例：為什么說得到馬氏體隨后回火處理是鋼的最經(jīng)濟又最有效的強韌化方法？答：淬火形成馬氏體時，馬氏體中的位錯密度增高，而屈服強度是和位錯密度成正比的，馬氏體形成，馬氏體被分隔成許多較小的、取向不同的區(qū)域（馬氏體束），產(chǎn)生相當(dāng)于晶粒細化的作用。馬氏體中的合金元素也有固溶強化作用。

馬氏體是過飽和固溶體，回火時析出碳化物使間隙固溶強化效應(yīng)大大減小，但使韌性大大改善，同時析出的碳化物粒子能造成強烈的第二相強化。所以，獲得馬氏體并對其回火是鋼的最經(jīng)濟最有效的綜合強化方法。

第二節(jié)合金鋼的分類及編號1.合金鋼的分類2.合金鋼的編號按用途分：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼總原則：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)+合金元素符號+合金元素數(shù)量+質(zhì)量級別結(jié)構(gòu)鋼：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)萬分之一，兩位數(shù)表示。工具鋼、特殊性能鋼：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)千分之一，一位數(shù)表示。工具鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過1%時，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表示：標(biāo)出主要合金元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)由其后面的數(shù)字標(biāo)出，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：1.5%～2.49%標(biāo)22.5%～3.49%標(biāo)3以此類推若＜1.5%不標(biāo)合金元素及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表示：20CrMnTiW(C)約為0.2%主要元素Cr、Mn、Ti的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1.5%以下。牌號：1Cr18Ni9TiW(C)約為0.1%主要元素w(Cr)約為18%w(Ni)約為9%w(Ti)＜1.5%牌號：專用鋼用漢語拼音字首來表示。少數(shù)特殊性能鋼的編號例外。特例1：滾珠軸承綱：GCr15：w(C)約為1.0%w(Cr)約為1.5%特例2：易切削鋼：Y40Mn:w(C)約為0.4%w(Mn)＜1.5%特例3：高級優(yōu)質(zhì)鋼在鋼的末尾加“A”：20Cr2Ni4A特例4：耐熱鋼：12Cr1MoV:w(C)約為0.12%w(Cr)約為0.1%w(Mo)＜1.5%w(V)＜1.5%1.低合金結(jié)構(gòu)鋼第三節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼(2)性能要求①高強度②高韌性③良好的焊接性和冷成型性④低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度⑤良好的耐蝕性主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)件。(1)用途

(4)常用鋼種：例：16Mn(Q345)①熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需專門的熱處理②為了改善焊接區(qū)，可進行一次正火處理。組織：F+S(5)熱處理和組織性能①低碳：w(C)<0.2%②加入以Mn為主的合金元素③加入鈮、鈦或釩等輔加元素(3)成分特點2.合金滲碳鋼主要用于制造汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等。(1)用途①表面滲碳層硬度高②心部高的韌性和足夠高強度③有良好的熱處理性能(2)性能要求①低碳：w(C)=0.1%～0.25%之間②加入提高淬透性的合金元素：Cr、Ni、Mn等③加入阻礙奧氏體晶粒長大的合金元素：Ti、V、W、Mo等(3)成分特點(4)常用鋼種：例：20Cr、20CrMnTi一般：滲碳后直接淬火，再低溫回火。(5)熱處理和組織性能例：汽車齒輪(1)滲碳齒輪的工藝路線：下料→鍛造→正火→切削加工→滲碳、淬火+低溫回火→噴丸→磨削加工汽車齒輪主要分裝在變速箱和差速器中。

汽車齒輪受力較大，受沖擊頻繁，其耐磨性、疲勞強度、心部強度以及沖擊韌性等，均要求比機床齒輪高。

選材：合金滲碳鋼20Cr或20CrMnTi回答以下問題：

(1)工藝路線、熱處理工藝參數(shù)

(2)分析組織與性能時間溫度低溫回火180～200℃800～820℃油冷淬火空冷正火Ac3+30～50℃900-950℃滲碳圖20CrMnTi制造齒輪熱處理工藝圖最終熱處理后的組織：表面滲碳層的組織：合金滲碳體+回火馬氏體+少量殘余奧氏體硬度60HRC～62HRC心部組織：完全淬透：回火馬氏體多數(shù)情況心部為：屈氏體+回火馬氏體+少量鐵素體硬度：25HRC～40HRC;心部韌性一般高于700kJ/m2正火的目的：提高硬度，改善切削性能(2)組織與性能3.合金調(diào)質(zhì)鋼主要用于制造汽車、拖拉機、機床和其他機器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。(1)用途

(2)性能要求①高強度②良好的塑性和韌性③良好的淬透性(4)常用鋼種(3)成分特點①中碳：w(C)=0.25%～0.5%②加入提高淬透性的合金元素：Cr、Mn、Ni、Si、B等③加入防止第二類回火脆性的元素：Mo、W

35CrMo、W(C)=0.35%主要元素Cr、Mo的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均在1.5%以下。40Cr、40CrNiMoCr：提高淬透性Ni：提高淬透性Mo：提高淬透性、防止第二類回火脆性各元素的作用：牌號：(5)熱處理和組織性能注意：鉻、鎳鋼高溫回火時易產(chǎn)生回火脆性?？梢圆捎没鼗鸷罂炖浠蚣尤隬、Mo熱處理：調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）組織：回火索氏體。性能：良好的綜合機械性能。55HRC(1)工藝路線：鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→表面淬火+低溫回火→磨削加工。例：軸軸硬度要求為220HB～250HB；軸頸進行表面淬火，硬度要求為52～55HRC。選材：40Cr鋼?；卮鹨韵聠栴}：

(1)工藝路線、熱處理工藝參數(shù)

(2)分析組織和性能時間溫度空冷正火Ac3+30-50℃油冷淬火高溫回火乳化液冷淬火低溫回火600～650℃180～200℃+調(diào)質(zhì)處理圖40Cr制造車床主軸熱處理工藝圖正火：組織為：F+S,消除鍛造時的應(yīng)力、均勻化組織、使坯料具有相同的硬度，便于切削。調(diào)質(zhì)（淬火+高溫回火）：組織為：回火S,良好的綜合機械性能。表面淬火+低溫回火：組織為：表面為回火M,硬度較高，耐磨。心部為回火S,良好的綜合機械性能。原始組織：F+P(2)組織與性能4.合金彈簧鋼(1)用途(3)成分特點①中、高碳鋼：w(C)=0.5%～0.7%②加入提高淬透性的元素：Si、Mn主要用于制造各種彈簧和彈性元件。(2)性能要求①高的彈性極限σe，尤其是高的屈強比σs/σb②高的疲勞強度σr③足夠的塑性和韌性60Si2MnW(C)=0.6%W(Si)=2%左右、Mn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%以下。Si、Mn：提高淬透性、提高屈強比。各元素的作用：牌號：(4)常用鋼種(5)加工、熱處理與性能①熱成型彈簧熱處理：淬火+中溫回火組織：回火屈氏體。②冷成型彈簧圖彈簧種類(1)工藝路線：下料—成型—淬火+中溫回火—噴丸強化例：汽車彈簧選材汽車彈簧選材：60Si2Mn鋼?；卮鹨韵聠栴}：

(1)工藝路線、熱處理工藝參數(shù)

(2)分析組織與性能

時間溫度(870℃)油冷淬火中溫回火430～500℃圖60Si2Mn制造汽車彈簧的熱處理工藝路線圖性能：硬度：42HRC～47HRC屈服強度：1200MPa沖擊韌性：250kJ/m2～300kJ/m2(2)組織與性能淬火后得到的組織為:M中溫回火后得到的組織為：回火T5.滾珠軸承鋼(1)用途主要用于制造滾動軸承。(2)性能要求①高的接觸疲勞強度②高的硬度和耐磨性③足夠的韌性和淬透性①高碳：w(C)=0.95%～1.1%②Cr為基體合金元素③加入Si、Mn、V④高的冶金質(zhì)量(3)成分特點GCr15滾珠軸承鋼W(C)=1.0%左右Cr：提高淬透性、提高的耐磨性，特別是疲勞強度。元素的作用：牌號：W(Cr)=1.5%左右(4)常用鋼種鍛造—正火——球化退火——機械粗加工—淬火+冷處理—低溫回火——磨削加工——低溫時效加工工藝過程：(5)熱處理及組織性能主要為球化退火、淬火和低溫回火時間溫度圖GCr15熱處理工藝曲線圖油冷淬火840℃-60～-80℃冷處理正火球化退火160±10℃低溫回火120～130℃低溫時效140～200℃正火：目的是細化組織并消除鍛造缺陷鍛造后的組織為：索氏體+少量粒二次滲碳體，硬度255HB–340HB球化退火：降低鋼的硬度，以利于切削加工，獲得球狀珠光體，為零件的最終熱處理作準(zhǔn)備。低溫時效:120～130℃多次，進一步穩(wěn)定尺寸，消除磨削中的應(yīng)力。淬火：840℃，組織：M+碳化物冷處理：-60～-80℃，使殘余A轉(zhuǎn)變成M,為了穩(wěn)定尺寸。低溫回火：150～160℃，組織：回火M+細小彌散的碳化物+A’。1.合金刃具鋼3.2.3合金工具鋼主要用于制造各種金屬切削刀具。(1)用途①高硬度②高耐磨性③高熱硬性④足夠的塑性和韌性(2)性能要求①低合金刃具鋼a.高碳w(C)=0.9%～1.1%b.加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素Cr、Mn、Si：提高淬透性Si：還提高回火穩(wěn)定性W、V：提高硬度和耐磨性②高速鋼a.高碳w(C)>0.7%b.加入Cr、W、Mo、V等合金元素Cr：提高淬透性W、Mo：獲得高的熱硬性V：提高硬度和耐磨性

(3)成分特點①低合金刃具鋼9SiCr牌號：Cr、Si提高淬透性，Si提高回火穩(wěn)定性。(4)常用鋼種W(C)=0.9%w(Si)<1.5%w(Cr)<1.5%②高速鋼W18Cr4V牌號：W(C)=0.7%～0.8%Cr：提高淬透性，一般Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%。W：保證高的熱硬性。V：提高鋼的硬度和耐磨性。w(W)=18%w(Cr)=4%w(V)<1.5%回火后的組織：回火M+細粒狀碳化物+A’工藝路線：圖W18Cr4V鋼的熱處理工藝路線圖2.合金模具鋼(1)冷模具鋼性能要求

a.高硬度，一般為58HRC～62HRCb.高耐磨性

c.足夠的韌性和疲勞抗力

d.熱處理變形?、儆猛居糜谥圃旄鞣N冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200～300℃。③成分特點a.高碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多在1.0%以上b.加入Cr、Mo、W、V等合金元素④鋼種和牌號9SiCr、CrWMn、9Mn2V⑤熱處理特點高碳高鉻冷模具鋼的熱處理方案有兩種：一次硬化：在較高溫度(950℃～1000℃)下淬火，然后低溫(150℃～180℃)回火，硬度可達61HRC～64HRC。二次硬化：在較高溫度(1100℃～1150℃)下淬火，然后510℃～520℃多次(一般為三次)回火，產(chǎn)生二次硬化，硬度可達60HRC～62HRC。

(2)熱模具鋼性能要求

a.高的熱硬性和高溫耐磨性

b.高的抗氧化性能

c.高的熱強度和足夠的韌性

d.高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞①用途用于制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時型腔表面溫度可達600℃以上。③成分特點a.中碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.3～0.6%b.加入Cr、Ni、Mn、Si等合金元素c.加入Mo、W、V等鋼種和牌號

5CrMnMo等熱處理3.合金量具鋼(1)用途(2)性能要求①高硬度②高尺寸穩(wěn)定性主要用于制造各種測量工具。①高碳：w(C)=0.9%～1.5%②加入提高淬透性的元素：Cr、W、Mn(3)成分特點(4)常用鋼種:CrWMn、GCr15①保證硬度的前提下，盡量降低淬火溫度，以減少殘余奧氏體。②高淬火后立即進行-70℃～-80℃的冷處理，使殘余奧氏體盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。(5)熱處理特點1.不銹鋼3.2.4特殊性能鋼(1)腐蝕概述金屬腐蝕是自然界存在的一種自然現(xiàn)象，它是金屬與環(huán)境化學(xué)、電化學(xué)相互作用的自發(fā)破壞過程。世界各國因腐蝕而造成的經(jīng)濟損失十分驚人，一般工業(yè)發(fā)達國家的腐蝕損失是國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的4％左右。據(jù)估計，世界上每年因腐蝕而不能使用的金屬質(zhì)量，大約相當(dāng)于金屬年產(chǎn)量的l／4～l／3，而每年生產(chǎn)的黑色金屬（鋼鐵）由于腐蝕而遭到破壞的有5％～20％。金屬在環(huán)境中，在金屬表面或界面上進行的化學(xué)、電化學(xué)多相反應(yīng)，或者由于物理溶解作用而造成的材料氧化、損壞或變質(zhì)。金屬的腐蝕過程屬于氧化還原反應(yīng)。(2)腐蝕的定義根據(jù)腐蝕反應(yīng)機理的不同，通常可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。(3)腐蝕的分類是指金屬表面與非電解質(zhì)直接發(fā)生純化學(xué)作用而引起的破壞。其主要特點是非電解質(zhì)中的氧化劑直接與金屬表面的原子相互作用而形成腐蝕產(chǎn)物。電子的傳遞是在金屬和氧化劑之間直接進行的，因而沒有電流產(chǎn)生?；瘜W(xué)腐蝕：是指金屬與電解質(zhì)發(fā)生電化學(xué)反映，并伴有電流產(chǎn)生的腐蝕過程。主要特點是其反應(yīng)歷程可以分為兩個相對獨立，并且可同時進行的過程—陰極反應(yīng)與陽極反應(yīng)。電化學(xué)腐蝕：最簡單的原電池是Cu－Zn原電池。如圖所示。當(dāng)外電路接通時，電路中即有電流通過。電極過程如下：Zn的電極電位較負，為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)。

Cu的電極電位較正，為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，溶液中的H離子與從Zn電極流過來的電子相結(jié)合放出氫氣。(4)電化學(xué)腐蝕的原理陰極：2H++2e-→H2↑

陽極：Zn→Zn2++2e－腐蝕電池的總反應(yīng)：Zn+2H+→Zn2++H2↑隨著反應(yīng)的不斷進行，鋅不斷地被離子化，釋放電子，在外電路形成電流。鋅離子化的結(jié)果，是使鋅被腐蝕。如果將一塊合金置于電解質(zhì)溶液中，也會發(fā)生同樣的氧化、還原反應(yīng)，組成腐蝕原電池，只不過這種電池的陽極、陰極難以用肉眼去區(qū)分而已。①金屬組織結(jié)構(gòu)的不均勻性而構(gòu)成的微觀電池金屬與合金的晶粒與界面之間，各種不同的相之間的電極電位是有差異的，由此在電解質(zhì)溶液中也可能導(dǎo)致形成微電池而產(chǎn)生局部腐蝕。圖不銹鋼的晶間腐蝕例：滲碳體電極電位高，鐵素體電極電位低。②物理狀態(tài)的不均勻性形成的微觀電池金屬在加工或使用過程中往往產(chǎn)生部分變形或受力不均勻性，以及在熱加工冷卻過程中引起的熱應(yīng)力和相變產(chǎn)生的組織應(yīng)力等，都會形成微觀電池。一般情況下，應(yīng)力大的部位成為陽極，因此在鐵板彎曲處和鉚接處容易發(fā)生腐蝕。另外，溫差、光照的不均勻性也會引起微觀電池的形成。③金屬表面膜不完整形成的微觀電池金屬的表面一般都存在一層初生膜。如果這種膜不完整、有孔隙或破損，則孔隙或破損處的金屬相對于表面膜來說，電極電位較負，成為微電池的陽極，故腐蝕將從這里開始。如：小孔腐蝕（點腐蝕）(5)提高金屬材料腐蝕的能力①減少原電池形成的可能，使金屬材料具有均勻的單相組織，并盡可能提高金屬材料的電極電位。②盡可能減小兩極之間的電極電位差，并提高陽級的電極電位。③減少甚至阻隔腐蝕電流，使金屬“鈍化”，即在表面形成致密的、穩(wěn)定的保護膜，將介質(zhì)與金屬材料隔離。(6)不銹鋼的成分特點①碳含量耐蝕性要求愈高，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)愈低。C與Cr形成碳化物[(Cr,Fe)23C6]在晶界析出,使晶界周圍嚴(yán)重貧鉻→W(Cr)<12%→晶界區(qū)域電極電位↓↓→晶間腐蝕②加入CrW(Cr)>12%→電極電位↑↑③加入Ni可獲得單相奧氏體組織④加入Mo、Cu等:提高鋼在非氧化性酸中的耐腐蝕能力。⑥加入Mn、N等：部分代替Ni以獲得奧氏體組織，并提高鉻不銹鋼在有機酸中的耐腐蝕性。⑤加入Ti、Nb等：同C形成穩(wěn)定的碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶界腐蝕。(6)常用不銹鋼①馬氏體不銹鋼1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13。熱處理同結(jié)構(gòu)鋼。②鐵素體型不銹鋼1Cr17、1Cr17TiW(C)<0.15%由于Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，鋼為單相鐵素體組織熱處理：退火或正火狀態(tài)下使用③奧氏體型不銹鋼0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9TiW(C)≈0.1%

④奧氏體-鐵素體雙相不銹鋼牌號：1Cr18Ni9TiW(C)=0.1%W(Cr)=18%W(Ti)<1.5%W(Ni)=9%合金元素的作用:Cr:提高鋼基體的電極電位，提高耐腐蝕性。Ni:獲得單相奧氏體組織，提高耐腐蝕性。Ti:與C形成碳化物,使Cr保留在基體中，避免晶界貧Cr,減輕鋼的晶界腐蝕。奧氏體不銹鋼的熱處理工藝a.固溶處理將鋼加熱到1050℃～1150℃使碳化物充分溶解，然后水冷，獲得單相奧氏體組織，提高耐蝕性。c.消除應(yīng)力退火將鋼加熱到300℃～350℃消除冷加工應(yīng)力；加熱到850℃以上，消除焊接殘余應(yīng)力。b.穩(wěn)定化處理主要用于含Ti或Nb的鋼，一般在固溶處理后進行。將鋼加熱到850℃～880℃，使鋼中Cr的碳化物完全溶解，而鈦等的碳化物不完全溶解。然后緩慢冷卻，讓溶于奧氏體的碳與鈦以碳化鈦形式充分析出。這樣，碳將不再同Cr形成碳化物，消除晶界貧Cr的可能，避免了晶界腐蝕的產(chǎn)生。2.耐熱鋼用于加熱爐、鍋爐、燃氣輪機等高溫裝置。

(2)性能要求①抗氧化性：指金屬在高溫下的抗氧化能力。②熱強性：指鋼在高溫下的強度。(1)用途蠕變極限：鋼在一定溫度下，一定時間內(nèi)產(chǎn)生一定變形量時的應(yīng)力。蠕變：當(dāng)受一定應(yīng)力作用時，發(fā)生變形量隨時間而逐漸增大的過程。700℃、1000h總的蠕變量達到0.2%時的蠕變極限。持久強度：鋼在一定溫度下經(jīng)一定時間引起斷裂的應(yīng)力。幾個概念碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高；加入Cr、Si或Al加入Mo、W、V、Ti(3)成分特點①熱化學(xué)穩(wěn)定鋼3Cr18Ni25Si2工作溫度達1000℃。熱處理：固溶處理②熱強鋼珠光體耐熱鋼、馬氏體耐熱鋼和奧氏體耐熱鋼。(4)鋼種及加工、熱處理特點3.耐磨鋼(4)典型的鋼種：ZGMn13①高碳：1.0～1.4%②高錳：11%～14%，擴大γ相區(qū)。③一定量的硅：0.3%～0.8%，改善流動性，起固溶強化作用。(3)成分特點(2)性能要求很高的耐磨性和韌性。車輛履帶、挖掘機產(chǎn)斗等(1)用途

水韌處理：即將鋼加熱到1000℃～1100℃，保溫，使碳化物完全溶解，然后在水中快冷，在室溫獲得均勻單一的奧氏體組織。表面硬度高，心部則仍然保持原來的高韌性。鋼的韌性高，硬度低。當(dāng)工件受沖擊或強大的壓力變形表面層產(chǎn)生加工硬化。發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。(5)熱處理特點碳鋼、合金鋼部分的習(xí)題

1.說出Q235A、15、45、65、T8、T12等鋼的鋼類、碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，各舉出一個應(yīng)用實例。鋼類碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)用實例Q235A碳素結(jié)構(gòu)鋼0.14%～0.22%鋼筋、鋼板、橋梁15優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.15%沖壓件45優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.45%齒輪、軸65優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼0.65%彈簧T8碳素工具鋼0.8%沖頭、錘子T12碳素工具鋼1.2%銼刀答:我國的低合金結(jié)構(gòu)鋼基本上不用貴重的Ni,Cr等元素,而以資源豐富的Mn為主要合金元素,錳除了產(chǎn)生較強的固溶強化效果外,因他大大降低了奧氏體分解溫度,細化了鐵素體的晶粒,并使珠光體片變細,消除了晶界上的粗大片狀碳化物,提高了鋼的強度和韌性。2.為什么低合金高強鋼用錳做為主要的合金元素?3.試述滲碳鋼和調(diào)質(zhì)鋼的合金化及熱處理特點。答:滲碳鋼：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.10%～0.25%；加入提高淬透性的合金元素Cr、Ni、Mn等；加入阻礙奧氏體晶粒長大的元素，主要是加入少量強碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等。熱處理：滲碳后直接淬火，再低溫回火。調(diào)質(zhì)鋼：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.25%～0.50%；加入提高淬透性的合金元素Cr、Ni、Mn、Si、B等；加入防止第二類回火脆性的元素Mo、W。熱處理：淬火+高溫回火。4.為什么合金彈簧鋼以硅為重要的合金元素？為什么要進行中溫回火？

答:合金彈簧鋼要有高的屈強比。

Si的主要作用是提高淬透性同時也提高了屈強度比。所以合金彈簧鋼以硅為重要的合金元素。

進行中溫回火是為了得到回火屈氏體組織，它具有很高的屈服強度，特別是彈性極高，并有一定的塑性和韌性。

5.軸承鋼為什么要用鉻鋼?為什么對非金屬夾雜限制特別嚴(yán)格?

答:鉻提高了淬透性,形成合金滲碳體(Fe,Cr)3C呈細密的均勻分布提高了鋼的耐磨性,特別是抗疲勞強度。

軸承鋼中非金屬夾雜物和碳化物的不均勻性對鋼的性能,尤其是對接觸疲勞強度影響很大.因為夾雜物往往是接觸疲勞破壞的發(fā)源點,其危害程度與夾雜物的類型,數(shù)量,大小,形狀和分布有關(guān)。6.簡述高速鋼的成分，熱處理和性能特點，并分析合金元素的作用。

答:成分：高碳，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.7%以上，最高達1.5%，加入Cr，W，Mo，V等合金元素。

熱處理：高速鋼鍛后進行球化退火，淬火，三次回火。