合金鋼第七章iong

合金鋼第七章iong合金鋼第七章iong合金鋼第七章iong2、合金鋼與碳鋼相比：1、概念：合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，為了改善鋼的組織與性能，在冶煉時有意識地加入一種或數(shù)種合金元素的鋼。淬透性好。高強度，高屈強比具有特殊性能，如耐高溫、耐腐蝕，高耐磨性等。高回火穩(wěn)定性2”通過閱讀科技書籍，我們能豐富知識，培養(yǎng)邏輯思維能力；合金鋼第七章iong合金鋼第七章iong合金鋼第七章iong2、合金鋼與碳鋼相比：1、概念：合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，為了改善鋼的組織與性能，在冶煉時有意識地加入一種或數(shù)種合金元素的鋼。

淬透性好。

高強度，高屈強比

具有特殊性能，如耐高溫、耐腐蝕，高耐磨性等。

高回火穩(wěn)定性22、合金鋼與碳鋼相比：1、概念：合金鋼是在碳鋼基礎(chǔ)上，為了改鎢（W）鉬（Mo）釩（V）錳（Mn）硅（Si）鉻（Cr）鈦（Ti）鈮（Nb）鋯（Zr）鎳（Ni）合金鋼中常用的合金元素稀土

RE非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等。第一節(jié)合金元素在鋼中的作用3鎢（W）鉬（Mo）釩（V）錳（Mn）硅（Si）鉻（Cr）鈦（一、合金元素對鋼中基本相的影響1.形成合金鐵素體2.形成碳化物(a)對硬度的影響(b)對沖擊韌性的影響合金元素對鐵素體性能的影響（退火狀態(tài)）固溶強化4一、合金元素對鋼中基本相的影響1.形成合金鐵素體2.形成碳化

奧氏體相區(qū)擴大元素：C、N、Co、Ni、Mn、Cu等元素的加入都會使奧氏體相區(qū)擴大，特別以Ni、Mn的影響更大。1Cr18Ni9Ti鋼，由于Ni元素含量高，使其成為奧氏體不銹鋼。

奧氏體相區(qū)縮小元素，鐵素體形成元素：Cr、Mo等元素的加入都會使奧氏體相區(qū)縮小，γ相區(qū)縮小，可得到單一的鐵素體鋼。如0Cr13鋼。二、合金元素對鐵碳合金相圖的影響1.對奧氏體相區(qū)的影響合金元素會使奧氏體的單相區(qū)擴大或縮小。5奧氏體相區(qū)擴大元素：C、N、Co、Ni、Mn、Cu等元素的奧氏體相區(qū)擴大元素：使A1降低。奧氏體相區(qū)縮小元素：使A1升高。2.對共析溫度的影響A1降低A1升高3.對共析點（S）位置的影響6奧氏體相區(qū)擴大元素：使A1降低。2.對共析溫度的影響A1降低1、對鋼在加熱時奧氏體化的影響

三、合金元素對鋼的熱處理影響（1）基本過程：形核長大碳化物的溶解均勻化

（2）非碳化物形成元素（Co、Ni、），增加碳的擴散，加速奧氏體化，（少部分）（3）碳化物形成元素（Cr、Mo、V

），？（大多數(shù)）－－大部分抑制分解（4）對奧氏體化工藝的影響（5）阻礙奧氏體晶粒長大導(dǎo)熱性能差71、對鋼在加熱時奧氏體化的影響三、合金元素對鋼的熱處理影響2、對奧氏體分解過程的影響

非碳化物形成元素－除Co外，右移，不改變形狀碳化物形成元素，右移，改變形狀合金元素對鋼冷卻轉(zhuǎn)變臨界溫度的影響，除Co、Al以外的所有合金元素都使Ms線下移82、對奧氏體分解過程的影響非碳化物形成元素－除Co外，右移（1）提高鋼的回火穩(wěn)定性淬火鋼在回火時，抵抗軟化的能力稱為鋼的回火穩(wěn)定性。

3、對回火的影響

（2）產(chǎn)生二次硬化當含W、Mo、V、Ti量較高的淬火鋼，在500～600℃回火時，其硬度并不降低，反而升高，回火時硬度升高的現(xiàn)象稱為二次硬化。析出細小、彌散、穩(wěn)定的特殊碳化物9（1）提高鋼的回火穩(wěn)定性3、對回火的影響（2）產(chǎn)生二次硬化（3）回火脆性無法消除，與冷卻速度無關(guān)，是包括碳鋼與所有鋼材共有現(xiàn)象。

合金鋼淬火回火時，鋼的韌性顯著下降的現(xiàn)象稱為回火脆性。第一類回火脆性：第二類回火脆性：可以消除，與冷卻速度有關(guān)，消除方法：1）高溫回火后，把零件放在水中快速冷卻。2）鋼中加入可降低回火脆性傾向的元素Mo、W，如40CrNiMo

合金鋼的回火脆性示意圖10（3）回火脆性無法消除，與冷卻速度無關(guān)，合金鋼淬火回火時，鋼第二節(jié)合金鋼的分類和牌號合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼

按用途分類用于制造機械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼

用于制造各種工具的鋼具有某種特殊物理、化學(xué)性能的鋼、耐熱鋼、耐磨鋼一、分類重點分類和命名11第二節(jié)合金鋼的分類和牌號合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼低合金鋼中合金鋼高合金鋼按合金元素總含量分類合金元素總含量<5%。

合金元素總含量5%～10%

合金元素總含量>10%。

12低合金鋼中合金鋼高合金鋼按合金元素總含量分類合金元素二、合金鋼的牌號1、合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號采用兩位數(shù)字（碳含量）+元素符號（或漢字）+數(shù)字表示例如：40Cr鋼為合金結(jié)構(gòu)鋼，60Si2Mn鋼為合金結(jié)構(gòu)鋼，40CrC：0.4%Cr：<1.5%60Si2MnC：0.6%Mn：<1.5%Si：2%萬分之幾百分之幾，滾動軸承鋼例外，千分之幾13二、合金鋼的牌號1、合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號采用兩位數(shù)字（碳含量）+2、合金工具鋼的牌號

合金工具鋼的牌號和合金結(jié)構(gòu)鋼的區(qū)別：僅在于碳含量的表示方法，它用一位數(shù)字表示平均含碳量的千分數(shù)，當碳含量大于等于1.0%時，則不予標出。如9SiCr鋼為合金工具鋼，平均含碳量為0.90%，主要合金元素為硅、鉻，含量均小于1.5%。9SiCrC：0.9%Si、Cr：<1.5%采用一位數(shù)字（碳含量）+元素符號（或漢字）+數(shù)字表示142、合金工具鋼的牌號合金工具鋼的牌號和合金結(jié)構(gòu)鋼的區(qū)別：

Cr12MoV鋼為合金工具鋼，平均含碳量大于等于1.0%，主要合金元素鉻的平均含量為12%，鉬和釩的含量均小于1.5%。特例：

高速鋼平均含碳量小于1.0%時，其含碳量也不予標出，如W18Cr4V鋼平均含碳量為0.7%～0.8%。Cr12MoVC：>1%，不標出Cr：12%Mo、V:<1.5%W18Cr4VC：<1%，也不標出W：18%，Cr：4%V:<1.5%15Cr12MoV鋼為合金工具鋼，平均含碳量大于等于1.0%，3、特殊性能鋼的牌號

特殊性能鋼的牌號和合金工具鋼的表示方法相同

當含碳量為0.03%～0.10%時，含碳量用0表示，如0Cr18Ni9鋼的平均含碳量為0.03%～0.10%；

當含碳量小于等于0.03%時，用00表示。如00Cr30Mo2鋼的平均含碳量小于0.03%。163、特殊性能鋼的牌號特殊性能鋼的牌號和合金工具鋼的表示方為表示鋼的用途，在鋼的牌號前面冠以漢語拼音字母字頭，而不標含碳量，合金元素含量的標注也和上述有所不同。例如滾動軸承鋼前面標“G”（“滾”字的漢語拼音字母字頭），如GCr15。注意牌號中鉻元素后面的數(shù)字是表示含鉻量千分數(shù)，其他元素仍按百分數(shù)表示，如GCr15SiMn表示含鉻量為1.5%，硅、錳含量均小于1.5%的滾動軸承鋼。

比較：GCr15、2Cr13與Cr12MoV特殊專用鋼17為表示鋼的用途，在鋼的牌號前面冠以漢語拼音字母字頭，而不標含第三節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼

用途不同低合金結(jié)構(gòu)鋼

機器用鋼建筑工程橋梁工程船舶車輛

主要用于制造各種零件按用途和熱處理特點有可分為：

滲碳鋼

調(diào)質(zhì)鋼

彈簧鋼

滾動軸承鋼高強高韌高塑性18第三節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼用途不同低合金機器用鋼建筑工程主要用一、低合金結(jié)構(gòu)鋼

定義：低合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上，加入少量的合金元素（一般合金元素總量小于3%）的工程用鋼。低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金耐候鋼低合金專業(yè)用鋼按使用性能19一、低合金結(jié)構(gòu)鋼定義：低合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳鋼的基礎(chǔ)上，加入含碳量：較低（一般在0.10%～0.25%范圍內(nèi)）。合金元素：主要是錳、硅、釩、鈮和鈦等。

錳和硅的主要作用是對鐵素體起固溶強化的作用，以提高鋼的強度

釩、鈦和鈮等元素的主要作用是細化晶粒，提高鋼的韌性。這類鋼比相同含碳量的碳素結(jié)構(gòu)鋼的強度要高得多，且有良好的塑性、韌性、耐蝕性和焊接性。

用途：廣泛用來制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、壓力容器、起重機械等鋼結(jié)構(gòu)件。1.低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼20含碳量：較低（一般在0.10%～0.25%范圍內(nèi)）。1.低合

耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，是在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素，如銅、磷、鉻、鎳、鉬、鈦、釩等合金元素，使其在金屬表面形成保護層，以提高鋼材的耐腐蝕性。耐候鋼又分為焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼兩類。前一類鋼具有良好的焊接性能，適用于橋梁、建筑與其他要求高耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。

低合金鋼筋鋼

鐵道用低合金鋼

礦用低合金鋼

汽車用低合金鋼3．低合金專業(yè)用鋼2．低合金耐候鋼21耐候鋼即耐大氣腐蝕鋼，是在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素一．滲碳鋼性能特點：表面具有高硬度、高耐磨性，而心部要有高韌性和足夠的強度。為滿足這種性能要求，常常采用低碳鋼或低碳合金鋼進行表面滲碳后經(jīng)淬火和回火處理，稱這類鋼為滲碳鋼。用途：汽車、拖拉機的變速齒輪、內(nèi)燃機的凸輪等凸輪齒輪二、機器用鋼

22一．滲碳鋼性能特點：表面具有高硬度、高耐磨性，而心部要有高韌低碳，在0.1～0.25%之間，可保證滲碳零件的心部具有足夠的韌性和塑性。含碳量合金元素

主要有Cr、Ni、Mn和B等。它們不僅可提高淬透性、改善心部性能，同時還可提高滲碳層性能（強度和韌性）。其中以Ni的作用最好。

為了細化晶粒，還加入少量阻止奧氏體晶粒長大的強碳化物形成元素Ti、V、Mo等。它們形成的碳化物在高溫滲碳時不溶解，有效地抑制滲碳時的過熱現(xiàn)象（一）化學(xué)成分23低碳，在0.1～0.25%之間，可保證滲碳零件的心部具有足夠（二）熱處理特點滲碳+淬火再低溫回火目的：表層碳濃度為0.85～1.0%表層組織由合金滲碳體、回火馬氏體與少量殘余奧氏體組成，硬度可達HRC60～62左右。心部的組織：屈氏體，硬度HRC25～40、沖擊韌性αk≥60J/cm2。24（二）熱處理特點滲碳+淬火再低溫回火目的：表層碳濃度為0（三）常用的合金滲碳鋼按淬透性的高低分低淬透性鋼高淬透性滲碳鋼15Cr、20Cr-小齒輪18Cr2Ni4W-大齒輪中淬透性鋼20CrMnTi、20CrMnMo-汽車、拖拉機變速箱齒輪25（三）常用的合金滲碳鋼按淬透性的高低分低淬透性鋼高淬透性滲碳

正火作為預(yù)備熱處理其目的是改善鍛造組織；調(diào)整硬度（HB170～210）便于機加工，正火后的組織為索氏體+鐵素體。齒輪技術(shù)要求：滲碳層深度：1.0～1.5mm表層碳濃度為0.85～1.0%齒表硬度HRC55～60左右。心部硬度HRC30～45。選用材料：20CrMnTi。齒輪的生產(chǎn)工藝路線如下：下料—鍛造—正火—加工齒形—滲碳—預(yù)冷淬火—低溫回火—噴丸—精磨。26正火作為預(yù)備熱處理其目的是改善鍛造組織；調(diào)整硬度（HB17

滲碳目的：增加表面含C量

最終熱處理為滲碳后預(yù)冷到840℃直接淬火+低溫回火，預(yù)冷的目的在于減少淬火變形，同時在預(yù)冷過程中，滲層中可以析出二次滲碳體，在淬火后減少了殘余奧氏體量。

最終熱處理組織：由表面往心部依次為回火馬氏體+顆粒狀碳化物+殘余奧氏體；而心部的組織分為兩種情況，在淬透時為低碳馬氏體+鐵素體；未淬透時為索氏體+鐵素體。噴丸目的：去氧化皮；增加表面壓應(yīng)力，提高疲勞強度。20CrMnTi鋼經(jīng)上述處理后表面可獲得高耐磨性層，心部有較高的強度和良好的韌性。用途：制造承受高速中載并且抗沖擊和耐磨損的零件。如汽車、拖拉機的后橋和變速箱齒輪、離合器軸、傘齒輪和一些重要的軸類零件。27滲碳目的：增加表面含C量20CrMnTi鋼經(jīng)上述處理后表面用途：制造各種重要的機器零件，如齒輪、連桿、軸與螺栓等。二、合金調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼是指經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的結(jié)構(gòu)鋼，大多數(shù)采用中碳鋼，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后鋼的組織為回火索氏體，具有良好的綜合機械性能，即強度高、塑性和韌性好。28用途：制造各種重要的機器零件，如齒輪、連桿、軸與螺栓等。二中碳：0.25%～0.50%，含碳量過低，硬度不足。含碳量過高，則韌性不足。含碳量合金元素

常加入少量鉻、錳、硅、鎳、硼等合金元素以增加鋼的淬透性、使鐵素體強化并提高韌性。

加入少量鉬、釩、鎢、鈦等碳化物形成元素，可阻止奧氏體晶粒長大和提高鋼的回火穩(wěn)定性，以進一步改善鋼的性能。40Cr鋼是最常用的合金調(diào)質(zhì)鋼，其強度比40鋼提高了20%。與合金調(diào)質(zhì)鋼相比，碳素調(diào)質(zhì)鋼（40鋼、45鋼）只適于制造強度不太高、截面尺寸不大的零件。典型鋼種（一）化學(xué)成分29中碳：0.25%～0.50%，含碳量過低，硬度不足。含碳量過合金調(diào)質(zhì)鋼的熱處理工藝是：調(diào)質(zhì)（淬火后高溫回火）。組織：回火索氏體。性能：使零件具有良好的綜合力學(xué)性能。若要求零件表面有很高的耐磨性，可在調(diào)質(zhì)后再進行表面淬火或化學(xué)熱處理。淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)）組織：回火索氏體使零件具有良好的綜合力學(xué)性能(二)熱處理特點30合金調(diào)質(zhì)鋼的熱處理工藝是：調(diào)質(zhì)（淬火后高溫回火）。淬火+高如制造汽車螺栓：性能要求：σb≥900N/mm2，σs≥700N/mm2，δ5≥12%,ψ≥50%，αk≥80J/cm2，HB=300～341.選用材料：42CrMo鋼。工藝路線如下：下料—鍛造—正火—機械加工（粗加工）—調(diào)質(zhì)—機械加工（精加工）—噴丸。正火目的：是為了改善鍛造組織，細化晶粒，降低硬度以利于切削加工，并為調(diào)質(zhì)處理做組織準備。調(diào)質(zhì)目的：得到回火索氏體。調(diào)質(zhì)工藝如圖，經(jīng)880℃油淬后得到馬氏體組織，570℃回火后其組織為回火索氏體?？蓾M足性能要求。

31如制造汽車螺栓：調(diào)質(zhì)目的：得到回火索氏體。31

彈簧鋼是制造各種彈性零件的主要材料，特別是制造各種機器，儀表中的彈簧。

工作條件：彈簧主要是利用彈性變形來儲存能量和緩和震動。彈簧一般是在動載荷下工作的受到反復(fù)彎曲或拉、壓應(yīng)力。

性能要求：

(1)較高的彈性極限

(2)疲勞強度

(3)足夠的塑性、韌性

(4)良好的表面質(zhì)量

(5)有良好的淬透性與較低的脫碳敏感性。

用途：制造各種彈性零件：如彈簧、板簧。三．彈簧鋼32彈簧鋼是制造各種彈性零件的主要材料，特別是制造各種機器，中高C：碳素彈簧鋼的含碳量為0.6～0.85%，如65、70、75鋼等，其淬透性差，只適于制造小截面的彈簧，直徑一般小于12～15mm。大截面彈簧一般選用合金彈簧鋼。合金彈簧鋼含碳量在0.45～0.7%之間。含碳量合金元素

主加元素Si,Mn：提高淬透性，提高屈強比

輔加元素Cr,W,V：細化晶粒,耐沖擊,高溫強度好（一）化學(xué)成分33中高C：碳素彈簧鋼的含碳量為0.6～0.85%，如65、70用冷拉彈簧鋼絲或冷軋彈簧鋼帶在冷態(tài)下制成的，適于制造直徑小或厚度薄的彈簧。冷成形法制彈簧鋼絲鋼板→淬火+中溫回火→冷卷彎曲成型→去應(yīng)力→噴丸（二）彈簧的成型與熱處理特點1、熱成型彈簧熱成形法制彈簧熱軋鋼絲鋼板→卷彎曲成型→淬火+中溫回火→噴丸2、冷成型彈簧使用態(tài)組織

T回

34用冷拉彈簧鋼絲或冷軋彈簧鋼帶在冷態(tài)下制成的，適于制造直徑小或

65、75淬透性差，制造小截面彈簧。

65Mn、60Si2Mn等，其淬透性好，強度較高?？芍谱鼋孛娉叽巛^大的彈簧。如汽車、拖拉機、機車的板簧和螺旋彈簧

50CrVA、55SiMnMo，淬透性更好，強度更高。在高溫與高負荷下的彈簧。如閥門彈簧、高速柴油機氣門彈簧.（三）典型鋼種3565、75淬透性差，制造小截面彈簧。（三）典型鋼種35

用途：主要用來制作各種滾動元件（滾珠、滾柱、軸承套等）以與其他各種耐磨零件（如柴油機油泵油嘴偶件）。

工作條件：滾動軸承在工作時承受較大的局部交變負荷，滾動體與套圈之間產(chǎn)生極大的接觸應(yīng)力。

性能要求：①高接觸疲勞強度②高硬度和耐磨性③足夠的韌性和淬透性④一定耐蝕能力和良好尺寸穩(wěn)定性使用態(tài)組織極細M回＋細粒狀碳化物＋少量A殘四、滾動軸承鋼36用途：主要用來制作各種滾動元件（滾珠、滾柱、軸承套等）以與高碳：0.95～1.15%，高碳是為了保證鋼經(jīng)熱處理后具有高硬度和獲得一定量的高耐磨性的合金碳化物。含碳量合金元素

主要合金元素是Cr，Cr：0.40～1.65%。Cr可提高淬透性并與碳形成合金滲碳體（Fe、Cr）3C，阻止奧氏體晶粒長大，淬火后獲得細小的隱晶馬氏體組織，提高鋼的強度、韌性與接觸疲勞強度。Cr的含量不宜過高，不超過1.65%.，否則增加殘余奧氏體量，降低鋼的強度和硬度。（一）化學(xué)成分37高碳：0.95～1.15%，高碳是為了保證鋼經(jīng)熱處理后具有高最常用的軸承鋼：

GCr9、GCr15這種鋼多制造中、小型軸承。

對于大型、重載荷軸承，多采用含Mn，Mo，Si，V等元素的軸承鋼，如GCr15SiMn。

典型鋼種38最常用的軸承鋼：典型鋼種38(二)熱處理特點

球化退火是為了降低鋼的硬度，以利于切削加工，還為零件的最終熱處理做組織準備。組織是鐵素體和均勻分布的細粒狀碳化物。

淬火和低溫回火是決定軸承鋼性能的主要熱處理工序。

GCr15:淬火溫度在825～845℃之間，要求嚴格。如果淬火加熱溫度過高會使殘余奧氏體量增多，并由于過熱而形成粗大的片狀馬氏體、使鋼的疲勞強度與韌性降低，溫度過低則硬度不足。回火溫度為150～160℃，保溫2～3h；回火后的組織由極細的回火馬氏體+細粒狀合金滲碳體+少量殘余奧氏體組成，硬度為HRC61～65。滾動軸承鋼的熱處理工藝:球化退火、淬火和低溫回火。39(二)熱處理特點球化退火是為了降低鋼的硬度，以利于切削加工在鋼中加入一定量的S、Pb、P、Ca、Se等合金元素，從而提高鋼的可切削性，稱這類鋼為易切鋼。

鉛完全不溶于鋼中，以1～2μm的小顆粒均勻分布在鋼的基體上，能改善可切削性能。鉛的含量一般控制在0.10～0.30%范圍內(nèi)，過多會引起偏析，反而不利于切削。

硫在易切鋼中的含硫量一般在0.08～0.35%范圍內(nèi)，這類鋼中必須有足夠的含Mn量，形成MnS夾雜物分布在鋼的基體上，中斷基體的連續(xù)性，提高切削性能。但這種鋼容易形成纖維組織，呈現(xiàn)各向異性。因此，可在其中加Ti、Zr、RE等元素，抑制硫化物在熱加工過程中的延伸，防止鋼的各向異性的形成。鈣(0.001%~0.05%)可形成高熔點Ca-Al-Si氧化物,提高耐磨性,改善切削性能。牌號：Y12五、易切鋼40在鋼中加入一定量的S、Pb、P、Ca、Se等合金元素，從而提模具量具刃具工具鋼性能要求:

高硬度

高耐磨性

足夠的韌性以與小的變形量等。因此，有些鋼是可以通用的，既可做刃具又可做模具、量具。工具鋼是用于制造刃具、模具、量具等各種工具用鋼的總稱。第四節(jié)工具鋼41模具量具刃具工具鋼性能要求:工具鋼是用于制造刃具、模具、量具一．刃具鋼用途：車刀、銑刀、鉆頭等金屬切削刀具（一）性能要求1.高硬度:大于HRC60，碳含量較高約為0.6～1.5%。2.高耐磨性:影響耐磨性的主要因素是碳化物的硬度、數(shù)量、大小與分布情況。3高的熱硬性:熱硬性的高低與鋼的回火穩(wěn)定性有關(guān)。一般在刃具鋼中加入提高回火穩(wěn)定性的合金元素可增加鋼的熱硬性。4.足夠塑性和韌性42一．刃具鋼42

碳素工具鋼的含碳量很高，在0.6～1.3%范圍之間，經(jīng)淬火后有較高的硬度和耐磨性。

T10、T12含碳量高，硬度高、塑性差，主要用做鉆頭、銼刀等。

T7、T8、T9含碳量較低，硬度較低些但韌性較高，主要做木工刀具、錘子、鏨子、帶鋸等。（二）碳素工具鋼43碳素工具鋼的含碳量很高，在0.6～1.3%范圍之間，經(jīng)淬

加入Cr,Mn,Si提高淬透性，Si提高回火穩(wěn)定性

加入W,V提高硬度、耐磨性，細化晶粒（三）低合金刃具鋼1成分特點含碳量高C：0.9～1.5%C合金元素44加入Cr,Mn,Si提高淬透性，Si提高回火穩(wěn)定性（三）9SiCr-制造板牙、絲錐、絞刀、冷沖模等。CrWMn-制造板牙、拉刀、高精度冷沖模等。3、熱處理正火——球化退火——機加工——淬火＋低溫回火預(yù)先熱處理為球化退火：為了改善切削性能最終熱處理為淬火和低溫回火。使用態(tài)組織：回火馬氏體+粒狀合金碳化物+殘余奧氏體。2典型合金刃具鋼459SiCr-制造板牙、絲錐、絞刀、冷沖模等。2典型合金刃

高速切削刃具。當切削溫度高達600℃時，硬度無明顯下降，仍保持良好的切削性能，因此而得名（俗稱鋒鋼）。常用的高速鋼按其所含的主要元素可分為以下兩類：

鎢系：W18Cr4V

鉬系：一部分W被Mo所代替W6Mo5Cr4V2它們共同的特點是含碳量較高并含有多量的碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等。（四）高速鋼高速鋼刀具46高速切削刃具。當切削溫度高達600℃時，硬度無明顯下降，含碳量1、化學(xué)成分

加入Cr（4％）提高淬透性

加入W,Mo保證高的熱硬性

加入V提高耐磨性合金元素高碳：0.7～1.25%47含碳量1、化學(xué)成分加入Cr（4％）提高淬透性合金元素高碳：（1）高速鋼的鍛造:鑄造組織有魚骨狀共晶,使得鑄態(tài)高速鋼既脆又硬，無法直接使用。

高速鋼鑄造后的組織，不能用熱處理辦法矯正，必須借助于反復(fù)的壓力熱加工，一般選擇多次軋制和鍛壓，將粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使它們均勻分布在基體中。鍛造或軋制后，鋼錠要緩慢冷卻，以防止產(chǎn)生過高應(yīng)力甚至開裂。（2）退火

高速鋼經(jīng)鍛造后，存在鍛造應(yīng)力與較高硬度。經(jīng)退火處理可降低硬度及消除內(nèi)應(yīng)力，并為隨后的淬火做組織準備。2、高速鋼的鍛造與熱處理48（1）高速鋼的鍛造:鑄造組織有魚骨狀共晶,使得鑄態(tài)高速鋼既脆（3）淬火和回火

高速鋼的淬火加熱溫度高：這樣可以使較多的W、V（提高刃具紅硬性的元素）溶入奧氏體中，在1000℃以上加熱淬火，W、V在奧氏體中的溶解度急速增加；1300℃左右加熱，各合金元素在奧氏體中的溶解度也大為增加。保溫時間不能太長：否則會造成晶粒長大，甚至出現(xiàn)晶界熔化，這也就是淬火溫度和加熱時間需精確掌握的原因所在。分級預(yù)熱：高碳高合金元素的存在，高速鋼的導(dǎo)熱性很差，所以淬火加熱時采用分級預(yù)熱，一次預(yù)熱溫度600～650℃，二次預(yù)熱在800～850℃，可避免由熱應(yīng)力而造成的變形或開裂。淬火冷卻采用油中分級淬火法。

49（3）淬火和回火49W18Cr4V鋼的淬、回火工藝曲線高速鋼的回火，一般進行三次，回火溫度560℃，每次1～1.5h。第一次回火只對淬火馬氏體起回火作用，在回火冷卻過程中，發(fā)生殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，同時產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。經(jīng)第二次回火，沒有徹底轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體繼續(xù)發(fā)生新的轉(zhuǎn)變，又產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。這就需要進行第三次回火。高速鋼淬火后殘余奧氏體量大約為30%，三次回火后仍保留有3%~4%，與此同時，使碳化物析出量增多，產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象，提高了刃具使用性能。為使高速鋼中的殘余奧氏體量減少到最低程度，往往還需進行冷處理。50W18Cr4V鋼的淬、高速鋼的回火，一般進行三次，回火溫度5

硬質(zhì)合金是將特制的高熔點、高硬度的金屬碳化物粉末和粘結(jié)劑混合，壓制成型，再經(jīng)燒結(jié)而成的一種粉末冶金材料。硬質(zhì)合金主要用做切削工具。特點：

硬度高（HRA87-93）

熱硬度高（可達1000℃左右）

耐磨性好。與高速鋼相比：硬質(zhì)合金切削速度提高4—7倍、壽命提高5-8倍?？汕邢鞔慊痄?，奧氏體鋼等。制造特點：由于它的硬度高，性脆，不能切削加工。通常制成一定規(guī)格的刀片，采用機械或壤焊方法固定在刀體上。（五）硬質(zhì)合金51硬質(zhì)合金是將特制的高熔點、高硬度的金屬碳化物粉末和粘結(jié)劑

1鎢鈷類硬質(zhì)合金：是以WC粉末和軟的Co粉末混合制成的。Co起粘結(jié)作用。牌號：用YG來表示。例如YG3是含Co量3%的硬質(zhì)合金，其余為WC量。

2鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金：是以TiC、WC和Co的粉末制成的合金。牌號：用YT來表示。如YT5表示含TiC為5%，其余含量為WC和Co

3、鋼結(jié)硬質(zhì)合金

4、涂層硬質(zhì)合金分類：521鎢鈷類硬質(zhì)合金：是以WC粉末和軟的Co粉末混合制成的。二、模具鋼制造模具的鋼種稱為模具鋼。模具一般為熱作模具和冷作模具兩類。（一）冷作模具鋼用于制造使金屬在冷態(tài)下變形的模具，如冷沖模、冷擠壓模、冷鐓模等。性能要求：

高的硬度

強度

良好的耐磨性

足夠的韌性。典型鋼種：

尺寸小的冷作模具鋼，可采用T10、T10A、9SiCr、9Mn2V、CrWMn等。

大型模具必須采用淬透性好。耐磨性高、熱處理變形小的鋼種，一般采用Cr12型鋼種。53二、模具鋼53①高C:>1.1%②Cr,Mo,W,V提高耐磨性Cr12MoV鋼沖孔落料模生產(chǎn)工藝路線如下：下料→鍛造→退火→機械加工→淬火+低溫回火→精磨或電火花加工→成品54①高C:>1.1%Cr12MoV鋼沖孔落料模生

熱作模具鋼用于制造熱鍛模和熱壓模。熱作模具在工作時，除承受較大的各種機械應(yīng)力外，還使模膛受到熾熱金屬和冷卻介質(zhì)（水、油和空氣）的交替作用產(chǎn)生的熱應(yīng)力，易使模膛龜裂，即熱疲勞現(xiàn)象。（1）性能要求：

具有較高的強度和韌性，并有足夠的耐磨性和硬度（HRC40-50）

有良好的抗熱疲勞性

有良好的導(dǎo)熱性與回火穩(wěn)定性，以利于始終保持模具的良好強度和韌性。

熱作模具一般體積大，為保證模具的整體性能均勻一致，還要求有足夠的淬透性。（二）熱作模具鋼55熱作模具鋼用于制造熱鍛模和熱壓模。（二）熱作模具鋼55①中C:0.3%～0.6%含碳量（2）化學(xué)成分Cr、Ni、Mn、Si：可提高鋼的淬透性。W、Mo、V：主要作用是提高鋼的回火穩(wěn)定性、二次硬化。Mo防止回火脆性。合金元素

5Cr2MnMo-小型熱鍛模

3Cr2W8V、4Cr5MoSiV-大型熱鍛模典型鋼種56①中C:0.3%～0.6%含碳量（2）化學(xué)成分Cr、Ni

特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的鋼，它的種類很多，并且正在迅速發(fā)展。其中最主要的是不銹鋼和耐熱鋼。

1．不銹鋼

（又稱為不銹耐酸鋼）是指能抵抗大氣或酸等化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼。

用途：不銹鋼是石油、化工、化肥等工業(yè)部門廣泛使用的金屬材料.各種容器、管道、閥門總是在腐蝕性氣體和介質(zhì)工作，常因腐蝕而失效。第五節(jié)特殊性能鋼57特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的鋼，它的種類

化學(xué)腐蝕：是金屬在干燥氣體或非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，腐蝕過程不產(chǎn)生電流，鋼在高溫下的氧化屬于典型的化學(xué)腐蝕；

電化學(xué)腐蝕：是金屬與電解質(zhì)溶液接觸時所發(fā)生的腐蝕，腐蝕過程中有電流產(chǎn)生，鋼在室溫下的銹蝕主要屬于電化學(xué)腐蝕。（1）金屬腐蝕的一般概念

腐蝕通?？煞譃?

化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕58化學(xué)腐蝕：是金屬在干燥氣體或非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，腐蝕過程電化學(xué)腐蝕實際是電池作用。當兩種互相接觸的金屬放入電解質(zhì)溶液時，由于兩種金屬的電極電位不同，彼此之間就形成一個微電池，并有電流產(chǎn)生。

電極電位低的金屬為陽極；

電極電位高的金屬為陰極電極反應(yīng)的兩個規(guī)律1．電極電位最低的物質(zhì)首先在陽極反應(yīng)。

2．電極電位最高的物質(zhì)首先在陰極反應(yīng)。

陽極的金屬將不斷被溶解，而陰極金屬就不被腐蝕。陰極的反應(yīng)為：2H++2e→H2↑陽極的反應(yīng)為：Zn-2e→Zn+259電化學(xué)腐蝕實際是電池作用。當兩種互相接觸的金屬放入電解質(zhì)溶液對于同一種合金，由于組成合金的相或組織不同，也會形成微電池，造成電化學(xué)腐蝕。例如鋼組織中的珠光體，是由鐵素體和滲碳體兩相組成的，在電解質(zhì)溶液中就會形成微電池，由于鐵素體的電極電位低，為陽極，就被腐蝕。而滲碳體的電極電位高，為陰極而不被腐蝕。在觀察碳鋼的顯微組織時，要把拋光的試樣磨面放在硝酸酒精溶液中浸蝕，使鐵素體腐蝕后，才能在顯微鏡下觀察到珠光體的組織，就是利用電化學(xué)腐蝕的原理實現(xiàn)的。珠光體腐蝕示意圖60對于同一種合金，由于組成合金的相或組織不同，也會形成微電池，

提高金屬的抗電化學(xué)腐蝕能力的措施：

①．盡量使金屬在獲得均勻的單相組織條件下使用，這樣金屬在電解質(zhì)溶液中只有一個極，使微電池難以形成。如在鋼中加入大于24%的Ni，會使鋼在常溫下獲得單相的奧氏體組織。

②．加入合金元素提高金屬基體的電極電位，例如在鋼中加入大于13%的Cr，則鐵素體的電極電位由-0.56V提高到0.2V，從而使金屬的抗腐蝕性能提高。

③．加入合金元素，在金屬表面形成一層致密的氧化膜，又稱鈍化膜，把金屬與介質(zhì)分隔開，從而防止進一步的腐蝕。61

提高金屬的抗電化學(xué)腐蝕能力的措施：

①．盡量使金屬在獲得均

鉻是不銹鋼合金化的主要元素。鋼中加入鉻，提高電極電位，從而提高鋼的耐腐蝕性能。當含鉻量達n/8原子分數(shù)值（n=1、2、3………），即達到1/8、2/8、3/8………（也即12.5%、25%、37.5%………）原子分數(shù)時，電極電位呈臺階式躍增，即腐蝕速度呈臺階式下降，這稱之為n/8規(guī)律。所以鉻鋼中的含鉻量只有超過臺階值（如n=1，換成重量百分數(shù)則為12.5%X(52/55.8)=11.7%）時，鋼的耐蝕性才明顯提高。由于含鉻量超過11.7%，而且絕大部分都溶于固溶體中，使電極電位躍增，使基體的電化學(xué)腐蝕過程變緩。同時，在金屬表面被腐蝕時，形成一層與基體金屬結(jié)合牢固的鈍化膜，使腐蝕過程受阻，從而提高鋼的耐蝕性。62

鉻是不銹鋼合金化的主要元素。鋼中加入鉻，提高電極電位，從而

M不銹鋼(稱Cr13型)：1Cr13,2Cr13用于汽輪機葉片、熱裂設(shè)備,3Cr13,4Cr13：手術(shù)器具與刀具

F不銹鋼：

1Cr17、

1Cr28

：化工設(shè)備、食品工業(yè)—不能通過熱處理強化

A不銹鋼(稱18—8型)

：

1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9Ti：化工生產(chǎn)中的某些設(shè)備及管道、食品、醫(yī)療行業(yè)—不能通過熱處理強化（2）常用不銹鋼63M不銹鋼(稱Cr13型)：1Cr13,2Cr132．耐熱鋼

在發(fā)動機、化工、航空等部門，有很多零件是在高溫下工作，要求具有高的耐熱性的鋼稱為耐熱鋼。

例如：氣門是內(nèi)燃機重要的典型零件，工作溫度高，尤其是在排氣門與汽缸相接觸的面，溫度高達600oC～700oC，隨著內(nèi)燃機向高轉(zhuǎn)速、大功率、輕量化的方向發(fā)展，對發(fā)動機的主要零件—氣門的性能特點提出了更高的要求.4Cr14Ni14W2MoV屬于奧氏體型耐熱鋼，常用于內(nèi)燃機排氣閥，氣門等642．耐熱鋼

在發(fā)動機、化工、航空等部門，有很多零件是在高（1）耐熱鋼的一般概念*

鋼的耐熱性包括高溫抗氧化性和高溫強度兩方面的涵義。

金屬的高溫抗氧化性是指金屬在高溫下對氧化作用的抗力；

而高溫強度是指鋼在高溫下承受機械負荷的能力。所以，耐熱鋼既要求高溫抗氧化性能好，又要求高溫強度高。65（1）耐熱鋼的一般概念*

鋼的耐熱性包括高溫抗氧化性a）高溫抗氧化性

金屬的高溫抗氧化性，通常主要取決于金屬在高溫下與氧接觸時，表面能形成致密且熔點高的氧化膜，以避免金屬的進一步氧化。一般碳鋼在高溫下很容易氧化，這主要是由于在高溫下鋼的表面生成疏松多孔的氧化亞鐵（FeO），容易剝落，而且氧原子不斷地通過FeO擴散，使鋼繼續(xù)氧化。

為了提高鋼的抗氧化性能，一般是采用合金化方法，加入鉻、硅、鋁等元素，使鋼在高溫下與氧接觸時，在表面上形成致密的高熔點的Ｃr2O3、SiO2、Ａl2O3等氧化膜，牢固地附在鋼的表面，使鋼在高溫氣體中的氧化過程難以繼續(xù)進行。如在鋼中加15％Ｃr，其抗氧化溫度可達900℃；在鋼中加20～25％Ｃr，其抗氧化溫度可達1100℃。66a）高溫抗氧化性

金屬的高溫抗氧化性，通常主要取決于金屬b）高溫強度

金屬在高溫下所表現(xiàn)的力學(xué)性能與室溫下大不相同。在室溫下的強度值與載荷作用的時間無關(guān)，但金屬在高溫下，當工作溫度大于再結(jié)晶溫度、工作應(yīng)力大于此溫度下的彈性極限時，隨時間的延長，金屬會發(fā)生極其緩慢的塑性變形，這種現(xiàn)象叫做“蠕變”。在高溫下，金屬的強度是用蠕變強度和持久強度來表示。蠕變強度是指金屬在一定溫度下，一定時間內(nèi)，產(chǎn)生一定變形量所能承受的最大應(yīng)力。而持久強度是指金屬在一定溫度下，一定時間內(nèi)，所能承受的最大斷裂應(yīng)力。

67b）高溫強度

金屬在高溫下所表現(xiàn)的力學(xué)性能與室溫下大不相

為了提高鋼的高溫強度，通常采用以下幾種措施：

①．固溶強化。固溶體的熱強性首先取決于固溶體自身的晶體結(jié)構(gòu)，由于面心立方的奧氏體晶體結(jié)構(gòu)比體心立方的鐵素體排列的更緊密，因此奧氏體耐熱鋼的熱強性高于鐵素體為基的耐熱鋼。在鋼中加入合金元素，形成單相固溶體，提高原子結(jié)合力，減緩元素的擴散，提高再結(jié)晶溫度，能進一步提高熱強性。

②．析出強化。在固溶體中沉淀析出穩(wěn)定的碳化物、氮化物、金屬間化合物，也是提高耐熱鋼熱強性的重要途徑之一。如加入鈮、釩、鈦等，形成NbC、TiC、VC等，在晶內(nèi)彌散析出，阻礙位錯的滑移，提高塑變抗力，提高熱強性。③．強化晶界。材料在高溫下其晶界強度低于晶內(nèi)強度，晶界成為薄弱環(huán)節(jié)。通過加入鉬、鋯、釩、硼等晶界吸附元素，降低晶界表面能，使晶界碳化物趨于穩(wěn)定，使晶界強化，從而提高鋼的熱強性。68為了提高鋼的高溫強度，通常采用以下幾種措施：

①．固溶強a）珠光體耐熱鋼

一般是在正火狀態(tài)下加熱到Ac3+30℃，保溫一段時間后空冷，隨后在高于工作溫度約50℃下進行回火，其顯微組織為珠光體+鐵素體。其工作溫度為350～550℃，由于含合金元素量少，工藝性好，常用于制造鍋爐、化工壓力容器、熱交換器、汽閥等耐熱構(gòu)件。其中15CrMo主要用于鍋爐零件。這類鋼在長期的使用過程中，會發(fā)生珠光體的球化和石墨化，從而顯著降低鋼的蠕變和持久強度。為此，這類鋼力求降低含碳量和含錳量，并適當加入鉻、鉬等元素，抑制球化和石墨化傾向。除此之外，鋼中加入鉻是為了提高抗氧化性，加入鉬是為了提高鋼的高溫強度。典型鋼:15CrMo、12CrMoV（2）耐熱鋼的種類69a）珠光體耐熱鋼

一般是在正火狀態(tài)下加熱到Ac3+30℃b）馬氏體耐熱鋼

這類鋼主要用于制造汽輪機葉片和氣閥等。

1Cr13、2Cr13是最早用于制造汽輪機葉片的耐熱鋼。為了進一步提高熱強性，在保持高的抗氧化性能的同時，加入鎢、鉬等元素使基體強化，使碳化物穩(wěn)定，提高鋼的耐熱性能。

1Cr11MoV、1Cr12WMoV，經(jīng)淬火+高溫回火后，可使工作溫度提高到550～580℃

。

4Cr9Si2，4Cr10Si2Mo是典型的汽車閥門用鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，鋼具有較高的耐熱性和耐磨性。0.4%的含碳量是為了獲得足夠的硬度和耐磨性，加入鉻、硅是為了提高抗氧化性，加入鉬是為了提高高溫強度和避免回火脆性。4Cr10Si2Mo常用于制作重型汽車的汽閥。70b）馬氏體耐熱鋼

這類鋼主要用于制造汽輪機葉片和氣閥等。c）奧氏體耐熱鋼

奧氏體耐熱鋼的耐熱性能優(yōu)于珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼，這類鋼的冷塑性變形性能和焊接性能都很好，一般工作溫度在600～700℃，廣泛用于航空、艦艇、石油化工等工業(yè)部門制造汽輪機葉片，發(fā)動機汽閥等。最典型的牌號是1Cr18Ni9Ti，Cr的主要作用是提高抗氧化性和高溫強度，鎳主要是使鋼形成穩(wěn)定的奧氏體，并與鉻相配合提高高溫強度，鈦是通過形成彌散的碳化物提高鋼的高溫強度。

4Cr15Ni20（HK40）是石化裝置上大量使用的高碳奧氏體耐熱鋼。這種鋼在鑄態(tài)下的組織是奧氏體基體+骨架狀共晶碳化物，在900℃工作壽命達10萬小時。鉻是抗氧化性能的主要元素，鉻和鎳同時加入，其主要作用是得到單相穩(wěn)定的奧氏體，提高鋼的高溫強度。

4Cr14Ni14W2Mo是用于制造大功率發(fā)動機排氣閥的典型鋼種。此鋼的含碳量提高到0.4%，目的在于形成鉻、鉬、鎢的碳化物并呈彌散析出，提高鋼的高溫強度。71c）奧氏體耐熱鋼

奧氏體耐熱鋼的耐熱性能優(yōu)于珠光體耐熱鋼三．耐磨鋼1定義：通常是指在沖擊和磨損條件下使用的高錳鋼。2用途：制造球磨機的襯板、破碎機的顎板、挖掘機的斗齒、拖拉機和坦克的履帶板。3化學(xué)成分：C：0.9%-1.5%Mn：11%-14%4典型鋼種：ZGMn13

*耐磨鋼機械加工困難，基本上是鑄造后直接使用。72三．耐磨鋼72

一、填空1．.合金元素在鋼中的主要作用有—————、—————————、—————————和——————。