金屬學(xué)第九章合金鋼

金屬學(xué)第九章合金鋼概述合金鋼的主要合金元素有硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鈮、鋯、鈷、鋁、銅、硼、稀土等。其中釩、鈦、鈮、鋯等在鋼中是強碳化物形成元素，只要有足夠的碳，在適當(dāng)條件下，就能形成各自的碳化物，當(dāng)缺碳或在高溫條件下，則以原子狀態(tài)進入固溶體中；錳、鉻、鎢、鉬為碳化物形成元素，其中一部分以原子狀態(tài)進入固溶體中，另一部分形成置換式合金滲碳體；鋁、銅、鎳、鈷、硅等是不形成碳化物元素，一般以原子狀態(tài)存在于固溶體中。第2頁,共70頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)合金元素在鋼中的作用在鋼中加入合金元素后，鋼的基本組元鐵和碳與加入的合金元素會發(fā)生交互作用。鋼的合金化目的是希望利用合金元素與鐵、碳的相互作用和對鐵碳相圖及對鋼的熱處理的影響來改善鋼的組織和性能。合金元素加入鋼中后，主要以三種形式存在鋼中。即：與鐵形成固溶體；與碳形成碳化物；在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。第3頁,共70頁，2024年2月25日，星期天一、合金元素與鐵、碳的相互作用合金元素加入鋼中后，主要以三種形式存在鋼中。即：與鐵形成固溶體；與碳形成碳化物；在高合金鋼中還可能形成金屬間化合物。1.溶于鐵中幾乎所有的合金元素（除Pb外）都可溶入鐵中,形成合金鐵素體或合金奧氏體,按其對α-Fe或γ-Fe的作用,可將合金元素分為擴大奧氏體相區(qū)和縮小奧氏體相區(qū)兩大類。第4頁,共70頁，2024年2月25日，星期天縮小γ相區(qū)元素——亦稱鐵素體穩(wěn)定化元素,主要有Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si、B、Nb、Zr等。它們使A3點上升,A4點下降(鉻除外,鉻含量小于7%時,A3點下降;大于7%后,A3點迅速上升),從而縮小γ相區(qū)存在的范圍,使鐵素體穩(wěn)定區(qū)域擴大。按其作用不同可分為完全封閉γ相區(qū)的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)和部分縮小γ相區(qū)的元素(如B、Nb、Zr等)。

第5頁,共70頁，2024年2月25日，星期天2.形成碳化物合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小,可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。常見非碳化物形成元素有：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。它們基本上都溶于鐵素體和奧氏體中。常見碳化物形成元素有：Mn、Cr、W、V、Nb、Zr、Ti等(按形成的碳化物的穩(wěn)定性程度由弱到強的次序排列)，它們在鋼中一部分固溶于基體相中，一部分形成合金滲碳體,含量高時可形成新的合金碳化合物。第6頁,共70頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)合金元素在鋼中的作用鋼中含碳量增加，屈服點和抗拉強度升高，但塑性和沖擊性降低，當(dāng)碳量0.23%超過時，鋼的焊接性能變壞，因此用于焊接的低合金結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般不超過0.20%。碳量高還會降低鋼的耐大氣腐蝕能力，在露天料場的高碳鋼就易銹蝕；此外，碳能增加鋼的冷脆性和時效敏感性。時效處理：鋼材經(jīng)過冷加工后，在常溫下存放15-20天，或加熱至100-200度并保持2小時左右時效敏感性：因時效作用導(dǎo)致鋼材性能改變的程度。一般，鋼材的機械強度提高，而塑性和韌性降低。第7頁,共70頁，2024年2月25日，星期天二、合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響

1.對奧氏體和鐵素體存在范圍的影響擴大或縮小γ相區(qū)的元素均同樣擴大或縮小Fe-Fe3C相圖中的γ相區(qū),且同樣Ni或Mn的含量較多時,可使鋼在室溫下得到單相奧氏體組織(如1Cr18Ni9奧氏體不銹鋼和ZGMn13高錳鋼等)，而Cr、Ti、Si等超過一定含量時,可使鋼在室溫獲得單相鐵素體組織(如1Cr17Ti高鉻鐵素體不銹鋼等)。

的機械強度提高，而塑性和韌性降低。第8頁,共70頁，2024年2月25日，星期天2.對Fe-Fe3C相圖臨界點(S和E點)的影響擴大γ相區(qū)的元素使Fe-Fe3C相圖中的共析轉(zhuǎn)變溫度下降,縮小γ相區(qū)的元素則使其上升,并都使共析反應(yīng)在一個溫度范圍內(nèi)進行。幾乎所有的合金元素都使共析點(S)和共晶點(E)的碳含量降低，即S點和E點左移,強碳化物形成元素的作用尤為強烈。

第9頁,共70頁，2024年2月25日，星期天三、合金元素對鋼熱處理的影響合金元素的加入會影響鋼在熱處理過程中的組織轉(zhuǎn)變。1.合金元素對加熱時相轉(zhuǎn)變的影響合金元素影響加熱時奧氏體形成的速度和奧氏體晶粒的大小。(1)對奧氏體形成速度的影響：Cr、Mo、W、V等強碳化物形成元素與碳的親合力大,形成難溶于奧氏體的合金碳化物,顯著減慢奧氏體形成速度；Co、Ni等部分非碳化物形成元素,因增大碳的擴散速度,使奧氏體的形成速度加快；Al、Si、Mn等合金元素對奧氏體形成速度影響不大。第10頁,共70頁，2024年2月25日，星期天(2)對奧氏體晶粒大小的影響：大多數(shù)合金元素都有阻止奧氏體晶粒長大的作用,但影響程度不同。強烈阻礙晶粒長大的元素有：V、Ti、Nb、Zr等；中等阻礙晶粒長大的元素有：W、Mn、Cr等；對晶粒長大影響不大的元素有：Si、Ni、Cu等；促進晶粒長大的元素：Mn、P等。第11頁,共70頁，2024年2月25日，星期天2.合金元素對過冷奧氏體分解轉(zhuǎn)變的影響除Co外,幾乎所有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。常用提高淬透性的元素有：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B等。必須指出,加入的合金元素,只有完全溶于奧氏體時,才能提高淬透性。如果未完全溶解,則碳化物會成為珠光體的核心,反而降低鋼的淬透性。另外,兩種或多種合金元素的同時加入(如,鉻錳鋼、鉻鎳鋼等),比單個元素對淬透性的影響要強得多。第12頁,共70頁，2024年2月25日，星期天除Co、Al外,多數(shù)合金元素都使Ms和Mf點下降。其作用大小的次序是：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。其中Mn的作用最強,Si實際上無影響。Ms和Mf點的下降,使淬火后鋼中殘余奧氏體量增多。殘余奧氏體量過多時,可進行冷處理(冷至Mf點以下),以使其轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體;或進行多次回火,這時殘余奧氏體因析出合金碳化物會使Ms、Mf點上升,并在冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體(即發(fā)生所謂二次淬火)。第13頁,共70頁，2024年2月25日，星期天

3.合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響

(1)提高回火穩(wěn)定性合金元素在回火過程中推遲馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變(即在較高溫度才開始分解和轉(zhuǎn)變)，提高鐵素體的再結(jié)晶溫度,使碳化物難以聚集長大，因此提高了鋼對回火軟化的抗力,即提高了鋼的回火穩(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。第14頁,共70頁，2024年2月25日，星期天(2)產(chǎn)生二次硬化一些Mo、W、V含量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℃)后反而開始增大,并在另一更高溫度(一般為550℃左右)達到峰值。這是回火過程的二次硬化現(xiàn)象,它與回火析出物的性質(zhì)有關(guān)。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,鋼中開始沉淀出彌散穩(wěn)定的難熔碳化物Mo2C、W2C、VC等,使硬度重新升高,稱為沉淀硬化?；鼗饡r冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的二次淬火所也可導(dǎo)致二次硬化。第15頁,共70頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)合金鋼的分類與編號一、合金鋼的分類合金鋼的種類繁多，為了便于生產(chǎn)、使用和科學(xué)研究，需要進行分類。

（1）按用途分類,大體上可分為：建筑結(jié)構(gòu)用鋼，機械結(jié)構(gòu)用鋼（除了合金結(jié)構(gòu)鋼）外，還包括合金彈簧鋼和軸承鋼等），工具鋼（包括工模具鋼和高速工具鋼）以及特殊性能鋼（不銹耐酸鋼、耐熱不起皮鋼、無磁鋼等）。

（2）按合金元素的總含量可分成：低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼第16頁,共70頁，2024年2月25日，星期天（3）按所含主要元素分類，有鉻鋼、鎳鋼、鉬鋼、鉻鎳鋼、鉻鎳鉬鋼等。

（4）按合金鋼的金相組織又可分成：鐵素體鋼、珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼，以及亞共析鋼和過共析鋼等。

第17頁,共70頁，2024年2月25日，星期天合金鋼-編號方法1.滾動軸承鋼

在牌號前面加“G”(“滾”字漢語拼音的首位字母)，后面數(shù)字表示鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出。例如GCr15鋼，就是平均鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cr＝1.5％的滾動軸承鋼。鉻軸承鋼中若含有除鉻外的其它合金元素時，這些元素的表示方法同一般的合金結(jié)構(gòu)鋼。滾動軸承鋼都是高級優(yōu)質(zhì)鋼，但牌號后不加“A”。第18頁,共70頁，2024年2月25日，星期天2.合金結(jié)構(gòu)鋼

其牌號由“兩位數(shù)字十元素符號+數(shù)字”三部分組成。前面兩位數(shù)字代表鋼中平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍，元素符號表示鋼中所含的合金元素，元素符號后面數(shù)字表示該元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百倍。合金元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)Me＜1.5%時，一般只標(biāo)明元素而不標(biāo)明數(shù)值；當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1.5％、≥2.5％、≥3.5%，…時，則在合金元素后面相應(yīng)地標(biāo)出2，3，4，…。例如40Cr，其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)c=0.4％，平均鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Cr＜1.5％。如果是高級優(yōu)質(zhì)鋼，則在牌號的末尾加“A”。例如38CrMoAlA鋼，則屬于高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼。第19頁,共70頁，2024年2月25日，星期天3.合金工具鋼

這類鋼的編號方法與合金結(jié)構(gòu)鋼的區(qū)別僅在于：當(dāng)c＜1％時，用一位數(shù)字表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍；當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥1%時，則不予標(biāo)出。例如Cr12MoV鋼，其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為?c=1.45％~1.70%，所以不標(biāo)出；Cr的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12％，Mo和V的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都是小于1.5%。又如9SiCr鋼，其平均?c=0.9％，平均?Cr均＜1.5％。不過高速工具鋼例外，其平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)無論多少均不標(biāo)出。因合金工具鋼及高速工具鋼都是高級優(yōu)質(zhì)鋼，所以它的牌號后面也不必再標(biāo)“A”。

第20頁,共70頁，2024年2月25日，星期天4、高速工具鋼工具鋼的一類，通常用作高速切削工具，簡稱高速鋼,俗稱鋒鋼。編號與合金工具鋼基本相同。主要區(qū)別是鋼中平均含碳量Wc<1%時也不標(biāo)數(shù)字。第21頁,共70頁，2024年2月25日，星期天5.不銹鋼與耐熱鋼

這類鋼牌號前面數(shù)字表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍。例如3Crl3鋼，表示平均?c＝0.3％，平均?Cr＝13％。當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)?c≤0.03％及c≤0.08％時，則在牌號前面分別冠以“00”及“0”表示，例如00Cr17Ni14Mo2，0Cr19Ni9鋼等。

第22頁,共70頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)低合金結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造重要工程結(jié)構(gòu)和機器零件的鋼種稱為合金結(jié)構(gòu)鋼。主要有低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動軸承鋼。一、低合金結(jié)構(gòu)鋼1.用途主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。第23頁,共70頁，2024年2月25日，星期天2.性能要求(1)高強度：一般其的屈服強度在300MPa以上。(2)高韌性：要求延伸率為15%～20%，室溫沖擊韌性大于600kJ/m～800kJ/m。對于大型焊接構(gòu)件，還要求有較高的斷裂韌性。(3)良好的焊接性能和冷成型性能。(4)低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。(5)良好的耐蝕性。第24頁,共70頁，2024年2月25日，星期天3.成分特點

(1)低碳：由于韌性、焊接性和冷成形性能的要求高，其碳含量不超過0.20%。

(2)加入以錳為主的合金元素。

(3)加入鈮、鈦或釩等輔加元素：少量的鈮、鈦或釩在鋼中形成細碳化物或碳氮化物，有利于獲得細小的鐵素體晶粒和提高鋼的強度和韌性。此外，加入少量銅（≤0.4%）和磷（0.1%左右）等，可提高抗腐蝕性能。加入少量稀土元素，可以脫硫、去氣，使鋼材凈化，改善韌性和工藝性能。第25頁,共70頁，2024年2月25日，星期天

4.常用低合金結(jié)構(gòu)鋼

16Mn是我國低合金高強鋼中用量最多、產(chǎn)量最大的鋼種。使用狀態(tài)的組織為細晶粒的鐵素體—珠光體，強度比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235高約20%～30%，耐大氣腐蝕性能高20%～38%。

15MnVN中等級別強度鋼中使用最多的鋼種。強度較高，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)。第26頁,共70頁，2024年2月25日，星期天強度級別超過500MPa后，鐵素體和珠光體組織難以滿足要求，于是發(fā)展了低碳貝氏體鋼。加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利于空冷條件下得到貝氏體組織，使強度更高，塑性、焊接性能也較好，多用于高壓鍋爐、高壓容器等。

5.熱處理特點這類鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，不需要進行專門的熱處理。使用狀態(tài)下的顯微組織一般為鐵素體+索氏體。

第27頁,共70頁，2024年2月25日，星期天

二、合金滲碳鋼

1.用途主要用于制造汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等機器零件。這類零件在工作中遭受強烈的摩擦磨損，同時又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。第28頁,共70頁，2024年2月25日，星期天2.性能要求

(1)表面滲碳層硬度高，以保證優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞抗力，同時具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。

(2)心部具有高的韌性和足夠高的強度。心部韌性不足時，在沖擊載荷或過載作用下容易斷裂；強度不足時，則較脆的滲碳層易碎裂、剝落。

(3)有良好的熱處理工藝性能在高的滲碳溫度（900℃～950℃）下，奧氏體晶粒不易長大，并有良好的淬透性。第29頁,共70頁，2024年2月25日，星期天3.成分特點

(1)低碳：碳含量一般為0.10%～0.25%，使零件心部有足夠的塑性和韌性。

(2)加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等。

(3)加入阻礙奧氏體晶粒長大的元素：主要加入少量強碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成穩(wěn)定的合金碳化物。第30頁,共70頁，2024年2月25日，星期天4.鋼種及牌號

20Cr低淬透性合金滲碳鋼。這類鋼的淬透性低，心部強度較低。

20CrMnTi中淬透性合金滲碳鋼。這類鋼淬透性較高、過熱敏感性較小，滲碳過渡層比較均勻，具有良好的機械性能和工藝性能。

18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金滲碳鋼。這類鋼含有較多的Cr、Ni等元素，淬透性很高，且具有很好的韌性和低溫沖擊韌性。第31頁,共70頁，2024年2月25日，星期天5.熱處理和組織性能合金滲碳鋼的熱處理工藝一般都是滲碳后直接淬火，再低溫回火。熱處理后，表面滲碳層的組織為合金滲碳體+回火馬氏體+少量殘余奧氏體組織，硬度為60HRC～62HRC。心部組織與鋼的淬透性及零件截面尺寸有關(guān)，完全淬透時為低碳回火馬氏體，硬度為40HRC～48HRC；多數(shù)情況下是屈氏體、回火馬氏體和少量鐵素體，硬度為25HRC～40HRC。心部韌性較高。

第32頁,共70頁，2024年2月25日，星期天三、合金調(diào)質(zhì)鋼

1.用途合金調(diào)質(zhì)鋼廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。

2.性能要求調(diào)質(zhì)件大多承受多種工作載荷，受力情況比較復(fù)雜，要求高的綜合機械性能，即具有高的強度和良好的塑性、韌性。合金調(diào)質(zhì)鋼還要求有很好的淬透性。但不同零件受力情況不同，對淬透性的要求不一樣。第33頁,共70頁，2024年2月25日，星期天3.成分特點：

(1)中碳：碳含量一般在0.25%～0.50%之間，以0.4%居多；

(2)加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：這些合金元素除了提高淬透性外，還能形成合金鐵素體，提高鋼的強度。如調(diào)質(zhì)處理后的40Cr鋼的性能比45鋼的性能高很多；

(3)加入防止第二類回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金調(diào)質(zhì)鋼，高溫回火慢冷時易產(chǎn)生第二類回火脆性。在鋼中加入Mo、W可以防止第二類回火脆性，其適宜含量約為0.15%～0.30%Mo或0.8%～1.2%的W。第34頁,共70頁，2024年2月25日，星期天4.鋼種及牌號

(1)40Cr低淬透性調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為30mm～40mm，用于制造一般尺寸的重要零件。

(2)35CrMo中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為40mm～60mm,加入鉬不僅可提高淬透性，而且可防止第二類回火脆性。第35頁,共70頁，2024年2月25日，星期天

(3)40CrNiMo高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼：這類鋼的油淬臨界直徑為60mm-100mm，多半是鉻鎳鋼。鉻鎳鋼中加入適當(dāng)?shù)你f，不但具有好的淬透性，還可消除第二類回火脆性。

第36頁,共70頁，2024年2月25日，星期天5.熱處理和組織性能合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）。合金調(diào)質(zhì)鋼淬透性較高，一般都用油，淬透性特別大時甚至可以空冷，這能減少熱處理缺陷。合金調(diào)質(zhì)鋼的最終性能決定于回火溫度。一般采用500℃-650℃回火。通過選擇回火溫度，可以獲得所要求的性能。為防止第二類回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韌性的提高。

第37頁,共70頁，2024年2月25日，星期天合金調(diào)質(zhì)鋼常規(guī)熱處理后的組織是回火索氏體。對于表面要求耐磨的零件（如齒輪、主軸），再進行感應(yīng)加熱表面淬火及低溫回火，表面組織為回火馬氏體。表面硬度可達55HRC～58HRC。合金調(diào)質(zhì)鋼淬透調(diào)質(zhì)后的屈服強度約為800MPa,心部硬度可達22HRC～25HRC。若截面尺寸大而未淬透時，性能顯著降低。第38頁,共70頁，2024年2月25日，星期天四合金彈簧鋼彈簧是起緩沖、減振和儲能等作用。彈簧一般是在交變應(yīng)力下工作，常見的破壞形式是疲勞破壞，因此，必須具有高的屈服點和屈強比（σs/σb）、彈性極限、抗疲勞性能，以保證彈簧有足夠的彈性變形能力并能承受較大的載荷。同時，彈簧鋼還要求具有一定的塑性與韌性，一定的淬透性，不易脫碳及不易過熱。一些特殊彈簧還要求有耐熱性、耐蝕性或在長時間內(nèi)有穩(wěn)定的彈性。第39頁,共70頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共70頁，2024年2月25日，星期天第41頁,共70頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共70頁，2024年2月25日，星期天第43頁,共70頁，2024年2月25日，星期天中碳鋼和高碳鋼都可作彈簧使用，但因其淬透性和強度較低，只能用來制造截面較小、受力較小的彈簧。合金彈簧鋼則可制造截面較大、屈服極限較高的重要彈簧。第44頁,共70頁，2024年2月25日，星期天[化學(xué)成分]：合金彈簧鋼為中、高碳成分，一般wC=0.5％～0.7％，以滿足高彈性、高強度的性能要求。加入的合金元素主要是Si、Mn、Cr，作用是強化鐵素體、提高淬透性和耐回火性。但加入過多的Si會造成鋼在加熱時表面容易脫碳，加入過多的Mn容易使晶粒長大。加入少量的V和Mo可細化晶粒，從而進一步提高強度并改善韌性。此外，它們還有進一步提高淬透性和耐回火性的作用。第45頁,共70頁，2024年2月25日，星期天[熱處理]：為保證彈簧具有高的強度和足夠的韌性，通常采用淬火+中溫回火。對熱成形彈簧，可采用熱成形余熱淬火，對熱冷成形的彈簧，有時可省去淬火、中溫回火工藝，成形后只需進行200～300℃進行去應(yīng)力退火即可。彈簧鋼熱處理后通常進行噴丸處理，其目的是在彈簧表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高彈簧的疲勞強度。第46頁,共70頁，2024年2月25日，星期天

[彈簧成型方法]：對直徑或板簧厚度大于10mm的大彈簧，可在比正常淬火溫度高出50～80℃的溫度熱成形，對直徑或板簧厚度小于8～10mm的小彈簧，常用冷拔彈簧鋼絲冷卷成形。

[常用牌號]：常用合金彈簧鋼的牌號、化學(xué)成分、熱處理、力學(xué)性能及用途見表6－4。常用的合金彈簧鋼有60Si2Mn、50CrVA、30W4Cr2VA等。第47頁,共70頁，2024年2月25日，星期天五、滾動軸承鋼[軸承鋼性能要求]：主要用于制造滾動軸承的內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架。滾動軸承工作時，內(nèi)、外圈與滾動體的高速相對運動使其接觸面受到強烈的摩擦，因此要求所用材料具有高耐磨性；內(nèi)、外圈與滾動體的接觸面積很小，載荷集中作用于局部區(qū)域，使接觸處容易壓出凹坑，因此要求所用材料具有高硬度；第48頁,共70頁，2024年2月25日，星期天內(nèi)、外圈與滾動體的接觸位置不斷變化，受力位置和應(yīng)力大小也隨之不斷變化，在這種周期性的交變載荷作用下，內(nèi)、外圈和滾動體的接觸表面會出現(xiàn)小塊金屬剝落現(xiàn)象，因此要求所用材料具有高的接觸疲勞強度。此外，軸承鋼還應(yīng)有一定的韌性和淬透性。第49頁,共70頁，2024年2月25日，星期天

[化學(xué)成分]：滾動軸承鋼為高碳成分，wC=0.95％～1.10%，以保證高硬度和高耐磨性。主要合金元素為Cr，wCr=0.40％～1.65%，Cr能提高淬透性，并與碳形成顆粒細小而彌散分布的碳化物，使鋼在熱處理后獲得高而均勻的硬度及耐磨性。有時，軸承鋼中還加入Si和Mn以進一步提高其淬透性，用于大型軸承。第50頁,共70頁，2024年2月25日，星期天

[牌號]：牌號前用字母“G”表示滾動軸承鋼的類別，后附元素符號Cr和其平均含量的千分?jǐn)?shù)及其它元素符號。如GCr4、GCr15、GCr15SiMn、GCr15SiMo、GCr18Mo，目前應(yīng)用最廣泛的是GCr15。

[用途]：滾動軸承鋼雖是制作滾動軸承的專用鋼，但其成分與性能接近工具鋼，故也可制作冷沖模、精密量具等工具，還可制作要求耐磨的精密零件，如柴油機噴油嘴、精密絲杠。

第51頁,共70頁，2024年2月25日，星期天[熱處理]：預(yù)先熱處理為球化退火，可獲得細小均勻的球狀珠光體。其目的一是降低硬度（硬度為170～210HBS），改善切削加工性能；二是為淬火提供良好的原始組織，從而使淬火及回火后得到最佳的組織和性能。最終熱處理是淬火和低溫回火，獲得細回火馬氏體加均勻分布的細粒狀碳化物及少量殘余奧氏體，硬度為61～65HRC。對精密的軸承鋼零件，為保證尺寸穩(wěn)定性，可在淬火后立即進行冷處理（－60～－80℃），以盡量減少殘余奧氏體量。冷處理后進行低溫回火和粗磨，接著在120～130℃進行時效，最后進行精磨。第52頁,共70頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)合金工具鋼合金工具鋼，是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入鉻、鉬、鎢、釩等合金元素以提高淬透性、韌性、耐磨性和耐熱性的一類鋼種。它主要用于制造量具、刃具、耐沖擊工具和冷、熱模具及一些特殊用途的工具。第53頁,共70頁，2024年2月25日，星期天合金工具鋼的淬硬性、淬透性、耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高，按用途大致可分為刃具、模具和量具用鋼3類。其中碳含量高的鋼（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于0080％）多用于制造刃具、量具和冷作模具，這類鋼淬火后的硬度在HRC60以上，且具有足夠的耐磨性；碳含量中等的鋼（碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.35％~0.70％）多用于制造熱作模具，這類鋼淬火后的硬度稍低，為HRC50~55,但韌性良好。第54頁,共70頁，2024年2月25日，星期天（一）刃具用鋼刃具在工作條件下產(chǎn)生強烈的磨損并發(fā)熱，還有震動和承受一定的沖擊負(fù)荷。刃具用鋼應(yīng)具有高的硬度、耐磨性、紅硬性和良好的韌性。為了保證其具有高的硬度，滿足形成合金碳化物的需要，鋼中碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.80％~1.45％。鉻是這類鋼的主要合金元素，質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.50％~1.70％，有的鋼還含有鎢，以提高切削金屬的性能。這類工具鋼因含有合金元素，因此淬透性比碳素工具鋼好，熱處理產(chǎn)生的變形小，具有高的硬度和耐磨性。常用的鋼類有鉻鋼、硅鉻鋼和鉻鎢錳鋼等。第55頁,共70頁，2024年2月25日，星期天（二）模具鋼模具大致可分為冷作模具、熱作模具和塑料模具3類，用于鍛造、沖壓、切型、壓鑄等。由于各種模具用途不同，工作條件復(fù)雜，因此對模具用鋼，按其所制造模具的工作條件，應(yīng)具有高的硬度、強度、耐磨性，足夠的韌性，以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。第56頁,共70頁，2024年2月25日，星期天（三）量具用鋼量具應(yīng)具有良好的尺寸穩(wěn)定性、高耐磨性、高硬度和一定的韌性。因此，量具用鋼慶應(yīng)具有硬度高、組織穩(wěn)定、耐磨性好，以及良好的研磨和加工性能、熱處理變形小、膨脹系數(shù)小和耐蝕性好。這類鋼一般屬于過共析鋼，加入的合金元素有鉻、錳、鎢、鉬等。常用的鋼類有鉻鋼、鉻鎢錳鋼、錳釩鋼等。第57頁,共70頁，2024年2月25日，星期天特殊性能鋼簡介

特殊性能鋼具有特殊物理或化學(xué)性能，用來制造除要求具有一定的機械性能外，還要求具有特殊性能的零件。其種類很多，機械制造中主要使用不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。第58頁,共70頁，2024年2月25日，星期天一．不銹鋼

不銹鋼指耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)和酸、堿、鹽等化學(xué)浸蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼，又稱不銹耐酸鋼。實際應(yīng)用中，常將耐弱腐蝕介質(zhì)腐蝕的鋼稱為不銹鋼，而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼稱為耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)成分上的差異，前者不一定耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而后者則一般均具有不銹性。不銹鋼的耐蝕性取決于鋼中所含的合金元素。第59頁,共70頁，20