工程材料與熱處理 第6章 合金鋼

1、第六章 合金鋼 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 合金鋼合金鋼：為提高鋼的為提高鋼的機械性能、工藝性能或物化性能機械性能、工藝性能或物化性能，在冶煉時有意往鋼中加入一些合金元素（在冶煉時有意往鋼中加入一些合金元素（Me）而形成新的）而形成新的合金，這種合金稱為合金鋼合金，這種合金稱為合金鋼。碳鋼：價格低，便于獲得，可在一定范圍滿足產(chǎn)品要求。碳鋼：價格低，便于獲得，可在一定范圍滿足產(chǎn)品要求。 但它淬透性差，回火抗力（穩(wěn)定性）差（但它淬透性差，回火抗力（穩(wěn)定性）差（T，HRC很快）很快） 另外：碳鋼不能滿足特殊性能要求。另外：碳鋼不能滿足特殊性能要求。 如：低溫、高溫、腐蝕性環(huán)境下工作的產(chǎn)品如：低溫、高溫

2、、腐蝕性環(huán)境下工作的產(chǎn)品 高交變應力下工件的機器零件高交變應力下工件的機器零件 高磁性（變壓器）、無磁性（儀表）等產(chǎn)品高磁性（變壓器）、無磁性（儀表）等產(chǎn)品它們都要采用合金鋼制造。但工藝復雜，成本較高。它們都要采用合金鋼制造。但工藝復雜，成本較高。 2、形成、形成合金滲碳體或合金碳化物合金滲碳體或合金碳化物 碳化物形成元素：碳化物形成元素：凡能與碳化合的元素都稱為碳化物形成元凡能與碳化合的元素都稱為碳化物形成元素。如：素。如：Fe、Mn、Cr、W、Mo、V、Nb、Zr、Ti與碳的與碳的親和力依次增強。親和力依次增強。(Fe,Mo,Cr)3C, Mo7C23.常用的合金元素有：常用的合金元素有：

3、鉻鉻(Cr)、鎳、鎳(Ni)、錳、錳(Mn)、硅、硅(Si)、鎢、鎢(W)、鉬、鉬(Mo)、釩、釩(V)、鈦、鈦(Ti)、鈷、鈷(Co)、鋁、鋁(Al)、銅、銅(Cu)、鈮鈮(Nb)、鋯、鋯(Zr)、硼、硼(B)、稀土（、稀土（Re）等。）等。 一、合金元素的存在形式一、合金元素的存在形式 1、形成固溶體、形成固溶體合金鐵素體合金鐵素體。 非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：不能和碳化合的元素稱為非碳化物形不能和碳化合的元素稱為非碳化物形成元素，如：成元素，如：Ni 、Si、Al、 Co、Cu 等。等。 一種是形成新類型的特殊碳化物一種是形成新類型的特殊碳化物: （如（如NbC、 ZrC、 T

4、iC等）等） 產(chǎn)生固溶強化產(chǎn)生固溶強化 :合金元素溶于鐵素體時引起晶格畸變，合合金元素溶于鐵素體時引起晶格畸變，合金元素含量越多，鐵素體晶格畸變越嚴重，其硬度、強度越高金元素含量越多，鐵素體晶格畸變越嚴重，其硬度、強度越高。 溶解于溶解于F形成合金鐵素體形成合金鐵素體 溶解于溶解于Fe3C形成合金滲碳體形成合金滲碳體(Fe,Me)3C 二、合金元素的主要作用二、合金元素的主要作用 （一）合金元素對鋼中基本相的影響（一）合金元素對鋼中基本相的影響合金元素在鋼中可以兩種形式存在合金元素在鋼中可以兩種形式存在一種是溶解于碳鋼中原有的相中一種是溶解于碳鋼中原有的相中 產(chǎn)生彌散強化作用：產(chǎn)生彌散強化作用

5、：當合金元素與碳化合形成特殊碳化當合金元素與碳化合形成特殊碳化物，它們的結(jié)構(gòu)簡單、熔點高、硬度高、穩(wěn)定性高，以細小物，它們的結(jié)構(gòu)簡單、熔點高、硬度高、穩(wěn)定性高，以細小的質(zhì)點分布在固溶體基體上，其強度得以提高。的質(zhì)點分布在固溶體基體上，其強度得以提高。 （二）合金元素對（二）合金元素對 FeFe3C相圖的影響相圖的影響 1、區(qū)的變化：區(qū)的變化：擴大擴大區(qū)元素區(qū)元素 ：Mn、Ni、Cu、Co、C和和N元素。元素?？s小縮小區(qū)元素區(qū)元素 ：Cr、V、Mo、W、Ti 。 縮小縮小區(qū)的元素區(qū)的元素，能使，能使A4點點降低，降低，A3點升高。當點升高。當A3、A4點點趨近重合時，趨近重合時，區(qū)消失，從而使區(qū)

6、消失，從而使合金在高溫、室溫都為穩(wěn)定的合金在高溫、室溫都為穩(wěn)定的鐵素體組織，得到鐵素體組織，得到單相鐵素體單相鐵素體鋼鋼。 合金元素對共析溫度合金元素對共析溫度A1的影響的影響 2、臨界點改變、臨界點改變 擴大擴大區(qū)的元素區(qū)的元素，能使，能使A4點升高，點升高，A3點降低。點降低。 當當A3點降點降低到室溫以下時，從而使合金低到室溫以下時，從而使合金在高溫、室溫都為穩(wěn)定的奧氏在高溫、室溫都為穩(wěn)定的奧氏體組織，得到體組織，得到單相奧氏體鋼單相奧氏體鋼。 3、S點左移：點左移：碳素鋼碳素鋼S點的含碳量為點的含碳量為0.77。由于合。由于合金元素的影響合金鋼金元素的影響合金鋼S點左移，點左移， 故故

7、S點含碳量小于點含碳量小于0.77。如如4Cr13含碳量為含碳量為0.4，當加入鉻其含量達到，當加入鉻其含量達到13時，其時，其S點降低到點降低到0.3C，而成為過共析鋼。，而成為過共析鋼。 4、E點左移：點左移：碳素鋼碳素鋼E點碳含量為點碳含量為2.11。由于合金。由于合金元素作用，合金鋼元素作用，合金鋼E點的含碳量小于點的含碳量小于2.11，含碳，含碳1.6%、含鉻含鉻12%的鋼中，出現(xiàn)共晶組織，成為萊氏體鋼。的鋼中，出現(xiàn)共晶組織，成為萊氏體鋼。合金元素對共析合金元素對共析點含碳量的影響點含碳量的影響 （2）熱處理時對奧氏體的晶粒大小的影響）熱處理時對奧氏體的晶粒大小的影響 強烈阻止晶粒長

8、大的元素：強烈阻止晶粒長大的元素： V， Ti， Nb， Zr中等影響的元素：中等影響的元素： W，Mo，Cr 影響不大的元素：影響不大的元素： Si， Ni， Cu促進晶粒長大的元素：促進晶粒長大的元素： C，Mn， P （三）對熱處理過程的影響（三）對熱處理過程的影響 合金元素對奧氏體的形成、過冷奧氏體的分解、淬火馬氏合金元素對奧氏體的形成、過冷奧氏體的分解、淬火馬氏 體回火轉(zhuǎn)變?nèi)齻€基本相變過程都有影響。體回火轉(zhuǎn)變?nèi)齻€基本相變過程都有影響。 1、合金元素對加熱時奧氏體形成過程的影響：、合金元素對加熱時奧氏體形成過程的影響： （1 ）改變奧氏體形成的速度）改變奧氏體形成的速度 加速加速奧氏體

9、形成速度：非碳化物形成元素奧氏體形成速度：非碳化物形成元素Co、Ni等等 減慢減慢奧氏體形成速度：強碳化物形成元素奧氏體形成速度：強碳化物形成元素Cr、Mo、 W、 V等等; 不影響不影響奧氏體形成速度：奧氏體形成速度：Al， Si， Mn等等 。 2合金元素對過冷奧氏體分解過程的影響合金元素對過冷奧氏體分解過程的影響 （1）、對鋼的）、對鋼的 C-曲線曲線 的影響的影響 幾乎所有溶入幾乎所有溶入A的合金元素（的合金元素（除除Co外外）都使）都使C曲線向右曲線向右移動移動，即減慢珠光體類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成速度。，即減慢珠光體類型轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的形成速度。提高鋼的淬提高鋼的淬透性透性,過冷奧氏體穩(wěn)定性增

10、加過冷奧氏體穩(wěn)定性增加。 非碳化物形成元素非碳化物形成元素，只使，只使 C曲線右移，但不改變曲線右移，但不改變 C曲線曲線的形狀，如圖中的形狀，如圖中(b)所示。所示。 碳化物形成元素碳化物形成元素，不僅使，不僅使 C曲線右移，而且還改變曲線右移，而且還改變C曲曲線的形狀，如圖中線的形狀，如圖中(c)所示。所示。結(jié)果都是提高了鋼的淬透性結(jié)果都是提高了鋼的淬透性。 鋼中最常采用的提高淬透性的元素有鋼中最常采用的提高淬透性的元素有： Cr、 Mn、 Si、 Ni、 B前四種元素，可以相當大量地溶入鋼中；前四種元素，可以相當大量地溶入鋼中；硼的加入量很小硼的加入量很小(0.0080.0025) 。合

11、金元素對合金元素對1.0C碳碳鋼的鋼的Ms點的影響點的影響 合金元素對合金元素對1.0C碳鋼碳鋼1150淬火后殘余奧氏體量的影響淬火后殘余奧氏體量的影響 （2）合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響）合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變溫度的影響 除除Co、 Al以外，所有的合金元素都使馬氏體轉(zhuǎn)變溫以外，所有的合金元素都使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下降度下降 。因此在相同的含碳量下，。因此在相同的含碳量下，合金鋼中殘余奧氏體合金鋼中殘余奧氏體比碳鋼中的多比碳鋼中的多. 3.合金元素對回火過程的影響合金元素對回火過程的影響 （1）提高了鋼的回火穩(wěn)定性）提高了鋼的回火穩(wěn)定性 許多合金元素都可使回火許多合金元素都可使回火過程中各個轉(zhuǎn)變

12、的速度大大減慢，并將其推向更高溫度。過程中各個轉(zhuǎn)變的速度大大減慢，并將其推向更高溫度。 回火穩(wěn)定性：回火穩(wěn)定性：鋼對于回火時發(fā)生軟化過程的抵抗能力。鋼對于回火時發(fā)生軟化過程的抵抗能力。 合金鋼與相同碳量的碳鋼相比，合金鋼與相同碳量的碳鋼相比，在相同的回火溫度下具有更高硬度。在相同的回火溫度下具有更高硬度。右圖表示在右圖表示在0.35C碳鋼中加入不同碳鋼中加入不同量的鉬，經(jīng)淬火后回火時的轉(zhuǎn)化情量的鉬，經(jīng)淬火后回火時的轉(zhuǎn)化情況?？梢悦黠@看出，合金鋼的軟化況?？梢悦黠@看出，合金鋼的軟化速度比碳鋼低的多速度比碳鋼低的多。 提高鋼的回火穩(wěn)定性的作用較提高鋼的回火穩(wěn)定性的作用較強的合金元素有：強的合金元素

13、有： V，Si， Mo， W， Cr，Ni， Mn， Co。 0.35C的的Mo鋼中鋼中Mo含量對回火硬度的影響含量對回火硬度的影響 （2）二次硬化和二次淬火）二次硬化和二次淬火 二次硬化：二次硬化：在一些含在一些含W、Mo、V較多的鋼中，回火后的較多的鋼中，回火后的硬度隨回火溫度的升高不是單調(diào)的降低，而是在某一回火后，硬度隨回火溫度的升高不是單調(diào)的降低，而是在某一回火后，硬度反而增加。這種在一定溫度下硬度出現(xiàn)峰值的現(xiàn)象稱為硬度反而增加。這種在一定溫度下硬度出現(xiàn)峰值的現(xiàn)象稱為二二次硬化次硬化。（見下圖）。（見下圖） 原因原因 ：溫度高于：溫度高于450 C時，細小的合金碳化物彌散時，細小的合金

14、碳化物彌散析出，使得回火硬度重新上析出，使得回火硬度重新上升。由于這種合金碳化物中升。由于這種合金碳化物中的合金元素在更低回火溫度的合金元素在更低回火溫度下擴散困難所至。下擴散困難所至。 （3）對回火脆性的影響）對回火脆性的影響 回火脆性：回火脆性：在淬火并回火后，出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象，稱在淬火并回火后，出現(xiàn)韌性下降的現(xiàn)象，稱為回火脆性。為回火脆性。 第一類回火脆性：第一類回火脆性：在在250-400回火出現(xiàn)回火出現(xiàn) ， (也稱低溫回也稱低溫回火脆性火脆性)，即鋼回火后快冷、慢冷和重復回火，都不能消除脆，即鋼回火后快冷、慢冷和重復回火，都不能消除脆性，是不可逆回火脆性。性，是不可逆回火脆性。 二

15、次淬火：二次淬火：在高合金鋼中回火冷卻時殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樵诟吆辖痄撝谢鼗鹄鋮s時殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體使硬度升高的現(xiàn)象稱為二次淬火。（在高速鋼和高鉻馬氏體使硬度升高的現(xiàn)象稱為二次淬火。（在高速鋼和高鉻鋼中常出現(xiàn)二次淬火現(xiàn)象）鋼中常出現(xiàn)二次淬火現(xiàn)象） 原因：原因：高合金鋼在淬火后存在較多的殘余奧氏體（可達高合金鋼在淬火后存在較多的殘余奧氏體（可達10-30%），當這些鋼在），當這些鋼在500-600回火時，可以析出合金碳回火時，可以析出合金碳化物，導致殘余奧氏體中的合金元素含量下降，使得化物，導致殘余奧氏體中的合金元素含量下降，使得Ms溫溫度升高到室溫以上，在隨后的冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成度升高

16、到室溫以上，在隨后的冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體而使鋼的硬度升高。馬氏體而使鋼的硬度升高。 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因： 一般認為是由于馬氏體分解時在其晶界一般認為是由于馬氏體分解時在其晶界析出碳化物薄膜，增加了脆斷傾向。析出碳化物薄膜，增加了脆斷傾向。 防止方法：防止方法：A、不在此回火溫度范圍回火。不在此回火溫度范圍回火。 B、加入加入Me（如（如Si、Cr、Mn ），改變回），改變回火的溫度區(qū)間?；鸬臏囟葏^(qū)間。 第二類回火脆第二類回火脆 ： 在在 500-650溫度回火時出現(xiàn)的回火溫度回火時出現(xiàn)的回火脆性，也高溫回火脆。重新加熱后快冷即可消除，脆性，也高溫回火脆。重新加熱后快冷即可消除，所以

17、是所以是可逆的?？赡娴?。 產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：主要是由于在鋼中的合金元素鉻、鎳及雜主要是由于在鋼中的合金元素鉻、鎳及雜質(zhì)元素硫磷等向原奧氏體晶界偏聚有關，增加了脆斷傾向。質(zhì)元素硫磷等向原奧氏體晶界偏聚有關，增加了脆斷傾向。 防止方法防止方法： A、回火后快速冷卻抑制第二類回火脆性。回火后快速冷卻抑制第二類回火脆性。 B、鋼中加入一些鋼中加入一些 W、Mo 能有效地阻止雜質(zhì)元素在晶能有效地阻止雜質(zhì)元素在晶界的析出，從而可抑制第二類回火脆。當工件尺寸較大時界的析出，從而可抑制第二類回火脆。當工件尺寸較大時,因為回火后很難快冷。因為回火后很難快冷。 低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼 滲碳鋼滲碳鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合

18、金結(jié)構(gòu)鋼: 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 彈簧鋼彈簧鋼 軸承鋼軸承鋼 易切削鋼。易切削鋼。 刃具鋼刃具鋼合金工具鋼合金工具鋼: 模具鋼模具鋼 量具鋼量具鋼 不銹鋼不銹鋼特殊鋼特殊鋼： 耐熱鋼耐熱鋼 耐磨鋼耐磨鋼 磁鋼等磁鋼等三、合金鋼的分類與編號三、合金鋼的分類與編號 合金鋼合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼合金工具鋼特特 殊殊 鋼鋼1、合金鋼的分類、合金鋼的分類 12CrNi3: 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 C0.12，Cr1.5 ,Ni3 40CrNiMoA: 高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼 C0.4，Cr、 Ni、 Mo 均小于均小于1.5。 CrWMn: 合金工具鋼合金工具鋼 含碳含碳1（當含碳量大

19、于（當含碳量大于1%時一般時一般 不標注），含不標注），含Cr、 W、 Mn均小于均小于 1.5。9Mn2V:合金工具鋼合金工具鋼 C0.9% ,V1.5 ,Mn2（高速鋼例外，無論高速鋼例外，無論1.0%還是還是Ac3）溫度淬火，具體加熱溫度的高低由鋼的成分決定。淬火溫度淬火，具體加熱溫度的高低由鋼的成分決定。淬火介質(zhì)可根據(jù)鋼件尺寸大小和淬透性加以選擇。介質(zhì)可根據(jù)鋼件尺寸大小和淬透性加以選擇。 熱處理后的組織：熱處理后的組織：調(diào)質(zhì)處理后獲得調(diào)質(zhì)處理后獲得S回回組織組織。通常硬度。通常硬度為為 HRC 30 42。 為了提高零件表面的耐磨性和疲勞強度，調(diào)質(zhì)鋼常采為了提高零件表面的耐磨性和疲勞強

20、度，調(diào)質(zhì)鋼常采用用感應加熱表面淬火感應加熱表面淬火作為最終熱處理進行表面強化。作為最終熱處理進行表面強化。圖圖40Cr鋼在不同溫度回火后的機鋼在不同溫度回火后的機械性能（直徑械性能（直徑D=12mm,油淬）油淬） 5、調(diào)質(zhì)后的機械性能、調(diào)質(zhì)后的機械性能 獲得高強度、高塑獲得高強度、高塑性的綜合機械性能。性的綜合機械性能。連桿螺栓的生產(chǎn)工藝路線如下：連桿螺栓的生產(chǎn)工藝路線如下：下料下料鍛造鍛造退火（或正火）退火（或正火）機加工（粗加工）機加工（粗加工）調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)機加工（精加工）機加工（精加工）裝配。裝配。 6、典型調(diào)質(zhì)鋼介紹、典型調(diào)質(zhì)鋼介紹 低淬透性調(diào)質(zhì)鋼：低淬透性調(diào)質(zhì)鋼： 40Cr 最典型最典型

21、 它有較好的機械性能和工藝性能，因淬它有較好的機械性能和工藝性能，因淬透性不夠高，廣泛用于制造較小的零件。透性不夠高，廣泛用于制造較小的零件。40MnB鋼是為節(jié)鋼是為節(jié)約鉻而發(fā)展的一種代用鋼，各方面性能與約鉻而發(fā)展的一種代用鋼，各方面性能與40Cr很相近，但很相近，但淬透性的穩(wěn)定度稍差，切削加工性能也差一些。淬透性的穩(wěn)定度稍差，切削加工性能也差一些。 中淬透性調(diào)質(zhì)鋼：中淬透性調(diào)質(zhì)鋼： 35CrMo 含有較多的合金元素，因而淬透性較高，含有較多的合金元素，因而淬透性較高，可用于制造截面尺寸較大的中型、甚至大型零件，例如較可用于制造截面尺寸較大的中型、甚至大型零件，例如較大截面的曲軸，連桿等。鋼中

22、加有鉬時，可防止第二類回大截面的曲軸，連桿等。鋼中加有鉬時，可防止第二類回火脆性?；鸫嘈?。 高淬透性調(diào)質(zhì)鋼：高淬透性調(diào)質(zhì)鋼：多半是多半是NiCr鋼，并含有鉬，少數(shù)鋼，并含有鉬，少數(shù)鋼不含鉬鋼不含鉬 37CrNi3 因容易產(chǎn)生回火脆性，實用中受到限制。因容易產(chǎn)生回火脆性，實用中受到限制。 40CrNiMoA 由于含合金元素多，并含有鉬，主要用由于含合金元素多，并含有鉬，主要用于制造大截面、重載荷的重要零件，例如大型的軸和齒輪于制造大截面、重載荷的重要零件，例如大型的軸和齒輪等等。 38CrMoAl 調(diào)質(zhì)鋼是一種氮化專用鋼調(diào)質(zhì)鋼是一種氮化專用鋼，加入一定量的加入一定量的Al可加速氮化過程，并形成可

23、加速氮化過程，并形成AlN等細小的強化相，以提高等細小的強化相，以提高氮化層的耐磨性。氮化后由于表面存在壓應力，有利于提氮化層的耐磨性。氮化后由于表面存在壓應力，有利于提高零件的抗疲勞性能，氮化層的抗蝕性也很好。因此這類高零件的抗疲勞性能，氮化層的抗蝕性也很好。因此這類鋼得到了廣泛的應用。鋼得到了廣泛的應用。 四、彈簧鋼四、彈簧鋼 1、主要用途、主要用途 彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，用于制彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，用于制造各種造各種彈簧彈簧或要求高彈性的其它零件?；蛞蟾邚椥缘钠渌慵?。 彈簧起緩沖、彈簧起緩沖、消震和儲能的作用消震和儲能的作用。例：。例：汽車板簧汽車板簧2、性能要求、性能要求 彈簧

24、鋼應具有好的彈性、高的屈服強度，以保證有足夠的彈彈簧鋼應具有好的彈性、高的屈服強度，以保證有足夠的彈 性變形能力，避免在高負荷下產(chǎn)生永久變形；性變形能力，避免在高負荷下產(chǎn)生永久變形； (1) 應具備高的屈強比應具備高的屈強比(s/b）。）。 (2) 高的疲勞強度，以避免彈簧在多次振動和長期交變載荷作高的疲勞強度，以避免彈簧在多次振動和長期交變載荷作用下產(chǎn)生疲勞破壞。用下產(chǎn)生疲勞破壞。 (3)足夠的塑性和韌性足夠的塑性和韌性(4) 熱處理彈簧，必須有高的淬透性和低的脫碳敏感性。熱處理彈簧，必須有高的淬透性和低的脫碳敏感性。(5)高溫易蝕條件下工作的彈簧，要有好的耐蝕性和耐熱性。高溫易蝕條件下工作

25、的彈簧，要有好的耐蝕性和耐熱性。 碳含量碳含量：碳素彈簧鋼含碳量一般為：碳素彈簧鋼含碳量一般為C: 0.6-0.9。 合金彈簧鋼的含碳量通常是合金彈簧鋼的含碳量通常是0.45-0.7。 作作 用：用：保證彈簧鋼具有高強度。一般為中、高碳。保證彈簧鋼具有高強度。一般為中、高碳。 合金元素合金元素：常加入的合金元素有：常加入的合金元素有 Mn、 Si、 Cr、 V、 Mo等，其中尤以等，其中尤以Mn、 Si兩種元素應用最廣。兩種元素應用最廣。 作作 用：用：能提高鋼的淬透性、增加回火穩(wěn)定性、進能提高鋼的淬透性、增加回火穩(wěn)定性、進一步提高一步提高s，使屈強比，使屈強比sb趨近于趨近于1，并保持足夠的

26、塑性，并保持足夠的塑性與韌性。與韌性。3、鋼號、成分及作用、鋼號、成分及作用 常用鋼號：常用鋼號： 55Si2Mn 65Mn 50CrVA 60 75 4、熱處理及組織、熱處理及組織 （1）熱成形彈簧）熱成形彈簧 的熱處理的熱處理 ：用熱軋鋼絲或鋼板加熱成：用熱軋鋼絲或鋼板加熱成形后淬火和中溫回火形后淬火和中溫回火(450-550oC) 。（較大尺寸）。（較大尺寸） 組織：組織：中溫回火后的組織為回火屈氏體。中溫回火后的組織為回火屈氏體。扁鋼剪斷扁鋼剪斷加熱至奧氏體區(qū)、壓彎熱卷成型后淬火加熱至奧氏體區(qū)、壓彎熱卷成型后淬火+中溫回中溫回火火噴丸噴丸裝配。裝配。 （ 2）冷成形彈簧）冷成形彈簧 的

27、熱處理的熱處理 （較小尺寸）（較小尺寸） 一部分彈簧：用冷拔鋼絲冷一部分彈簧：用冷拔鋼絲冷成型后不進行淬火和回火成型后不進行淬火和回火處理，只進行消除應力的低溫退火，使彈簧定形。處理，只進行消除應力的低溫退火，使彈簧定形。 另一部分彈簧另一部分彈簧 用退火鋼絲用退火鋼絲(片片)繞制。繞制后進行淬火繞制。繞制后進行淬火和中溫回火處理，工藝與熱成型彈簧的相同。和中溫回火處理，工藝與熱成型彈簧的相同。 5、性能、性能 彈簧經(jīng)熱處理后，可獲得很高的屈服強度，彈簧經(jīng)熱處理后，可獲得很高的屈服強度，特別是彈性極限，同時又有一定的塑性與韌性。特別是彈性極限，同時又有一定的塑性與韌性。 五、滾動軸承鋼五、滾動

28、軸承鋼 1、主要用途：、主要用途：用于制造滾動軸承用于制造滾動軸承 。 很高的耐磨性。很高的耐磨性。因為軸承元件工作時存在很強的相對摩因為軸承元件工作時存在很強的相對摩擦。擦。 很高的接觸疲勞強度：很高的接觸疲勞強度：因為軸承元件工作時受很大的因為軸承元件工作時受很大的交變接觸應力，往往發(fā)生接觸疲勞破壞，如產(chǎn)生麻點或剝交變接觸應力，往往發(fā)生接觸疲勞破壞，如產(chǎn)生麻點或剝落等。落等。 2、性能要求、性能要求 很高的強度或硬度：很高的強度或硬度：軸承元件大多在點接觸或線接觸軸承元件大多在點接觸或線接觸條件工作，接觸處有很高的壓應力。因此軸承鋼必須具有條件工作，接觸處有很高的壓應力。因此軸承鋼必須具有

29、非常高的抗壓屈服強度或硬度，一般硬度應在非常高的抗壓屈服強度或硬度，一般硬度應在HRC6264之間。之間。 3、鋼號、成分及作用、鋼號、成分及作用 常用鋼號：常用鋼號：GCr15 采用特殊編號方法采用特殊編號方法 鉻鉻：鉻元素為滾動軸承鋼的最基本的合金元素。一般：鉻元素為滾動軸承鋼的最基本的合金元素。一般含量以含量以0.4-1.65為宜為宜 Cr可以提高鋼的淬透性，同時鉻的碳化物非常細小、可以提高鋼的淬透性，同時鉻的碳化物非常細小、均勻，對鋼的耐磨性，尤其是接觸疲勞強度非常有利。均勻，對鋼的耐磨性，尤其是接觸疲勞強度非常有利。 其它合金元素：其它合金元素：加入加入Si、Mn、Mo、V等可進一步

30、提高等可進一步提高 淬透性，提高鋼的強度和彈性極限，以適于制造大型軸承。淬透性，提高鋼的強度和彈性極限，以適于制造大型軸承。 含碳量：含碳量：軸承鋼的含碳量一般在軸承鋼的含碳量一般在0.95-1.10之間。以之間。以保證淬火后的高硬度，同時可獲得一定量的耐磨碳化物。保證淬火后的高硬度，同時可獲得一定量的耐磨碳化物。對雜質(zhì)的要求對雜質(zhì)的要求：要求很嚴，：要求很嚴，S0.02% P0.027% 4、滾動軸承鋼的熱處理及組織、滾動軸承鋼的熱處理及組織 熱處理：球化退火、淬火低溫回火熱處理：球化退火、淬火低溫回火 （1）球化退火）球化退火：滾動軸承鋼的球化退火一方面是為了降：滾動軸承鋼的球化退火一方面

31、是為了降低硬度以便于切削加工，另一方面是為了獲得比較理想的低硬度以便于切削加工，另一方面是為了獲得比較理想的預備組織為最終熱處理作組織準備。預備組織為最終熱處理作組織準備。 （2）淬火和低溫回火：）淬火和低溫回火：鋼淬火溫度應嚴格控制鋼淬火溫度應嚴格控制 84010的范圍內(nèi)?；鼗饻囟纫话銥榈姆秶鷥?nèi)?；鼗饻囟纫话銥?150-160。 淬火和低溫回火是最后決定軸承鋼性能的重要的熱處淬火和低溫回火是最后決定軸承鋼性能的重要的熱處理工序。溫度過高，晶粒粗大，則疲勞性能及韌性下降，理工序。溫度過高，晶粒粗大，則疲勞性能及韌性下降，且容易淬裂和變形。溫度過低時會硬度不足。且容易淬裂和變形。溫度過低時會硬度

32、不足。 （3）工藝路線：）工藝路線：鍛造鍛造預先熱處理預先熱處理(球化退火球化退火)機械粗機械粗加工加工淬火淬火+(冷處理冷處理)低溫回火低溫回火磨削磨削成品成品 5、熱處理后的性能、熱處理后的性能具有很高的硬度（具有很高的硬度（ HRC 62-66）且耐磨，有一定韌性。且耐磨，有一定韌性。 6、 常用滾動軸承鋼及編號方法常用滾動軸承鋼及編號方法 GCr15 、GCr6、GCr9SiMn等等。鋼的編號前面用字。鋼的編號前面用字母母“G”代表滾動軸承鋼代表滾動軸承鋼，其含碳量約為其含碳量約為1，所以不標注。，所以不標注。 Cr的含量以的含量以0.1為單位，而不象一般合金結(jié)構(gòu)鋼以為單位，而不象一般

33、合金結(jié)構(gòu)鋼以1為單位。例如表示其含為單位。例如表示其含Cr量分別為量分別為1.5和和0.6。 組織：組織：淬火、回火后的組織淬火、回火后的組織由回火馬氏體、均勻細小由回火馬氏體、均勻細小的碳化物及少量殘余奧氏體組成。的碳化物及少量殘余奧氏體組成。 六、易切削鋼六、易切削鋼 通過在鋼中加入通過在鋼中加入S、P、Pb、Ca等元素來形成非金屬夾等元素來形成非金屬夾雜或金屬間化合物，或本身以金屬態(tài)存在雜或金屬間化合物，或本身以金屬態(tài)存在(如如Pb)，可以，可以起到斷屑、減小刀具磨損和改善鋼的切削性能的作用。起到斷屑、減小刀具磨損和改善鋼的切削性能的作用。上述夾雜物的存在會降低鋼的機械性能，因此其含量必

34、上述夾雜物的存在會降低鋼的機械性能，因此其含量必須控制在一定范圍以內(nèi)。這類鋼的機械性能較低，只能須控制在一定范圍以內(nèi)。這類鋼的機械性能較低，只能用于一些機械性能要求不高，而加工效率和加工質(zhì)量及用于一些機械性能要求不高，而加工效率和加工質(zhì)量及精度要求很高的零件。精度要求很高的零件。 易切鋼的牌號在鋼號前冠以易切鋼的牌號在鋼號前冠以“易易”或或“Y”，其后面數(shù)，其后面數(shù)字表示萬分之幾的平均含碳量。錳量較高者，在鋼號后字表示萬分之幾的平均含碳量。錳量較高者，在鋼號后標出標出“Mn”。加入。加入Pb或或Ca在鋼號中直接標出。常用易切在鋼號中直接標出。常用易切鋼 的 化 學 成 分 、 性 能 及 應

35、用 見 表鋼 的 化 學 成 分 、 性 能 及 應 用 見 表 6 . 1 1 , 如如Y12,Y15Pb,Y40Mn，Y45Ca. 第三節(jié)第三節(jié) 合金工具鋼合金工具鋼 工具鋼分為工具鋼分為刃具鋼刃具鋼、模具鋼模具鋼和和量具鋼。量具鋼。 一、刃具鋼一、刃具鋼 （碳素刃具鋼、低合金刃具鋼、高速鋼）（碳素刃具鋼、低合金刃具鋼、高速鋼） 1、主要用途主要用途 刃具鋼主要用來制造各種金屬切削刀具，刃具鋼主要用來制造各種金屬切削刀具，包括車刀、銑刀、刨刀、滾刀、包括車刀、銑刀、刨刀、滾刀、 銼刀、鉆頭、絲錐板牙、銼刀、鉆頭、絲錐板牙、鋸條等。鋸條等。 2、性能要求、性能要求 高硬度高硬度：硬度一般應在

36、：硬度一般應在HRC60以上。以上。 高熱硬性高熱硬性：刀具在高溫下保持高硬度的能力稱為：刀具在高溫下保持高硬度的能力稱為熱硬性熱硬性。熱硬性是合金刃具鋼區(qū)別于碳素工具鋼的主要性能特點熱硬性是合金刃具鋼區(qū)別于碳素工具鋼的主要性能特點。 耐磨性耐磨性：耐磨性是保證刃具刃部鋒利的主要因素，而且：耐磨性是保證刃具刃部鋒利的主要因素，而且刃具在高溫下應保持高的耐磨性。刃具在高溫下應保持高的耐磨性。 足夠的塑性與韌性足夠的塑性與韌性：切削時刀具要受各種沖擊力的作用。：切削時刀具要受各種沖擊力的作用。因此，要有足夠的塑性與韌性以保證刀具不會斷裂或崩刃。因此，要有足夠的塑性與韌性以保證刀具不會斷裂或崩刃。

37、缺點：缺點：熱硬性低，熱硬性低，刃部受熱至刃部受熱至250時，其硬度就降到時，其硬度就降到HRC60以下；以下； 淬透性低，水中淬透的最大直徑只有淬透性低，水中淬透的最大直徑只有15mm，因，因此只適于制造低速、進刀量小和形狀簡單的小尺寸刃具。此只適于制造低速、進刀量小和形狀簡單的小尺寸刃具。3、碳素刃具鋼和低合金刃具鋼、碳素刃具鋼和低合金刃具鋼 （1）常用鋼號、成分及作用）常用鋼號、成分及作用 碳素刃具鋼：碳素刃具鋼：T7 T8 T10 T12等。等。是含碳是含碳0.65-1.35的優(yōu)質(zhì)碳鋼，具有很高的硬度和耐磨性，且加工性的優(yōu)質(zhì)碳鋼，具有很高的硬度和耐磨性，且加工性能優(yōu)良能優(yōu)良，價格便宜價

38、格便宜，在生產(chǎn)中應用很多。在生產(chǎn)中應用很多。 低合金刃具鋼低合金刃具鋼 ：9SiCr CrWMn 9Mn2V 含碳含碳0.850.95或或0.91.05 。目的是目的是要得到高硬度要得到高硬度 合金元素及作用：合金元素及作用： 低合金刃具鋼的碳含量較高，多在低合金刃具鋼的碳含量較高，多在0.9-1.1之間。主之間。主要是保證鋼具有高硬度與高耐磨性。要是保證鋼具有高硬度與高耐磨性。 加入加入Cr、Si、Mn、V等元素提高淬透性和回火穩(wěn)定性。等元素提高淬透性和回火穩(wěn)定性。特別是回火穩(wěn)定性的提高，可使鋼經(jīng)特別是回火穩(wěn)定性的提高，可使鋼經(jīng)160 - 230 回火后硬回火后硬度仍在度仍在HRC60以上，

39、從而保證具有一定的熱硬性以上，從而保證具有一定的熱硬性。 （2）熱處理及組織）熱處理及組織 熱處理：熱處理： 球化退火球化退火 淬火及低溫回火淬火及低溫回火 熱處理后最終組織：熱處理后最終組織：回火馬氏體、點狀碳化物和少量殘回火馬氏體、點狀碳化物和少量殘余奧氏體組成。余奧氏體組成。 （3）性能）性能： 高硬度和高耐磨性。硬度為高硬度和高耐磨性。硬度為HRC 60-63 4、高速鋼、高速鋼 （1）常用鋼號）常用鋼號 W18Cr4V、 W12Cr4V4Mo W6Mo5Cr4V2 高速鋼由于加入了大量的高速鋼由于加入了大量的W等元素，使等元素，使得刀具的切削速度大為提高。高速鋼具有很高的熱硬性，得刀

40、具的切削速度大為提高。高速鋼具有很高的熱硬性，在在600仍能保持仍能保持 HRC60以上的硬度。以上的硬度。 （2）成分特點及作用）成分特點及作用 高碳：高碳：高速鋼的含碳量應根據(jù)形成碳化物的需要來確高速鋼的含碳量應根據(jù)形成碳化物的需要來確定，一般在定，一般在0.70 -1.0范圍，最高可達范圍，最高可達1.5 左右。左右。 作用：作用：高的含碳量一方面保證鋼在淬得馬氏體后有高高的含碳量一方面保證鋼在淬得馬氏體后有高的硬度；另一方面與強碳化物形成元素生成極硬的合金碳的硬度；另一方面與強碳化物形成元素生成極硬的合金碳化物，大大地增大鋼的耐磨性化物，大大地增大鋼的耐磨性。 鉻：鉻：所有的高速鋼都含

41、有所有的高速鋼都含有4 左右的鉻。左右的鉻。 作用：作用：提高鋼的淬透性提高鋼的淬透性 鉻的碳化物在淬火加熱時容易鉻的碳化物在淬火加熱時容易溶解，鉻幾乎全部溶入奧氏體中，增加奧氏體的穩(wěn)定性，使溶解，鉻幾乎全部溶入奧氏體中，增加奧氏體的穩(wěn)定性，使鋼的淬透性大大提高，以致截面尺寸很大的高速鋼零件，在鋼的淬透性大大提高，以致截面尺寸很大的高速鋼零件，在空冷條件下都可完全淬透空冷條件下都可完全淬透。 鎢和鉬：鎢和鉬：W最高含量為最高含量為17.519.0，Mo是是4.55.5 作用：作用：造成二次硬化，以保證高的熱硬性造成二次硬化，以保證高的熱硬性。退火狀態(tài)下，。退火狀態(tài)下，形成鎢或鉬的碳化物。這種碳

42、化物在淬火加熱時極難溶解，形成鎢或鉬的碳化物。這種碳化物在淬火加熱時極難溶解，大約只有不到一半的量溶于奧氏體中，而剩余的部分作為大約只有不到一半的量溶于奧氏體中，而剩余的部分作為殘余碳化物留下來，起阻止奧氏體晶粒長大及提高耐磨性殘余碳化物留下來，起阻止奧氏體晶粒長大及提高耐磨性的作用。溶入的部分在回火時以的作用。溶入的部分在回火時以W2C或或Mo2C形式析出使鋼形式析出使鋼產(chǎn)生二次硬化產(chǎn)生二次硬化。 釩：最高達釩：最高達3.8-4.0% 作用：作用：提高鋼的耐磨性提高鋼的耐磨性。釩在高速鋼中生成硬度極高的釩在高速鋼中生成硬度極高的碳化物（碳化物（VC），這種碳化物非常穩(wěn)定，很難溶入奧氏體中，）

43、，這種碳化物非常穩(wěn)定，很難溶入奧氏體中，大部分以殘余碳化物的形式保留下來。而且大部分以殘余碳化物的形式保留下來。而且顆粒細小，分顆粒細小，分布均勻，布均勻，對提高鋼的耐磨性有很大作用。對提高鋼的耐磨性有很大作用。 （3）、熱加工）、熱加工 特點特點 鍛造特點鍛造特點 ： 由于高速鋼中含有大量的由于高速鋼中含有大量的W和和Cr等元素，等元素，使相圖中使相圖中E點左移，鑄態(tài)組織中出現(xiàn)大量的魚骨狀萊氏體，點左移，鑄態(tài)組織中出現(xiàn)大量的魚骨狀萊氏體，碳化物呈網(wǎng)絡狀分布。這樣的鋼性能很差，必須進行反復碳化物呈網(wǎng)絡狀分布。這樣的鋼性能很差，必須進行反復鍛造，將碳化物打碎并促使其均勻分布。鍛造，將碳化物打碎并

44、促使其均勻分布。高速鋼的反復鍛高速鋼的反復鍛造，不僅是為了成型，而主要是為了將粗大的萊氏體中的造，不僅是為了成型，而主要是為了將粗大的萊氏體中的碳化物破碎為比較細小和均勻分布的粒狀碳化物。碳化物破碎為比較細小和均勻分布的粒狀碳化物。 (4)熱處理及組織熱處理及組織 熱處理：熱處理：等溫退火、淬火等溫退火、淬火 三次回火三次回火 a、等溫退火、等溫退火 鍛造后應進行等溫球化退火，以便于機鍛造后應進行等溫球化退火，以便于機械加工械加工 退火組織退火組織：索氏體細小碳化物：索氏體細小碳化物 b、淬火、淬火 淬火加熱溫度：淬火加熱溫度：1220-1280之間之間，都非常，都非常高。目的是讓大量難溶解的

45、合金碳化物充分溶入奧氏體當高。目的是讓大量難溶解的合金碳化物充分溶入奧氏體當中。同時，中。同時，W、V碳化物未溶部分可阻礙碳化物未溶部分可阻礙A晶粒的長大。另晶粒的長大。另外，高速鋼合金元素含量很高，導熱性較差，若淬火加熱外，高速鋼合金元素含量很高，導熱性較差，若淬火加熱速度太快，容易引起開裂。所以淬火時要先預熱、冷卻時速度太快，容易引起開裂。所以淬火時要先預熱、冷卻時分級淬火。分級淬火。 淬火組織：淬火組織： 由淬火馬氏體、合金碳化物與大量殘余奧由淬火馬氏體、合金碳化物與大量殘余奧氏體組成。氏體組成。 c、回火：、回火： 550-570下回火。為了保證得到高的硬度下回火。為了保證得到高的硬度

46、及高的熱硬性，高速鋼一般都在二次硬化峰值溫度及高的熱硬性，高速鋼一般都在二次硬化峰值溫度(即即550-570)下回火，以產(chǎn)生明顯的二次硬化效應。下回火，以產(chǎn)生明顯的二次硬化效應。W18Cr4V鋼硬度與回火溫度的關系鋼硬度與回火溫度的關系 回火要進行三次?；鼗鹨M行三次。 主要目的：主要目的：消除大量的殘余奧氏體。每回火一次，殘消除大量的殘余奧氏體。每回火一次，殘余奧氏體含量降低一次。余奧氏體含量降低一次。 原原 因因：加熱到回火溫度（：加熱到回火溫度（550570）時，從奧氏）時，從奧氏體中析出合金碳化物，使奧使體中的合金元素含量減少體中析出合金碳化物，使奧使體中的合金元素含量減少從而使馬氏體

47、點上升，在回火冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)從而使馬氏體點上升，在回火冷卻過程中殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。變?yōu)轳R氏體。 W18Cr4V鋼淬火時殘余奧氏體含量約為鋼淬火時殘余奧氏體含量約為30。 經(jīng)三次回火后，殘余奧氏體的量可以降到經(jīng)三次回火后，殘余奧氏體的量可以降到1-2。并且。并且后一次回火還可以消除前一次回火由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變后一次回火還可以消除前一次回火由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體所產(chǎn)生的二次淬火的內(nèi)應力。為馬氏體所產(chǎn)生的二次淬火的內(nèi)應力。 回火組織：回火組織：由回火馬氏體由回火馬氏體+少量殘余奧氏體少量殘余奧氏體+碳化物所碳化物所組成組成高速鋼熱處理工藝圖高速鋼熱處理工藝圖下料下料 鍛造鍛造等溫退

48、火等溫退火機械粗加工機械粗加工淬火淬火回火回火磨削磨削加工加工成品成品 5、硬質(zhì)合金、硬質(zhì)合金 （1）、硬質(zhì)合金制作及特性）、硬質(zhì)合金制作及特性 硬質(zhì)合金并不屬于鋼的范圍，但常用于制造高速切削硬質(zhì)合金并不屬于鋼的范圍，但常用于制造高速切削的刃具，是一種重要的刃具材料。的刃具，是一種重要的刃具材料。 硬質(zhì)合金由硬化相和粘接金屬用粉末冶金的工藝制成硬質(zhì)合金由硬化相和粘接金屬用粉末冶金的工藝制成 硬化相硬化相:如如 WC、 TiC、 MoC、 TaC等等 粘結(jié)金屬粘結(jié)金屬: Co、 Ni、Fe等等二者的粉末以一定的比例均勻混合，然后加壓成型，高溫二者的粉末以一定的比例均勻混合，然后加壓成型，高溫燒結(jié)

49、。燒結(jié)。 其工作溫度可達其工作溫度可達1000以上，而其硬度可達到以上，而其硬度可達到HRC91。硬質(zhì)合金刀具的切削速度可比高速綱高硬質(zhì)合金刀具的切削速度可比高速綱高4-7倍，壽命長倍，壽命長58倍。倍。 鎢鈷類硬質(zhì)合金：鎢鈷類硬質(zhì)合金： 碳化鎢作硬化相，金屬鈷作碳化鎢作硬化相，金屬鈷作 粘結(jié)劑。粘結(jié)劑。“YG”加數(shù)字表示加數(shù)字表示 數(shù)字表示鈷的百分含量數(shù)字表示鈷的百分含量(YG3) 。主要加工鑄鐵、脆性有色金屬合金和其它非金屬。主要加工鑄鐵、脆性有色金屬合金和其它非金屬材料。材料。 鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金：鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金：硬化相是碳化鎢、碳化鈦，以金硬化相是碳化鎢、碳化鈦，以金屬鈷為粘結(jié)劑。屬鈷

50、為粘結(jié)劑?！癥T”加數(shù)字，數(shù)字表示加數(shù)字，數(shù)字表示TiC的百分含量的百分含量(YT5)。主要用于加工韌性材料如碳鋼、合金鋼。主要用于加工韌性材料如碳鋼、合金鋼。 萬能硬質(zhì)合金：萬能硬質(zhì)合金：硬化相為硬化相為TiC和和WC以及以及TaC，鈷為粘，鈷為粘結(jié)劑結(jié)劑 ?！癥W”加數(shù)字，數(shù)字為順序號加數(shù)字，數(shù)字為順序號(YW2)。既可用于。既可用于加工韌性材料，又可用于加工脆性材加工韌性材料，又可用于加工脆性材 （2）、硬質(zhì)合金分類）、硬質(zhì)合金分類 及編號及編號二、模具鋼二、模具鋼 模具鋼是用于制造模具鋼是用于制造冷作模具冷作模具和和熱作模具熱作模具的鋼種。的鋼種。（一）冷作模具鋼（一）冷作模具鋼 1、

51、用途用途 用于冷態(tài)成型的模具鋼稱為冷作模具鋼，用于冷態(tài)成型的模具鋼稱為冷作模具鋼，如冷沖模、冷擠壓模，冷作模具的工作溫度不超過如冷沖模、冷擠壓模，冷作模具的工作溫度不超過200-300。 2性能要求性能要求 使用中承受著巨大的應力和劇烈的摩擦。應具有高硬使用中承受著巨大的應力和劇烈的摩擦。應具有高硬度、高耐磨性和足夠高的強度和韌性，同時還應具有良好度、高耐磨性和足夠高的強度和韌性，同時還應具有良好的鍛造性、切削性等工藝性能。的鍛造性、切削性等工藝性能。 3、常用鋼號、成分特點、常用鋼號、成分特點 鋼號：鋼號： 9SiCr， 9Mn2V， Cr12， Cr12MoV 含碳量較高含碳量較高，多在，多在1以上以上, 保證硬度在保證硬度在HRC60左右左右,使冷使冷作模具鋼具有很高的耐磨性。作模具鋼具有很高的耐磨性。 合金元素合金元素： Cr、 Mo、 W、 V等加入能形成難溶碳化物、等加入能形成難溶碳化物、提高耐磨性特別是提高耐磨性特別是Cr。代表性的冷作模具鋼：。代表性的冷作模具鋼：Cr12和和Cr12MoV，含，含Cr量高