ChapterⅦ工業(yè)用鋼

1、碳鋼的分類、牌號和應(yīng)用；鋼中主要元素；鋼中雜質(zhì)及熱脆、冷脆；合金元素在鋼中的存在方式；合金元素對鋼中 的基本相、熱處理、鐵碳相圖的影響；按照用途對碳素鋼進(jìn)行分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、鑄造碳鋼。 碳素鋼中主要元素：Mn有益兀素。減少S在鋼中的實(shí)際含量，降低鋼的熱脆性；使鐵素體固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度Si有益兀素。使鐵素體固溶強(qiáng)化。S有害兀素。熱脆性P有害兀素。冷脆性碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號命名方法：由鋼的屈服強(qiáng)度“屈”字的漢語拼音首字母 Q,屈服強(qiáng)度，質(zhì)量等級（A、B、C、D）和脫氧方法（F沸騰鋼、Z鎮(zhèn)靜鋼、p半鎮(zhèn)靜鋼）組成。如 Q235 B b牌號性質(zhì)應(yīng)用Q215塑性好，焊接性好

2、。:鉚釘、短軸、拉桿、墊圈、滲碳件、焊接件Q235有一定的強(qiáng)度、塑性、韌性。焊接性好，易于沖壓。廣泛用于連桿、螺栓、螺母、軸類、機(jī)架、角鋼Q275有較高的強(qiáng)度，淬火硬度達(dá)270400HBS用于軸、齒輪。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號命名方法：以平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 萬分?jǐn)?shù)表示。如45號鋼表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%牌號性質(zhì)熱處理工藝應(yīng)用30:均勻的索氏體組織，具有良好的強(qiáng)度及韌性配合 淬火+回火心部韌、表面硬的滲碳件40強(qiáng)度咼，加工性能良好，冷變形塑性中等多在正火態(tài)或調(diào)制后使用軸類、桿類、齒輪45強(qiáng)度高、韌性、塑性配合好多在正火態(tài)或調(diào)制后使用軸類、齒輪、緊固件、心 不要求不高的表面淬火件65適當(dāng)熱處理后

3、，可得到高的強(qiáng)度和彈性。淬火+中溫回火彈簧正火軋輥、齒輪等耐磨零件65Mn淬透性大，強(qiáng)度、硬度咼。淬火+中溫回火彈簧調(diào)質(zhì)，表面淬火或淬火+低 溫回火耐磨及高彈性要求的零件碳素工具鋼牌號命名方法：由“碳”字漢語拼音首字母T加一組數(shù)字組成。數(shù)字為平均含碳量的千分?jǐn)?shù)。碳素工具鋼必須經(jīng)過熱處理后使用。淬火及低溫回火 后硬度可大于62HRG碳素工具鋼淬透性不高，通常只用于制造小截面的刃具和模具。工作溫度不超過180 C。牌號性質(zhì)熱處理工藝1應(yīng)用T7強(qiáng)度、硬度、韌性均較好，淬透性低淬火+回火鉗工工具、木工工具T10耐磨性優(yōu)，強(qiáng)度韌性較好。不受突變沖擊載荷的且工作時(shí)切削刃口不太熱的刃具T12硬度、耐磨性好，

4、韌性不高。切削速度不高，不受沖擊載荷。如銼刀、鋸條等。鑄鋼：用于鑄造的碳素鋼。鑄鋼牌號的命名：用鑄鋼二字的漢語拼音的首字母ZG加兩組數(shù)字組成。第一組數(shù)字為屈服強(qiáng)度，第二組數(shù)字為抗拉強(qiáng)度。如 ZG230 450鑄鋼的應(yīng)用：用于制造形狀復(fù)雜，力學(xué)性能要求較高，尤其是承受較大沖擊載荷（如打鐵時(shí)的鐵砧），選用鑄鐵不能滿足使用要求，選用鍛鋼難以成型的零件。合金鋼編號方法：1. 合金結(jié)構(gòu)鋼。牌號由兩位數(shù)字 +元素符號+數(shù)字組成。前兩位數(shù)字為 平均碳質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 的萬分?jǐn)?shù)，元素符號為所加合金元素，元素符號后的數(shù)字為該合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) 的百分?jǐn)?shù)。合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%時(shí)，牌號中只標(biāo)注元素符號，不標(biāo)

5、注數(shù)字；平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%2.5%，元素符號后面標(biāo)注 2 ；平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%3.5%，標(biāo)注3,以此類推。滾動軸承鋼。牌號由“滾”字漢語拼音首字母G + Cr+平均含鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù) 的千分?jǐn)?shù)組成。By Lucien3合金工具鋼。標(biāo)注方法基本同結(jié)構(gòu)鋼。區(qū)別是 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 用千分?jǐn)?shù)表示，而且當(dāng) Wc 1.0%時(shí)不標(biāo)注碳 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。對于高速鋼，無論碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少，一般均不標(biāo)注。4.特殊性能鋼。標(biāo)注方法基本同工具鋼。當(dāng)Wcv 0.08%時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)用 0表示，如0Cr13;當(dāng)Wcv 0.03%時(shí)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)用 00表示，如00Cr18Ni10。合金元素對鋼的基本相的影響：1. 對鐵基固溶體

6、的影響。合金元素溶于Fe形成鐵基固溶體。C、N與Fe形成間隙固溶體，其它合金元素大多數(shù)與鐵形成置換固溶體。若合金元素原子半徑與鐵的原子半徑相差較大，晶格畸變就大，固溶強(qiáng)化效果就明顯，鋼的硬度明顯增加。合金元素存在于奧氏體中能使過冷奧氏體穩(wěn)定，從而提高合金鋼的淬透性。2. 對碳化物的影響。形成合金滲碳體，如（Fe,Mn）3C、（Fe,Cr）3C;特殊碳化物，女口 （Fe7Cr）7C3、Cr23C6。滲碳體屬于亞穩(wěn)定的化合物，滲碳體中碳與鐵的親和力較弱。合金元素溶入滲碳體中可增加鐵和碳的親和力，提高滲碳體的穩(wěn)定性（WC、TiC、MoC穩(wěn)定性最高，在高溫下（500 C）會析出，呈彌散狀態(tài)，可以提高高

7、溫下的強(qiáng)度）。合金元素還能 阻止奧氏體晶粒的長大，以獲得細(xì)晶組織。合金元素對FeFe3C狀態(tài)圖的影響：擴(kuò)大奧氏體區(qū)元糸Mn、Co、Ni、CCu在奧氏體區(qū)有較大溶解度，相對穩(wěn)定奧氏體區(qū)N點(diǎn)升咼，E、S點(diǎn)向左卜移奧氏體鋼縮小奧氏體區(qū)元糸V、W、Ti、Cr、Mo、S、Al在鐵素體中由較大溶解度，相對穩(wěn)定鐵素體N點(diǎn)降低，E、S點(diǎn)向左上移鐵素體鋼S、E點(diǎn)左移的效果：降低共析點(diǎn)的含碳量以及C在鋼中的溶解度。某些合金鋼（Cr12Mo ）在Wcv2.11%時(shí)就出現(xiàn)萊氏體。合金元素對鋼熱處理的影響：1.合金元素對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響。合金元素主要影響奧氏體化的速度提高碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度，提高奧氏體形成速度Co

8、Ni與碳形成咼穩(wěn)定性的合金碳化物，顯者減緩碳的擴(kuò)散速度Cr、Mo、Ti、W、V對奧氏體形成速度影響不大Si、Al、Mn另外，合金元素對奧氏體的晶粒度也有一定影響。除Mn和P外，大多數(shù)合金元素都能 阻止奧氏體晶粒長大。2. 合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響。除Co Al夕卜，大多數(shù)溶于奧氏體的合金元素都使過冷奧氏體的穩(wěn)定性增大 ，即C曲線右移。C曲線右移表示合金元素使合金鋼淬透性增大。3. 合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響。大多數(shù)合金元素（除 Co）使Ms線和Mf線降低，并增加鋼中殘余奧氏體含量 。4. 合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變及性能的影響。碳化物形成元素和非碳化物形成元素在合金鋼回火的時(shí)候都阻礙馬氏體

9、的分解及碳化物的析出和聚集，即回火比較穩(wěn)定，也稱回火抗力。合金鋼回火有 二次淬火和二次硬化 現(xiàn)象。二次淬火：合金元素也會減弱殘余奧氏體的分解速度，即使之穩(wěn)定，甚至加熱到500600 C也不會分解，而是在冷卻時(shí)部分轉(zhuǎn)化為馬氏體，使鋼的硬度增加，這種現(xiàn)象稱二次淬火。二次硬化：合金元素 W、Mo、V、Cr含量較高時(shí)，在一定的回火溫度下，會直接從馬氏體中析出彌散分布、顆 粒細(xì)小的特殊碳化物，使鋼的硬度在該回火溫度下不僅不降低，反而有所升高，這種現(xiàn)象稱為二次硬化。（在500600 C之間達(dá)到二次硬化的硬度最大值。）低合金高強(qiáng)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾珠軸承鋼、低合金刃具鋼和高速鋼的成分特

10、點(diǎn)與合金化 原則、性能特點(diǎn)、使用態(tài)組織、典型鋼號及其應(yīng)用、熱處理特點(diǎn)。低合金結(jié)構(gòu)鋼：成分特點(diǎn)：Wc低，Wcv 0.2%;按不同要求添加Mn、Ti、Ni、V、P、Cu等合金元素，但其質(zhì)量分?jǐn)?shù)總量小于3%。性能特點(diǎn)：由一定的綜合力學(xué)性能和屈強(qiáng)比，較好的壓力加工和焊接性能使用態(tài)組織：大多為鐵素體珠光體鋼典型鋼號：16Mn應(yīng)用：建筑、船舶、橋梁、運(yùn)輸工具等構(gòu)件用鋼。熱處理特點(diǎn)：一般不進(jìn)行熱處理，在熱軋正火態(tài)使用。合金調(diào)質(zhì)鋼：合金調(diào)質(zhì)鋼是指經(jīng) 調(diào)質(zhì)后使用 的一類合金鋼。調(diào)質(zhì)后組織為回火索氏體，具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能屬中碳鋼，Wc=0.30%0.50%。主加元素：Mn、Cr、Si、Ni，提高淬透性；輔助元

11、素：W、Mo，抑制第二類回火脆性；Ti、V,細(xì)化晶粒。按照淬透性的大小分為三類：低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼40Cr、40MnB淬透性較低，綜合力學(xué)性能及工藝性較好，制造中等截面零件。中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼35CrMo、40CrNi淬透性有所提高，可以制作大截面、重載的齒輪、曲軸和連桿。高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼40CrNiMoA、40CrM nMo淬透性高，可制作承受重載荷的重要零件，如汽輪機(jī)主軸、葉輪 等。合金滲碳鋼:合金滲碳鋼是指經(jīng)滲碳淬火后使用的一類合金鋼。滲碳并淬火及回火后 表層組織 為高碳回火馬氏體、合金滲碳體、少量殘余奧氏體，硬度可達(dá)6062HRC;心部組織與鋼的淬透性和零件截面大小 有關(guān)，一般為鐵素

12、體、屈氏體、少量低碳馬氏體，硬度約為2540HRC, 如果心部淬透，則心部組織為低碳回火馬氏體，硬度可達(dá)4048HRC,具有表層硬度高，心部強(qiáng)度、韌性好的性能。Wc=0.10%0.25%，要求強(qiáng)度高的零件取上限。主加合金元素：Cr、Ni、Mn、P,提高鋼的淬透性；輔助合金元素：Mo、W、V、Ti,強(qiáng)碳化物形成元素，抑制滲碳時(shí)奧氏體晶粒長大。低淬透性合金滲碳鋼20Cr載何較輕，強(qiáng)度、耐磨性要求較低，如小齒輪、小軸、滑塊中淬透性合金滲碳鋼20CrM nTi制造汽車、拖拉機(jī)上承受沖擊載何的齒輪、軸、化鍵軸高淬透性合金滲碳鋼20Cr2Ni4、18CrNi4WA制造重載、大截面、強(qiáng)韌性和耐磨性咼的重要零

13、件合金彈簧鋼：碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc=0.5%0.7%。合金元素：Mn、Si、Cr、V提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性。常用合金彈簧鋼牌號：65Mn、60Si2Mn熱軋彈簧鋼淬火+中溫回火回火屈氏體截面較大的彈黃43 48HRC冷拉彈簧鋼去應(yīng)力退火屈氏體截面較小的彈黃滾動軸承鋼：性能：高硬度、高耐磨性，高的接觸疲勞強(qiáng)度和彈性極限，良好的綜合力學(xué)性能，能承受機(jī)器工作時(shí)的復(fù) 雜的動靜載荷。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高：Wc=0.90%1.10%，保證淬火后馬氏體的基體上分布碳化物。主加合金元素：Cr, Wcr=0.50%1.65%，提高淬透性，細(xì)化碳化物，提高耐磨性及韌性。輔助合金元素： Mn、Mo、V、Si。Mn可顯著

14、提高鋼的的強(qiáng)度及淬透性；Mo、V可以提高耐磨性，細(xì)化晶粒，與錳配合可進(jìn)一步提高鋼的淬透性； Si可使碳化物均勻分布并提高淬透性。典型牌號：GCr15熱處理工藝：正火一一球化退火一一不完全淬火一一低溫回火一一冷處理一一去應(yīng)力退火（時(shí)效處理） 軸承鋼鍛造（相當(dāng)于 正火）后的組織是 索氏體和少量F3Cn。正火可消除網(wǎng)狀滲碳體 并且細(xì)化晶粒，以利球化退火。球化退火（獲得球化珠光體）用于改善切削性能并獲得高質(zhì)量的加工表面。不完全淬火是指淬火的加熱溫度不能太高。淬火后低溫回火 是為了消除淬火應(yīng)力，保持淬火后的硬度。淬火后通常會存在10%20%的殘余奧氏體，進(jìn)行冷處理（6080C, 1h ）可以明顯減少殘余

15、奧氏體量。 最后安排一次 去應(yīng)力退火（時(shí)效處理），消除每次熱處理殘余的應(yīng)力 ，和磨削加工產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以提高 零件的尺寸穩(wěn)定性。低合金刃具鋼：定義：低合金刃具鋼是為了克服碳素刃具鋼淬透性不足，紅硬性差，易淬火開裂等缺點(diǎn)，在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加上質(zhì)量分?jǐn)?shù)總量小于3%的合金元素，具有比碳素工具鋼性能更好的一類刃具鋼。工作溫度一般在 250 C以下。常用牌號：9SiCr熱處理工藝：由于合金元素的添加，奧氏體區(qū)縮小，低合金刃具鋼為過共析鋼，鑄錠中有萊氏體組織，必須通過鍛造改造萊氏體中碳化物的結(jié)構(gòu)，減少網(wǎng)狀碳化物的有害影響。合金元素的添加降低了金屬的導(dǎo)熱 性，因此鍛造的 加熱速度和鍛造后的冷卻速度要比碳

16、鋼緩慢，防止工件開裂。最終熱處理為 淬火和低溫回 火。組織為回火馬氏體、合金碳化物和少量殘余奧氏體。高速鋼：高速鋼中合金元素的作用：Cr提高淬透性W、Mo提高回火穩(wěn)定性（提高紅硬性，起到二次硬化的作用）V形成VC,組織晶粒長大，起到細(xì)晶的作用高速鋼的鑄態(tài)組織：高速鋼的Wc=0.7%0.8%。由于合金元素的存在，使得狀態(tài)圖上的E、S點(diǎn)明顯左移，因此高速鋼鑄態(tài)組織中含有許多萊氏體碳化物，高速鋼屬萊氏體鋼。鍛造：萊氏體碳化物不能通過熱處理方法改變其狀態(tài)，必須進(jìn)行鍛造（消除魚骨狀的共晶碳化物），進(jìn)行充分反復(fù)和大鍛造比的鐓粗、拔長，才能有效擊碎碳化物并使其均勻分布。高速鋼工藝流程（W18C4V ）：下料

17、一一鍛造一一退火一一切削加工一一淬火和三次高溫回火一一噴丸一一磨削對熱處理工藝的說明：退火的目的是為了消除鍛造應(yīng)力，降低硬度便于切削加工。退火方法有一般退火和等溫退火 兩種。淬火加熱時(shí)要分級預(yù)熱，因?yàn)楦咚黉摵辖鹪刭|(zhì)量分?jǐn)?shù)總量高達(dá)23%，導(dǎo)熱性很差，分級預(yù)熱是為了 防止淬火加熱速度過快而引起熱應(yīng)力、變形和開裂。淬火溫度不是 Ac1+（3050）C。因?yàn)樘厥馓蓟锏娜芙鉁囟群芨?，?dǎo)致高速鋼的淬火溫度高達(dá) 1280C。但是不宜超過1300C，溫度過高會使奧氏體晶粒急劇粗化，甚至導(dǎo)致晶界融化。高速鋼淬火冷卻方法也不同于一般工具鋼。對于小型刃具，采取油冷；對于形狀復(fù)雜，要求變形小的刃具采用鹽浴爐分級淬

18、火或等溫淬火。高速鋼淬火組織為合金馬氏體、合金碳化物和較多的殘余奧氏體。高速鋼回火溫度為560C，并需要進(jìn)行 34次，每次一小時(shí)左右?；鼗鸷蠼M織 為合金回火馬氏體，合金碳化物和殘余奧氏體。采用560C回火的目的是為了使碳化物（ WC、VC等）呈細(xì)小分散狀，從馬氏體中析出，形成 第二相彌散 強(qiáng)化，即二次硬化。此外部分碳和合金元素從殘余奧氏體中析出，降低殘余奧氏體的穩(wěn)定性， 使Ms升高，在隨后的冷卻中使部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，叫做二次淬火。高速鋼淬火后殘余奧氏體量達(dá)25%30%,多次回火可使大部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體。而且后一道回火可以消除前一道回火時(shí)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成為馬氏體引起的比容轉(zhuǎn)變而

19、產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，有利于殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變。最后的組織硬度在 65HRC以上。典型牌號： W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2特殊性能鋼：金屬腐蝕的方法 （化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕）；金屬抗腐蝕的原理及合金化；不銹鋼的分類、熱處理方法和用途;耐磨鋼：主要用于制造承受嚴(yán)重沖擊和摩擦的零件。常用的耐磨鋼為 高錳鋼（如ZGMn8、ZGMn13）。水韌處理：將鋼加熱至 10501100 C保溫，使碳化物全部溶解，然后迅速水冷，形成單相奧氏體組織。 耐熱鋼：珠光體耐熱鋼。在 500 C以下工作。常用的有 Cr12MoV耐蝕鋼（不銹鋼）：金屬的腐蝕方法：1. 化學(xué)腐蝕金屬與外部介質(zhì)發(fā)生直接化學(xué)作用引起的腐蝕。特點(diǎn)是腐蝕物沉積在金屬表面，形成薄膜?？梢酝ㄟ^形成鈍化 膜來防止化學(xué)腐蝕。2. 電化學(xué)腐