金屬性與熱處理

第十一章工業(yè)用鋼上一級結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)用鋼機(jī)器零件用鋼第一節(jié)鋼的分類和編號一、鋼的分類（一）按用途分類工具鋼

特殊性能鋼

（二）按化學(xué)成分分類碳素鋼

低碳鋼

wc<0.25%中碳鋼

wc=0.25～0.6%高碳鋼

wc

＞0.6%合金鋼

低合金鋼

wMe<5%中合金鋼

wMe=5～10%高合金鋼

wMe

＞10%（三）按顯微組織分類按平衡亞共析鋼珠光體狀態(tài)：共析鋼按正火貝氏體過共析鋼組織：馬氏體

萊氏體鋼。奧氏體鋼按室溫時(shí)的鐵素體鋼顯微組織分類：

奧氏體鋼雙相鋼。（四）按品質(zhì)分類

普通質(zhì)量鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼高級優(yōu)質(zhì)鋼wp

≤0.035～

0.045%ws≤0.035～

0.05%wP

，ws≤0.035%wP

，ws

≤0.03%wP

，ws

≤0.025%高級優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼wP

，ws≤0.035%二、鋼的編號我國鋼產(chǎn)品采用漢語拼音、化學(xué)符號和數(shù)字結(jié)合原則。(1)鋼中化學(xué)元素采用元素符號，稀土元素用RE表示。（2）產(chǎn)品名稱、用途、特性和工藝方法用拼音。（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度鋼

Q+屈服點(diǎn)數(shù)值（單位為MPa）+質(zhì)量等級+脫氧方法等。如：Q235AF、Q235BZ低合金高強(qiáng)度鋼牌號表示為：Q345C、Q345D等。（二）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼用兩位數(shù)字表示。如：45鋼、08鋼，含猛量高的鋼，須將Mn標(biāo)出。如：50Mn。WMn=0.7~1.0%。用途標(biāo)出：20g。（三）碳素工具鋼T+數(shù)字（含量為千分之一）。如：T9、高級優(yōu)質(zhì)鋼后面加A，含猛量高的鋼，須將Mn標(biāo)出。如：T8Mn。（四）合金結(jié)構(gòu)鋼數(shù)字（萬分之一）+合金元素符號+數(shù)字（平均百分之一）如：35SiMnW<1.5%不標(biāo)出符號。鋼中V、Ti、Al、B、RE等合金元素含量低，但應(yīng)在牌號中標(biāo)出。（五）合金工具鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼大體相同，Wc≥1.0%時(shí)，不標(biāo)出含碳量。Wc<1.0%時(shí)，以千分之一表示。如：CrMn，9Mn2V。只有平均含鉻量Wcr<1.0%的合金工具鋼，其含鉻量以千分之幾表示，在數(shù)字前加“0”。如”Cr06”高速鋼中，一般不標(biāo)出含碳量。如：W18Cr4V。（六）滾動軸承鋼

GCr+數(shù)字（表示Cr含量為千分之幾）如：GCr15（七）不銹鋼與耐熱鋼數(shù)字（含碳量萬分之一）+合金元素+數(shù)字（百分之一）。當(dāng)Wc<0.08%時(shí)，以06表示；

Wc<0.03%時(shí)，以022表示；

Wc<0.01%時(shí)，以008表示。如008Cr30Mo2

在鋼中其重要作用的微量元素Ti、Nb、Zr、N等要標(biāo)出。10-1常存元素和雜質(zhì)對鋼性能的影響一、Mn鋼中有益元素，可作脫氧劑、脫硫劑，其中以MnO，MnS形式存在，過量的Mn溶解在α中形成固溶體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，形成合金滲碳體（Fe，Mn）3C。

上一級雜質(zhì)元素Si、

Mn、

S、

P

合金元素Cr、

Ni、

Mo、

W、

V、

B、

Ti、

RE三、P一般情況是有害元素，P能全部固溶于F中，有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化作用。室溫下使鋼的強(qiáng)度，硬度增加，塑性，韌性顯著降低，使鋼產(chǎn)生冷脆現(xiàn)象。

上一級二、Si鋼中有益元素，主要用作脫氧劑，WSi<0.5%對鋼的性能影響不顯著，以硅鐵加入，形成SiO2（MnO、FeO、Al2O3

）。五、非金屬夾雜物的影響氧化物、硫化物、硅酸鹽、氧化物，會降低塑性、韌性及疲勞強(qiáng)度。對重要用途的鋼檢查非金屬夾雜物的數(shù)量、形狀、大小與分布情況。上一級四、S鋼中有害元素。在固態(tài)下，硫在鐵中的溶解度極小，以FeS形式存在，F(xiàn)eS與Fe形成低熔點(diǎn)共晶體。在熱加工過程中使鋼材沿晶界開裂，使鋼產(chǎn)生熱脆。第二節(jié)合金元素在鋼中的作用Me：主加元素：Si

、Mn

、

Cr

、Ni

、Mo

輔加元素：W、Mn

、Ti

、V、Al、B、RE

通過合金元素與鋼中Fe、C兩個(gè)基本組元的作用，促使鋼中晶體結(jié)構(gòu)和顯微組織發(fā)生有利的變化以提高和改善鋼的性能。上一級一、合金元素在鋼中的分布概括起來合金元素有四種形式存在。（1）溶入鐵素體、奧氏體、馬氏體，以固溶體的溶質(zhì)形式存在。（2)形成強(qiáng)化相，如形成合金滲碳體、形成元素本身的碳化物、形成金屬化合物。（3）形成非金屬夾雜物。與O、S、N形成化合物。（4）一游離狀態(tài)存在。如Pt。以何種形式存在取決于合金元素的本質(zhì)。二、合金元素與鐵和碳的相互作用（一）合金元素與鐵的相互作用合金元素對鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變有很大影響，主要通過合金元素在α-Fe和γ-Fe中的固溶度及其對γ相區(qū)的影響表現(xiàn)出來。1.無限擴(kuò)大γ相區(qū)元素這類元素有Mn、Ni、Co2.有限擴(kuò)大γ相區(qū)元素這類元素有C、N、Cu、Zn3.封閉γ相區(qū)、無限擴(kuò)大α相區(qū)型當(dāng)合金元素含量達(dá)到某一含量時(shí)，A3與A4重合γ相區(qū)封閉。這類元素有Cr、Si、P、V、Al、Be等。4.封閉γ相區(qū)、有限擴(kuò)大α相區(qū)型與α-Fe形成有限固溶體。這類元素有：Mo、W、Ti等。5.縮小γ相區(qū)型這類元素有：B、Nb、Ta、Zr。奧氏體形成元素：擴(kuò)大γ相區(qū)元素。鐵素體形成元素：擴(kuò)大α相區(qū)元素。（二）合金元素與碳的相互作用分兩類1.非碳化物形成元素

Ni、Si、Co、Al、Cu等。2.碳化物形成元素Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等中強(qiáng)碳化物形成元素含量少時(shí)，多數(shù)形成合金滲碳體，含量高時(shí)，則可能形成新的碳化物。根據(jù)碳原子半徑Rc與金屬原子半徑RM的比值，可將碳化物分為兩類。1）Rc/RM＞0.59時(shí)，形成間隙化合物，如：Cr23C6、Cr7C3、Mn3C、Fe3C、M6C等2）Rc/RM<0.59時(shí)，形成間隙相，如：Wc、VC、TiC、W2C、Mo2C等。合金元素還可形成多元碳化物，如：Fe4Mo2C、Fe21W2C等。Fe、W或Fe、Mo的比例常有變化，故常以M6C、M23C表示。三、合金元素對相變的影響（一）合金元素對Fe-C相圖的影響1.對奧氏體相區(qū)的影響⑴A形成元素（使A區(qū)擴(kuò)大的元素）A1

降低，A3

升高。如：

Ni，

Co，Mn、N等。形成奧氏體鋼。⑵F形成元素（使A區(qū)縮小，F(xiàn)區(qū)增大）

Cr

，W

，Mo

，V

，Ti

，A1，Si

……

形成鐵素體鋼。2.對S和E點(diǎn)的影響大多數(shù)合金元素使S，E點(diǎn)向左方移動。S點(diǎn)左移造成Wc<0.77%鋼出現(xiàn)過共析組織，如40Cr13。退火態(tài)下，相同含碳量合金鋼組織中的珠光體量比碳鋼多。E點(diǎn)左移造成Wc<2.11%的鋼出現(xiàn)萊氏體組織。（二）合金元素對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響除Co、Ni外，所有合金元素均減慢奧氏體的形成和奧氏體晶粒的長大。（三）合金元素對鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響⑴合金元素對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變的影響：合金元素（除Co以外）溶入奧氏體后，降低原子擴(kuò)散速度，使奧氏體穩(wěn)定性增加，從而使C曲線位置右移。⑵合金元素對C曲線形狀的改變的影響：合金元素除使C曲線右移外，部分合金元素還改變C曲線形狀，形成雙C曲線。⑶合金元素對過冷奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變的影響：合金元素（除Co，Al外）溶入奧氏體后，使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度Ms及Mf降低，其中Mn，Cr，Ni作用較強(qiáng)。

上一級(1)合金元素對珠光體轉(zhuǎn)變的影響合金元素（除Co、Al以外）均顯著推遲過冷奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變。原因：合金元素?cái)U(kuò)散慢，并使碳擴(kuò)散慢；

Mn、Ni降低臨界轉(zhuǎn)變溫度；

B在晶界內(nèi)吸附，形成硼相，阻止鐵素體形核。多種合金元素同時(shí)加入比單一推遲轉(zhuǎn)變要明顯。（2）合金元素對貝氏體轉(zhuǎn)變的影響Mn、Cr、Ni減小相變驅(qū)動力，Mn、Cr阻礙碳的擴(kuò)散。Si阻止過飽和鐵素體的脫溶，W、Mo、V、Ti增大相變驅(qū)動力，但減小碳的擴(kuò)散，對貝氏體轉(zhuǎn)變有一定延緩。（3）合金元素對馬氏體轉(zhuǎn)變的影響除Co、Al外，大多數(shù)固溶于奧氏體的合金元素均使Ms、Mf溫度降低。（四）合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響1.對馬氏體分解的影響2.對殘留奧氏體轉(zhuǎn)變的影響在含有較多的W、Mo、V等元素的高合金鋼（如高速鋼）中，殘留奧氏體在回火加熱過程中析出細(xì)小彌散的碳化物，導(dǎo)致殘留奧氏體中的碳和合金元素貧化，使Ms點(diǎn)高于室溫，因而在冷卻過程中轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，這種現(xiàn)象稱為二次淬火。二次硬化：通過這種回火之后，淬火鋼硬度不但沒有降低，反而有所升高，這種現(xiàn)象稱為二次硬化。3.對碳化物形成、聚集和長大的影響AL、Si強(qiáng)烈推遲ε-碳化物轉(zhuǎn)變?yōu)闈B碳體。原位析出:在鉻鋼中，合金碳化物原位析出較多。多為M7C3、M23C6型。MC型多以離位析出。4.對α相回復(fù)與再結(jié)晶的影響大部分合金元素均延緩α相回復(fù)與再結(jié)晶過程。Co、Mo、W、Cr、V較強(qiáng)、Si、Mn次之、Ni影響不大。一、概述結(jié)構(gòu)鋼包括工程結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械零件用結(jié)構(gòu)鋼。工程結(jié)構(gòu)鋼是指專門用來制造工程結(jié)構(gòu)件一大類鋼種。在鋼總產(chǎn)量中，工程結(jié)構(gòu)鋼占90％左右。如橋梁、船舶、屋架、車輛、鍋爐、容器等。工作特點(diǎn)：一般不作相對運(yùn)動，承受長期靜載荷；有一定使用溫度。

第三節(jié)工程結(jié)構(gòu)用鋼

性能要求：要求構(gòu)件在靜載荷長期作用下結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，須有較高的剛度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度，且塑性韌性好，有較小的冷脆傾向和耐蝕性。良好的工藝性（冷變形性和焊接性），工程結(jié)構(gòu)鋼包括碳素鋼（Wc≤0.2)和低合金高強(qiáng)度鋼。二、工程結(jié)構(gòu)用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn)（一）屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象是低碳鋼所具有的力學(xué)性能特點(diǎn)，表現(xiàn)為其工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線上存在上、下屈服點(diǎn)和屈服平臺。呂德斯帶:是屈服現(xiàn)象中的不均勻塑性變形區(qū)穿過不同晶粒在試樣表面產(chǎn)生的痕跡，是許多晶粒協(xié)調(diào)變形的結(jié)果。消除方法:預(yù)變性法、減少間隙溶質(zhì)原子量（加入固定C、N原子的強(qiáng)碳化物形成元素，如Ti、Nb等）（二)應(yīng)變時(shí)效和淬火時(shí)效應(yīng)變時(shí)效：構(gòu)件用鋼經(jīng)冷塑性變形后，在室溫放置較長時(shí)間或稍經(jīng)加熱后，其強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)變時(shí)效。淬火時(shí)效：低碳鋼加熱到接近Ac1溫度淬火，于室溫放置較長時(shí)間或稍經(jīng)加熱后，其強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱為淬火時(shí)效。Fe2.4C和Fe16N2析出應(yīng)變時(shí)效和淬火時(shí)效增加鋼的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。（三）冷脆傾向性工程構(gòu)件，當(dāng)使用溫度降低時(shí)，可能由塑性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?，這一現(xiàn)象稱為冷脆。材料組織狀態(tài)對冷脆轉(zhuǎn)變溫度有影響，鋼中出現(xiàn)針狀鐵素體或魏氏組織提高冷脆轉(zhuǎn)變溫度；上貝氏體冷脆轉(zhuǎn)變溫度。冶煉方法：平爐優(yōu)于側(cè)吹轉(zhuǎn)爐；鎮(zhèn)靜鋼優(yōu)于沸騰鋼。這主要與鋼中S、P、N、O等雜質(zhì)有關(guān)。三、合金元素對工程結(jié)構(gòu)用鋼性能的影響（一）對力學(xué)性能的影響由于工程用鋼在熱軋空冷態(tài)使用，所以合金化提高強(qiáng)度的途徑主要有：固溶強(qiáng)化、細(xì)化晶粒、增加珠光體數(shù)量及沉淀強(qiáng)化等方法。（二）對焊接性的影響焊接性是指再簡單可行的焊接條件下，鋼件焊接后不產(chǎn)生裂紋、并獲得良好的焊縫區(qū)性能。碳當(dāng)量：當(dāng)大于0.4~0.5%，焊接性差。（三）對耐大氣腐蝕性能的影響合金元素Cu加入在表面形成氧化保護(hù)膜；它溶入鐵素體可提高其電極電位，有利于提高鋼的耐蝕性。Cu加入常在0.25%左右，若大于0.5%，將導(dǎo)致熱脆。P也是提高耐蝕性的元素，但應(yīng)加以限制。加入Cr、Ni、Ti可提高鐵素體電極電位，提高鋼的耐蝕性。四、常用的工程結(jié)構(gòu)用鋼(一）碳素結(jié)構(gòu)鋼用量占鋼材總產(chǎn)量的70~80%；含碳量低(0.06~0.38%),S、P含量較高；通常熱軋空冷態(tài)供應(yīng)，塑性高，焊接性好；通常以熱軋板、帶、棒及型鋼使用；適用：焊接、鉚接、栓接等。常用牌號

Q195常用作鐵釘，鐵絲,薄板

Q275代替30鋼，40鋼制造普通零件(如齒輪,鏈輪)一般以熱軋空冷狀態(tài)供應(yīng)。此外還有一些專門用鋼，如造船鋼、橋梁鋼、壓力容器鋼等。需特殊性能檢驗(yàn)和質(zhì)量檢驗(yàn)項(xiàng)目。上一級1、成分

wc=≤0.2%，wMn=0.8～1.7%，wSi≤0.55%

2、性能特點(diǎn)⑴高的屈服點(diǎn)與良好的塑韌性，低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的屈服點(diǎn)提高30～50%.δ5=17～23%.Akv＞34J⑵良好的焊接性能。⑶較好的耐蝕性。上一級（二）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼主要加入合金元素Mn，還加入V、Ti、Nb、細(xì)化晶粒，提高韌性。加入RE提高韌性、疲勞極限，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。通常熱軋狀態(tài)使用，也可在正火及正火加回火狀態(tài)下使用。上一級3.典型牌號及應(yīng)用典型牌號：Q345(16Mn)，σb＝345MPa，具有較高的強(qiáng)度、良好的塑性和低溫韌性、焊接性。16Mn是工程用高強(qiáng)度低合金鋼中產(chǎn)量最多，用途極廣的鋼種。主要用于生產(chǎn)鋼筋、建筑鋼結(jié)構(gòu)等。Q390(15MnTi、16MnNb、15MnV)→制造橋梁、船舶、容器。鑄鋼中的Wc=0.2~0.6%,主要加入Mn、Si、Cr、Ni、Mo、V、Ti合金元素，S、P限制在0.04%范圍內(nèi)。牌號用ZG+最低屈服極限-最低抗拉強(qiáng)度表示。鑄鋼晶粒粗大，偏析嚴(yán)重，內(nèi)應(yīng)力大，易形成魏氏組織，應(yīng)進(jìn)行完全退火或正火，消除組織缺陷。上一級五、鑄鋼一、概述

機(jī)械零件用鋼是指制造各種機(jī)械零件，如軸類零件、齒輪、彈簧、軸承等所用的鋼種。根據(jù)機(jī)械零件的工作條件，對力學(xué)性能有如下要求：疲勞強(qiáng)度要高；屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及較高的斷裂強(qiáng)度；上一級

第四節(jié)機(jī)械零件用鋼3）較好的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度要高；4）較高的韌性，降低缺口敏感性；5）良好的工藝性能。（切削加工性和熱處理工藝性）機(jī)械零件用鋼通常為優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼，使用狀態(tài)為淬火加回火態(tài)。鋼中含碳量有以下幾個(gè)級別：滲碳鋼和低碳馬氏體鋼Wc=0.2%；調(diào)質(zhì)鋼Wc=0.4%；彈簧鋼Wc=0.5~0.7%；軸承鋼Wc=1.0%。上一級

合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于3.5%，一般不大于10%。（二）機(jī)械零件用鋼的合金化特點(diǎn)機(jī)械零件用鋼加入的合金元素主要有：Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、Ti、B、Al等。（一）提高鋼的淬透性;（二）含碳量的選擇和回火溫度的確定;（三）提高鋼的切削加工性;加入S、Pb、Ca、Te、Se等元素。上一級第四節(jié)機(jī)器（械）零件用鋼一、概述機(jī)器零件用鋼是指用于制造各種機(jī)器零件，如軸類零件、齒輪、彈簧和軸承等所用的鋼。工作條件：承受拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、振動、摩擦等一種力的作用，或幾種力的同時(shí)作用，在零件的截面上產(chǎn)生拉、壓、切等應(yīng)力。性能要求：有較高的疲勞強(qiáng)度；具有高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及斷裂強(qiáng)度；具有良好的耐磨性及接觸疲勞強(qiáng)度；高的韌性、低的缺口敏感性；好的切削加工性；好的熱處理工藝性。機(jī)器零件用鋼通常為優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼，使用狀態(tài)為淬火加回火態(tài)。根據(jù)不同鋼種對性能的不同要求，鋼中的含碳量有以下幾個(gè)級別：滲碳鋼和低碳馬氏體鋼Wc=0.2%；調(diào)質(zhì)鋼Wc=0.4；彈簧鋼Wc=0.5~0.7%；軸承鋼Wc=1.0%。鋼種合金元素總量常小于3.5%。一般不大于10%。三、滲碳鋼（一）滲碳鋼工作條件及性能要求1、較高的彎曲疲勞強(qiáng)度；2、較高的接觸疲勞強(qiáng)度；3、高的耐磨性；4、受沖擊，韌性要高。為此，低碳鋼（合金）滲碳（或碳氮共滲）后進(jìn)行淬火及低溫回火處理，可達(dá)到目的。⑴化學(xué)成分低碳：Wc=0.10～0.25%

提高淬透性合金元素：Cr<3%Mn<2%Ni<4.5%B<0.0035%Mo、W、Si等。阻止奧氏體晶粒長大輔加元素：Mo

W

V

Ti⑵常用的滲碳鋼

a、碳素滲碳鋼15，20b、合金滲碳鋼

Ⅰ：低淬透性滲碳鋼Dc=20---35mm

主要牌號有：20Mn2、20Cr、20MnV、15Cr

上一級（二）、滲碳鋼的化學(xué)成分Ⅱ：中淬透性鋼Dc=25---60mm

主要牌號有：20CrMnTi、12CrNi3、20MnVBⅢ：高淬透性滲碳鋼Dc>100mmM鋼

主要牌號有：12Cr2Ni4、20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA

⑶熱處理

a．預(yù)先熱處理工藝

Ⅰ正火、Ⅱ一次空氣冷淬火+650℃高溫回火

b．直接淬火和一次淬火直接淬火（一次淬火）+180～200℃低溫回火

c.兩次淬火

滲碳后緩冷至室溫，重新加熱兩次淬火并低溫回火。⑷用途

制造表面承受高耐磨、并承受動載荷的零件。如齒輪、軸、重要的螺栓。四、調(diào)質(zhì)鋼（一）調(diào)質(zhì)鋼的工作條件及性能要求

機(jī)床主軸、汽車后橋半軸、發(fā)動機(jī)曲軸、連桿、高強(qiáng)度螺栓在多種應(yīng)力下工作，受力復(fù)雜要求有良好的綜合力學(xué)性能，調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)后可以滿足以上這些機(jī)器零件對使用性能的要求。上一級（二）調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分（1）含碳量：wc=0.25---0.45%(中碳)

（2）提高加入淬透性的合金元素：Mn＜2%Cr＜2%SiNi＜4.5%B＜0.0035%→提高鋼的淬透性。（3）防止回火脆性的輔加元素：W

，Mo

（4）細(xì)化晶粒的元素W、Mo、V

、Ti、Al（三）常用調(diào)質(zhì)鋼1、低淬透性調(diào)質(zhì)鋼（油淬臨界直徑30~40mm)上一級

中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

35～45鋼、40Cr、2、中淬透性調(diào)質(zhì)鋼（油淬臨界直徑40~60mm)40CrMn、35CrMo等。制作曲軸、齒輪、連桿等。3、高淬透性調(diào)質(zhì)鋼（油淬臨界直徑大于60mm)大多含有Ni、Cr等元素。此外含有Mo，如40CrNiMo。b．合金調(diào)質(zhì)鋼Ⅰ：低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼

Dc=30～40mm

常用牌號：40Cr、40CrV、40MnB、40MnV、38CrSi、40MnVB等。

這類鋼的淬透性較低，通常只用于制造一般尺寸的重要零件。Ⅱ：中淬透合金調(diào)質(zhì)鋼

Dc=40～60mm

常用牌號：35CrMo、38CrMoAlA、40CrMn、40CrNi

主要用于制造截面較大的零件，例如曲軸、連桿等。35CrMo、40CrMn等鋼可用于500℃以下的較高溫度下服役的零件如汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、葉輪等。

Ⅲ：高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼

Dc=60～100mm

典型鋼種是37CrNi3A、40CrMnMo、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等。

40CrNiMoA鋼主要用于制造大截面、重載荷的重要零件，如航空發(fā)動機(jī)軸、汽輪機(jī)主軸、葉輪等。上一級⑶熱處理a．預(yù)先熱處理：正火b．最終熱處理：

淬火+高溫回火（500~650℃）淬火+高溫回火+表面淬火（化學(xué)熱處理）連

桿

軸

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子

（AETC公司）

葉輪、轉(zhuǎn)子

五、彈簧鋼（一）彈簧鋼的工作條件及性能要求彈簧主要作用是吸收沖擊能量，緩和機(jī)械振動和沖擊。要求彈簧鋼具有高的屈強(qiáng)比，保證彈簧具有足夠高的彈性變形能力；高的疲勞極限；好的塑性和韌性及耐熱性和耐蝕性。（二）彈簧鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)1、中、高碳含量。彈簧鋼的碳含量較高，以保證高的彈性極限與疲勞極限。碳素彈簧鋼：wc=0.8%~0.9%，合金彈簧鋼：wc=0.5%~0.7%。碳含量過低，達(dá)不到高屈服強(qiáng)度的要求；碳含量過高，鋼的脆性很大。2、加入合金元素：Si、Mn、Cr、V、Mo等提高淬透性，細(xì)化晶粒，提高回火穩(wěn)定性。

（三）常用的彈簧鋼⑴碳素彈簧鋼：60，65～85，60Mn，65Mn，75Mn，D=20～30mm

⑵合金彈簧鋼σs=1200MPa，60Si2Mn50CrVAD=30～50mm（四）彈簧的成形及熱處理

⑴熱成形彈簧鋼的熱處理

a.熱成形后油冷淬火(830～870℃)+中溫回火(400～450℃)38～50HRC，

b.拋丸處理，使表面強(qiáng)化并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力以提高疲勞強(qiáng)度

。上一級

⑵冷成形彈簧的熱處理（Φ＜10mm）Ⅰ（鉛淬冷拔鋼絲）：索氏體化處理冷拉綱絲，加熱到A化后，在500～550℃的鉛浴或鹽浴中等溫分解成索氏體組織，然后多次冷拔至所需直徑,冷卷成的彈簧進(jìn)行200～300℃組應(yīng)力回火。強(qiáng)度可達(dá)3000MPa以上。Ⅱ（冷拔鋼絲）

：油淬回火鋼絲：即冷拔到規(guī)定尺寸后進(jìn)行油淬回火處理的鋼絲。Ⅲ（淬火回火鋼絲）：退火狀態(tài)供應(yīng)的合金彈簧鋼絲：冷卷成彈簧后，和熱成型彈簧一樣，要進(jìn)行淬火，回火處理。

上一級上一級4.彈簧鋼的應(yīng)用一類是以合金元素Si、Mn合金化的彈簧鋼，如65Mn和60Si2Mn等。主要用于汽車、拖拉機(jī)和機(jī)車上的板簧和螺旋彈簧等。另一類是含Cr、W、V等合金元素的彈簧鋼，如50CrVA?？捎糜谥圃?50℃~400℃下承受重載的大型彈簧，如閥門彈簧、高速柴油機(jī)的汽門彈簧等。

各式汽車板簧

各類汽車用變截面鋼板彈簧

12/14/16Ton車軸用鋼板彈簧

六、滾動軸承鋼

（一）工作條件及性能要求（1）在交變載荷作用下、受到強(qiáng)烈的摩擦，σ-1高（2）硬度高而耐磨性好（3）沖擊韌性好、強(qiáng)度高（二）高碳鉻軸承鋼化學(xué)成分

1、高碳：wc=0.95~1.15%，wCr<1.65%，ws<0.02%，wp<0.027%2、合金元素：加入少量Si、Mn、Cr、Mo---提高淬透性，耐磨性和耐蝕性。

Cr：提高鋼的淬透性，形成合金滲碳體，提高軸承鋼的耐腐蝕性能。上一級Si、Mn、Mo提高鋼的淬透性和強(qiáng)度。3、高的冶金質(zhì)量影響軸承鋼性能的因素有：氧化物、硫化物和硅酸鹽。Ws＜0.02%、Wp＜0.027%。（三）高碳鉻軸承鋼的牌號及熱處理1、G+Cr+數(shù)字+其它合金元素符號及含量

G－表示滾動軸承鋼合金元素符號－合金元素?cái)?shù)字－Cr元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)

GCr9、GCr15、GCr15SiMn，20Cr2Ni4、不銹軸承8Cr172、熱處理

（1）預(yù)先熱處理正火+球化退火（2）最終熱處理淬火+低溫回火+冷處理+穩(wěn)定化處理上一級

對GCr15來說，球化退火溫度為：780~810，2-6h，10~30℃/h的速度冷卻至600℃出爐空冷。淬火溫度：830~850℃；回火溫度：150~160℃；3h附加回火：120~150℃；3~5h冷處理：-70~-80℃尺寸穩(wěn)定處理：120~150：5-10h。5.滾動軸承鋼的應(yīng)用主要用于制造各種類型的軸承，高碳鉻軸承鋼也可用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。各類標(biāo)準(zhǔn)軸承

四列圓錐滾子軸承

輪轂軸承

上一級上一級

第五節(jié)工具鋼一、概述工具鋼：制造各種刃具、模具、量具的鋼種。按其用途，一般可分為刃具鋼、模具鋼、量具鋼。按化學(xué)成分不同，工具鋼可分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼。二、刃具鋼（一）工作條件及性能要求：

⑴高的硬度與耐磨性⑵高的紅硬性 ⑶足夠的強(qiáng)度和韌性

上一級（二）碳素工具鋼（wc=0.65～1.35%）（1）編號方法：

T+數(shù)字+(A)

（2）特點(diǎn)：

a.生產(chǎn)成本低，冷熱加工性好，熱處理工藝簡單，熱處理后硬度較高，切削熱不大，耐磨性較好。因此生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用。

b.碳素工具鋼淬火后硬度可達(dá)HRC62~65，含碳量對淬火并低溫回火后強(qiáng)度、塑性、韌性有影響。%C↑,過剩碳化物增多，耐磨性提高，塑性、韌性下降。

c.熱處理工藝：淬火+低溫回火（180~200℃），回火時(shí)間1~2h，淬火冷卻介質(zhì)

為水、鹽水、堿水溶液。上一級碳素工具鋼鍛、軋后淬火前應(yīng)進(jìn)行球化退火處理。熱硬性低，工作溫度超過200℃，硬度明顯下降。（3）用途：用于制造承受較小沖擊的刃具，如銼刀、鏟刮刀等。（三）低合金刃具鋼

⑴化學(xué)成分：Wc=0.75～1.45%

加入合金元素Cr、Si、Mn提高淬透性、強(qiáng)度和硬度，加入W、V等，提高耐磨性和硬度，其中Cr%

＜3%，一般控制在Cr=1%，合金元素總量控制在5%以下。Si：提高鋼的耐回火性，但增加鋼的脫碳傾向，惡化加工性能。Mn：增加鋼中殘余奧氏體量，減小淬火工具變形，增大鋼的過熱傾向。（2）熱處理工藝：球化退火+機(jī)加+淬火+低溫回火Cr2鋼油中淬透直徑為30-35mm；9SiCr鋼油中淬透直徑為40-50mm；CrWMn鋼油中淬透直徑為50-70mm，淬火后殘余奧氏體量大（18-20%），屬微變形鋼。低合金刃具鋼熱硬性比碳素刃具鋼有所提高，但工作溫度不能超過250℃。適應(yīng)：低速切削或耐磨性要求較高的刨刀、銑刀、板牙、絲錐、鉆頭等刃具。（四）高速工具鋼

紅硬性、耐磨性較高，紅硬性＞600℃。高速鋼是由大量W、Mo、Cr、Co、V等元素組成的高碳、高合金鋼。他是適應(yīng)高速切削的需要發(fā)展起來的一類刃具鋼。淬火回火后硬度一般高于HRC63。

1.高速工具鋼的牌號和化學(xué)成分

牌號方法類似合金工具鋼，但含碳量不予標(biāo)出。高速鋼含碳量Wc=0.7~1.6%，保證形成足夠的特殊碳化物。

上一級

如：Wc=0.8～0.9%W6Mo5Cr4V2W：形成Fe4W2C，合金元素溶于M中，在回火時(shí)彌散析出W2C造成二次硬化?？捎?%Mo代替2%W。

V：形成VC，提高耐磨性。

Co：不能形成碳化物，提高高速鋼熔點(diǎn)，能使合金碳化物以更細(xì)小彌散的狀態(tài)析出，且析出的碳化物又不易聚集，從而提高了彌散強(qiáng)化效果。另外，鈷提高淬火溫度，使W、Mo、V溶入A中。Cr：提高淬透性，抗氧化性、脫碳和耐腐蝕性。

上一級

常用高速鋼

W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Al

分為W系和W-Mo系。前者耐磨性好，后者熱硬性好、韌性好。

2.高速工具鋼的鑄態(tài)組織與壓力加工

屬于萊氏體鋼，共晶碳化物呈魚骨狀，碳化物成帶狀、網(wǎng)狀或大塊狀。粗大而不均勻的碳化物，不能用熱處理來消除，只能用鍛造的方法，使碳化物破碎并分布均勻。

W18Cr4V鋼在室溫下的平衡組織為：萊氏體+珠光體+碳化物實(shí)際高速鋼鑄錠冷卻速度較快，得不到冷卻平衡組織，主要由粗大的共晶萊氏體網(wǎng)+黑色組織組成。共晶萊氏體由γ+M6C組成，M6C以粗大魚骨狀形式分布，其間充填的是γ相，黑色組織叫δ共析體，δ→γ+M6C（1340-1320℃)

類似珠光體組織，易被腐蝕，呈黑色。在黑色組織外層是呈白色的馬氏體和殘留奧氏體。高速鋼鑄態(tài)組織、成分極不均勻，尤其是處于晶界處的共晶萊氏體硬度很高，脆性很大，因此，不能在鑄態(tài)下直接使用。只有熱壓力加工才可消除粗大碳化物。①預(yù)先熱處理W18Cr4V鋼:

球化退火組織：索氏體+粒狀碳化物

普通退火：加熱溫度850-870℃，保溫2-4h后以20℃/h的冷卻速度緩冷至500℃出爐空冷。

等溫退火：加熱溫度850-870℃，保溫4h后打開爐門快冷至720-760℃，保溫6h，再以40-50℃/h冷卻速度緩冷至500℃出爐空冷。退火后硬度為207-255HBW。上一級

3.高速工具鋼的熱處理②最終熱處理

淬火和回火

→超高溫淬火+多次回火；超高溫淬火：為了使合金元素充分溶解入A中，以后在回火時(shí)，能有較多的特殊碳化物析出產(chǎn)生二次硬化。W18Cr4V鋼淬火溫度：1280±5℃

，加熱時(shí)間8-15s/mm。一次預(yù)熱：800-850℃，形狀簡單，尺寸小工件；二次預(yù)熱：500-650℃，預(yù)熱時(shí)間時(shí)兩倍加熱時(shí)間。

采用分級淬火方法淬火，分級溫度580-600℃，停留不超過15分，隨后空冷。

正常淬火組織為：馬氏體（60-65%）、殘留奧氏體（25-30%）、未溶碳化物（10%）。硬度62-64HRC，等溫淬火：260-280℃，保溫2-4h，組織為下貝氏體（50%）、殘留奧氏體（40%）、未溶碳化物（10%）。硬度略低于正常淬火組織，而沖擊韌度較高。冷處理：-70到-80℃，殘留奧氏體減小到6-8%。

經(jīng)兩次回火或三次回火殘留奧氏體可基本消除。

回火溫度560℃，保溫1h，多次回火。多次回火的原因：Ⅰ：合金高速鋼中各類合金碳化物從M中依次析出彌散分布且不易聚集長大產(chǎn)生二次硬化。Ⅱ：時(shí)淬火后的Ak能充分地轉(zhuǎn)變成M消除殘余A。高速鋼淬火，回火后的組織：M回+合金碳化物，硬度高達(dá)65-66HRC。

高速鋼還可進(jìn)行滲氮等表面強(qiáng)化處理。三、模具鋼

制作各種鍛模、沖壓或壓鑄成形工件模具的鋼種。模具鋼：冷作模具鋼、熱作模具鋼1．冷作模具鋼

⑴工作條件和性能要求

與刃具用鋼相似，主要要求高硬度、高耐磨性及足夠的強(qiáng)度和韌性。高的淬透性。

上一級2.冷作模具鋼合金化及其鋼種選擇高碳：Wc=0.55-0.70%（沖擊條件下）

Wc=0.85-2.3%（高硬度、高耐磨性）合金元素：Cr、Mn提高淬透性，減小變形。W、Mo、V加入形成特殊碳化物，產(chǎn)生二次硬化，細(xì)化晶粒，提高耐磨性、強(qiáng)韌性?；w鋼：化學(xué)成分與高速鋼淬火組織中基體成分相似的鋼，（Wc=0.55-0.7%）及合金元素總量（10-13%）均低于高速鋼。韌性、疲勞強(qiáng)度優(yōu)于高速鋼。刃具鋼一般可用作冷作模具鋼。⑵常用的冷作模具鋼

a．碳素工具鋼如：T7、T8、T10、T12A等。

b．低合金的冷作模具鋼9Mn2V、CrWMn等

c.中合金或高合金模具鋼：Cr12、Cr12MoV、W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。高速鋼采用低溫淬火。3.典型冷作模具鋼及其熱處理c．Cr12型鋼：高碳高鉻Cr12、Cr12MoVDC=200mmCr12：2.0～2.3%CCr：11.5～13%Cr12MoV：1.45～1.7%CCr：11～12.5%V：0.15～0.3%Cr12型鋼的熱處理方式：Cr12鋼屬于高耐磨、微變形的冷作模具鋼。適應(yīng)冷沖裁模、冷鐓模的主要材料。鑄態(tài)組織為：馬氏體+共晶碳化物，屬于萊氏體鋼。改善碳化物不均勻依靠鍛造工藝。鍛后緩冷，隨后進(jìn)行球化退火。球化退火工藝：

等溫退火：加熱溫度850-870℃，保溫3-4h后打開爐門快冷至730-750℃，保溫6-8h，爐冷卻至500℃出爐空冷。退火后硬度：207-255HBW。Ⅰ：低溫淬火+低溫回火法

980～1030℃油淬、150～180℃回火2-3h、硬度61～63HRC。避免在275-375℃回火。

上一級對于形狀復(fù)雜、尺寸大工件，淬火加熱前要進(jìn)行預(yù)熱。

550-650℃、820-850℃.Ⅱ：較高的淬火溫度和多次回火

1080～1100℃加熱、510～520℃2～3次回火、硬度60～62HRCd．高碳中鉻鋼Cr5MoVCr4W2MoV2．熱作模具鋼⑴熱鍛模用鋼是熱態(tài)金屬或液態(tài)金屬成型的模具用鋼。包括熱鍛模（300-400℃）、熱擠壓模（500-800℃）、壓鑄模（千度以上）三類。性能要求：高溫強(qiáng)度、硬度要高，耐磨性和韌性要好，熱疲勞性要好，抗氧化性強(qiáng)。淬透性高、熱處理變形要小。a．成分：一般采用中碳0.3～0.6%，加入Cr、W、Mo、Mn、Ni、Si、屬于亞共析鋼。b．常用鋼號：5CrNiMo、5CrMnMo、4Cr5W2SiV上一級C.鍛造+退火，退火溫度：780-800℃，保溫4-6h，爐冷至500℃左右空冷。d．熱處理：830～860℃淬火+變溫回火（燕尾部分回火溫度比工作部位高60-80℃。e．組織為：回火托氏體—索氏體⑵熱擠壓模和壓鑄模用鋼

a．性能要求：高的熱疲勞抗力，抗高溫金屬液的腐蝕，抗高溫、高速金屬液的沖刷能力。b．常用牌號：3CrW8V、4Cr5MoSiV等中高合金鋼，C=0.3～0.4%

W：提高回火抗力、熱硬性、耐磨性、熱穩(wěn)定性和熱疲勞抗力。Cr：提高淬透性、提高熱疲勞抗力，抗氧化性和耐蝕性。V：細(xì)化晶粒、提高耐磨性。3Cr2W8V相當(dāng)于過共析鋼。鍛后應(yīng)進(jìn)行不完全退火，退火溫度830～850℃，退火組織為鐵素體+顆粒狀碳化物（M23C6及M6C），退火后硬度207-255HBW。D.3Cr2W8V鋼的熱處理上一級

⑶塑料模具用鋼

a．碳素工具鋼T7～T12、T7A～T12Ab．碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼45、40Crc．合金工具鋼9Mn2V、CrWMn、Cr2

四、量具鋼

1.性能要求：

①尺寸穩(wěn)定性②高硬度、高耐磨③一定的韌性、強(qiáng)度

2.化學(xué)成分含碳量高（Wc=0.9-1.5%），加入Cr、Mn、W合金元素。上一級

3．常用的量具鋼：CrWMn、CrMn、9SiCr、Cr2W4．熱處理特點(diǎn)：⑴淬火：保證硬度不降低的原則下，盡可能降低淬火溫度。⑵冷處理：消除AR

⑶回火：用低溫回火（150～160℃）。⑷時(shí)效處理：在精磨后，研磨以前進(jìn)行120～150℃，24～36h穩(wěn)定化處理進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸。

上一級§10-5特殊性能鋼

一、不銹鋼1．金屬的銹蝕⑴概念：金屬表面與外界介質(zhì)作用而逐漸破壞的現(xiàn)象。分為：化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

上一級

⑵提高鋼耐蝕性的途徑a．形成鈍化膜：Cr2O3、Al2O3b．提高電極電位：在鋼中加入大量合金元素使鋼基體的電極電位提高，從而提高其抵抗電化學(xué)腐蝕的能力。c．形成單相組織：鋼中加入大量的鉻或鉻鎳合金元素，使鋼能形成單相的鐵素體或奧氏體組織。

2．常用不銹鋼

⑴編號方法：

數(shù)字1+合金元素+數(shù)字2。數(shù)字1——表示平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍。

C含量≤0.03%或0.08%標(biāo)出“00”“0”。數(shù)字2——與其它合金鋼相同。上一級上一級

②馬氏體型的不銹鋼

1Cr13、2Cr13、3Cr13、3Cr13Mo、7Cr13用于制作醫(yī)用手術(shù)工具、量具、軸承等耐磨工件。③奧氏體型不銹鋼

WCr=17～19%WNi=8～11%18-8型晶間腐蝕—奧氏體型不銹鋼在450～850℃時(shí)，晶界處析出碳化物（Cr，F(xiàn)e）23C6，從而使晶界附近的WCr

＜11.7%晶界附近引起的腐蝕。上一級防止方法：

Ⅰ：降低含碳量WC＜0.06%Ⅱ：加入能形成穩(wěn)定碳化物的元素鈦，鈮等，使鋼中優(yōu)先形成TiC，NbC。

固溶處理——為了獲得單相奧氏體，以提高耐蝕性，可在1100℃左右加熱，使所有碳化物都溶入奧氏體，然后水淬快冷至室溫，即獲得單相奧氏體組織。④F—A型不銹鋼

WCr=18～26%WNi=4～7%0Cr26Ni5Mo2、00Cr18Ni5Mo3Si2、1000～1100℃淬火上一級二、耐熱鋼㈠基本概念

1．耐熱性：材料在高溫下具有抗氧化與高溫強(qiáng)度的綜合性能。

2．高溫抗氧化性的概念及其提高途徑：

加入Cr、Si、Al形成一層致密的，高熔點(diǎn)的并牢固覆蓋于鋼的表面的氧化膜（Cr2O3、Fe2SiO4、Al2O3）。

上一級3．高溫強(qiáng)度概念及其提高途徑⑴溫度T↑，金屬原子間結(jié)合力↓。⑵蠕變：在結(jié)晶溫度以上，即使金屬受的應(yīng)力不超過該溫度下的彈性極限，它也會緩慢地發(fā)生塑性變形，且變形量隨時(shí)間的增長而增長，最后導(dǎo)致金屬破壞。⑶提高途徑：

a．提高再結(jié)晶溫度：Cr、Mo、Nb、Vb．彌散強(qiáng)化：加入Ti、Nb、V、W、Mo、Crc.采用較粗晶粒的鋼上一級㈡常用的耐熱鋼

1．珠光體型耐熱鋼

制作鍋爐鋼管常用的牌號：12CrMo、15CrMo、12CrMoV、25Cr2MoVA、35CrMoV2．馬氏體型的耐熱鋼

Cr13Mo、1Cr11MoV、2Cr12MoVNbN、2Cr12N7MoWV——?dú)忾y鋼

3．奧氏體型耐熱鋼

0Cr18Ni11Ti、4Cr14Ni14W2Mo上一級三、耐磨鋼1．耐磨鋼——在巨大壓力和強(qiáng)烈沖擊載荷作用下能發(fā)生硬化的高錳鋼。2．主要牌號：ZGMn133．用途：用于制造坦克、拖拉機(jī)履帶、防彈鋼板等。上一級⑴提高淬火鋼的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性——抵抗軟化（強(qiáng)度，硬度下降）的能力。合金鋼的回火溫度比碳鋼高，回火時(shí)間也應(yīng)適當(dāng)增大。⑵回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象鋼在回火時(shí)出現(xiàn)硬度回升的現(xiàn)象——二次硬化。上一級原因：

①回火溫度500～600℃，從馬氏體中析出Mo2C，W2C，VC等，高度彌散分布在馬氏體基體上并與馬氏體保持共格關(guān)系,阻礙位錯(cuò)運(yùn)動。②殘余奧氏體由于特殊碳化物的析出，使殘余奧氏體中碳濃度降低，提高了Ms點(diǎn)從而AR→M，硬度提高。

上一級一、合金元素在鋼中作用鋼中基本相：F

、A

、Fe3C1．合金元素溶于

F中，形成合金鐵素體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化強(qiáng)化作用由強(qiáng)→弱P>Si>Mn>Ni>Mo>V>W>Cr

2．合金元素溶于A中形成合金奧氏體，并在淬火后形成合金馬氏體。上一級⑴形成碳化物元素由弱→強(qiáng)Fe，Mn，Cr，Mo，W，V，Nb，Zr，Tia．合金滲碳體合金元素溶入滲碳體所形成的化合物。如：（Fe,Mn）3C，（Fe,Cr）3C,（Fe,W）3Cb．特殊碳化物:中、強(qiáng)碳化物元素形成的碳化物。

間隙相：WC，Mo2C，VC，TiC

間隙化合物：Cr23C6

，Cr7C3，F(xiàn)e3Mo3C,Fe3W3C上一級3．形成合金碳化物合金元素有些可與碳形成化合物，有些則不能與碳形成化合物。Ⅰ:當(dāng)碳量較低時(shí)，強(qiáng)碳化物元素將優(yōu)先形成碳化物，當(dāng)含量增加時(shí)，弱碳化物元素才形成碳化物。Ⅱ:如果鋼中已經(jīng)含有幾種碳化物，當(dāng)加入更強(qiáng)的碳化物元素時(shí)，它將首先從弱碳化物元素中奪取碳。鋼中有Mo，W，Cr隨含碳量增加形成化合物的順序是Mo6C，Cr23C6

，Cr7C3，F(xiàn)e3C，MoC，Cr7C3

加入V，奪Cr中的C，形成VC。Cr溶解于F,A中。⑵非碳化物形成元素：

Cu，Si，Al，Ni。

⑶形成非金屬一部分雜物：大多數(shù)元素與鋼中的氧、氮、硫可形成簡單的或復(fù)合的非金屬夾雜物。

上一級三、合金元素對熱處理的影響1、合金元素對碳擴(kuò)散的影響⑴碳化物形成元素，使C的擴(kuò)散速度減慢，碳化物不易析出，析出后也較聚集狀大。非碳化物形成元素（除Si外）有增加擴(kuò)散速度作用。⑵合金素均能增加鐵原子間結(jié)合力，使鐵的自擴(kuò)散速度下降。⑶合金元素自身擴(kuò)散速度較慢。2、合金元素對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響

⑴大多數(shù)合金元素（除Ni，Co外）減緩?qiáng)W氏體化的形成過程。⑵大多數(shù)合金元素（除錳外）阻止奧氏體晶粒長大

六、低淬透性含鈦優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

1．化學(xué)成分

Wc=0.5～0.7%

降低淬透性的主要措施：⑴WMn＜0.25～0.28%WSi＜0.25～0.3%⑵加入少量強(qiáng)碳化物形成元素WTi=0.04～0.10%

2．常用牌號：50Ti、60Ti、70Ti

3．熱處理：感應(yīng)加熱淬火

上一級七、易切削結(jié)構(gòu)鋼

1．成分：添加S、Pb、P、CaWS=0.08～0.33%Wp＜0.15%WPb=0.15～0.35%Y+數(shù)字+（Mn）數(shù)字——平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)

上一級1．化學(xué)成分

Wc＜0.2～0.3%Ws.p＜0.035%2．鋼板的組織

鐵素體基體上分布有極少量的非金屬夾雜物，極細(xì)而均勻的鐵素體晶粒。

3．常用的冷沖壓用鋼：08F、08Al

上一級八、冷沖壓鋼第十二章鑄鐵1.概述2.鑄鐵的石墨化3.灰鑄鐵4.

球墨鑄鐵5.蠕墨鑄鐵6.可鍛鑄鐵7.合金鑄鐵

第十二章鑄鐵

第一節(jié)概述鑄鐵——含C%大于2.11%，（2.5～4%）的Fe-C合金。它是以Fe，C，Si為主要元素并比碳鋼含有較多的Mn、Si、P等雜質(zhì)的多元合金。特點(diǎn)：

具有優(yōu)良的鑄造性能，減磨、耐磨、抗振和切削加工性，缺口敏感性低。成本低、熔煉簡便。根據(jù)碳在鑄鐵中的存在形式1、白口鑄鐵：C除少量溶于F外，其余的碳都以Fe3C形式存在，其斷口呈銀白色，亞共晶，共晶，過共晶。2、灰口鑄鐵：C全部或大部分以片狀石墨存在于鑄鐵中，其斷口為灰暗色。3、麻口鑄鐵：C一部分以石墨形式存在類似灰口鐵，另一部分以自由Fe3C形式存在，類似白口鐵。斷口上呈黑白相間的麻點(diǎn)。

根據(jù)石墨的形態(tài)不同，灰鑄鐵可分為:

1、普通灰口鑄鐵：鑄鐵中石墨呈片狀存在，它的機(jī)械性能不高，但生產(chǎn)工藝簡單，價(jià)格低廉，工業(yè)上應(yīng)用較廣。

2、球墨鑄鐵：鑄鐵中石墨呈球狀存在。

3、蠕墨鑄鐵：石墨形態(tài)介于片狀與球狀之間，故性能也介于灰鑄鐵與球墨鑄鐵之間。

4、可鍛鑄鐵：鑄鐵中石墨呈團(tuán)絮狀存在。

鑄鐵的組織（除白口鑄鐵以外）可以認(rèn)為是鋼的組織，基體上分布著不同形狀、大小、數(shù)量的石墨。主要有鐵素體、珠光體、鐵素體+珠光體三類。由于基體組織不同灰鑄鐵可分為鐵素體灰鑄鐵、珠光體灰鑄鐵和鐵素體加珠光體灰鑄鐵。二、鑄鐵組織的形成無論是鑄鐵的基體組織，還是游離態(tài)石墨，它們的形成都與鑄鐵的石墨化有關(guān)。

鑄鐵中石墨的結(jié)晶過程叫做石墨化過程。（一）、鑄鐵組織的形成

由于鐵液化學(xué)成分、冷卻速度和鐵液處理方法不同，鑄鐵中的碳除了少量固溶于鐵素體外，既可以形成石墨碳，也可以形成滲碳體。

從成分和結(jié)構(gòu)方面來說，從鑄鐵液相或奧氏體中析出滲碳體比析出石墨碳較為容易。當(dāng)鐵液中C、Si含量較高時(shí)，冷卻速度非常緩慢時(shí)，可直接從鐵液中析出石墨。已經(jīng)形成滲碳體的鑄鐵，在高溫下長時(shí)間退火，可使?jié)B碳體分解出石墨碳。

F3C→3Fe+C根據(jù)成分和冷卻速度的不同，鐵碳合金的結(jié)晶過程和組織形成規(guī)律，可用Fe-F3C和Fe-C相圖綜合在一起形成的鐵碳雙重相圖來描述。1、Fe-C雙重相圖虛線表示Fe-C（G）相圖。虛線均位于實(shí)線的上方或左上方，F(xiàn)e-G比Fe-Fe3C相圖更加穩(wěn)定（圖12-2）2、石墨化過程

石墨化過程——鑄鐵中石墨的形成過程。1．

石墨化的方式

（1）按照Fe-C（G）相圖，有液態(tài)和固態(tài)中直接析出石墨。

（2）

按照Fe-Fe3C相圖結(jié)晶滲碳體，隨后滲碳體在一定條件下分解出石墨。2．

石墨化過程

第一階段：（液態(tài)階段）石墨化，包括沿C線析出的一次石墨GⅠ以及共晶轉(zhuǎn)變時(shí)形成的共晶石墨G共晶。

中間階段（共晶——共析階段）石墨化：過飽和的奧氏體沿著E’S’線冷卻時(shí)析出的二次石墨GⅡ

：

第二階段：（共析階段）石墨化，即共析轉(zhuǎn)變階段，由奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和共析石墨G共析，其反應(yīng)式可寫成：

低于共析溫度，將從鐵素體中析出的三次石墨量很少，，冷至室溫時(shí)，鐵素體中含碳量遠(yuǎn)小于0.0006%。石墨的形態(tài)主要由第一階段石墨化控制：加入硅鐵、硅鈣——孕育鑄鐵純鎂、稀土鎂合金——球墨鑄鐵稀土硅鐵、稀土鎂鈦——蠕墨鑄鐵白口鑄鐵長時(shí)間退火——可鍛鑄鐵石墨化程度不同，將獲得不同的鑄鐵組織，石墨的形態(tài)主要由第一階段石墨化所控制。（二）、影響石素墨化因素1．

化學(xué)成分（1）

碳和硅：強(qiáng)烈促進(jìn)石墨化的元素。碳含量：CI%=Wc+1/3Si。一般將CE配制接近共晶成分。（2）

Mn：阻止石墨化的元素。（3）

S：強(qiáng)烈阻止石墨化的元素。（4）

P：微弱促進(jìn)石墨化的元素。2．

冷卻速度冷卻速度越緩慢，越易形成灰口鑄鐵，冷卻速度越快，則越易形成白口鑄鐵。

第二節(jié)常用鑄鐵一、灰鑄鐵1．灰口鑄鐵的化學(xué)成分

Wc=2.7～3.6%WSi=1.0～

2.5%WMn=0.5～

1.3%WP≤0.3%WS≤0.15%

2．灰口鑄鐵的組織

（1）鐵素體灰口鑄鐵：F基體+G片狀第一、

中間、第二階段G化都得到充分進(jìn)行時(shí)獲得。（2）

珠光體-鐵素體灰口鑄鐵：（P+F）基體+G片狀第一、中間階段充分進(jìn)行，但第二階段G化部分進(jìn)行得到的組織?；诣T鐵組織圖鐵素體型灰鑄鐵F-P型灰鑄鐵和P型灰鑄鐵（3）

珠光體灰口鑄鐵：P基+G片狀

第一階段、中間階段G充分進(jìn)行，而第二階段G化完全沒有進(jìn)行而得到的。

3．

灰鑄鐵的性能

（1）

力學(xué)性能：遠(yuǎn)低于相應(yīng)基體鋼、δb、硬度、耐磨性主要取決與基體。

（2）其它性能：鑄造性能良好，減摩性好，減振性強(qiáng)，切削加工性良好，缺口敏感性較低。4、灰鑄鐵的孕育處理（1）孕育處理——在澆注前，往鐵水中加入少量孕育劑，改變鐵水的結(jié)晶條件，從而獲得細(xì)珠光體基體上加上均勻分布的片狀石墨組織。經(jīng)孕育處理后得到具有細(xì)小石墨片的珠光體基鑄鐵，亦即孕育鑄鐵。與灰鑄鐵比具有較高的強(qiáng)度、硬度、耐磨性、伸長率和沖擊韌度。如：HT300、HT350屬高強(qiáng)度耐磨鑄鐵。（2）常用的孕育劑：硅鐵、硅鈣合金。

5、灰鑄鐵的牌號和用途

1．表示法：

6、灰鑄鐵的熱處理

（1）

去應(yīng)力退火加熱到500～

560℃，然后緩慢爐冷至150～

200℃。（2）

消除鑄件白口，改善切削加工性的退火

800～

900℃保溫2～

5h，緩冷到500～

400℃。（3）

表面淬火

:組織為回火馬氏體+片狀石墨。

二、球墨鑄鐵1．成分：Wc=3.6～4.0%WSi=2～3.2%WMn=0.6～0.9%WMn<0.6%WS<0.07%WP<0.1%2．組織：不同基體+球狀石墨3．球墨鑄鐵的性能：（1）力學(xué)性能：球墨鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性、韌性不僅高于其他鑄鐵，而且其屈強(qiáng)比幾乎比鋼提高一倍，疲勞極限接近一般中碳鋼。（2）其他性能：它具有近似于灰鑄鐵的某些優(yōu)良性能，如鑄造性能、減摩性、切削加工性等。4、球墨鑄鐵的牌號和用途（1）表示方法：

（2）

用途：

常用來制造拖拉機(jī)或柴油機(jī)中的曲軸、連桿、凸輪軸、各種齒輪、機(jī)床的主軸、蝸桿、蝸輪、軋輥等。

5、球墨鑄鐵的熱處理1）

熱處理特點(diǎn)：

（1）

球墨鑄鐵熱處理加熱溫度較高，淬火冷卻速度可較慢。（2）

欲在奧氏體中溶入必要數(shù)量的碳，高溫下的保溫時(shí)間要比鋼長些。（3）

導(dǎo)熱性差，故球墨鑄鐵熱處理時(shí)的加熱速度要緩慢。（4）

通過控制加熱溫度和保溫時(shí)間，可調(diào)整奧氏體中含碳量，以改變球墨鑄鐵熱處理后的組織和性能。2）熱處理方法

（1）退火：a.去應(yīng)力退火500～620℃左右，保溫2～8h。

b．石墨化退火。

Ⅰ.高溫石墨化退火（消除白口，獲高韌性鐵素體球鐵組織）Ⅱ.低溫石墨化退火（是珠光體中滲碳體發(fā)生石墨化）（2）正火:a.高溫正火b.低溫正火

（3）

等溫淬火加熱至860～920℃，然后迅速放入溫度為250～350℃的等溫鹽浴中進(jìn)行0.5～1.5h的等溫處理，然后驅(qū)除空冷。（4）

調(diào)質(zhì)處理加熱到860～920℃，油冷，然后再加熱到550～600℃回火2～6h。

三、蠕墨鑄鐵

1、蠕墨鑄鐵的化學(xué)成分與球墨鑄鐵相似，高碳、高硅、低硫、低磷。WC=3.5～3.9%，WSi=2.1～2.8%，WMn=0.4～0.8%WS<0.1%，WP<0.1%

（二）、蠕墨鑄鐵的組織與性能1．組織：石墨呈蠕蟲狀。2.力學(xué)性能：介于相同基體組織的灰鑄鐵和球墨鑄鐵之間。其強(qiáng)度、韌度、疲勞極限δ-1，耐磨性及抗熱疲勞性能都比灰鑄鐵高。蠕墨鑄鐵的鑄造性能、減振性，導(dǎo)熱性以及切削加工性都優(yōu)于球墨鑄鐵，并接近與灰鑄鐵。

四可煅鑄鐵（一）、可鍛鑄鐵的化學(xué)成分和組織有一定成分的白口鑄鐵經(jīng)石墨化退火得到的一種高強(qiáng)度鑄鐵。比灰鑄鐵具有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，但不能鍛造。

1．

化學(xué)成分：

WC=2.2～2.8%WSi=1.0～1.8%WMn=0.4～1.2%WS<0.2%WP<0.18%

（二）、可鍛鑄鐵的牌號、性能及用途1．

可鍛鑄鐵的組織：

（1）黑心可鍛鑄鐵鐵素體可鍛鑄鐵（2）珠光體可鍛鑄鐵

（3）白心可鍛鑄鐵2．牌號：KT+H（Z）+最小抗拉強(qiáng)度值（MPa）+伸長率值（%）。

3.用途：汽車與拖拉機(jī)的后橋外殼、機(jī)床扳手、低壓閥門、管接頭、農(nóng)具等。

黑心可鍛鑄鐵和珠光體可鍛鑄鐵是白口鑄鐵經(jīng)長時(shí)間石墨化退火得到。第一階段、第二階段石墨化充分進(jìn)行，得到鐵素體可鍛鑄鐵。斷口中心為黑色，表面脫碳為白色。白口鑄鐵在退火過程中完成第一階段石墨化和析出二次石墨后，以較快速度冷卻通過共析轉(zhuǎn)變溫度，使共析滲碳體不發(fā)生分解，則可得到珠光體加團(tuán)絮狀石墨，即為珠光體可鍛鑄鐵。第十三章有色金屬及合金§11-1鋁及鋁合金§11-2銅及銅合金§11-3滑動軸承合金§11-4粉末冶金材料上一級第一節(jié)鋁及鋁合金一、鋁及鋁合金的性能特點(diǎn)及分類編號1、概述純鋁密度?。?.7g/cm3）、熔點(diǎn)低（660℃）、強(qiáng)度低（80Mpa）、塑性高（Ψ=80%）、耐蝕性好、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能優(yōu)良。鋁合金熱處理后強(qiáng)度高，是重要的航空結(jié)構(gòu)材料。純鋁純度為99.00%-99.9995%，鋁合金中加入的合金元素有：Si、Mg、Cu、Mn、Zn等。根據(jù)合金元素和加工工藝特性，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。上一級工業(yè)純鋁分為純鋁（99%<WAl<99.85%）和高純鋁（WAl>99.85%）。2.性能和特點(diǎn)（1）輕、密度小；（2）抗大氣腐蝕，可作包覆材料；（3）導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，可作為導(dǎo)線、電容材料；（4）加工性能好，可作包裝材料；（5）強(qiáng)度低，不能作為承受載荷的結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用。2、鋁合金分類根據(jù)合金元素和加工工藝特性，可將鋁合金分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金可分為可熱處理強(qiáng)化鋁合金和不可熱處理強(qiáng)化鋁合金。變形鋁合金按性能特點(diǎn)和用途分為：防銹鋁（不可熱處理強(qiáng)化）、硬鋁、超硬鋁、鍛鋁3、表示方法：變形鋁及鋁合金可用四位數(shù)字體系牌號表示。第一位數(shù)字表示鋁及鋁合金組別。1表示鋁含量不小于99.00%的純鋁；返回2表示Al-Cu系；3表示Al-Mn系；4表示Al-Si系；5表示Al-Mg系；6表示Al-Mg-Si系；7表示Al-Zn系。如：5A06表示6號Al-Mg系變形鋁合金。鑄造鋁合金根據(jù)加入的合金元素不同分為：Al-Si系、Al-Cu系、Al-Mg系、Al-Zn系四種。其代號用ZL1、ZL2、ZL3、ZL4+兩位數(shù)字的順序號表示。如：ZL101、ZL202。二、鋁合金分類及其強(qiáng)化鋁合金：向鋁中加入Cu、Mg、Si、Zr等其它合金元素形成的合金。1．

鋁合金的分類（圖）

（1）變形鋁合金

成分在D點(diǎn)以左的合金，當(dāng)加熱到固溶線以上時(shí)，可以到單相固溶體。

F點(diǎn)以左：熱處理不可強(qiáng)化鋁合金。

F～D點(diǎn)：熱處理可強(qiáng)化鋁合金。（2）鑄造鋁合金：鑄造鋁合金成分位于D點(diǎn)右邊的合金。

2．

鋁合金的強(qiáng)化鋁合金強(qiáng)化方法主要有固溶強(qiáng)化、時(shí)效強(qiáng)化、過剩相強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化等。⑴固溶強(qiáng)化和細(xì)晶強(qiáng)化原理：純鋁中加入合金元素，形成鋁基固溶體，造成晶格畸變，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動，起到固溶強(qiáng)化的作用，可使其強(qiáng)度提高。

Al－Cu、Al－Mg、Al－Si、Al－Zn、Al－Mn等二元合金一般都能形成有限固溶體。對于不可熱處理強(qiáng)化和強(qiáng)化效果不大的鋁合金可以通過加入微量合金元素細(xì)化晶粒，提高鋁合金力學(xué)性能。如：二元鋁硅合金，澆注前加入微量鈉或鈉鹽進(jìn)行變質(zhì)處理，合金組織得到細(xì)化。變形鋁合金中加入Ti、Zr、Be及稀土元素，能夠形成難熔化合物，作為非均勻形核核心，細(xì)化晶粒。⑵時(shí)效（沉淀）強(qiáng)化淬火后，鋁合金的強(qiáng)度和硬度隨時(shí)間延長而顯著提高的現(xiàn)象——時(shí)效強(qiáng)化。固溶處理:鋁合金加熱到單相區(qū)保溫后，快速冷卻得到過飽和固溶體的熱處理工藝叫固溶處理。時(shí)效強(qiáng)化：過飽和固溶體于室溫放置較長時(shí)間（自然時(shí)效）或稍經(jīng)加熱后（人工時(shí)效），其強(qiáng)度、