第七章 工業(yè)用鋼

解釋下列概念，說(shuō)明微觀機(jī)制：加工硬化細(xì)晶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化彌散強(qiáng)化1）加工硬化workhardening

隨冷塑性變形量增加，金屬的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱加工硬化。冷塑性變形量，%屈服強(qiáng)度，MPa1040鋼(0.4%C)黃銅銅冷塑性變形量，%伸長(zhǎng)率，%1040鋼(0.4%C)黃銅銅是由位錯(cuò)對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙作用引起。2）細(xì)晶強(qiáng)化：金屬的晶粒越細(xì)，其強(qiáng)度和硬度越高，塑形和韌性也越高。金屬晶粒越細(xì)，晶界總面積越大，位錯(cuò)障礙越多；晶粒越細(xì)，參與變形的晶粒數(shù)目也越多，變形越均勻。晶粒大小與金屬?gòu)?qiáng)度關(guān)系Cu-Zn合金是晶界對(duì)運(yùn)動(dòng)位錯(cuò)的阻礙引起。3）固溶強(qiáng)化：隨溶質(zhì)含量增加，固溶體的強(qiáng)度、硬度提高，塑性、韌性下降，稱固溶強(qiáng)化。溶質(zhì)原子造成的點(diǎn)陣畸變對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻礙引起。間隙原子小置換原子4）彌散強(qiáng)化：第二相顆粒狀彌散分布時(shí)，顆粒越細(xì)，分布越均勻，合金的強(qiáng)度、硬度越高，塑性、韌性略有下降，這種強(qiáng)化方法稱彌散強(qiáng)化或沉淀強(qiáng)化第二相粒子對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的機(jī)械阻礙第七章工程用鋼TypicalSteelsforEngineeringHull船體?重量為鋼航空母艦Powersystem(turbine渦輪機(jī))Structuralsteels（結(jié)構(gòu)鋼）,heatresistancesteels（耐熱鋼）,……7.1鋼的分類(lèi)7.2雜質(zhì)與合金元素7.3典型工程用鋼Contents

7.1ClassificationofSteels鋼的分類(lèi)1）依據(jù)成分分為碳鋼和合金鋼

定量：依據(jù)碳含量和合金元素含量

低碳鋼（<0.25%C)中碳鋼（0.25%C0.6%C)高碳鋼（>0.6%C)

低合金鋼（<5%M)中合金鋼（5%C10%M)高合金鋼（>10%M)7.1.1鋼的分類(lèi)方法2）按微觀組織分：珠光體剛貝氏體鋼馬氏體鋼鐵素體鋼奧氏體鋼萊氏體鋼normalizing亞共析鋼共析鋼過(guò)共析鋼annealing3）按用途分：（1）結(jié)構(gòu)鋼，以承受靜或動(dòng)載為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)、用于常溫附近、普通大氣環(huán)境下工作的各種工程結(jié)構(gòu)、裝備、儀器等的鋼的統(tǒng)稱。（2）工具鋼：用于加工各種零部件的鋼的統(tǒng)稱。這類(lèi)鋼要求具有高的硬度、高的耐磨性，在某些情況下還要有抗加熱軟化的能力。（3）特殊鋼：設(shè)計(jì)指標(biāo)除力學(xué)性能外，還對(duì)其他物理或化學(xué)性能有一定要求的鋼的統(tǒng)稱。如耐腐蝕、耐熱、耐低溫、抗核輻射、不導(dǎo)磁等。7.1ClassificationofSteels鋼的分類(lèi)

Steels

Classificationbycarboncontent

Classificationbytotalcontent

ofalloyingelements

Classificationbyapplication

Low-carbon

≤0.25%

C

Medium-carbon

0.25~0.6%

C

High-carbon

>0.6%C

Low-alloy

<5%alloyingelements

Medium-alloy

5~10%alloyingelements

High-alloy

>10%alloyingelements

Casehardening

Generalpurpose

Creep-resistant

Quenched&tempered

Spring

Bearing

Tool

Stainless

Heat-resistang

Wear-resistang

PlainsteelsHighstrengthlowalloy鋼號(hào)表示有兩個(gè)體系：1）漢語(yǔ)拼音+屈服強(qiáng)度（或成分）2）英文+數(shù)字體系Q235,40CrNi,GCr15,1Cr18Ni97.2鋼中的雜質(zhì)與合金元素非有意加入的元素,如在礦石中存在，或熔煉過(guò)程要求加入。Impurities：Alloyingelements：有意加入以改善合金性能的元素.Si,oneofthemostrichelementsontheearthSolidsolutionstrengthening7.2.1impurities（雜質(zhì)）硅是鋼中固溶強(qiáng)化作用最強(qiáng)烈的元素之一！2)S：harmfulelement。形成

低熔點(diǎn)共晶體Fe-FeS(1150~1200℃)，

沿晶界分布熱加工時(shí)，會(huì)沿晶界斷裂。稱為鋼的熱脆性（hotbrittleness）<0.045%以下。3)Mn,

candecreaseharmfuleffectofS,FeS+Mn→Fe+MnS，MnShighmeltingpoint(1600℃)。MnScandeformMnS為消除S的熱脆性，加入錳到鋼中，形成高熔點(diǎn)且可變形的MnS4)P：harmfulelementMakeferritebrittleatroomtemperature，一般<0.045%P會(huì)溶入到鐵素體中，顯著降低鋼的塑形和韌性，稱為冷脆性（coldbrittleness）5)N

室溫下氮在鐵素體中溶解度很低，冷卻過(guò)程中會(huì)以FeN、Fe4N等形式析出，造成時(shí)效脆化(agingembrittlement)oxides6)

O：formoxidesinclusionsreducefatiguestrength7)H：Hydrogenembrittlement(HE)。

Flake(白點(diǎn)）。FlakeinsteelHEfracture7.2.2鋼中合金元素

一般情況下，將合金元素加入到鋼中主要有四個(gè)目的：提高鋼的淬透性（獲得馬氏體的能力）；固溶強(qiáng)化和沉淀硬化；提高耐腐蝕性；使奧氏體或鐵素體穩(wěn)定，使鋼在室溫下為奧氏體（面心立方）或者鐵素體（體心立方）。7.2.1提高鋼的淬透性Mn,Si,Cr,Ni,Mo影響C曲線形狀除Co以外，所有合金元素都增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高淬透性。7.2.2固溶強(qiáng)化ElementsinferiteNi提高鋼的強(qiáng)度，在很寬的成分范圍內(nèi)也改善韌性Si同時(shí)也是合金元素所有元素進(jìn)入鋼的基體都具有固溶強(qiáng)化作用7.2.3彌散強(qiáng)化強(qiáng)碳化物形成元素都具有彌散強(qiáng)化作用TiC、ZrC、NbC、VC、WC、MoC、Fe3C。⑴TiC、NbC、VChavehighmeltingpoint,highhardness,highabrasiveresistance

Highstablecarbides⑵WC、MoC、Cr7C3Middlestablecarbides⑶MnC、Fe3Clowstablecarbides7.2.4耐腐蝕性將Cr元素加入到鋼中，會(huì)在表面形成一層硬而致密的Cr2O3薄膜，從而保護(hù)基體金屬免受腐蝕或氧化。對(duì)鋼能夠起到保護(hù)作用的Cr的最小添加量為13%，這種Fe-Cr系鋼便是各種不銹鋼的基礎(chǔ)。7.2.5奧氏體或鐵素體穩(wěn)定化⑴Ni、Mn、Co、C、N擴(kuò)大奧氏體區(qū)當(dāng)Mn13%

orNi9%，S移到室溫以下，奧氏體可以保存到室溫，稱為奧氏體鋼（Austenitesteels）。MnonzoneS點(diǎn)下移⑵

Cr、Mo、Si、Ti、W、Al縮小奧氏體區(qū)當(dāng)

Cr13%，高溫下奧氏體也不存在，則稱為鐵素體鋼。Cronzone(3)InfluenceonEandS

point

所有元素都使E點(diǎn)和S點(diǎn)左移，即合金元素加入相當(dāng)于增加了碳含量，因此可以把合金元素?fù)Q算成碳當(dāng)量。比如高合金元素時(shí)，共析含碳量的鋼可以得到共晶組織（稱為萊氏體鋼）。4)影響相變(1)影響奧氏體化a)除Ni,Co外，所有元素都降低奧氏體化速度；b)影響奧氏體化后晶粒尺寸。碳化物形成元素都降低奧氏體晶粒尺寸。

Mn和P促進(jìn)奧氏體晶粒尺寸生長(zhǎng)(2)影響奧氏體過(guò)冷轉(zhuǎn)變a)OnCCTcurve：除Co外，所有元素都使CCT右移,即提高過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性。容易得到馬氏體

forexample,Mn、Si、Cr、Ni、B.b)OnMs、Mf除Co、Al外，所有元素都降低Ms和Mf

點(diǎn)

(3)Ontemperinga)提高回火穩(wěn)定性同樣回火溫度下，合金鋼硬度都高于碳鋼的。b)二次硬化效果回火過(guò)程中有彌散化合物析出時(shí)，硬度不降反升7.3典型工程用鋼用于機(jī)械以外的各種大型結(jié)構(gòu)的鋼，如建筑，橋梁，船舶，壓力容器等。7.3.1以力學(xué)性能為主的鋼1.普通結(jié)構(gòu)用鋼1、編號(hào)Q+最低屈服強(qiáng)度值+質(zhì)量等級(jí)符號(hào)+（脫氧方法符號(hào)）Q表示“屈服強(qiáng)度”；屈服強(qiáng)度值單位是MPa；質(zhì)量等級(jí)符號(hào)為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。表7-1牌號(hào)等級(jí)化學(xué)成份，%力學(xué)性能應(yīng)用舉例CSiMnSPs，MPab，MPa5，%不大于Q195—0.120.300.500.0400.035≥195315～430≥33用于載荷不大的結(jié)構(gòu)件、鉚釘、墊圈、地腳螺栓、開(kāi)口銷(xiāo)、拉桿、螺紋鋼筋、沖壓件和焊接件。Q215A0.150.351.200.050.045≥215335～450≥31B0.045Q235A0.221.400.050≥235375～500≥26用于結(jié)構(gòu)件、鋼板、螺紋鋼筋、型鋼、螺栓、螺母、鉚釘，拉桿、齒輪、軸、連桿Q235C、D可用作重要焊接結(jié)構(gòu)件。B0.200.045C0.170.0400.040D0.0350.035Q275A0.241.500.0500.045≥275410～540≥22強(qiáng)度較高，用于承受中等載荷的零件，如鍵、鏈、拉桿、轉(zhuǎn)軸、鏈輪、鏈環(huán)片、螺栓及螺紋鋼筋等。B0.210.045C0.200.0400.040D0.0350.035低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號(hào)中沒(méi)有表示脫氧方法的符號(hào)。如Q345C。根據(jù)需要，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)也可以采用兩位阿拉伯?dāng)?shù)字(表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾)和化學(xué)元素符號(hào)，按順序表示，如16Mn。說(shuō)明:通常情況下,屈服強(qiáng)度值小于300MPa時(shí)為碳素結(jié)構(gòu)鋼，大于300MPa時(shí)為低合金高強(qiáng)度鋼(HSLA)。

steelplate⑴成分：<0.4%C,P、S量及非金屬夾雜較多.⑵性能：可焊性、塑性好。⑶熱處理：不進(jìn)行專門(mén)熱處理，熱軋空冷態(tài)下使用。⑷使用狀態(tài)下組織：F+P2、碳素結(jié)構(gòu)鋼plaincarbonsteeldeformedsteelbarSteelrod⑸用途常以熱軋板、帶、棒及型鋼使用，用量約占鋼材總量的70%。用于建筑結(jié)構(gòu)，適合焊接、鉚接、栓接等。熱軋鋼板螺紋鋼黃河小浪底樞紐工程⑴性能要求①高強(qiáng)度及足夠韌性。②良好的焊接性能。③良好的耐蝕性及低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。⑵成分特點(diǎn)①低碳：≤0.2%C。②合金元素：主要是Mn，還有少量V、Ti、Nb等。3、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼⑶熱處理：大多數(shù)熱軋空冷后使用。少數(shù)可用正火+高溫回火處理。⑷使用狀態(tài)下組織：F+P低合金高強(qiáng)鋼合金元素細(xì)化晶粒作用

Mn的作用是強(qiáng)化鐵素體；增加珠光體的量。V、Ti、Nb等起細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用。另外加Cu、P可提高耐蝕性；加RE可提高韌性、疲勞極限，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。⑸用途：Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車(chē)輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的壓力容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強(qiáng)度高,用于石化中溫高壓容器。南京長(zhǎng)江大橋普通類(lèi)結(jié)構(gòu)鋼特點(diǎn)1）僅表征強(qiáng)度，不檢測(cè)成分2）一般熱軋態(tài)供應(yīng)（熱加工+空氣冷卻）3）組織為珠光體+鐵素體4）用于建筑、橋梁、船舶、石油管線等commonstructuresteels(1)Q+yieldstrength,forexample,Q235fors=235MPa(2)U1+yieldstrength+grade,U12358fors=235MPa

Applicationexamples:Q235forcommonbuildingcommonstructuresteelsQ345forshipbuilding,bridge,vehiclecommonstructuresteelsApplicationexamples:Q490forcommonpressure,vessel機(jī)器用鋼含磷、硫量小于0.035%甚至更低也可以分為優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼除少量為中高合金鋼外，都是低合金鋼。既保證化學(xué)成分，又保證力學(xué)性能一般在熱處理后使用分為滲碳、調(diào)質(zhì)、彈簧、滾動(dòng)軸承、耐磨鋼等2高性能結(jié)構(gòu)用鋼齒輪加工方鋼1)編號(hào)⑴優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬(wàn)分之幾。如45鋼—平均含碳量為萬(wàn)分之四十五(即0.45%)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。鋼帶*說(shuō)明：①含Mn量為0.7~1.0%時(shí)，在兩位數(shù)字后加元素符號(hào)“Mn”，如40Mn。②對(duì)于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼,在鋼號(hào)后分別加字母F和b，如08F、10b。③高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)后加字母A，如20A。鋼管⑵合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)：兩位數(shù)字（表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾）+合金元素符號(hào)+該元素百分含量數(shù)字+……當(dāng)合金元素的平均含量小于1.50%時(shí)，只標(biāo)元素符號(hào)，不標(biāo)含量；當(dāng)合金元素的平均含量為1.50~2.49%、2.50~3.49%、3.50~4.49%、4.50~5.49%、……時(shí)，在相應(yīng)的合金元素符號(hào)后標(biāo)2、3、4、5……等數(shù)字。如20CrNi3。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在牌號(hào)后加字母A，如60Si2MnA。特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在牌號(hào)后加字母E，如30CrMnSiE。不銹鋼制管板式換熱器幾乎所有合金鋼的合金元素量標(biāo)法相同

典型結(jié)構(gòu)鋼介紹按含碳量從低到高，介紹典型的鋼，成分特點(diǎn)、處理特點(diǎn)、處理后組織，性能特點(diǎn)、主要應(yīng)用等。塑性好，用于制造冷沖壓零件如汽車(chē)外殼，儀表外殼。典型鋼種：08F、10F冷軋鋼帶組織：F+Fe3C(少量）2.1含碳量小于0.1%的結(jié)構(gòu)鋼2.2.1沖壓件、焊接件用鋼種冷變形狀態(tài)15,20，25組織：F+Fe3C2.2含碳量在0.1~0.25%的結(jié)構(gòu)鋼表面要求高硬度，耐磨⑴滲碳鋼性能要求①表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強(qiáng)度，即表硬里韌。②良好的熱處理性能,如淬透性和滲碳能力。2.2.2滲碳零件用的滲碳鋼⑵成分特點(diǎn)①低碳：0.1~0.25%C②合金元素作用：提高淬透性：

Cr、Mn、Ni、B強(qiáng)化鐵素體：

Cr、Mn、Ni細(xì)化晶粒：

W、Mo、Ti、V滲碳爐滲碳淬火后的表層組織⑶熱處理特點(diǎn)滲碳件的加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳→淬火+低溫回火正火目的為調(diào)整硬度，便于切削加工。淬火溫度一般為Ac1+30-50℃。⑷使用狀態(tài)下組織心部：M回+F表層：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)；⑸常用鋼號(hào)及用途低淬透性鋼：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷(xiāo)、凸輪軸等。活塞銷(xiāo)(20Cr)柴油機(jī)凸輪軸中淬透性鋼：20CrMnTi。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA.用于大載荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。增壓柴油機(jī)曲軸汽車(chē)變速箱齒輪調(diào)質(zhì)件（螺桿）調(diào)質(zhì)后使用的鋼種(調(diào)質(zhì)鋼)。⑴性能要求①良好的綜合力學(xué)性能。②良好的淬透性。2.3含碳量在0.25~0.50%之間的結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)=中碳鋼淬火+高溫回火組織為回火索氏體調(diào)質(zhì)處理一般作為中間熱處理，為提高表面耐磨性，調(diào)質(zhì)后可進(jìn)行表面淬火或氮化。⑵成分特點(diǎn)①中碳：0.25~0.5%C②合金元素作用：提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B強(qiáng)化鐵素體:Mn、Si、Cr、Ni細(xì)化晶粒:Ti、V防止第二類(lèi)回火脆性:W、Mo調(diào)質(zhì)件（冷卻輪）破碎機(jī)主軸⑶熱處理及組織特點(diǎn)調(diào)質(zhì)件的加工工藝路線為：下料→鍛造→退火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→裝配調(diào)質(zhì)目的：獲得良好綜合力學(xué)性能使用狀態(tài)下的組織為：S回回火索氏體(表面淬火+低溫回火)→裝配①為表面淬火作組織準(zhǔn)備；②獲得最終心部組織.表面：M回；心部：S回柴油機(jī)凸輪軸⑷常用鋼號(hào)及用途低淬透性鋼：

D0油<30~40mm,常用45、40Cr,用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等。中淬透性鋼：

D0油≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。高淬透性鋼：D0油>60mm,常用40CrNiMo,用于制造大截面重載荷零件，如曲軸等。Chapter6工程用鋼TypicalSteelsforEngineering普通結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼軸承鋼工具鋼特殊性能鋼不銹鋼耐熱鋼制造彈簧或類(lèi)似性能零件的鋼種（彈簧鋼）。⑴性能要求彈簧是利用彈性變形儲(chǔ)存能量或緩和沖擊的零件。①高的σs，σs/σb；高的疲勞強(qiáng)度；足夠的韌性②高的淬透性。2.4含碳量在0.6~0.9%的結(jié)構(gòu)鋼⑵成分特點(diǎn)①中高碳：碳素彈簧鋼為0.6~0.9%C合金彈簧鋼為0.45~0.7%C②合金元素作用：提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體：Mn、Si、Cr提高s/b：Si細(xì)化晶粒：V汽車(chē)彈簧彈簧絲⑶熱處理及組織特點(diǎn)①冷成型彈簧：冷拔→冷成型→定型處理(250~300℃,去除內(nèi)應(yīng)力而不降低強(qiáng)度)。用于<φ10mm彈簧。②熱成型彈簧：熱成型→淬火+中溫回火使用狀態(tài)下的組織：T回用于大截面彈簧(>φ10mm)汽車(chē)板簧淬火線冷卷螺旋壓縮彈簧⑷彈簧的表面質(zhì)量彈簧的表面質(zhì)量對(duì)其壽命影響很大。提高表面質(zhì)量的方法:①

防止表面脫碳；②

避免表面缺陷；③進(jìn)行噴丸處理，使表面產(chǎn)生壓應(yīng)力。⑸常用鋼號(hào)及用途Si、Mn彈簧鋼，如65Mn、60Si2Mn，用于制造較大截面彈簧。Cr、V彈簧鋼，如50CrV，用于大截面、大載荷、耐熱的彈簧。大型熱卷彈簧汽車(chē)板簧2.5含碳量在0.95~1.10%的結(jié)構(gòu)鋼用于制造軸承套和滾動(dòng)體的專用鋼種（滾動(dòng)軸承鋼）。⑴性能要求軸承工作時(shí),承受接觸應(yīng)力(達(dá)3000～3500MPa)、周期性交變載荷(頻率達(dá)數(shù)萬(wàn)次/分)和摩擦①高而均勻的硬度和耐磨性。②高的b和接觸疲勞強(qiáng)度。③足夠的韌性、淬透性和耐蝕性。圓柱滾子軸承自動(dòng)調(diào)心球軸承⑵成分特點(diǎn)①高碳：0.95~1.10%C②合金元素：以Cr為主,加入Mn、Si。鉻含量以千分之一為單位，約1.5%。Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性推力球軸承滾針軸承Cr還提高耐磨性（形成合金滲碳體）和耐蝕性。當(dāng)>1.65%Cr時(shí),會(huì)因A’增加而使硬度和穩(wěn)定性下降。⑶熱處理和組織特點(diǎn)滾動(dòng)軸承鋼是過(guò)共析鋼。①熱處理：球化退火+淬火+低溫回火②使用態(tài)組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)淬火后進(jìn)行冷處理

(-60~-80℃),可以減少A’、穩(wěn)定尺寸。滾針軸承滾柱軸承滾珠軸承大型軸承⑷常用鋼號(hào)及用途應(yīng)用最廣的是GCr15，大量用于大中型軸承；大型軸承用GCr15SiMn。這類(lèi)鋼還可用于制造模具、量具等。向心球軸承優(yōu)質(zhì)鋼特點(diǎn)1）鋼的成分需要嚴(yán)格控制，2）根據(jù)含碳量不同，處理工藝也不同，微觀組織也不同，因此力學(xué)性能也不同，應(yīng)用也不同。3）用在機(jī)械零件中低碳的作為承載不大的各類(lèi)面板，一般冷軋?zhí)幚恚恢刑嫉淖鳛槌休d主力，如軸類(lèi)、齒輪等，可以進(jìn)行多種熱處理，調(diào)質(zhì)、表面淬火等；中高碳做彈簧，處理比較固定，淬火+中溫回火，得到回火屈氏體；高碳的主要要求高硬度和高耐磨性，一般淬火加低溫回火2.5工具鋼用來(lái)切削工件（主要是金屬工件）的各種工具用鋼包括：

碳素工具鋼

低合金工具鋼

高合金工具鋼（高速鋼）刃具性能要求：高硬度：淬火高碳馬氏體高耐磨性:淬火馬氏體+碳化物高熱硬性：抵抗摩擦過(guò)程升溫對(duì)馬氏體

的回火軟化效應(yīng)表示方法：拼音+數(shù)字T+數(shù)字T表示“碳素工具鋼”；數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾。如T8—其平均含碳量為千分之八(0.8%C)。*說(shuō)明：碳素工具鋼都是優(yōu)質(zhì)以上質(zhì)量的。高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在鋼號(hào)后加“A”，如T8A。絲錐銼刀

2.5.1碳素工具鋼共有七個(gè)牌號(hào)：T7~T13⑴成分特點(diǎn)：高碳(0.65~1.35%C)

隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。碳素工具鋼帶碳素工具鋼材料正火過(guò)程中發(fā)生偽共析轉(zhuǎn)變，消除過(guò)共析鋼中網(wǎng)狀碳化物⑵熱處理及組織熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火正火為消除網(wǎng)狀碳化物；球化退火目的：a)降低硬度,便于加工;b)為淬火作組織準(zhǔn)備。球狀珠光體淬火后低溫回火，使用狀態(tài)下的組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)淬火加熱溫度為A1

Acm,保留部分滲碳體，同時(shí)避免溫度過(guò)高引起奧氏體晶粒過(guò)分長(zhǎng)大T12鋼正常淬火組織⑶用途由于碳素工具鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。T7~T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。木工鑿手錘木工鉆T10~T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車(chē)刀等。T12~T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。絲錐銼刀手鋸條鉆頭由碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素(≤3~5)形成.⑴成分特點(diǎn)：①高碳：0.75~1.5%C②合金元素作用提高淬透性:Cr、Mn、Si提高耐回火性：Si提高耐磨性、細(xì)化晶粒:W、V低合金工具鋼制品如，9SiCr2.5.2低合金工具鋼含碳量+合金元素符號(hào)+該元素百分含量+……當(dāng)含碳量小于1.00%時(shí)，含碳量用一位數(shù)字標(biāo)明，這一位數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾，如8MnSi.當(dāng)含碳量大于1.00%時(shí)，不標(biāo)含碳量。銑刀⑵熱處理及組織同碳素工具鋼,只是淬火介質(zhì)為油(碳素工具鋼為水)。使用狀態(tài)下的組織為:M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)⑶常用鋼號(hào)及用途應(yīng)用最多的是9SiCr。用于制造形狀復(fù)雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐、板牙等。另外，如9MnCrV,CrWMn等絲錐板牙低合金工具鋼扳手制造高速切削刃具用鋼。⑴性能特點(diǎn):高熱硬性(600℃)、高淬透性⑵成分特點(diǎn)①

高碳:0.70~1.6%C②高合金元素含量，如W18Cr4V:0.8%C,18%W,4%Cr,1%V

W6Mo5Cr4V2:0.8%C,6%W,5%Mo,4%Cr,2%V

2.5.3高速鋼（俗稱風(fēng)鋼）合金元素作用提高淬透性：主要是Cr,溶入奧氏體中，空氣冷卻即可得到馬氏體組織；Mo,W也提高淬透性。提高熱硬性：Mo,W，560C回火時(shí)，基體仍然是馬氏體；同時(shí)析出彌散分布的W2C,Mo2C等，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用，比淬火硬度還高23HRC,稱為“二次硬化”合金元素作用提高耐磨性：V,彌散的VC硬度極高；防止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，W,Mo,V均可形成高熔點(diǎn)穩(wěn)定化合物，1160C以上才能溶入基體。世紀(jì)加熱淬火溫度（1280C）還會(huì)有約10%未溶碳化物。4%Cr最佳，超過(guò)則室溫油冷后殘余奧氏體過(guò)多。Cr還提高耐蝕性W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織⑶加工與熱處理加工工藝路線：下料→鍛造→退火→機(jī)加工→淬火→回火→磨削高速鋼是萊氏體鋼，其鑄態(tài)組織為亞共晶組織，由魚(yú)骨狀萊氏體與樹(shù)枝狀M+T組成，脆性大且無(wú)法熱處理改善。鍛造目的：打碎粗大的魚(yú)骨狀共晶碳化物，使其均勻地分布于基體中。鍛造,9001200C

退火目的：降低硬度，便于切削加工；為淬火作組織準(zhǔn)備。退火后的組織：

S+顆粒狀碳化物W18Cr4V鋼的退火組織退火球化退火,870880C淬火后組織：M+未溶碳化物(~10%)+A’(20~30%)W18Cr4V鋼的淬火組織淬火淬火加熱溫度高(>1200℃)且需500~600C和800~850C兩次預(yù)熱。為獲得高合金元素含量的馬氏體。因此淬火溫度高。也因?yàn)楹辖鹪睾扛?，?dǎo)熱性差，需要預(yù)熱。冷卻也要分級(jí)淬火：

先500~550C鹽?。ǘ虝r(shí)保溫），再油冷。回火時(shí)的組織變化：

a)析出W、Mo、V的碳化物，產(chǎn)生二次硬化。

b)A’中碳及合金元素含量下降，Ms點(diǎn)上升，回火冷卻時(shí)，A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸。回火目的：主要為減少A’。消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織。常用560℃三次回火.高速鋼硬度與回火溫度關(guān)系回火W18Cr4V鋼熱處理工藝示意圖第一次回火使淬火馬氏體分解，由于馬氏體中部分碳化物的析出，對(duì)周?chē)鷼堄鄪W氏體的壓應(yīng)力減小，同時(shí)，冷卻到室溫時(shí)有一部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體；第二次回火使回火冷卻轉(zhuǎn)變的馬氏體回火，冷卻后又有部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，殘余奧氏體進(jìn)一步減少。第三次回火使第二次回火冷卻轉(zhuǎn)變的馬氏體回火，冷卻后殘余奧氏體<3%W18Cr4V鋼淬火、回火后的組織⑷使用狀態(tài)下組織

M回+顆粒狀碳化物+A’（<3%）不同狀態(tài)下W18Cr4V的組織鑄態(tài)淬火回火態(tài)淬火態(tài)退火態(tài)⑸常用鋼號(hào)及用途常用鋼號(hào)為W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如車(chē)刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。車(chē)刀銑刀鉆頭銑刀高速鋼銑刀工具鋼特點(diǎn)1）高含碳量2）最終組織都是回火馬氏體+彌散的碳化物；3）低合金工具鋼處理工藝：

正火（消除網(wǎng)狀滲碳體）球化退火淬火（Ac1Acm之間加熱）低溫回火4）高速鋼處理工藝：

鍛造（打碎魚(yú)骨狀碳化物）球化退火淬火（兩次預(yù)熱，1280C保溫，分級(jí)冷卻）低溫回火7.3.2特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。本節(jié)只介紹不銹鋼和耐熱鋼?；す艿赖母g裂解管內(nèi)壁的高溫腐蝕減薄化學(xué)腐蝕是指金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕，如高溫氧化。電化學(xué)腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，是有電流參與作用的腐蝕。（一）不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中具有耐蝕性能的鋼。1、金屬的腐蝕金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。

Zn-Cu原電池示意圖ZnZn電化學(xué)腐蝕原理----形成了原電池電極電位低的變成離子進(jìn)入電解液中，表現(xiàn)為重量減少工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家每年金屬腐蝕造成的直接經(jīng)濟(jì)損失占GNP的4%左右。珠光體腐蝕示意圖電解液兩相材料在大氣或水環(huán)境中可以形成微電池防止電化學(xué)腐蝕的措施：⑴獲得均勻的單相組織。⑵提高合金的電極電位。⑶使表面形成致密的鈍化膜。2、不銹鋼中合金元素的作用⑴低C：碳高，則降低耐蝕性。⑵高Cr：是提高耐蝕性的主要元素①形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜。②Cr含量大于13%時(shí)，形成單相鐵素體組織。③提高基體電極電位(n/8規(guī)律)⑶Ni：獲得單相奧氏體組織。⑷Mo：耐有機(jī)酸腐蝕。⑸Ti,Nb:防止奧氏體鋼晶間腐蝕。晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生腐蝕的現(xiàn)象，危害很大.它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介質(zhì)作用下發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕。降低C或加Ti、Nb，則先于Cr與C形成不易溶于奧氏體的碳化物,避免晶界貧Cr。

奧氏體不銹鋼晶界的Cr23C6析出晶間腐蝕3、常用不銹鋼⑴馬氏體不銹鋼主要是Cr13型不銹鋼鋼號(hào)為1Cr13~4Cr13含碳量0.1~0.4%隨含碳量提高，強(qiáng)度、硬度提高，耐蝕性下降。①1Cr13、2Cr13(ASTM410)熱處理:淬火+高溫回火使用狀態(tài)下的組織:S回不銹鋼棒醫(yī)療器械1Cr13、2Cr13具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學(xué)性能。且可在較高溫度使用用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機(jī)葉片等。汽輪機(jī)葉片透平轉(zhuǎn)輪②

3Cr13、4Cr13(ASTM440)熱處理：淬火+低溫回火。使用狀態(tài)下的組織：M回。具有較高強(qiáng)度、硬度。但是限常溫使用。用于要求耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具等。醫(yī)療器械不銹鋼刀1Cr17削片刀⑵鐵素體不銹鋼典型鋼號(hào)如0Cr13(ASTM409)、1Cr17等。①成分：高鉻低碳0.1%C②無(wú)?

相變，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。主要通過(guò)形變強(qiáng)化。③組織：?jiǎn)蜗噼F素體④性能特點(diǎn)耐酸蝕，抗氧化能力強(qiáng)，塑性好。但有脆化傾向：a)475℃脆化：加熱到450~550℃停留，產(chǎn)生脆化。

再加熱到600℃快冷可消除。b)相脆化：在600~800℃長(zhǎng)期加熱時(shí)，析出硬而脆的相。鋼中σ相⑤用途廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。硝酸生產(chǎn)裝置⑶奧氏體不銹鋼主要是18-8（18Cr-8Ni）型不銹鋼，<0.1%C,高Cr，高Ni

①性能特點(diǎn)：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及可焊性。高的塑韌性，無(wú)磁性。②熱處理：采