金屬材料及熱處理 課件 項目六 合金鋼的認知

項目六合金鋼的認知任務一認識合金元素在鋼中的作用

任務二認識合金鋼的分類及牌號任務三認識合金結(jié)構(gòu)鋼

任務四認識合金工具鋼

任務五認識特殊性能鋼為了改善非合金鋼的性能，有目的地在鋼中加入一種或多種化學元素而得到的鋼叫合金鋼。

1．合金元素溶入鐵素體（奧氏體）

大多數(shù)的合金元素均可以溶入鐵素體中，形成含合金元素的鐵素體，即合金鐵素體。溶入γ-Fe中則可形成含合金元素的奧氏體，即合金奧氏體。

任務一認識合金元素在鋼中的作用一、合金元素在鋼中的存在形式所有合金元素均能不同程度提高鐵素體的硬度和強度，其中硅、錳等合金元素的強化效果最顯著。當鉻的質(zhì)量分數(shù)低于2%、鎳的質(zhì)量分數(shù)低于5%時能提高鐵素體的韌性；硅、錳等合金元素質(zhì)量分數(shù)不超過某一數(shù)值時，鐵素體的韌性不下降；鎢和鉬

等合金元素不論質(zhì)量分數(shù)多少，均使鐵素體的韌性下降。2．合金元素與碳作用形成碳化物（1）能與碳形成碳化物的合金元素稱為碳化物形成元素，如鐵、錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈮、鋯、鈦等。（2）鎳、鈷、銅、硅、鋁和硼等不能與碳形成碳化物，這些合金元素稱為非碳化物形成元素。非碳化物形成元素只能與鐵作用形成固溶體。

通常碳化物愈穩(wěn)定，其硬度和耐磨性愈高；碳化物顆粒愈細小、分布愈均勻，對鋼的彌散強化效果愈顯著。二、合金元素對鐵碳合金相圖的影響1.對奧氏體相區(qū)的影響合金元素鉻、鉬、鈦、硅、鎢、釩、鋁等加入鋼中，可使奧氏體單相區(qū)縮小。合金元素錳、鎳、銅等可使奧氏體相區(qū)擴大。

2.對S、E點的影響S點降低，造成了相同碳的質(zhì)量分數(shù)的非合金鋼與低合金鋼及合金鋼在室溫下，具有不同的組織和性能。E點左移，造成了共晶成分的碳的質(zhì)量分數(shù)降低，使某些合金元素含量較高的高合金鋼在碳的質(zhì)量分數(shù)遠低于2.11%時，其鑄態(tài)組織中也會出現(xiàn)共晶萊氏體，如高速工具鋼。3．對相變點的影響向鋼中加入鉻元素可使相圖中ES、GS和PSK線向上移動，使鋼的相變點A1、A3和Acm升高，鋼中鉻的質(zhì)量分數(shù)越高，使鋼的相變點A1、A3和Acm的溫度越高；隨著鋼中錳的質(zhì)量分數(shù)的增加，導致GS線向左下方移動，使相變點Acm的溫度升高、A1和A3的溫度降低。三

合金元素對鋼熱處理的影響1．合金元素對鋼的加熱轉(zhuǎn)變的影響（1）合金元素對鋼的奧氏體化過程的影響將低合金鋼與合金鋼加熱到一定的溫度時，也要進行奧氏體化，其過程與非合金鋼相同，即：包括奧氏體的形核與長大、剩余碳化物的溶解、奧氏體成分的均勻化等過程。所不同的是：合金鋼的奧氏體化溫度要比非合金鋼高，保溫時間要長。

（2）合金元素對奧氏體晶粒的影響大多數(shù)合金元素（除錳、磷外）均可阻止奧氏體晶粒長大。因此，低合金鋼與合金鋼熱處理后的晶粒比相同碳的質(zhì)量分數(shù)的非合金鋼細小，力學性能較高。2．合金元素對鋼的冷卻轉(zhuǎn)變的影響（1）合金元素對過冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變曲線圖的影響固溶于奧氏體中的合金元素（除鈷以外）均可不同程度地使C曲線右移，導致鋼的馬氏體臨界冷卻速度（即V臨）減小，使鋼的淬透性提高，推遲奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變。（2）合金元素對Ms點（馬氏體轉(zhuǎn)變開始點）的影響大多數(shù)合金元素（除鈷、鋁外），都能使Ms點降低，其中錳的作用最顯著。Ms點的降低會使合金鋼淬火后的殘余奧氏體量比非合金鋼多。3．合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響（1）提高鋼的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性是指淬火鋼在回火時，抵抗軟化的能力。大多數(shù)合金元素，尤其是強碳化物形成元素，對原子擴散起阻礙作用，延緩了馬氏體的分解及碳化物的析出，從而將其轉(zhuǎn)變推向更高溫度，即合金元素可提高鋼的回火穩(wěn)定性。

金屬材料在高溫（550℃以上）下保持高硬度（高于60HRC）的能力，稱為紅硬性。高的回火穩(wěn)定性使鋼在較高的溫度下，仍能保持高的硬度和耐磨性。（2）產(chǎn)生二次硬化對于含有較多鉻、鉬、鎢、釩等碳化物形成元素的合金鋼，在500～600℃回火時，會從馬氏體中析出特殊碳化物，如Cr7C3、Mo2C、W2C、VC等。這類碳化物硬度高、數(shù)量多、顆粒小、分布均勻，使鋼在回火后硬度有所提高，此現(xiàn)象稱為二次硬化。二次硬化實質(zhì)上是一種彌散強化。（3）產(chǎn)生第二類回火脆性含有某些合金元素（鉻、錳、鎳等）的合金鋼在450～650℃回火時出現(xiàn)回火脆性，稱為第二類回火脆性。這類回火脆性通常在脆化溫度范圍內(nèi)回火且緩冷時才會出現(xiàn)，在回火時，可采用避開脆化溫度范圍、縮短加熱時間和快速冷卻等方法消除。

一

合金鋼的分類1．按主要質(zhì)量等級分類（1）優(yōu)質(zhì)合金鋼優(yōu)質(zhì)合金鋼是指在生產(chǎn)過程中需要特別控制質(zhì)量和性能，但其生產(chǎn)控制和質(zhì)量要求不如特殊質(zhì)量合金鋼嚴格的合金鋼。任務二認識合金鋼的分類及牌號（2）特殊質(zhì)量合金鋼特殊質(zhì)量合金鋼是指在生產(chǎn)過程中需要特別嚴格控制質(zhì)量和性能的合金鋼。除優(yōu)質(zhì)合金鋼以外的所有其他合金鋼都稱為特殊質(zhì)量合金鋼。2．按主要性能和使用特性分類合金鋼分為工程結(jié)構(gòu)用合金鋼、機械結(jié)構(gòu)用合金鋼、滾動軸承鋼、合金工具鋼和高速工具鋼、不銹、耐蝕和耐熱鋼、特殊性能鋼等。3.按用途分類合金鋼可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。4.按所含合金元素總的質(zhì)量分數(shù)分類低合金鋼、中合金鋼和高合金鋼。二、合金鋼的牌號我國現(xiàn)行的合金鋼的牌號一般采用漢語拼音字母、國際化學元素符號及阿拉伯數(shù)字結(jié)合起來表示。合金鋼的統(tǒng)一數(shù)字代號由大寫的拉丁字母（I和O除外），后接5位阿拉伯數(shù)字組成。大寫的拉丁字母表示不同鋼鐵及合金的種類；第一位阿拉伯數(shù)字代表各類型鋼鐵及合金的細分類；第二、三、四、五位阿拉伯數(shù)字代表不同分類內(nèi)的編組和同一編組內(nèi)的不同牌號的區(qū)別順序號。1.低合金鋼的牌號表示方法（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號是采用屈服點的“屈”字的漢語拼音字母“Q”、屈服點的數(shù)值和質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）組成。如Q345B表示的是屈服點為345MPa的B級低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。（2）統(tǒng)一數(shù)字代號體系低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的統(tǒng)一代號是用大寫字母“L”加五位數(shù)字組成。第一位數(shù)字為0～9，“0”表示低合金一般結(jié)構(gòu)鋼，“1和2”表示低合金專用結(jié)構(gòu)鋼；第二、三、四位數(shù)字屈服點的數(shù)值；第五位數(shù)字為1～5，表示質(zhì)量等級（A、B、C、D、E）的順序號。如：L03451表示的是屈服點為345MPa的A級低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼，即Q345A。

根據(jù)用途的不同，合金結(jié)構(gòu)鋼可分為工程結(jié)構(gòu)

鋼與機械結(jié)構(gòu)鋼。

工程結(jié)構(gòu)鋼又稱為低合金結(jié)構(gòu)鋼，按性能及使用特性又可分為低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、易切削結(jié)構(gòu)鋼及低合金耐候鋼等。

一、低合金結(jié)構(gòu)鋼

1、低合金結(jié)構(gòu)鋼的分類

（1）按主要性能和適用特性分類

低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐候鋼、鐵道用低合金鋼、低合金鋼筋鋼、易切削鋼。

任務三認識合金結(jié)構(gòu)鋼（2）按主要質(zhì)量等級分類

①普通質(zhì)量等級低合金結(jié)構(gòu)鋼（S、P質(zhì)量分數(shù)低于0.045%）：包括一般用途低合金結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用一般低合金鋼等。

②優(yōu)質(zhì)低合金結(jié)構(gòu)鋼（S、P質(zhì)量分數(shù)低于0.035%）：可焊接的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、鍋爐的壓力容器用低合金鋼、造船用低合金鋼。③特殊質(zhì)量低合金結(jié)構(gòu)鋼（S、P質(zhì)量分數(shù)低于0.025%）：低溫用低合金結(jié)構(gòu)鋼、鐵道用特殊低合金鋼。

（2）統(tǒng)一數(shù)字代號體系合金結(jié)構(gòu)鋼的統(tǒng)一數(shù)字代號是用大寫英文字母“A”加五位數(shù)字組成。第一位數(shù)字為0～9，表示系列分類：“0”表示錳（錳鉬）系鋼；“1”表示硅錳（硅錳鉬）系鋼；“4”表示鉻鎳系鋼；第二位數(shù)字表示同一系列中的不同編組；第三、四位數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)的萬分數(shù)；第五位數(shù)字表示質(zhì)量等級和專門用途。如20CrMnTi的統(tǒng)一數(shù)字代號為A26202。3.滾動軸承鋼的牌號表示方法（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法滾動軸承鋼的牌號以“G”為首（“G”即“滾”的漢語拼音字首），其后為合金元素符號“Cr”加數(shù)字，Cr后數(shù)字表示平均鉻的質(zhì)量分數(shù)（用千分數(shù)表示），若再含其他元素時，表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。如GCr15表示平均鉻質(zhì)量分數(shù)為1.5%的滾動軸承鋼。（2）統(tǒng)一數(shù)字代號體系滾動軸承鋼的統(tǒng)一數(shù)字代號是用大寫英文字母“B”加五位數(shù)字組成。第一位數(shù)字為0～9，表示軸承鋼的編組：“0”表示高碳高鉻軸承鋼，“1”表示滲碳軸承鋼；第二位數(shù)字表示同一編組中的不同編號；第三、四位數(shù)字表示合金元素的質(zhì)量分數(shù)；第五位數(shù)字為區(qū)別不同牌號的順序號。如高碳高鉻軸承鋼GCr15的統(tǒng)一數(shù)字代號為B00150。（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法

合金工具鋼的牌號與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相同，只是用一位阿拉伯數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)（用千分數(shù)表示），若鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)超過1%時，則不標出數(shù)字。如5CrNiMo表示的是平均碳的質(zhì)量分數(shù)為0.5%、且含有小于1.5%的元素鉻、鎳、鉬的合金工具鋼。Cr12表示的是碳的質(zhì)量分數(shù)大于1%、含有12%的合金元素鉻的合金工具鋼，

任務四認識合金工具鋼（2）統(tǒng)一數(shù)字代號體系合金工具鋼的統(tǒng)一數(shù)字代號是用大寫英文字母“T”加五位數(shù)字組成。第一位數(shù)字為2～4，表示合金工具鋼的編組：“2”表示冷作、熱作模具鋼和合金塑料模具鋼等，“3”表示量具刃具鋼；第二位數(shù)字表示分類編組號；第三、四、五位數(shù)字表示合金元素質(zhì)量分數(shù)和順序號。5.高速工具鋼的牌號表示方法（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法高速工具鋼牌號表示方法與合金工具鋼相似，其主要區(qū)別是不論碳的質(zhì)量分數(shù)多少，均不用數(shù)字標出。例如，W18Cr4V表示是含有元素鎢的質(zhì)量分數(shù)為18%、鉻的質(zhì)量分數(shù)為4%、釩的質(zhì)量分數(shù)小于1.5%的高速工具鋼，其Wc=0.7%～0.8%不標出。若兩種鋼的其他成分相同、只有碳的質(zhì)量分數(shù)不同時，在碳的質(zhì)量分數(shù)高的鋼號前加字母“C”。（2）統(tǒng)一數(shù)字代號體系高速工具鋼的統(tǒng)一數(shù)字代號與合金工具鋼相同。只是第一位數(shù)字為5～7，表示高速工具鋼的編組：“5”表示鎢系高速工具鋼，“6”表示鎢鉬系高速工具鋼，“7”表示含鈷的高速工具鋼；第二、三、四、五位數(shù)字表示按合金元素（鎢、鉬、鉻等）的順序，以其質(zhì)量分數(shù)由高到低排列。如W18Cr4V的統(tǒng)一數(shù)字代號為T51841，W6Mo5Cr4V2的統(tǒng)一數(shù)字代號為T66542。

6.不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼的牌號表示方法（1）我國現(xiàn)行的牌號表示方法不銹鋼和耐熱鋼牌號表示方法和合金工具鋼相似，只是碳的質(zhì)量分數(shù)低于0.03%或0.08%時，在牌號首位分別冠以“00”與“0”。例如，4Cr13表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)為0.4%、鉻的質(zhì)量分數(shù)為13%的不銹鋼；0Cr19Ni9表示平均碳的質(zhì)量分數(shù)低于0.08%、鉻的質(zhì)量分數(shù)為19%、鎳的質(zhì)量分數(shù)為9%的不銹鋼。（2）統(tǒng)一數(shù)字代號體系不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼的統(tǒng)一數(shù)字代號是用大寫英文字母“S”加五位數(shù)字組成。第一位數(shù)字為0～9，表示不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼的編組：“1”表示鐵素體型鋼，“2”表示奧氏體—鐵素體型鋼，“3”表示奧氏體型鋼，“4”表示馬氏體型鋼；第二、三位數(shù)字表示不同的鋼組；第四位數(shù)字表示含有輔加元素；第五位數(shù)字表示低碳或超低碳。如1Cr18Ni9的統(tǒng)一數(shù)字代號為S30210。7.高錳耐磨鋼的牌號表示方法高錳耐磨鋼的牌號以“ZG”為首（“ZG”即“鑄鋼”的漢語拼音為首），其后為合金元素符號“Mn”加數(shù)字，數(shù)字表示平均錳的質(zhì)量分數(shù)（用百分數(shù)表示）。例如，ZGMn13-1表示平均錳的質(zhì)量分數(shù)為13%，序號為1的高錳耐磨鋼。一

低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼是指鋼中合金元素的總質(zhì)量分數(shù)不超過5%的合金結(jié)構(gòu)鋼，常用的有低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、易切削鋼和低合金耐候鋼等。

任務三認識合金結(jié)構(gòu)鋼第6章合金鋼1．低合金結(jié)構(gòu)鋼的分類（1）按主要質(zhì)量等級分類①普通質(zhì)量低合金結(jié)構(gòu)鋼（硫、磷質(zhì)量分數(shù)均低于0.045%）②優(yōu)質(zhì)低合金結(jié)構(gòu)鋼（硫、磷質(zhì)量分數(shù)均低于0.035%）③特殊質(zhì)量低合金結(jié)構(gòu)鋼（硫、磷質(zhì)量分數(shù)均低于0.025%）（2）按主要性能和使用特性分類分為可焊接的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐候鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼、低合金鋼筋鋼、易切削鋼和其他低合金鋼等。2.常用低合金結(jié)構(gòu)鋼（1）低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼①化學成分和性能特點低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加少量合金元素而制成的鋼，由于其硫、磷元素的質(zhì)量分數(shù)較高，所以屬于普通質(zhì)量鋼。鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)低于0.20%，碳的質(zhì)量分數(shù)低是為了獲得好的塑性、焊接性和冷變形能力。常加入的合金元素有錳、硅、鈦、鈮、釩等，其總的質(zhì)量分數(shù)低于3%。合金元素鈦、鈮、釩等在鋼中能形成極細小的碳化物，起到細化晶粒和彌散強化作用，從而提高了鋼的強度和韌性；合金元素硅和錳主要溶于鐵素體中，起固溶強化作用。②熱處理特點低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼一般在熱軋后經(jīng)退火或正火狀態(tài)下使用，其組織為鐵素體和珠光體，在使用時一般不需要進行熱處理。③常用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號及用途常用的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的牌號、化學成分及力學性能見表6-1和表6-2。（2）易切削鋼①化學成分和性能特點易切削鋼是易切削結(jié)構(gòu)鋼的簡稱，它是指錳、硫、磷等元素的質(zhì)量分數(shù)較高或含有微量的鉛、鈣的低碳或中碳結(jié)構(gòu)鋼，因其切屑容易脆斷而得名。磷固溶于鐵素體中，使鐵素體強度提高，塑性降低，也可改善切削加工性。硫在鋼中以MnS夾雜物的形式存在，它割裂了鋼基本的連續(xù)性，使切屑容易脆斷，便于排屑，降低切削抗力。但硫、磷質(zhì)量分數(shù)不能過高，以防產(chǎn)生“熱脆”和“冷脆”。②熱處理特點由于易切削鋼中含有較多的有害元素硫、磷等元素，故其鍛造性能和焊接性能均較差，但可采用調(diào)質(zhì)、表面淬火或滲碳、淬火等熱處理工藝來提高其力學性能。③常用易切削鋼的牌號及用途易切削結(jié)構(gòu)鋼主要用于成批、大量生產(chǎn)時，制作對力學性能要求不高的緊固件和小零件。常用的易切削鋼見表6-3。（3）低合金耐候性鋼①化學成分和性能特點低合金耐候性鋼即耐大氣腐蝕鋼。它是在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素，例如銅、磷、鉻、鎳、鉬、鈦、鈮、釩等，使其在鋼的表面形成一層致密的保護膜，提高了耐候性能，與非合金鋼相比，具有良好的抗大氣腐蝕能力。②常用低合金耐候鋼的牌號及用途常用低合金高耐候鋼焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼和低合金高耐候性結(jié)構(gòu)鋼兩大類。低合金高耐候鋼常用的牌號有09CuPCrNi-A、09CuPCrNi-B和09CuP等。主要用于鐵道車輛、農(nóng)業(yè)機械、起重運輸機械、建筑和塔架等方面。二

合金滲碳鋼合金滲碳鋼是指經(jīng)滲碳后使用的鋼。1.化學成分和性能特點合金滲碳鋼碳的質(zhì)量分數(shù)低（一般為0.10%～0.25%），目的是為了保證鋼在滲碳，淬火后，心部獲得低碳馬氏體，使心部具有足夠的塑性和韌性；加入少量鈦，釩，鎢等碳化物形成元素，以阻止奧氏體晶粒長大，細化晶粒，提高力學性能；加入鉻、錳、硅、鎳等元素是以提高鋼的淬透性。2.熱處理特點由于合金滲碳鋼碳的質(zhì)量分數(shù)低，硬度低，為了改善其毛坯的切削加工性能，應選擇正火作為預備熱處理，最終熱處理為滲碳、淬火+低溫回火。滲碳后工件表面碳的質(zhì)量分數(shù)為0.85%～1.0%，淬火+低溫回火后組織為回火馬氏體、合金碳化物和少量殘余奧氏體，硬度可達60～62HRC。心部如淬透，回火后的組織為低碳回火馬氏體，硬度為40～48HRC；若未淬透，則為托氏體、少量低碳回火馬氏體及鐵素體的復相組織，硬度為25～40HRC，韌性大于48J。3.常用合金滲碳鋼的牌號及用途按淬透性高低，合金滲碳鋼分為以下三類：（1）低淬透性合金滲碳鋼常用牌號有20Cr、20MnV鋼等。（2）中淬透性合金滲碳鋼常用牌號有20CrMnTi、20CrMnMo鋼等。（3）高淬透性合金滲碳鋼常用牌號有20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA鋼等。三

合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼是指經(jīng)調(diào)質(zhì)后使用的合金結(jié)構(gòu)鋼，故又稱調(diào)質(zhì)處理合金結(jié)構(gòu)鋼。

1.化學成分和性能特點合金調(diào)質(zhì)鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)為0.25%～0.50%，屬于中碳鋼。若碳的質(zhì)量分數(shù)過低，使鋼不易淬硬，導致回火后硬度偏低；若碳的質(zhì)量分數(shù)過高，則會導致鋼的韌性變差。鋼中加入的合金元素有錳、硅、鉻、鎳、硼、釩、鉬、鎢等，主要目的是為了提高淬透性，全部淬透的零件在高溫回火后，可獲得均勻的綜合力學性能。2.熱處理特點合金調(diào)質(zhì)鋼一般采用正火或退火作為預備熱處理，其目的是為了改善合金調(diào)質(zhì)鋼的切削加工性能和鍛造后的組織，以及消除殘余應力。最終熱處理一般采用淬火+高溫回火（即調(diào)質(zhì)處理），以獲得回火索氏體組織，從而具有良好的綜合力學性能。3.常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號和用途①低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼常用的牌號為40Cr鋼。②中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼常用牌號為35CrMo、40CrMn、38CrMoAlA鋼。③高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼常用的牌號有25Cr2Ni4WA、40CrMnMo、40CrNiMoA鋼等。四

合金彈簧鋼合金彈簧鋼是指主要用于制作各種機械和儀表中的彈簧的鋼。1.化學成分和性能特點合金彈簧鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)為0.5%～0.7%，硫和磷的質(zhì)量分數(shù)低于0.03%～0.035%。加入錳、硅、鉻可以提高淬透性、耐回火性和強化鐵素體，使鋼有高的彈性和屈強比。加入少量鉻、鉬和釩等可防止脫碳，并細化晶粒和進一步提高彈性極限、屈強比，還有利于提高彈簧的高溫強度。2.熱處理特點（1）冷成型彈簧①索氏體化處理鋼絲鋼絲在冷拔前進行鉛浴索氏體化處理（即在500～550℃熔融鉛浴中進行的等溫處理），獲得索氏體組織，然后經(jīng)多次拉拔到所需直徑。鋼絲具有很高的強度和足夠的韌性，經(jīng)冷成型制成彈簧后，只進行去應力退火，以消除冷拔和冷成型產(chǎn)生的殘余應力，使彈簧定型。②油淬回火鋼絲鋼絲在冷拔后，要進行油淬+中溫回火處理。將其冷成型制成彈簧后，在200℃～300℃進行低溫回火處理以消除內(nèi)應力，此后不再淬火回火處理。③退火狀態(tài)供應的彈簧鋼絲鋼絲經(jīng)冷成型制成彈簧后必須進行淬火+中溫回火以獲得所要求的性能。（2）熱成型彈簧

當彈簧鋼絲直徑或板彈簧厚度大于10mm時，一般采用熱成型法，即將彈簧鋼加熱到比正常淬火溫度高50～80℃進行熱卷成型，然后利用余熱直接淬火、中溫回火，獲得回火托氏體，硬度為40～48HRC。具有較高的屈服點和彈性極限，以及一定的塑性和韌性。3.常用合金彈簧鋼的牌號和用途60Si2Mn鋼的應用最廣，它的淬透性高，并且具有較高的彈性極限，屈服點和疲勞強度，價格便宜，主要用來制造截面尺寸較大的彈簧。50CrVA鋼的力學性能與60Si2Mn鋼相近，但是淬透性更高，鉻溶于鐵素中使鋼的彈性極限提高，釩可細化晶粒，降低鋼的過熱傾向，提高鋼的屈服點、疲勞強度、韌性和回火穩(wěn)定性，主要用于制造承受重載荷以及工作溫度較高的大截面尺寸的彈簧。五

滾動軸承鋼滾動軸承鋼是指主要用于制作滾動軸承的滾動體和內(nèi)、外套圈的專用鋼。1.化學成分和性能特點常用滾動軸承鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)為0.95%～1.15%，鉻質(zhì)量分數(shù)為0.40%～1.65%，屬于高碳鋼。高的碳的質(zhì)量分數(shù)是為了保證鋼具有高硬度和高耐磨性；加入的鉻元素可以提高鋼的淬透性和形成細小的、彌散分布的合金滲碳體，提高鋼的強度、硬度和接觸疲勞強度，鉻還能提高耐蝕性。2.熱處理特點滾動軸承鋼一般采用球化退火作為預備熱處理，主要目的是降低鋼的硬度，改善切削加工性能，為最終熱處理做好組織準備。球化退火后的組織為鐵素體和均勻分布的細小粒狀碳化物。最終熱處理采用淬火+低溫回火，得到極細小的回火馬氏體、均勻分布的細小粒狀碳化物和少量殘余奧氏體組織，硬度為62～65HRC。3.常用滾動軸承鋼的牌號及用途滾動軸承鋼中應用最廣的是GCr15軸承鋼，主要用于制造中、小型軸承，還可制造冷沖模、精密量具、機床絲杠、噴油嘴等。制造大型和特大型軸承常用GCr15SiMn鋼。根據(jù)我國資源條件，已研制出不含鉻的軸承鋼，如用GSiMnV鋼、GSiMn-MoV鋼代替GCr15鋼。合金工具鋼是指用于制造各種工具的鋼，按用途可分為量具用鋼、刃具用鋼和模具用鋼等。

任務四認識合金工具鋼1.低合金刃具鋼（1）化學成分和性能特點低合金刃具鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)為0.8%～1.50%，并含有鎢、釩、鉻、錳、硅等合金元素，其總的質(zhì)量分數(shù)低于5%。碳的質(zhì)量分數(shù)高是為了保證高的硬度和耐磨性。加入鎢、釩等碳化物形成元素，可提高熱硬性和耐磨性；加入合金元素鉻、錳、硅等以提高淬透性，回火穩(wěn)定性和改善熱硬性。一、合金刃具鋼（2）熱處理特點低合金刃具鋼鍛造后進行球化退火，以改善切削加工性能。最終熱處理為淬火+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，硬度60～65HRC。（3）常用低合金刃具鋼的牌號和用途常用低合金刃具鋼的牌號有CrWMn和9SiCr等。主要用來制造銼刀、刮刀、絲錐等低速切削刀具。

量具鋼是指用來制造各種測量工具的鋼，稱為量具鋼，例如游標卡尺、塞規(guī)、樣板和千分尺等。（1）化學成分和性能特點

量具表面的碳的質(zhì)量分數(shù)較高，一般為0.9～1.2%，以保證表面的高硬度和高的耐磨性；含有鉻、鎢、錳、硅等合金元素，以提高淬透性和尺寸穩(wěn)定性。二、合金量具鋼（2）熱處理特點量具鋼一般采用球化退火作為預備熱處理，采用淬火+低溫回火作為最終熱處理，其組織一般為回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體。對于一些精度要求高的量具（如塊規(guī)等），為了保證量具精度，提高形狀和尺寸穩(wěn)定性，常在淬火后立即進行一次-80℃左右的冷處理，以使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，然后進行低溫回火，再經(jīng)磨削加工，最后進行穩(wěn)定化處理，使量具的殘余應力達到最小。

③常用的牌號和用途精度較低、尺寸較小、形狀簡單的量具（如樣板、塞規(guī)等）可用10、15鋼制造，經(jīng)滲碳、淬火+低溫回火后使用；也可用50、60、65Mn等鋼制造，經(jīng)高頻表面淬火后使用，或用T10A鋼、T12A鋼制造，經(jīng)球化退火、淬火+低溫回火后使用。高精度、形狀復雜的量具（如塊規(guī)等），常用CrWMn、9SiCr、GCr15等鋼制造，經(jīng)淬火+低溫回火后使用；對于有耐蝕性要求的量具，可以用不銹鋼制造。

合金模具鋼按使用條件不同分為冷作模具鋼、熱作模具鋼和塑料模具鋼等。（1）冷作模具鋼

冷作模具鋼是指用于制造在冷態(tài)下變形或分離的模具的鋼，如冷擠壓模、冷鐓模、拉絲模、落料模等。

三、合金模具鋼①化學成分和性能特點冷作模具鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)為0.85%～2.3%，常加入大量的合金元素鉻（11%～13%）、鉬、鎢、釩等，屬于高碳高合金鋼。碳的質(zhì)量分數(shù)高是為了獲得高的硬度和耐磨性；加入合金元素是為了提高淬透性和回火穩(wěn)定性，并在熱處理后形成大量的特殊碳化物以進一步提高鋼的硬度和耐磨性。此外，元素鉬、釩還可以細化晶粒，改善鋼的韌性。

②熱處理特點由于冷作模具鋼中含有大量的合金元素，使其鑄態(tài)組織中出現(xiàn)了大量的網(wǎng)狀的共晶碳化物，導致鋼的強度下降。所以在制造模具時，應先進行鍛造將粗大的共晶碳化物打碎，使其均勻分布，待其緩冷后，再進行等溫球化退火。常用的最終熱處理一般為淬火+低溫回火，回火后的組織為回火馬氏體、碳化物和殘余奧氏體，硬度可達60～64HRC。

應用最多的冷作模具鋼是Cr12和Cr12MoV，它們的最終熱處理可以采用以下兩種方法：即一次硬化法和二次硬化法。一次硬化法是將Cr12鋼加熱到950～980℃（Cr12MoV為1000～1050℃）淬火，再低溫回火，其硬度可達61～63HRC；二次硬化法是將Cr12鋼加熱到1080～1100℃（Cr12MoV為1100～1120℃）淬火，再在510～520℃進行多次回火，其硬度可達60～62HRC，并可獲得較高的紅硬性。③常用的牌號和用途Cr12鋼是典型的冷作模具鋼，適于制作尺寸較大的高耐磨性模具。小型模具可用碳素工具鋼（T10A、T12）和低合金工具鋼（CrWMn、9SiC）制造。目前應用較廣的是Cr12MoV鋼，這種鋼熱處理變形小，強度、韌性都比Cr12鋼好，但耐磨性略低于Cr12鋼，主要用于制造截面較大、形狀復雜的冷作模具。

（2）熱作模具鋼用來制造熾熱態(tài)（指熱態(tài)下固體或液體）的金屬或合金在壓力下成型的模具（如熱鍛模、壓鑄模等）所用的鋼稱為熱作模具鋼。①化學成分和性能特點熱作模具鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)為0.3%～0.6%,并含有一定量的鉻、鎳、錳、鉻、鎢、硅等元素。采用中碳是為了保證良好的強度、硬度和韌性。加入鉻、鎢、硅等，可提高耐熱疲勞性，加入合金元素鉻、鎳、錳等，可提高淬透性和強度。加入鉬可提高回火穩(wěn)定性和防止第二類回火脆性。

③常用的牌號和用途常用熱作模具鋼的牌號有5CrNiMo鋼和5CrMnMo鋼等。他們具有較高的強度、韌性和耐磨性，良好的耐熱疲勞性和優(yōu)良的淬透性，常用來制造大、中型熱鍛模。

（3）塑料模具鋼①對塑料模具鋼的性能要求在200℃應具有較高的硬度、強度和足夠的塑性、韌性；鋼料純凈、夾雜物少、偏析小、模具表面粗糙度低；表面耐磨抗蝕，并要求有一定的表面硬化層，表面硬度一般在HRC45以上；熱處理變形小，以保證互換性和配合精度。

③常用的牌號和用途適于冷擠壓成形的塑料模具用鋼是10、15、20、20Cr鋼，經(jīng)滲碳→淬火→回火→鍍鉻處理；對于中小型、且形狀簡單的模具，可用T7A、T10A、9Mn2V、CrWMn、Cr2鋼等，經(jīng)淬火+回火處理；對于大型塑料模具可采用4Cr5MoSiV或PDAHT-1鋼；對于要求高耐磨性的模具，也可采用Cr12MoV鋼，經(jīng)淬火+回火，再鍍鉻處理后使用；

特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學性能的鋼。常用的有不銹鋼、耐熱鋼和高錳耐磨鋼等。一

不銹鋼1.金屬的腐蝕與防護（1）金屬的腐蝕金屬的腐蝕是指金屬表面與外部介質(zhì)作用而逐漸破壞的現(xiàn)象。根據(jù)腐蝕的原理不同，腐蝕可分為化學腐蝕和電化學腐蝕。任務五認識特殊性能鋼化學腐蝕是指金屬在非電解質(zhì)中，直接與介質(zhì)發(fā)生化學反應而被腐蝕；電化學腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中，形成微電池產(chǎn)生電化學反應而引起的腐蝕。電化學腐蝕的原理是：當兩種電極電位不同的金屬（或同一金屬內(nèi)部的不同組成部分之間）在電解質(zhì)溶液中相互接觸時，就會形成微電池，電極電位高的為陰極不被腐蝕，電極電位低的為陽極而被腐蝕，造成陽極金屬的損耗。

（2）金屬腐蝕的防護為了避免金屬的腐蝕，常采取以下措施：①表面覆蓋②電化學保護③加入合金元素

2.不銹鋼按組織不同分為馬氏體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼和奧氏體型不銹鋼等；按化學成分不同可分為鉻不銹鋼、鉻鎳不銹鋼和鉻錳不銹鋼等。

（1）馬氏體型不銹鋼①化學成分和性能特點馬氏體型不銹鋼的碳的質(zhì)量分數(shù)為0.10%～0.40%，鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)過高，鋼的耐腐蝕性下降，但過低又會導致鋼的其強度、硬度和耐磨性降低；鉻的質(zhì)量分數(shù)為12%～18%，由于含有較多的鉻，可以在金屬的表面形成一層致密的氧化膜以阻止鋼的進一步氧化，提高鋼的耐腐蝕能力。

②熱處理特點一般在鍛造后退火以改善其切削加工性。這類鋼經(jīng)淬火后可得到馬氏體組織，故稱馬氏體型不銹鋼。經(jīng)淬火+低溫回火，可得到回火馬氏體組織，還可高溫回火，組織為回火索氏體。

③常用的牌號和用途

常用的有1Cr13鋼、2Cr13鋼、3Cr13鋼、7Cr17鋼等。主要用于要求較高力學性能，并有一定耐蝕性的零件，如噴嘴、汽輪機葉片、閥門、閥座、醫(yī)療器械等。3Cr13鋼、7Cr17鋼主要用于醫(yī)用的手術(shù)工具、量具及軸承等。

（2）奧氏體型不銹鋼

①化學成分和性能特點

奧氏體不銹鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)很低（wC≤0.08%以保證高的耐蝕性），鉻的質(zhì)量分數(shù)為18%，含鎳量為8%～11%，屬于低碳高合金鋼。合金元素鎳可使鋼在室溫下呈單一奧氏體組織。鉻、鎳使鋼具有良好的耐蝕性、耐熱性以及較高的塑性和韌性。

②熱處理特點

奧氏體型不銹鋼常用的熱處理是固溶處理，就是即將鋼加熱到1050～1150℃，使碳化物