1、1南京航空航天大学Nanjing University of Aeronautics and Astronautics2l工业用钢按化学成分分为工业用钢按化学成分分为碳素钢碳素钢和和合金钢合金钢两大类。两大类。l碳素钢碳素钢是指含碳量低于是指含碳量低于2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。l合金钢合金钢是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。 低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%
2、合金钢合金钢6-1 概述概述36-2-1合金元素在钢中的分布合金元素在钢中的分布 及其对及其对Fe - Fe3C相图的影响相图的影响(1)形成固溶体形成固溶体对奥氏体相区的影响对奥氏体相区的影响lMn、Co、 Ni 、 Cu 、 C、N等元素扩大奥氏体等元素扩大奥氏体相区。相区。lTi、 V、 Cr、Mo、 W、 Si、Al等元素缩小奥等元素缩小奥氏体相区。氏体相区。6-2 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用4锰对奥氏体相区的影响锰对奥氏体相区的影响5铬对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响6(A)扩大扩大区并与区并与-Fe无限互溶无限互溶的的Fe-Me相图（相图（Me=Mn、Ni、Co)室
3、温下形成单相室温下形成单相A (B)部分扩大部分扩大区并与区并与-Fe有限有限互溶的互溶的Fe-Me相图（相图（Me=C、N、Cu)7(D)缩小并封闭缩小并封闭区，与区，与-Fe有限互溶的有限互溶的Fe-Me相图相图与与-Fe有限互溶有限互溶(C)缩小并封闭缩小并封闭区，与区，与-Fe无无限互溶的限互溶的Fe-Me相图相图与与-Fe无限互溶无限互溶8对对E点和点和S点位置的影响点位置的影响l所有合金元素均使所有合金元素均使E点和点和S点左移，点左移，即这两点的含碳即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共晶组织（如）或
4、共晶组织（如W18Cr4V）。）。l扩大奥氏体区元素使扩大奥氏体区元素使A1 、A3线下移；缩小奥氏体元线下移；缩小奥氏体元素使素使A1 、A3线上移。线上移。锰锰铬铬9(2)形成碳化物形成碳化物非碳化物形成元素：非碳化物形成元素： Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B碳化物形成元素：碳化物形成元素： Mn、Cr、Mo、W、 V、 Nb、Zr、Ti 强强强碳化物形成元素强碳化物形成元素 V、Nb、 Zr、 Ti106-2-2 对钢中相变过程的影响对钢中相变过程的影响(1)对奥氏体化的影响对奥氏体化的影响对奥氏体形成速度的影响：对奥氏体形成速度的影响：除除Ni、Co外，都减缓奥氏体化过程。外，都
5、减缓奥氏体化过程。对奥氏体晶粒长大倾向的影响：对奥氏体晶粒长大倾向的影响：l碳、氮化物碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大形成元素阻碍奥氏体晶粒长大 (Ti、V、Nb、AlTiC、VC、NbC、AlN阻碍阻碍A长大长大细化晶粒。细化晶粒。)lMn、P、C、N促进长大。促进长大。11(2)对过冷奥氏体转变的影响对过冷奥氏体转变的影响对对C曲线和淬透性的影响：曲线和淬透性的影响：l除除Co外，凡溶入奥氏体的合金元素均使外，凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，曲线右移，淬透性提高。淬透性提高。l常用提高淬透性的元素常用提高淬透性的元素Mn、Mo、Si、Cr、Ni、B。对对Ms、Mf点的影响点的影响
6、除除Co、 Al外，所有元素外，所有元素使使Ms、Mf点下降，钢中点下降，钢中A增多。增多。 12(3)对回火转变的影响对回火转变的影响提高耐回火性提高耐回火性(提高回火稳定性提高回火稳定性)：淬火钢在回火过程淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称中抵抗硬度下降的能力称耐回火性耐回火性。产生二次硬化产生二次硬化l含含高高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时钢淬火后回火时, 硬度不仅不下硬度不仅不下降降, 反而升高的现象称反而升高的现象称二次硬化二次硬化。（析出细小、弥散（析出细小、弥散的化合物，如的化合物，如Mo2C、W2C、VC）防止第二类回火脆性（防止第二类回火脆性（500650范围内）范围内
7、）a. 增大第二类回火脆性：增大第二类回火脆性：Mn、Cr、Nib. 消除第二类回火脆性：消除第二类回火脆性：Mo(0.5%)、W(1%)13(1)固溶强化固溶强化 (溶于铁素体溶于铁素体)lSi、Mn对强度、硬度提高显著。对强度、硬度提高显著。lCr、Ni在适当范围内提高韧性。在适当范围内提高韧性。合金元素对铁素体冲击韧性影响合金元素对铁素体冲击韧性影响6-2-3 对钢力学性能的影响对钢力学性能的影响溶质原子溶质原子晶格畸度晶格畸度与位错相与位错相互作用互作用阻碍位错运动阻碍位错运动强化。强化。 14(2)第二相强化第二相强化 (形成碳化物形成碳化物) l合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为
8、：合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高Ti、Zr、Nb、VW、Mo、CrMn、Fe强碳化物形成元素强碳化物形成元素中碳化物形成元素中碳化物形成元素弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素第二相粒子第二相粒子阻碍位错运动阻碍位错运动强化。强化。 15(3)细晶强化细晶强化 Nb，V，Al，Ti 晶界晶界阻碍位错运动阻碍位错运动强化强化 16(4)位错强化位错强化 位错位错增殖并相互作增殖并相互作用用 阻碍位错运动阻碍位错运动强化强化 透射电子显微镜下观察到不锈钢透射电子显微镜下观察到不锈钢316L (00Cr17Ni14Mo2
9、)的位错线的位错线与位错缠结与位错缠结 17（1）热处理（淬火回火）热处理（淬火回火）综合利用四种强化手段综合利用四种强化手段 a. 淬火：淬火：AMp固溶强化：过饱和溶质原子固溶强化：过饱和溶质原子p位错强化：高密度位错位错强化：高密度位错p细晶强化：极细小、不同取向的马氏体束细晶强化：极细小、不同取向的马氏体束 b. 回火回火p第二相强化：析出细小碳化物粒子第二相强化：析出细小碳化物粒子（2）合金化）合金化固溶强化固溶强化提高淬透性提高淬透性提高回火稳定性提高回火稳定性 相同强度时，合金钢韧性更高相同强度时，合金钢韧性更高 相同温度回火时，合金钢强度硬度更高相同温度回火时，合金钢强度硬度更
10、高二次硬化二次硬化钢的强化钢的强化18工程构件用钢工程构件用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗渗 碳碳 钢钢调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐耐 磨磨 钢钢机器制造用钢机器制造用钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工工 具具 钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢特殊性能钢特殊性能钢6-2-4合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号19名称名称符号符号位置位置名称名称符号符号位置位置碳素结构钢碳素结构钢Q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾低合金高强度钢低合金高强度钢Q头头锅炉用钢锅炉用钢g尾尾易切削钢易切削钢Y头头焊接气瓶用钢焊接气瓶用钢HP尾尾碳素工具钢碳素工
11、具钢T头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢LZ头头(滚珠滚珠)轴承钢轴承钢G头头机车车轴用钢机车车轴用钢JZ头头焊接用钢焊接用钢H头头沸腾钢沸腾钢F尾尾铆螺钢铆螺钢ML头头半镇静钢半镇静钢b尾尾船用钢船用钢国际符号国际符号镇静钢镇静钢Z尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢L尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢TZ尾尾压力容器用钢压力容器用钢R尾尾质量等级质量等级A.B.C.D.E尾尾20(1)碳素结构钢和低合金结构钢碳素结构钢和低合金结构钢【见【见3-5-3 碳钢的牌号、性能及用途碳钢的牌号、性能及用途】l采用代表屈服点的拼音字母采用代表屈服点的拼音字母“Q”，屈服点数值（单，屈服点数值（单位为位为MPa）和规定的质量等
12、级、脱氧方法等符号表）和规定的质量等级、脱氧方法等符号表示，按顺序组成牌号。例如示，按顺序组成牌号。例如碳素结构钢碳素结构钢牌号表示为牌号表示为Q235AF、Q235BZ等；等；低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢牌号表牌号表示为示为Q345C、Q345D等。等。l质量等级由质量等级由A到到E，磷、硫含量降低，质量提高。，磷、硫含量降低，质量提高。l低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符数字（表示平均含碳量的万分之几）和化学元素符号，按顺序表示，如号，按顺序表示，如16Mn等。等。21(2)优质碳素结
13、构钢优质碳素结构钢【见【见3-5-3 碳钢的牌号、性能及用途碳钢的牌号、性能及用途】l牌号以两位数字表示。这两位数字表示钢的平均含牌号以两位数字表示。这两位数字表示钢的平均含碳量的碳量的万分之几万分之几。l沸腾钢和半镇静钢在牌号尾部分别加符号沸腾钢和半镇静钢在牌号尾部分别加符号“F”和和“b”。如平均含碳量为。如平均含碳量为0.08%的沸腾钢，其牌号表的沸腾钢，其牌号表示为示为“08F”，平均含碳量为，平均含碳量为0.10%的半镇静钢，其的半镇静钢，其牌号表示为牌号表示为“10b”。镇静钢一般不标符号，如平均。镇静钢一般不标符号，如平均含碳量为含碳量为0.45%的镇静钢，其牌号表示为的镇静钢，
14、其牌号表示为“45”。l钢的钢的含锰量为含锰量为0.701.00%时，在牌号后加锰元素符时，在牌号后加锰元素符号，如号，如“50Mn”。高级优质钢高级优质钢在牌号后加字母在牌号后加字母“A”。特级优质钢特级优质钢在牌号后加字母在牌号后加字母“E”，如，如“45E”。22(3)合金结构钢和合金弹簧钢合金结构钢和合金弹簧钢l牌号由两位数字（表示平均含碳量的万分之几）牌号由两位数字（表示平均含碳量的万分之几）其后其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。带有百分含量数字的合金元素符号组成。l当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符时，只标元素符号，不标含量；当合金元素的
15、平均含量为号，不标含量；当合金元素的平均含量为1.502.49%、2.503.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素符号后标时，在相应的合金元素符号后标2、3、4、5等数字。如等数字。如30CrMnSi、20CrNi3。l高级优质钢在牌号后加字母高级优质钢在牌号后加字母“A”，如，如30CrMnSiA、60Si2MnA。l特级优质钢在牌号后加字母特级优质钢在牌号后加字母“E”，如，如30CrMnSiE。23(4)工具钢工具钢碳素工具钢碳素工具钢l【见【见3-5-3 碳钢的牌号、性能及用途碳钢的牌号、性能及用途】l碳素工具钢的牌号由字母碳素工具钢的牌号由字母“T”与
16、其后的数字与其后的数字（钢平均含碳量的（钢平均含碳量的千分之几千分之几）组成，如）组成，如“T9”。l高级优质钢在牌号后加字母高级优质钢在牌号后加字母“A”，如，如“T10A”。24合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和高速工具钢l牌号的表示方法与牌号的表示方法与合金结构钢合金结构钢基本相同，但基本相同，但一般一般不标明含碳量数字不标明含碳量数字。l如如“Cr12MoV”（平均含碳量为（平均含碳量为1.60%）、）、“W6Mo5Cr4V2”（平均含碳量为（平均含碳量为0.85%）。）。l当合金工具钢的当合金工具钢的含碳量小于含碳量小于1.00%时，含碳量用时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平
17、均含碳量的一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千千分之几分之几，如，如“8MnSi”。l平均平均含铬量小于含铬量小于1%的合金工具钢，在含铬量的合金工具钢，在含铬量（以千分之一为单位）前（以千分之一为单位）前加数字加数字“0”，如，如“Cr06”。25(5)轴承钢轴承钢l高碳铬轴承钢的牌号以字母高碳铬轴承钢的牌号以字母“G”打头，牌打头，牌号中号中不标明含碳量不标明含碳量，铬含量以，铬含量以千分之一千分之一为为单位，如单位，如“GCr15”的平均含铬量为的平均含铬量为1.5%。l渗碳轴承钢渗碳轴承钢牌号的表示方法与牌号的表示方法与合金结构钢合金结构钢相同，仅在牌号头部加字母相同，仅在牌号头
18、部加字母“G”，如，如“G20CrNiMo”。26(6)不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢l牌号由表示平均含碳量的数字（以千分之一为单位）牌号由表示平均含碳量的数字（以千分之一为单位）与其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。与其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。p合金元素含量合金元素含量表示方法表示方法同合金结构钢同合金结构钢。p含碳量含碳量的表示方法为：的表示方法为：当平均含碳量当平均含碳量1.00%时，用时，用两位数字两位数字表示，如表示，如“11Cr17”（平（平均含碳量为均含碳量为1.10%）；）；当当1.00%平均含碳量平均含碳量0.1%时，用时，用一位数字一位数字表示，如表示，如“
19、2Cr13”（平均含碳量为（平均含碳量为0.20%）；）；当当含碳量上限含碳量上限0.01%时（超低碳），以时（超低碳），以“03”表示，如表示，如“03Cr19Ni10”（含碳量上限为（含碳量上限为0.03%）；）；当当含碳量上限含碳量上限0.01%时（极低碳），以时（极低碳），以“01”表示，如表示，如“01Cr19Ni11”（含碳量上限为（含碳量上限为0.01%）。）。27(7)铸钢铸钢l以以强度为主要特征强度为主要特征的铸钢的铸钢牌号为牌号为“ZG” 加上两组数加上两组数字，第一组数字表示最低屈服强度值，第二组数字字，第一组数字表示最低屈服强度值，第二组数字表示最低抗拉强度值，单位均为
20、表示最低抗拉强度值，单位均为MPa，如，如“ZG200-400”。l以以化学成分为主要特征化学成分为主要特征的铸钢牌号为的铸钢牌号为“ZG”加上两加上两位数字，这两位数字表示平均含碳量的万分之几。位数字，这两位数字表示平均含碳量的万分之几。l合金铸钢合金铸钢牌号在两位数字后再加上带有百分含量数牌号在两位数字后再加上带有百分含量数字的元素符号。当合金元素平均含量为字的元素符号。当合金元素平均含量为0.91.4%时，时，除除锰只标符号不标含量锰只标符号不标含量外，其它元素需在符号后外，其它元素需在符号后标标注数字注数字1；当合金元素平均含量；当合金元素平均含量大于大于1.5%时，标注时，标注方法方
21、法同合金结构钢同合金结构钢，如，如“ZG15Cr1Mo1V”、“ZG20Cr13”。28l我国国家标准我国国家标准GB/T1761561998对钢铁及合金产对钢铁及合金产品牌号规定了统一数字代号，与现行的品牌号规定了统一数字代号，与现行的GB/T2212000钢铁产品牌号表示方法钢铁产品牌号表示方法等同时并用。统一等同时并用。统一数字代号有利于现代化的数据处理设备进行存储和数字代号有利于现代化的数据处理设备进行存储和检索，便于生产和使用。检索，便于生产和使用。l统一数字代号由统一数字代号由固定的固定的6位符号位符号组成，组成，左边第一位左边第一位用大写的拉丁字母作前缀（用大写的拉丁字母作前缀（
22、“I”和和“O”除外），后除外），后接接5位阿拉伯数字。每个统一数字代号只适用于一位阿拉伯数字。每个统一数字代号只适用于一个产品牌号。个产品牌号。29钢铁及合金的类型与统一数字代号钢铁及合金的类型与统一数字代号(GB/T1762561998)钢铁及合金的类型钢铁及合金的类型统一数字代号统一数字代号钢铁及合金的类型钢铁及合金的类型统一数字代号统一数字代号合金结构钢合金结构钢A 杂类材料杂类材料M 轴承钢轴承钢B 粉末及粉末材料粉末及粉末材料P 铸铁、铸钢及铸造合金铸铁、铸钢及铸造合金C 快淬金属及合金快淬金属及合金Q 电工用钢和纯铁电工用钢和纯铁E 不锈、耐蚀和耐热钢不锈、耐蚀和耐热钢S 铁合金
23、和生铁铁合金和生铁F 工具钢工具钢T 高温合金和耐蚀合金高温合金和耐蚀合金H 非合金钢非合金钢U 精密合金及其他特殊物精密合金及其他特殊物理性能材料理性能材料J 焊接用钢及合金焊接用钢及合金W 低合金钢低合金钢L 306-3-1 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢(1)性能要求性能要求:高强度高强度:s300MN/m2 （300-650 MN/m2 ）高韧性高韧性：低温韧性（低温工作）：低温韧性（低温工作） 断裂韧性（焊接结构）断裂韧性（焊接结构）良好良好焊接性能焊接性能和和冷成形性能冷成形性能 较高较高耐腐蚀性耐腐蚀性（大气、海洋等环境）（大气、海洋等环境）(2)成分特点与合金化原则：成分
24、特点与合金化原则： 低低C:0.2% 主加元素：以主加元素：以Mn、Si为主，为主，Mn和和Si固溶强化固溶强化 辅加元素：辅加元素：V,Nb,Ti 等元素细化组织等元素细化组织,沉淀强化沉淀强化 Cu抗腐蚀抗腐蚀;少量的少量的稀土元素稀土元素可改善韧可改善韧 性和工艺性能。性和工艺性能。6-3 合金结构钢合金结构钢31压力容器压力容器南京长江大桥南京长江大桥(3) 热处理：热处理：热轧空冷后使用热轧空冷后使用(4)使用状态下组织：使用状态下组织：F+P细细(5)典型钢号及其应用：典型钢号及其应用：按按 分分6级（级（300、350、400、450、500、600 MN/m2 ）: 低强度级别
25、低强度级别:16Mn一般工程结一般工程结构构;中等强度级别中等强度级别:15MnVN大型桥大型桥梁梁,锅炉锅炉,船舶船舶,焊接结构焊接结构;高强度级别（高强度级别（500MN/m2 ） :18MnMoNb高压锅炉高压锅炉,高压容器。高压容器。326-3-2调质钢调质钢l调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。 (1)用途：用途：齿轮、轴、连杆、高强螺栓齿轮、轴、连杆、高强螺栓(2)性能特点：性能特点：高水平综合机械性能高水平综合机械性能, 能满足多种和较能满足多种和较复杂的工作条件复杂的工作条件 (3)成分特点与合金化原则：成分特点与合金化原则： 中中C：0.3%0.50%，以，以0.4%左右为主
26、左右为主 加入加入提高淬透性提高淬透性元素元素Ni , Si, Cr, Mn, B 加入加入Mo,W消除回火脆性消除回火脆性 细化晶粒：细化晶粒：Ti、V33(4)热处理及组织特点热处理及组织特点:l调质件一般的工艺路线为：下料调质件一般的工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗粗加工加工调质调质精加工精加工装配装配。l预备热处理预备热处理采用采用退火（或正火）退火（或正火），其目的是调整硬，其目的是调整硬度、便于切削加工；改善锻造组织、消除缺陷、细度、便于切削加工；改善锻造组织、消除缺陷、细化晶粒，为淬火做组织准备。化晶粒，为淬火做组织准备。l最终热处理最终热处理为淬火加高温回火（调质）。为淬火加
27、高温回火（调质）。l为防止第二类回火脆性，回火后采用快冷（水冷或油为防止第二类回火脆性，回火后采用快冷（水冷或油冷），最终热处理后的组织为冷），最终热处理后的组织为回火索氏体回火索氏体。l当调质件有高耐磨性和高耐疲劳性能要求时，可在调当调质件有高耐磨性和高耐疲劳性能要求时，可在调质后进行质后进行表面淬火表面淬火或或氮化处理氮化处理，这样在得到表面高耐，这样在得到表面高耐磨性硬化层的同时，磨性硬化层的同时，心部心部仍保持综合力学性能高的仍保持综合力学性能高的回回火索氏体火索氏体组织。组织。34圆锥齿轮圆锥齿轮柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴(5)常用钢号及用途常用钢号及用途低淬透性调质钢低淬透性调质钢
28、（油淬临界直径（油淬临界直径3040mm） 40Cr,40MnB一般尺寸重要零件一般尺寸重要零件, 如齿轮如齿轮,主轴主轴中淬透性中淬透性调质钢调质钢（油淬临界直径（油淬临界直径4060mm） 35CrMo截面尺寸较大零件截面尺寸较大零件,如如曲轴曲轴,连杆连杆. 高淬透性高淬透性调质钢调质钢（油淬临界直径（油淬临界直径60100mm） 40CrNiMo大截面重载重要零件大截面重载重要零件,如汽轮机主轴、叶轮、航空发如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴动机轴356-3-3渗碳钢渗碳钢渗碳钢是用于制造渗碳零件的钢种。渗碳钢是用于制造渗碳零件的钢种。 (1)性能要求：性能要求：l表硬里韧表硬里韧l良好
29、淬透性和渗碳能力。良好淬透性和渗碳能力。(2)成分特点：成分特点：低碳低碳(0.10.25%C), 加加Cr、Mn、Ni、B等元素等元素 l Cr、Mn、Ni、B：提高淬透性提高淬透性l Cr、Mn、Ni ：强化铁素体强化铁素体l W、Mo、Ti、V ：细化晶粒细化晶粒渗碳件渗碳件渗碳回火炉渗碳回火炉36(3)热处理特点热处理特点:l渗碳件的加工工艺路线为渗碳件的加工工艺路线为：下料：下料锻造锻造正火正火机加机加工工渗碳渗碳淬火淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）（直接淬火、一次淬火，二次淬火） +低温回火低温回火磨削磨削 l正火目的正火目的为调整硬度，便于切削加工。为调整硬度，便于切削加工。
30、(4)使用状态下组织使用状态下组织:l心部：心部：低碳低碳M回回+Fl表层：表层：高碳高碳M回回+颗粒状合金碳化物颗粒状合金碳化物+A(少量少量)渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织M回回+F37直接淬火：直接淬火： 渗碳后，出炉预冷到略高于渗碳后，出炉预冷到略高于Ac3后淬火，后淬火，再低温回火。再低温回火。A晶粒大，晶粒大，M粗，粗，A多，耐磨性低，变形多，耐磨性低，变形大。只适用于耐磨性要求低和承载低的零件。大。只适用于耐磨性要求低和承载低的零件。一次淬火：一次淬火：渗碳出炉缓冷后，再加热到淬火温度后淬渗碳出炉缓冷后，再加热到淬火温度后淬火火+低温回火。低温回火。心部要求高时心部要求
31、高时AC3以上以上30-50 （表层组织：表层组织：M回回A，心部组织心部组织(淬透淬透)：低碳低碳M回）回）表面要求高时表面要求高时AC1以上以上30-50 （表层组织：表层组织：M回回颗粒状颗粒状Fe3CA，心部组织心部组织(淬透淬透)：低碳低碳M回回F）二次淬火：二次淬火：第一次，改变心部组织及消除表层网状渗第一次，改变心部组织及消除表层网状渗碳体，碳体，AC3以上以上30-50 ；第二次，细化表面组织；第二次，细化表面组织 AC1以以上上30-50得细片得细片M粒状碳化物粒状碳化物【联系【联系5-10-1钢的渗碳钢的渗碳】渗碳后的热处理：淬火渗碳后的热处理：淬火+低温回火（低温回火（1
32、60-180）。）。 38(5)常用钢号及用途常用钢号及用途:l低淬透性渗碳钢：低淬透性渗碳钢：20、20Cr。用于用于受力小的耐磨件，受力小的耐磨件，如柴油机的活塞如柴油机的活塞销、凸轮轴等。销、凸轮轴等。l中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi。用于中用于中等载荷的耐磨件，等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。如变速箱齿轮。l高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。用于用于大载荷的耐磨件，大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。如柴油机曲轴。 柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴柴油机曲轴柴油机曲轴活塞销活塞销(20Cr)396-3-4弹簧钢弹簧钢l制造弹簧或类似性能零件的钢种。制造弹簧或类似性能零件的钢种。(
33、1)性能要求性能要求:l弹簧是储存能量或缓和冲击的零件。弹簧是储存能量或缓和冲击的零件。l 高弹性极限高弹性极限 e ，高屈强比，高屈强比 s/ b ，保证承受大的弹，保证承受大的弹性变形和较高的载荷；性变形和较高的载荷； 高疲劳强度，承受交变载高疲劳强度，承受交变载荷的作用；荷的作用； 足够的塑性和韧性。足够的塑性和韧性。(2)成分特点：成分特点：l中高碳：中高碳：碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%C；合金弹簧钢为；合金弹簧钢为0.450.7%Cl合金元素作用：合金元素作用：l 提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Crl 提高提高 s/ b：Sil 细化晶粒细化晶
34、粒,提高回火抗力：提高回火抗力：V40(3)热处理及组织特点热处理及组织特点:l冷成型弹簧：冷成型弹簧：l冷拔冷拔冷成型冷成型定型处理定型处理l用于用于10mm）l使用状态下的组织：使用状态下的组织：T回回。热卷大弹簧热卷大弹簧弹簧丝弹簧丝41a. 铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝（铅淬冷拔钢丝）铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝（铅淬冷拔钢丝） 钢丝钢丝加热到加热到Ac3(Accm) +100200，完全奥氏体化，再在铅，完全奥氏体化，再在铅浴（浴（480540）中进行等温淬火，得到塑性高的）中进行等温淬火，得到塑性高的索氏索氏体组织体组织，经冷拔后绕卷成形，再进行消除应力的低温退，经冷拔后绕卷成形，再进行消
35、除应力的低温退火（火（200300）。）。b.油淬回火弹簧钢丝油淬回火弹簧钢丝 冷拔钢丝退火后，冷绕成弹簧，再冷拔钢丝退火后，冷绕成弹簧，再进行进行淬火淬火+ +中温回火中温回火处理，得到回火屈氏体组织。处理，得到回火屈氏体组织。c.硬拉弹簧钢丝（退火钢丝）硬拉弹簧钢丝（退火钢丝） 冷拔至要求尺寸后，利用冷拔至要求尺寸后，利用淬火淬火+回火来进行强化，在冷绕成弹簧，并进行去应力回火来进行强化，在冷绕成弹簧，并进行去应力退火，之后不再热处理。退火，之后不再热处理。小尺寸的弹簧分为：小尺寸的弹簧分为：42板簧喷丸处理示意图板簧喷丸处理示意图l弹簧的表面质量对其寿弹簧的表面质量对其寿命影响很大。命影
36、响很大。l提高表面质量的方法：提高表面质量的方法： l 防止表面脱碳；防止表面脱碳；l 避免表面缺陷；避免表面缺陷； l 进行喷丸处理，使表进行喷丸处理，使表面产生压应力。面产生压应力。 43汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧(5)常用钢号及用途常用钢号及用途以以Si，Mn合金化：合金化： 65Mn, 60Si2Mn 用于汽车、拖拉机、机车的用于汽车、拖拉机、机车的板簧和螺旋弹簧。板簧和螺旋弹簧。以以Cr，V，W合金化：合金化： 耐热的弹簧用耐热的弹簧用50CrVA 350400以下重载、以下重载、较大型弹簧，如阀门弹簧、较大型弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机气门弹簧。高速柴油机气门弹簧。4
37、46-3-5滚动轴承钢滚动轴承钢 (1)性能要求性能要求: l轴承工作时，滚动体和轴承套之间为点或线接触，接轴承工作时，滚动体和轴承套之间为点或线接触，接触应力高达触应力高达30003500MPa，且承受周期性交变载荷，且承受周期性交变载荷引起的接触疲劳，同时还承受摩擦。要求具有：引起的接触疲劳，同时还承受摩擦。要求具有： 高而均匀的硬度和耐磨性；高而均匀的硬度和耐磨性； 高的接触疲劳强度和高的接触疲劳强度和弹性极限；弹性极限； 足够的韧性、淬透性和耐蚀性。足够的韧性、淬透性和耐蚀性。 (2)成分特点：成分特点：l高碳高碳(0.951.10%C)，以保证高的硬度和耐磨性以保证高的硬度和耐磨性；
38、主主加加Cr。 l Cr、Mn、Si：提高淬透性提高淬透性;l Cr 还提高耐磨性和耐蚀性。还提高耐磨性和耐蚀性。45(3)热处理和组织特点热处理和组织特点滚动轴承钢是滚动轴承钢是过共析钢过共析钢。正火：正火：消除网状消除网状Fe3C球化退火：球化退火：便于切削便于切削, 使渗碳使渗碳体细小均匀体细小均匀,为淬火作准备为淬火作准备淬火：淬火：细针细针M+细碳化物细碳化物+A 冷处理冷处理(6080)：(精密零件精密零件)保证尺寸稳定性保证尺寸稳定性 低温回火：低温回火： M回回时效：时效：120140，1020h；去应力，稳定尺寸去应力，稳定尺寸 使用态组织使用态组织 M回回细碳化物细碳化物
39、少量A46滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承大型轴承大型轴承(4)常用钢号及用途常用钢号及用途 Cr轴承钢：轴承钢：GCr15中小型轴承；冷冲模，量具，丝锥。中小型轴承；冷冲模，量具，丝锥。 添加添加Mn，Si，Mo，V的轴承钢：的轴承钢： GCr15SiMo，GSiMnMoV制造大型轴承制造大型轴承.47按用途分为按用途分为刃具钢、模具钢刃具钢、模具钢和和量具钢量具钢。模具模具量具量具刃具刃具6-4 工具钢工具钢486-4-1 刃具钢刃具钢l主要用于制造各种金属切削刀具，主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、刨刀及钻头等。如车刀、铣刀、刨刀及钻头等。49(1)性能要求性能
40、要求l 高硬度：高硬度：刃具硬度必须大于被切材料硬度，一刃具硬度必须大于被切材料硬度，一般要求般要求HRC60。l 高耐磨性：高耐磨性：耐磨性不仅取决于硬度，同时还与耐磨性不仅取决于硬度，同时还与钢中硬质相的性质、数量、大小和分布有关。钢中硬质相的性质、数量、大小和分布有关。l 高热硬性（或红硬性）高热硬性（或红硬性）：热硬性热硬性是指钢在高温是指钢在高温下保持高硬度的能力。要求高的热硬性是为了防下保持高硬度的能力。要求高的热硬性是为了防止刀具在高速切削时因摩擦升温而软化。止刀具在高速切削时因摩擦升温而软化。l 足够的韧性：足够的韧性：避免刃具在受冲击震动时发生崩避免刃具在受冲击震动时发生崩刃
41、或脆断。刃或脆断。 50(2)常用刃具钢常用刃具钢碳素工具钢碳素工具钢 l碳素工具钢为高碳钢，其含碳量为碳素工具钢为高碳钢，其含碳量为0.651.30%，随含碳量提高，钢中碳化物，随含碳量提高，钢中碳化物量增加，钢的耐磨性提高，但韧性下降。量增加，钢的耐磨性提高，但韧性下降。l碳素工具钢牌号为碳素工具钢牌号为T+数字数字（钢平均含碳量钢平均含碳量的的千分之几千分之几）。）。高级优质钢高级优质钢在钢号后加字在钢号后加字母母A，如，如T12A、T10A、T8A。l【联系【联系3-5-3 碳钢的牌号、性能及用途碳钢的牌号、性能及用途】51l碳素工具钢的碳素工具钢的预备热处理预备热处理一般为一般为球化
42、退火球化退火,其目其目的是降低硬度，便于切削加工，并为淬火作组的是降低硬度，便于切削加工，并为淬火作组织准备。织准备。l最终热处理最终热处理为为淬火加低温回火淬火加低温回火。使用状态下的。使用状态下的组织为组织为回火马氏体回火马氏体颗粒状碳化物颗粒状碳化物少量残余少量残余奥氏体奥氏体，硬度可达，硬度可达6065HRC。l碳素工具钢的碳素工具钢的优点优点：成体低、耐磨性和加工性：成体低、耐磨性和加工性较好，在手用工具和机用低速工具上广泛应用。较好，在手用工具和机用低速工具上广泛应用。l缺点缺点：热硬性差（：热硬性差（切削温度低于切削温度低于200），淬），淬透性低，只适于制作尺寸不大、形状简单的
43、低透性低，只适于制作尺寸不大、形状简单的低速刃具。速刃具。 52板牙板牙丝锥丝锥低合金工具钢低合金工具钢l在碳素工具钢基础上加入在碳素工具钢基础上加入Cr、Mn、Si、W、V等等少量合金元素少量合金元素 (35 %)形成。形成。成分特点：成分特点：l高碳：高碳：0.851.5%Cl合金元素作用：合金元素作用：a. 提高淬透性提高淬透性: Cr、Mn、Si b. Si提高回火稳定性提高回火稳定性c. 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: W、V 53热处理及组织热处理及组织p低合金工具钢的热处理特点低合金工具钢的热处理特点基本基本与碳素工具钢与碳素工具钢相同。相同。p预备热处理：预备热处理
44、：球化退火，球化退火，最终热处理：最终热处理：淬火加淬火加低温回火，使用状态下的组织：低温回火，使用状态下的组织：M回回+颗粒状碳颗粒状碳化物化物+A（少量）（少量） 。p与碳素工具钢不同的是，由于加入了合金元素，与碳素工具钢不同的是，由于加入了合金元素，钢的钢的淬透性提高淬透性提高，因此，因此可采用油淬火可采用油淬火，淬火后，淬火后的硬度与碳素工具钢都处在同一范围，但淬火的硬度与碳素工具钢都处在同一范围，但淬火变形、开裂倾向小。变形、开裂倾向小。p切削温度可达切削温度可达250，仍属于低速切削刃具钢。，仍属于低速切削刃具钢。54丝锥丝锥板牙板牙常用钢号及用途常用钢号及用途l应用最多的是应用最
45、多的是9SiCr。l用于制造形状复杂、要求变形小用于制造形状复杂、要求变形小的的低速刃具低速刃具，如丝锥、板牙等。，如丝锥、板牙等。 55高速钢铣刀高速钢铣刀高速钢（高速工具钢高速钢（高速工具钢 ）高速钢是制造高速切削刀具用钢。高速钢是制造高速切削刀具用钢。 性能特点：性能特点：p热硬性高热硬性高，当切削温度达到，当切削温度达到600时，硬度仍能保时，硬度仍能保持在持在HRC5560以上。以上。p淬透性高淬透性高，空冷即可淬火，俗称，空冷即可淬火，俗称 “风钢风钢”。 56成分特点成分特点l高碳：高碳：0.701.5%C l高合金元素含量：高合金元素含量：主加元素主加元素Cr、W、Mo、Vp加
46、加Cr目的目的：提高淬透性提高淬透性，提高钢的耐回火性和抗提高钢的耐回火性和抗氧化性。氧化性。p加加W、Mo目的：目的：提高钢的热硬性，原因是在淬提高钢的热硬性，原因是在淬火后的回火过程中，析出了这些元素的碳化物，火后的回火过程中，析出了这些元素的碳化物，使钢产生二次硬化。使钢产生二次硬化。p加加V目目的的：主要是细化晶粒，同时由于主要是细化晶粒，同时由于VC硬度极硬度极高，可提高钢的硬度和耐磨性。高，可提高钢的硬度和耐磨性。57W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织加工与热处理加工与热处理l加工工艺路线：加工工艺路线：下料下料锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火回火回火磨削磨削p锻造
47、锻造l打碎粗大的鱼骨状碳化打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基物，使其均匀分布于基体中。体中。58W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织p退火：退火：l高速钢的预备热处理是球化高速钢的预备热处理是球化退火。退火。l降低硬度，便于切加工；为降低硬度，便于切加工；为淬火作组织准备。淬火作组织准备。l退火后组织：退火后组织：S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物59p淬火淬火l高速钢导热性较差，淬火加热时应在高速钢导热性较差，淬火加热时应在600650和和800850预热二次预热二次，以防止变形与开裂。，以防止变形与开裂。l高速钢的淬火温度高速钢的淬火温度高达高达12701280，以使更多的，以使更多的合
48、金元素溶入奥氏体中，达到淬火后获得高合金元合金元素溶入奥氏体中，达到淬火后获得高合金元素含量马氏体的目的。素含量马氏体的目的。l淬火温度淬火温度不宜过高不宜过高，否则易引起晶粒粗大。，否则易引起晶粒粗大。l淬火冷却多采用淬火冷却多采用盐浴分级淬火盐浴分级淬火或或油冷油冷，以减少变形，以减少变形和开裂倾向。和开裂倾向。l淬火后的组织：淬火后的组织：M+未溶碳化物未溶碳化物+A（约（约30%）W18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织60p回火回火l主要为减少主要为减少A，稳定组织，稳定组织 ；消除内应力。；消除内应力。l常采用常采用560三次回火。三次回火。600650800850127012805
49、80620分级淬火分级淬火空冷空冷560 560 56061【回火时的组织变化回火时的组织变化】由于残余奥氏体中碳和合金由于残余奥氏体中碳和合金元素含量下降及所受马氏体元素含量下降及所受马氏体的压力降低，的压力降低，MS点上升，在点上升，在回火冷却时回火冷却时A转变为转变为M ，使，使硬度提高，产生硬度提高，产生二次硬化二次硬化。W18Cr4V硬度与回火温度关系硬度与回火温度关系析出析出W、Mo、V的碳化物，产生的碳化物，产生二次硬化二次硬化。特殊碳。特殊碳化物化物W2C、Mo2C、VC呈细小弥散状从马氏体中析出，呈细小弥散状从马氏体中析出，这些碳化物很稳定，难以聚集长大，从而提高了钢的这些碳
50、化物很稳定，难以聚集长大，从而提高了钢的硬度，称硬度，称“弥散强化弥散强化”。每次回火加热都使前一次的回火马氏体进行回火。每次回火加热都使前一次的回火马氏体进行回火。62W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织p使用状态下组织使用状态下组织 M回回+颗粒状合金碳化物颗粒状合金碳化物+A（少量（少量）63铸态铸态淬火回火态淬火回火态淬火态淬火态退火态退火态64车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头常用钢号及用途常用钢号及用途l常用钢常用钢号为号为W18Cr4V和和W6Mo5Cr4V2。l用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头。用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头。65双头钻双头钻高速钢
