1、第七章第七章 合金钢合金钢本章介绍合金钢的分类方法、成份和本章介绍合金钢的分类方法、成份和 主要主要应用。着重介绍各类合金钢的钢号、成份特应用。着重介绍各类合金钢的钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能和应用。点、热处理工艺、组织、性能和应用。重点掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处理工重点掌握各类合金钢的钢号、成份特点、热处理工艺、组织、性能以及它们的应用。艺、组织、性能以及它们的应用。内容提要：内容提要：学习目标学习目标合金钢的分类合金钢的分类按合金元素含量多少分类按合金元素含量多少分类按含主要合金元素分类按含主要合金元素分类按小试样正火或铸态组织分类按小试样正火或铸态组织分类按用途分类按
2、用途分类低合金钢低合金钢 合金元素含量低于合金元素含量低于5%中合金钢中合金钢 510%高合金钢高合金钢 高于高于10% 铬钢铬钢铬镍钢铬镍钢锰钢锰钢合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢珠光体钢珠光体钢马氏体钢马氏体钢奥氏体钢奥氏体钢铁素体钢铁素体钢莱氏体钢莱氏体钢1 合金钢的基础知识合金钢的基础知识 碳钢碳钢：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力差，：价格低，但力学性能低，淬透性低，回火抗力差，不能满足特殊性能要求（如耐热、耐低温、耐蚀等）。不能满足特殊性能要求（如耐热、耐低温、耐蚀等）。 合金钢合金钢 ：在碳钢的基础上，加入某些合金元素而得到的钢。：在碳钢的基础
3、上，加入某些合金元素而得到的钢。碳钢的优点与不足：碳钢的优点与不足：优点：优点： 1价格低，容易冶炼；价格低，容易冶炼； 碳钢碳钢3-4千元千元/吨，合金钢吨，合金钢5-6千元千元/吨吨 2、加工工艺性好、加工工艺性好 例：锻、焊、切削加工性好例：锻、焊、切削加工性好 3、 改善性能好（改善性能好（C%，热处理），热处理）不足：不足： 1、淬透性差、淬透性差2、强度级别低，屈强比低、强度级别低，屈强比低 屈强比屈强比3、回火稳定性差，耐热性差、回火稳定性差，耐热性差碳钢制作的刀具，刀碳钢制作的刀具，刀刃处工作温度刃处工作温度200，高速钢温度高速钢温度600，硬质，硬质合金刀具达到合金刀具达到
4、1000 。高速钢的出现，带来高速高速钢的出现，带来高速切削的诞生，给机械切削的诞生，给机械加工行业带来了加工行业带来了革命性的变化。革命性的变化。4、不能满足特殊性能的要求、不能满足特殊性能的要求1、2、3、4、正是碳钢的不足，促进了合金钢的进步。正是碳钢的不足，促进了合金钢的进步。合金钢用量占钢铁材料的比例，反映了一个合金钢用量占钢铁材料的比例，反映了一个国家工业技术的水平。国家工业技术的水平。钢中的合金元素钢中的合金元素弱碳化物弱碳化物元素元素: Fe、Mn。中强碳化物中强碳化物元素元素: Cr、Mo、W。强碳化物元素强碳化物元素: V、Ti、Nb、Zr。 B、N、Al、Si、Ni、Co
5、、Cu 与碳的亲和力较弱，一般以固溶体形式存在。与碳的亲和力较弱，一般以固溶体形式存在。铁的左边铁的左边这些元素与碳作用形成合金碳化物这些元素与碳作用形成合金碳化物铁的右边铁的右边 钢中的合金元素钢中的合金元素一一合金元素对钢中基本相的影响合金元素对钢中基本相的影响二二合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。相图的影响。三三 合金元素对钢的热处理的影响。合金元素对钢的热处理的影响。l 溶入溶入F（相）相）形成合金形成合金F F：非碳化物元素和部分弱碳化物元素；：非碳化物元素和部分弱碳化物元素； 例：例：MnMn、NiNi、CoCo、SiSi、AlAl、B B 产生固溶强化。产生固溶强化。
6、l 溶入溶入FeFe3 3C C：部分弱碳化物元素，：部分弱碳化物元素，置换出置换出FeFe3 3C C中的中的FeFe； 例：例：CrCr、MnMn形成合金渗碳体形成合金渗碳体 （Fe.CrFe.Cr）3 3C C （Fe.MnFe.Mn）3 3C C一一合金元素对钢中基本相的影响合金元素对钢中基本相的影响l溶解碳钢原有相中；溶解碳钢原有相中；l形成新相。形成新相。存在形式决定于元素与碳亲和力、数量和性质。存在形式决定于元素与碳亲和力、数量和性质。溶入原有相溶入原有相：合金元素溶入铁素体后，产生固溶强化，使铁素体合金元素溶入铁素体后，产生固溶强化，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性、韧性都有下
7、降趋势。的强度、硬度提高，但塑性、韧性都有下降趋势。合金元素对铁素体相性能的影响合金元素对铁素体相性能的影响2、形成新相、形成新相多是碳化物形成元素，与碳的亲合力比较强，形成合金碳化物。多是碳化物形成元素，与碳的亲合力比较强，形成合金碳化物。常见有常见有Cr23C6、Fe4W2C、WC、VC、TiC等；等； 它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。这些元素提高钢的强硬度、耐磨性，降低塑、韧性。这些元素提高钢的强硬度、耐磨性，降低塑、韧性。几种化合物的性能几种化合物的性能l 非碳化物形成元素非碳化物形成元素 溶于溶于F 固溶强化固溶强化l 弱碳化物形成元素
8、弱碳化物形成元素 形成合金形成合金 较硬、耐磨，比较硬、耐磨，比 渗碳体渗碳体 Fe3C更稳定更稳定l 强碳化物形成元素强碳化物形成元素 形成特殊形成特殊 高熔点、硬、耐高熔点、硬、耐碳化物碳化物 磨，最稳定磨，最稳定 二二合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响1. 影响影响A和和F存在的范围存在的范围 Mn、Ni、Co等扩大等扩大相区，扩大相区，扩大A存在的区域，存在的区域，如如1Cr18Ni9 Ti和和Mn13，室温下只有单相，室温下只有单相A，形成，形成A钢。钢。 Cr、Mo、W、V、Ti、Si缩小缩小相区均缩小相区均缩小A存在存在区域，有可能在室温下只有单相区域，有可能
9、在室温下只有单相F存在而成为存在而成为F钢。钢。 如如1Cr17Ti高铬铁素体不锈钢高铬铁素体不锈钢Mn对奥氏体区的影响S、E点左移，因而合金钢中的共析体的含碳量就不再是0.77%Cr对奥氏体区的影响2. 使使S、E点左移点左移，并使，并使A1线线的温度变化。的温度变化。合金元素对 S 点成分的影响合金元素对A1线的影响三三合金元素对钢的热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响1. 加热时对奥氏体形成的影响加热时对奥氏体形成的影响减缓减缓A化过程化过程（Ni、Co除外）除外） 影响影响A晶粒长大晶粒长大 强烈阻止强烈阻止A晶粒长大的元素：铝、钛、铌、锆晶粒长大的元素：铝、钛、铌、锆 中等阻止中等
10、阻止A晶粒长大的元素：钨、钼、铬晶粒长大的元素：钨、钼、铬 促进促进A晶粒长大的元素：锰、磷、碳晶粒长大的元素：锰、磷、碳 合金碳化物熔点高、难分解，障碍合金碳化物熔点高、难分解，障碍C的扩散，热的扩散，热处理时要提高加热温度或延长保温时间。处理时要提高加热温度或延长保温时间。2. 冷却时对过冷冷却时对过冷A转变的影响转变的影响 除除Co外，合金元素的加入使外，合金元素的加入使C曲线右移曲线右移。即增大过冷。即增大过冷A的稳的稳定性，提高钢的淬透性。增强淬透性常用的元素有定性，提高钢的淬透性。增强淬透性常用的元素有: Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。等。除除 Co、Al 元素外，元素外，
11、所有的合金元素都使所有的合金元素都使马氏体转马氏体转变温度下降变温度下降。合金元素还可能合金元素还可能使使C曲线形状发生改变曲线形状发生改变，甚至出现两组，甚至出现两组C曲线曲线3、对、对M转变的影响转变的影响 除除Co、Al之外，其余合金元素均使之外，其余合金元素均使Ms、Mz点下降。点下降。 结果增加结果增加A残残量量例：例：W18Cr4V钢，淬火后钢，淬火后A残量达残量达25%；处理办法：冷处理，多次回火处理办法：冷处理，多次回火（1）提高钢的提高钢的回火稳定性回火稳定性：Cr Mo W V Nb Si 提高了回火温度，提高了韧性提高了回火温度，提高了韧性 同样的回火温度，硬度较高同样的
12、回火温度，硬度较高 原因：减缓碳的扩散和碳化物的长大，推迟马氏体的分解。原因：减缓碳的扩散和碳化物的长大，推迟马氏体的分解。4、合金元素对回火转变的影响、合金元素对回火转变的影响（2）产生）产生二次硬化二次硬化：Mo W V Ti等合金元素使钢在等合金元素使钢在500600回火时硬度升高的现象。回火时硬度升高的现象。W、Mo、V 等碳化物在550时，使钢达到最高硬度， 产生二次硬化。例：例：W18Cr4V钢，淬火后钢，淬火后A残量达残量达25%，硬度，硬度6063HRC，回火后回火后6365HRC。原因：原因：1、A残发生向残发生向M的转变的转变 2、析出弥散碳化物、析出弥散碳化物（3）回火脆
13、性）回火脆性:可逆。可逆。Ni、Cr使合金钢中多。使合金钢中多。Cr-Ni 钢的回火脆性示意图钢的回火脆性示意图防止方法防止方法：1、消除杂质元素、消除杂质元素Mn、Cr、Ni向晶界的偏聚。向晶界的偏聚。减少杂质元素含量减少杂质元素含量;2、 加入合金元素加入合金元素W、Mo,消除杂质元素消除杂质元素的偏聚，提高晶界断裂强度的偏聚，提高晶界断裂强度;3、回火后快冷、回火后快冷,抑制杂质元素向晶界偏聚抑制杂质元素向晶界偏聚.第一类第一类： 250400 ,低温回火脆性。低温回火脆性。第二类第二类： 500600，高温回火脆性。，高温回火脆性。不能消除不能消除.不可逆不可逆防止方法：防止方法：避开
14、这一温度范围回火避开这一温度范围回火。钢中的合金元素的作用可简单概括钢中的合金元素的作用可简单概括P116、118页页:2 合金钢的分类与牌号合金钢的分类与牌号合 金 工 具 钢合 金 钢不 锈 钢耐 磨 钢特 殊 性 能 钢合 金 结 构 钢普 通 低 合 金 钢滚 动 轴 承 钢弹 簧 钢合 金 渗 碳 钢合 金 调 质 钢模 具 钢刃 具 钢量 具 钢耐 热 钢合金钢分类编号原则钢种举例合金结构钢低合金高强钢Q表示屈服点的字母，用最低屈服强度数值表示Q345C渗碳钢数字表示含碳量的万分数，化学元素符号表示主加元素，后面的数字表示所加元素的百分数20CrMnTi调质钢40Cr弹簧钢60Si
15、2Mn滚动轴承钢G表示滚动轴承钢，数字表示含铬量的千分数GCr15合金工具钢刃具钢数字表示含碳量的千分数，化学元素符号表示主加元素，后面的数字表示所加元素的百分数W18Cr4V模具钢Cr12量具钢9SiCr特殊性能钢不锈钢数字表示含碳量的千分数，化学元素符号表示主加元素，后面的数字表示所加元素的百分数1Cr17耐热钢1Cr11MoV耐磨钢ZGMn13当平均含碳量大于或等于1%时不标出。3 合金结构钢合金结构钢一一低合金（高强度）结构钢低合金（高强度）结构钢成分成分：Wc0.2%，合金含量，合金含量%3%，主加元素，主加元素Mn性能：性能：较高的强度、屈强比、塑、韧性；较高的强度、屈强比、塑、韧
16、性； 良好的焊接性和冷塑性加工性（低碳）；良好的焊接性和冷塑性加工性（低碳）； 含有耐大气和海水腐蚀的元素（含有耐大气和海水腐蚀的元素（Cu、P）。）。用途：用途：桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。气管道、大型钢结构等。 Q345钢钢(16Mn)综合性能综合性能好，用于船舶、桥梁、好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。车辆等大型钢结构。东风号远洋轮船Q345南京长江大桥Q345高压容器Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力强度高，用于中等压力的容器。的容器。Q460钢含钢含Mo、B，强，强度最高，用于石化中度最高
17、，用于石化中温高压容器。温高压容器。热处理及典型钢种热处理及典型钢种16Mn 360MPa15MnTi、15MnV 400MPa一般在热轧空冷状态下使用，制成构件后不经热处一般在热轧空冷状态下使用，制成构件后不经热处理直接使用。理直接使用。 用途用途：制造要求：制造要求高耐磨性高耐磨性、承受高接触应力和、承受高接触应力和冲击载荷冲击载荷的重的重要零件。如：汽车中传递动力的齿轮要零件。如：汽车中传递动力的齿轮 二二渗碳钢渗碳钢l表表层高层高硬硬度（度（58HRC）和高耐磨性；）和高耐磨性；l心心部良好强度和部良好强度和韧韧性；性；l高的淬透性高的淬透性以保证渗碳件的心部性能，以便于以保证渗碳件的
18、心部性能，以便于渗碳后直接淬火。渗碳后直接淬火。性能性能成分特点：低碳成分特点：低碳+提高淬透性元素提高淬透性元素+强碳化物元素强碳化物元素 低低 碳碳：0.1%0.25%，以保证零件心部足够的塑性和韧性，以保证零件心部足够的塑性和韧性，抵抗冲击载荷；抵抗冲击载荷；辅加辅加Mo、W、V、Ti等强碳化物形成元素等强碳化物形成元素，以形成稳定的，以形成稳定的特殊合金碳化物阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。特殊合金碳化物阻止渗碳时奥氏体晶粒长大。加入提高渗碳钢的淬透性合金元素加入提高渗碳钢的淬透性合金元素：主加：主加Cr、Mn、Ni、B等，保证零件的心部为低碳马氏体，从而具有足够的心部等，保证零件的心部为低
19、碳马氏体，从而具有足够的心部强度；强度；热处理及典型钢种热处理及典型钢种渗碳渗碳淬火淬火 + 低温回火（低温回火（180200）低淬透性：低淬透性： 15Cr、20Cr、15Mn2中淬透性：中淬透性：20CrMnTi、20CrMnMo高淬透性：高淬透性：12CrNi3A、18Cr2Ni4W 低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢：合金元素：合金元素总量总量3 %，15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。如柴油机的活塞销、凸轮轴等。 中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢：合金元素：合金元素总量在总量在4 %左右。左右。20 CrMn、2
20、0CrMnTi、20Mn2TiB。用于中。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。 高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢：合金元素：合金元素总量在总量在 4 % 6 %。18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A等。用于大载荷的耐等。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。磨件，如柴油机曲轴。活塞销( 20Cr )柴油机曲轴柴油机凸轮轴渗碳钢的分类：渗碳钢的分类：渗碳后的组织渗碳后的组织 表面表面 中心中心 1%C 0.2%C P+Fe3C P P+F F+P少少渗层厚度：表层到渗层厚度：表层到1/2过渡层的厚度过渡层的厚度20 CrMnTi齿轮制造工艺齿轮制造工艺工艺路线：工
21、艺路线： 下料下料锻造锻造正火正火齿形加工齿形加工渗碳渗碳预冷淬火预冷淬火 低温回火低温回火喷丸喷丸精磨精磨热处理工艺曲线预先热处理预先热处理：正火，改善锻：正火，改善锻造组织，降硬度，利于切削造组织，降硬度，利于切削最终热处理最终热处理：淬火低回：淬火低回最终组织：最终组织：表层：高碳表层：高碳M回回+C化物化物+A残残心部：低碳心部：低碳M回回 +F+细细P 表层硬度耐磨，心部较表层硬度耐磨，心部较 高强度和高强度和AK 用途用途：制造受力复杂（交变应力、冲击载荷等）的重要零件，：制造受力复杂（交变应力、冲击载荷等）的重要零件，如发动机连杆、曲轴、机床主轴等。如发动机连杆、曲轴、机床主轴等
22、。三三调质钢调质钢性能：性能：具有优良的综合力学性能，内外组织性能一致，即既具有优良的综合力学性能，内外组织性能一致，即既强又韧：强又韧： 1、高的屈服强度及疲劳极限、高的屈服强度及疲劳极限2、良好的韧性塑性、良好的韧性塑性3、局部表面有一定的耐磨性、局部表面有一定的耐磨性 4、较好的淬透性、较好的淬透性 中碳中碳：0.25%0.5%（一般（一般0.4%左右，强韧性合理配合）。左右，强韧性合理配合）。 合金元素合金元素 ：l主加元素主加元素Mn、Si、Cr、Ni、B等等，主要作用提高淬透，主要作用提高淬透性；次要作用溶入铁素体起固溶强化作用。性；次要作用溶入铁素体起固溶强化作用。l辅加元素辅加
23、元素Mo、W、V等强碳化物形成元素等强碳化物形成元素，其中其中Mo、W的主要作用是抑制含的主要作用是抑制含Cr、Ni、Mn、Si等合等合金调质钢的高温回火脆性，次要作用是改善淬透性；金调质钢的高温回火脆性，次要作用是改善淬透性； V主要作用形成碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，起细晶强主要作用形成碳化物阻碍奥氏体晶粒长大，起细晶强化和弥散强化作用。化和弥散强化作用。成分特点：成分特点：中碳中碳+提高淬透性元素提高淬透性元素+防止回火脆性元素防止回火脆性元素 热处理：热处理： 预先热处理预先热处理：正火处理（合金含量低）：正火处理（合金含量低）或正火高温回火（合金含量高）或正火高温回火（合金含量高）最终
24、热处理最终热处理 ：调质：调质，即淬火高温回火。，即淬火高温回火。连杆组织：组织：S回回典型钢种：典型钢种： 低淬透性：低淬透性： 40MnMoB、40Cr 中淬透性：中淬透性： 42CrMo、40CrNiMo 高淬透性：高淬透性：34CrNi3Mo调质钢调质钢40Cr制造连杆螺栓工艺过程制造连杆螺栓工艺过程 工艺路线：工艺路线： 下料下料锻造锻造退火（或正火）退火（或正火）机械加工（粗机械加工（粗加工）加工）调质调质机械加工（精加工）机械加工（精加工） 装配装配40Cr钢制造连杆螺栓的调质处理工艺曲钢制造连杆螺栓的调质处理工艺曲线线预备热处理预备热处理：改善锻造组织，：改善锻造组织，细化晶粒
25、，适合机械加工；细化晶粒，适合机械加工；淬火淬火：获得M组织；回火采用水冷防止第二类回火脆回火采用水冷防止第二类回火脆性。得到回火性。得到回火S键槽可用局部表面感应淬火及回键槽可用局部表面感应淬火及回火，得到表面组织为火，得到表面组织为S回，提高回，提高耐磨性，心部组织保持调质状态耐磨性，心部组织保持调质状态不变不变。调质零件如需要表面良好耐磨性调质零件如需要表面良好耐磨性应在调质后安排表面淬火应在调质后安排表面淬火根据强韧的不同要求，采用不同的回火温度根据强韧的不同要求，采用不同的回火温度例：例：40CrNiMo 850油淬后油淬后 回火温度对力学性能的影响回火温度对力学性能的影响调质钢与渗
26、碳钢的比较调质钢与渗碳钢的比较（1）合金化原则）合金化原则 （2） 获得优良综合力学性能的途径获得优良综合力学性能的途径用途用途渗碳钢渗碳钢：用于承受冲击载荷，且耐磨的零件。：用于承受冲击载荷，且耐磨的零件。 例：汽车后桥主动轮齿轮例：汽车后桥主动轮齿轮调质钢调质钢：用于运转平稳，要求好的综合性能的零件用于运转平稳，要求好的综合性能的零件 例：一般的齿轮、轴、连杆等。例：一般的齿轮、轴、连杆等。用途用途：制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零件制造各种弹簧和弹性元件或类似性能要求的结构零件 四四弹簧钢弹簧钢性能：性能：1、高的高的弹性极限弹性极限e和和屈屈 强比强比s/b， 2、高的、高
27、的疲劳极限疲劳极限-1； 3、足够的韧性，硬度适中，、足够的韧性，硬度适中， 3950HRC 中高碳中高碳：碳素弹簧钢：碳素弹簧钢0.60.9%C，合金弹簧钢，合金弹簧钢0.450.70%C，经淬火加中温回火后得到回火屈氏体组织，能较，经淬火加中温回火后得到回火屈氏体组织，能较好地保证弹簧的性能要求。好地保证弹簧的性能要求。 合金元素合金元素 主加元素为主加元素为Si、Mn等，其主要作用是提高淬透等，其主要作用是提高淬透性、回火稳定性、强化性、回火稳定性、强化F基体；辅加元素为基体；辅加元素为Mo、W、V等强等强碳化物形成元素，主要作用有防止碳化物形成元素，主要作用有防止Si引起的脱碳缺陷，并
28、引起的脱碳缺陷，并细化晶粒及进一步提高弹性极限与屈强比。细化晶粒及进一步提高弹性极限与屈强比。成分特点：成分特点：高碳高碳+提高淬透性元素提高淬透性元素+提高回火稳定性元素提高回火稳定性元素热处理：热处理： 按成形方法分为两类按成形方法分为两类 热轧弹簧热轧弹簧：冷轧弹簧冷轧弹簧：热成型热成型 淬火淬火 + 中温回火中温回火 喷丸喷丸 淬火淬火 + 中温回火中温回火 冷成型冷成型 去应力去应力 喷丸喷丸 冷成形：强化后成形；热成形：成形后强化冷成形：强化后成形；热成形：成形后强化典型的钢种：典型的钢种：T10典型的钢种：典型的钢种：65Mn、60Si2Mn 热成形弹簧热成形弹簧 对截面尺寸对截
29、面尺寸10mm各种大型和形状复杂的弹各种大型和形状复杂的弹簧均采用热成形簧均采用热成形(如热轧、热卷如热轧、热卷)，如汽车、拖拉机、火车的，如汽车、拖拉机、火车的板簧和螺旋弹簧。板簧和螺旋弹簧。汽车板簧热卷大弹簧加工路线加工路线：下料：下料加热压弯或卷绕加热压弯或卷绕淬火淬火中温回火中温回火喷丸，喷丸，组织组织为回火为回火T氏体。氏体。喷丸喷丸可强化表面并提高弹簧表面质量，显可强化表面并提高弹簧表面质量，显著改善疲劳性能。（也可采用等温淬火获得下贝氏体、或形变著改善疲劳性能。（也可采用等温淬火获得下贝氏体、或形变热处理，提高热处理，提高弹簧的性能和弹簧的性能和寿命）。寿命）。 冷成形弹簧冷成形
30、弹簧 截面尺寸截面尺寸10mm的各种小型弹簧可采用冷成的各种小型弹簧可采用冷成形形(如冷卷、冷轧如冷卷、冷轧)，如仪表中的螺旋弹簧、发条及弹簧片等。，如仪表中的螺旋弹簧、发条及弹簧片等。弹簧丝发条这类弹簧在成形前先进行冷拉（冷轧）、淬火中温回火或这类弹簧在成形前先进行冷拉（冷轧）、淬火中温回火或铅浴等温淬火后冷拉（轧）强化；然后再进行冷成形加工，铅浴等温淬火后冷拉（轧）强化；然后再进行冷成形加工，此过程中将进一步强化金属，但也产生了较大的内应力和此过程中将进一步强化金属，但也产生了较大的内应力和脆性，故在其后应进行脆性，故在其后应进行低温去应力退火低温去应力退火（一般（一般200400）。）。
31、用途：用途：制造各种滚动轴承的制造各种滚动轴承的滚动体滚动体（滚珠、滚柱）（滚珠、滚柱）和内外套圈的专用钢种。和内外套圈的专用钢种。五五滚动轴承钢滚动轴承钢 性能：性能：1、高的硬度强度、高的硬度强度HRC6062和和耐磨性耐磨性;2、高的接触疲劳强度，接触应、高的接触疲劳强度，接触应力可达力可达30003500MPa;3、足够的韧性和耐蚀性、足够的韧性和耐蚀性; 高碳高碳：0.95%1.15%C，保证轴承钢高硬，保证轴承钢高硬度和高耐磨性；度和高耐磨性； 低铬低铬：0.40%1.65%Cr，增加钢的淬透性，增加钢的淬透性，并形成合金渗碳体并形成合金渗碳体(Fe、Cr)3C提高接触疲提高接触疲
32、劳极限和耐磨性。劳极限和耐磨性。 大型轴承加入大型轴承加入Si、Mn、Mo、 V等元素以等元素以进一步提高淬透性和强度。进一步提高淬透性和强度。内圈 外圈 滚动体 保持架 成分特点：高碳成分特点：高碳+提高淬透性元素提高淬透性元素 热处理：热处理：球化退火球化退火+淬火低温回火淬火低温回火 预先热处理预先热处理：球化退火，以改善切削加工性并为淬火：球化退火，以改善切削加工性并为淬火作组织准备；作组织准备； 最终热处理最终热处理：淬火低温回火，决定轴承钢的性能，：淬火低温回火，决定轴承钢的性能，得到高硬度（得到高硬度（6266HRC）和高耐磨性。）和高耐磨性。 冷处理冷处理：消除：消除A残残与内
33、应力、稳定组织、提高轴承的尺与内应力、稳定组织、提高轴承的尺寸精度。寸精度。组织组织 ： M回回细碳化物少量细碳化物少量A残残 典型钢种典型钢种 GCr9 小轴承小轴承 GCr15 多数轴承多数轴承 GCr15SiMn 壁厚大于壁厚大于14的大轴承的大轴承4 合金工具钢合金工具钢 用于制造各种切削刀具的合金钢。用于制造各种切削刀具的合金钢。用途：车刀、铣刀、钻头等用途：车刀、铣刀、钻头等高合金刃具钢、低合金刃具钢高合金刃具钢、低合金刃具钢一、刃具钢一、刃具钢 工作特点：工作特点：1、与工件发生剧烈的摩擦、与工件发生剧烈的摩擦 2、刃部有很高的工作温度、刃部有很高的工作温度 3、承受一定的冲击和
34、弯曲应力、承受一定的冲击和弯曲应力性能要求性能要求 高的硬度（高的硬度（6066HRC）和耐磨性。）和耐磨性。高的红硬性，即钢在高温下（高的红硬性，即钢在高温下（500600）保持高硬度）保持高硬度（60HRC左右）的能力，这是高速切削加工刀具必备的性左右）的能力，这是高速切削加工刀具必备的性能。能。 足够的韧性、塑性（限制足够的韧性、塑性（限制S、P含量）。含量）。 耐磨性耐磨性取决于高硬度和碳化物的性质取决于高硬度和碳化物的性质 三种碳化物的硬度三种碳化物的硬度高的热硬性高的热硬性取决于钢的回火稳定性和碳化物的性质取决于钢的回火稳定性和碳化物的性质材料塑性韧性低材料塑性韧性低：刀具崩刃具、
35、断裂。：刀具崩刃具、断裂。（一）碳素刃具钢（一）碳素刃具钢 成份成份 含碳量约含碳量约 0.61.3 % 性能性能 常温硬度（常温硬度（HRC6062）及耐磨性较好。）及耐磨性较好。 但淬但淬透性差、热硬性差。透性差、热硬性差。热处理：热处理：预先热处理预先热处理：正火：正火+球化退火，消除网状碳化物及锻后球化退火，消除网状碳化物及锻后不均匀，降低硬度便于切削加工，并为淬火作组织准备不均匀，降低硬度便于切削加工，并为淬火作组织准备最终热处理：淬火低温回火最终热处理：淬火低温回火组织组织：回火马氏体细粒状渗碳体少量残余奥氏体。：回火马氏体细粒状渗碳体少量残余奥氏体。（二）低合金刃具钢（二）低合金
36、刃具钢成分成分： 高碳高碳，含，含 0.91.5 % C ，添加添加Si、Mn、Cr等合金元素等合金元素，提高钢的，提高钢的淬透性淬透性和回和回火稳定性，进一步改善刀具的硬度和耐磨性；火稳定性，进一步改善刀具的硬度和耐磨性；强碳化物形成元素强碳化物形成元素(如如W、V等等)所形成的碳化物除对所形成的碳化物除对耐磨性有提高作用外，还可提高钢的热硬性。耐磨性有提高作用外，还可提高钢的热硬性。性能：性能：低合金工具钢的淬透性和综合力学性能好，但由低合金工具钢的淬透性和综合力学性能好，但由于其内的于其内的合金元素主要是淬透性元素，而不是含合金元素主要是淬透性元素，而不是含量较多的强碳化物形成元素量较多
37、的强碳化物形成元素(W、Mo、V等等)，故，故仍不具备热硬性特点，刀具刃部的工作温度一般仍不具备热硬性特点，刀具刃部的工作温度一般不超过不超过250，否则硬度和耐磨性迅速下降，甚，否则硬度和耐磨性迅速下降，甚至丧失切削能力，因此这类钢属于至丧失切削能力，因此这类钢属于低速切削刃具低速切削刃具钢。钢。 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲线钢板牙热处理工艺曲线板牙工艺路线：下料工艺路线：下料下料下料球化退火球化退火机械加工机械加工淬火淬火+低温回火低温回火磨平面磨平面 抛平面抛平面开口开口分级淬火低温回火降低残应力圆板牙淬火回火工艺圆板牙淬火回火工艺预热减少高温停留时间，从而降低氧化脱碳倾向（三）高
38、合金刃具钢（高速钢）（三）高合金刃具钢（高速钢）按成分特点分：钨系、钴系和钨钼系（按成分特点分：钨系、钴系和钨钼系（W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2） 高碳高碳 0.71.5%：获得高碳：获得高碳M，足量碳化物，细化晶粒培养，提，足量碳化物，细化晶粒培养，提高硬度，高硬度，增大耐磨性。增大耐磨性。 钨钨 18%：形成碳化物；：形成碳化物；在在560左右回火时，左右回火时， 弥散析出弥散析出W2C， 造成二造成二次硬化，提高钢的红硬性次硬化，提高钢的红硬性。 钼钼 5%：1%Mo的作用等同于的作用等同于2%W。但是。但是Mo的含量高使钢高温时易氧的含量高使钢高温时易氧化脱碳。化脱碳。 铬铬
39、4%：形成碳化物；：形成碳化物；提高钢的淬透性提高钢的淬透性。 钒钒1.5%：形成形成VC，硬度极高，硬度极高，提高钢的硬度和耐磨性提高钢的硬度和耐磨性，产生二次硬化产生二次硬化。性能：性能：高硬度、高耐磨性、高的红硬性高硬度、高耐磨性、高的红硬性（600时，时，HRC63以上）、有一定的强度和韧性。以上）、有一定的强度和韧性。盘形铣刀W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点钢的生产工艺及热处理特点 工艺路线：下料工艺路线：下料 锻造锻造 退火退火 机加工机加工 淬火淬火 三次三次回火回火 喷砂喷砂 磨削磨削 消除消除A残残；并；并产生二次硬化产生二次硬化 u 弥散硬化弥散硬化：W2C、VC 弥
40、散析出；弥散析出； u 二次淬火二次淬火： A残残中析出合金碳化物，使中析出合金碳化物，使A残残中合金中合金的浓度下降，的浓度下降，MS 上升，在随后的冷却过程中残余上升，在随后的冷却过程中残余A转变为转变为M。锻造锻造高速钢含大量合金元素铸态有共晶高速钢含大量合金元素铸态有共晶Ld属于属于莱氏体钢莱氏体钢，铸态组织中含，铸态组织中含有大量呈有大量呈鱼骨状的粗大共晶碳化物鱼骨状的粗大共晶碳化物，钢的韧性大幅下降。不能用热，钢的韧性大幅下降。不能用热处理来消除，只能依靠处理来消除，只能依靠反复多次锻打反复多次锻打来击碎。来击碎。退火退火温度温度870880，保温，保温23h，消除应力，调整组织，
41、便于机加工，消除应力，调整组织，便于机加工，为淬火作好组织准备。退火后的组织为淬火作好组织准备。退火后的组织 : S + 粒状碳化物粒状碳化物淬火淬火1280；淬火后的组织：；淬火后的组织：M+粒状碳化物粒状碳化物+A残残(2025%)三次回火三次回火W18Cr4V铸态组织 420 共晶莱氏体：P+Ld+碳化物W18Cr4V锻造组织 210 W18Cr4V淬火+ 三次回火组织 420 极细的回火马氏体和较多粒状碳化物及少量残余奥氏体二二模具钢模具钢（一）冷作模具钢（一）冷作模具钢 工作条件与性能要求：在常温下使金属材工作条件与性能要求：在常温下使金属材料变形成型的模具用钢，料变形成型的模具用钢
42、，工作温度工作温度200300；模具承受很大的载荷及摩擦、冲；模具承受很大的载荷及摩擦、冲击作用；冷作模具钢应具有击作用；冷作模具钢应具有高硬度、高耐高硬度、高耐汽车车门模具 成分：成分：高碳高碳合金元素：合金元素：Cr， Mo、W、V磨性、高强度和足够的韧性磨性、高强度和足够的韧性；冷作模具对淬透性、耐磨性尤；冷作模具对淬透性、耐磨性尤其是韧性方面的要求更高一些，冷作模具钢应是高碳成分并其是韧性方面的要求更高一些，冷作模具钢应是高碳成分并多在回火马氏体状态下使用。多在回火马氏体状态下使用。（二）热作模钢（二）热作模钢 工作条件与性能要求：使热态金工作条件与性能要求：使热态金属成形的模具用钢。
43、热锻模工作属成形的模具用钢。热锻模工作部分的温度会升高到部分的温度会升高到300400、热挤压模可达热挤压模可达500800、甚至、甚至近近1000，因交替加热冷却的温，因交替加热冷却的温度循环产生交变热度循环产生交变热汽车曲轴模具 成分成分：中碳中碳 0.30.6 %；中碳调质钢；中碳调质钢合金元素合金元素:Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V。应力；热作模具常见的失效形式有变形、磨损、开裂和热应力；热作模具常见的失效形式有变形、磨损、开裂和热疲劳等，要求模具钢应具有良好的疲劳等，要求模具钢应具有良好的高温强韧性高温强韧性、高的热疲高的热疲劳劳和和热磨损抗力热磨损抗力、一定的、一定的抗氧化性
44、抗氧化性和和耐蚀性耐蚀性等。等。三三量具钢量具钢 性能要求性能要求：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。千分尺热处理热处理：淬火：淬火 + 冷处理冷处理 + 低温回火低温回火 + 时效处理时效处理 最终组织最终组织 ： M回回+ 合金碳化物合金碳化物成分成分：高碳高碳 ；合金元素：；合金元素：Cr， Mn、W。应用应用 简单量具 T10A、T12A 等。 高精度量具 GCr15、9SiCr、CrWMn温度650820-840油冷冷处理140-160110-120110-120时效处理精磨研磨CrWMn钢制块规退火后的热处理工艺3h3h30h-75-78冷处
45、理冷处理：减少残：减少残A量；量；时效处理：时效处理：降低内应力，且回火降低内应力，且回火M进一步稳定。进一步稳定。低温回火：低温回火：减少应力，并使冷处理后的过高硬度降到所要求的硬度减少应力，并使冷处理后的过高硬度降到所要求的硬度最后低温回火：最后低温回火：消除磨削应力，把应力降到最小。消除磨削应力，把应力降到最小。四四特殊性能钢特殊性能钢（一）不锈钢（一）不锈钢 金属腐蚀的种类金属腐蚀的种类:化学腐蚀化学腐蚀 金属表面与周围介质直接发生化学反应而金属表面与周围介质直接发生化学反应而引起的腐蚀。如金属高温时的氧化，钢的脱碳引起的腐蚀。如金属高温时的氧化，钢的脱碳 。 电化学腐蚀电化学腐蚀金属
46、材料（合金或不纯的金属）与电解质金属材料（合金或不纯的金属）与电解质溶液接触溶液接触 ， 通过电极反应产生的腐蚀。如钢的生锈。通过电极反应产生的腐蚀。如钢的生锈。 金属的防腐金属的防腐1. “多相多相”易腐蚀，易腐蚀，“单相单相”不易腐蚀不易腐蚀2. 两相若两相若电极电位接近电极电位接近耐腐蚀耐腐蚀(Cr、Ni提高基体电极电位提高基体电极电位)3. 表面表面致密的氧化膜致密的氧化膜也耐腐蚀也耐腐蚀(Al2O3、Cr2O3) 化学成分特点化学成分特点:1. 低碳低碳：耐蚀性要求愈高，碳含量愈低。：耐蚀性要求愈高，碳含量愈低。2. 合金元素：合金元素：主加主加Cr。辅加。辅加Ni、Mo、Cu、Ti
47、、Nb、Mn 等。等。铁素体不锈钢铁素体不锈钢 碳含量碳含量12%时能起时能起到到钝化钝化作用。此类钢在氧化性介质中（如大气、海水、氧化性酸）耐蚀。作用。此类钢在氧化性介质中（如大气、海水、氧化性酸）耐蚀。 常见的马氏体不锈钢有：常见的马氏体不锈钢有：Cr13型如型如1Cr13、2Cr13、3Cr13。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 奥氏体不锈钢：是在奥氏体不锈钢：是在Cr18Ni8（18-8）基础上发展起来的，）基础上发展起来的，低碳（低碳（0.12）、高铬（）、高铬（18）和较高镍（）和较高镍（9）；）；Cr主主要起钝化作用，要起钝化作用，Ni主要起扩大主要起扩大A相区的作用。此类钢具有最相区的
48、作用。此类钢具有最佳的耐蚀性，但相应地价格也较高；优良的低温韧性、高的佳的耐蚀性，但相应地价格也较高；优良的低温韧性、高的加工硬化能力、耐热性，其冷塑性加工性和焊接性能较好。加工硬化能力、耐热性，其冷塑性加工性和焊接性能较好。 以以Cr18Ni8普通型奥氏体不锈钢用量最大，牌号有普通型奥氏体不锈钢用量最大，牌号有1Cr18Ni9，1Cr18Ni9Ti及及0Cr18Ni9等。等。 （二）耐热钢（二）耐热钢 定义定义:在高温下具有在高温下具有抗氧化性抗氧化性和和高温强度高温强度的特殊钢。的特殊钢。 高温强度（热强性）指标有：高温强度（热强性）指标有： 蠕变极限：材料在高温长期载荷下对缓慢塑性变形（
49、即蠕蠕变极限：材料在高温长期载荷下对缓慢塑性变形（即蠕变）的抗力；以变）的抗力；以 表示表示700下经下经1000h产生产生0.2%残残余变形量的最大应力。余变形量的最大应力。 持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的抗力；以持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的抗力；以 表表示在示在500下经下经10000h发生断裂的应力值。发生断裂的应力值。7001000/2 . 050010000 提高钢抗氧化性的途径提高钢抗氧化性的途径：加入：加入Cr、Al、Si在钢表面生成致在钢表面生成致密稳定连续而牢固的密稳定连续而牢固的Cr2O3、Al2O3、SiO2氧化膜。氧化膜。 提高钢热强性的途径提高钢热强
50、性的途径： 基体固溶强化基体固溶强化：加入元素：加入元素Cr、Ni、W、Mo等，形成单相组等，形成单相组织并提高再结晶温度。织并提高再结晶温度。 第二相弥散强化第二相弥散强化：加入元素：加入元素V、Ti、Nb、Al等，形成细小等，形成细小弥散分布的稳定碳化物弥散分布的稳定碳化物(VC、TiC、NbC)或稳定性更高的或稳定性更高的金属间化合物金属间化合物(Ni3Ti、Ni3Nb、Ni3Al)，获得第二相弥散强，获得第二相弥散强化效果并提高组织稳定性。化效果并提高组织稳定性。 晶界强化：晶界强化：微量元素硼微量元素硼(B)与稀土与稀土(RE)元素，起净化晶界或元素，起净化晶界或填充晶界空位的作用。
