1、第第4 4章章 钢铁材料钢铁材料4.2 钢中擦之及合金元素钢中擦之及合金元素24.1 钢的分类和牌号钢的分类和牌号14.3 结构钢结构钢34.5 特殊性能钢特殊性能钢54.4 工具钢工具钢44.6 铸铁铸铁64.1 4.1 钢的分类和牌号钢的分类和牌号1.1.按化学成分分类按化学成分分类 按化学成分可将工业用钢分为碳素钢和合金钢。碳素钢根据其含碳按化学成分可将工业用钢分为碳素钢和合金钢。碳素钢根据其含碳量的多少可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。合金钢根据其含合金元素的量的多少可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。合金钢根据其含合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、铬镍钢和硼钢等。种类可分为锰钢、铬钢、铬镍钢和硼
2、钢等。2.2.按质量分类按质量分类 工业用钢的质量是以磷、硫的含量来划分的，可分为普通质量钢、工业用钢的质量是以磷、硫的含量来划分的，可分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。优质钢、高级优质钢和特级优质钢。3.3.按冶炼方法分类按冶炼方法分类 根据冶炼所用炼钢炉不同，可将工业用钢分为平炉钢、转炉钢和电根据冶炼所用炼钢炉不同，可将工业用钢分为平炉钢、转炉钢和电炉钢；根据冶炼时的脱氧方式不同，可将工业用钢分为沸腾钢、镇静钢、炉钢；根据冶炼时的脱氧方式不同，可将工业用钢分为沸腾钢、镇静钢、半镇静钢。半镇静钢。4.4.按用途分类按用途分类 按用途可将工业用钢分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。按
3、用途可将工业用钢分为结构钢、工具钢和特殊性能钢。4.1.1 4.1.1 工业用钢的分类工业用钢的分类4.1.2 4.1.2 工业用钢的牌号工业用钢的牌号1.1.碳素结构钢和低合金高强度结构钢碳素结构钢和低合金高强度结构钢 这两类钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母这两类钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字母Q Q、屈服强度值和、屈服强度值和规定的质量等级等符号表示。钢的质量等级从低到高分为规定的质量等级等符号表示。钢的质量等级从低到高分为A A、B B、C C、D D、E E五个等级，等级越高杂质元素磷和硫的含量越少。五个等级，等级越高杂质元素磷和硫的含量越少。2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构
4、钢 优质碳素结构钢的牌号采用两位数字表示，这两位数字表示钢的优质碳素结构钢的牌号采用两位数字表示，这两位数字表示钢的平均含碳量的万分之几。沸腾钢和半镇静钢在牌号尾分别加符号平均含碳量的万分之几。沸腾钢和半镇静钢在牌号尾分别加符号F F和和b b，如平均含碳量为如平均含碳量为0.08%0.08%的沸腾钢，其牌号表示为的沸腾钢，其牌号表示为08F08F；平均含碳量为；平均含碳量为0.10%0.10%的半镇静钢，其牌号表示为的半镇静钢，其牌号表示为10b10b。镇静钢一般在牌号尾不加符号，。镇静钢一般在牌号尾不加符号，如平均含碳量为如平均含碳量为0.45%0.45%的镇静钢，其牌号表示为的镇静钢，其
5、牌号表示为4545。3.3.合金结构钢和合金弹簧钢合金结构钢和合金弹簧钢 合金结构钢和合金弹簧钢的牌号由两位数字加上后面带有百分含量数字的合金结构钢和合金弹簧钢的牌号由两位数字加上后面带有百分含量数字的合金元素符号组成。当合金元素的平均含量小于合金元素符号组成。当合金元素的平均含量小于1.50%1.50%时，只标元素符号；当合时，只标元素符号；当合金元素的平均含量为金元素的平均含量为1.50%1.50%2.49%2.49%、2.50%2.50%3.49%3.49%、3.50%3.50%4.49%4.49%、4.50%4.50%5.49%5.49%时，在相应元素后面加上时，在相应元素后面加上2
6、2、3 3、4 4、554.4.工具钢工具钢 1 1）碳素工具钢）碳素工具钢 碳素工具钢的牌号由字母碳素工具钢的牌号由字母T T及数字组成，如平均含碳量为及数字组成，如平均含碳量为0.9%0.9%的碳素工具钢，的碳素工具钢，其牌号可表示为其牌号可表示为T9T9。2 2）合金工具钢和高速工具钢）合金工具钢和高速工具钢 合金工具钢和高速工具钢的牌号的表示方法与合金结构钢基本相同，但一合金工具钢和高速工具钢的牌号的表示方法与合金结构钢基本相同，但一般不表明含碳量数字，如般不表明含碳量数字，如 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2（w wC C=0.85%=0.85%）。当合金工具钢的含碳量小）。
7、当合金工具钢的含碳量小于于1%1%时，含碳量用一位数字表示，表示平均含碳量的千分之几，如时，含碳量用一位数字表示，表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi8MnSi。平均。平均含铬量小于含铬量小于1%1%的合金工具钢在含铬量前加的合金工具钢在含铬量前加0 0，如，如Cr06Cr06。5.5.轴承钢轴承钢 高碳铬轴承钢的牌号以高碳铬轴承钢的牌号以G G开头，牌号中不标出含碳量，含铬量以千开头，牌号中不标出含碳量，含铬量以千分之一为单位标出，如分之一为单位标出，如GCr15GCr15的平均含铬量为的平均含铬量为1.5%1.5%。6.6.不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 不锈钢和耐热钢的牌号由表示平均含碳
8、量的数字（以千分之一为单不锈钢和耐热钢的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。合金元素含量表示位）与其后带有百分含量数字的合金元素符号组成。合金元素含量表示方法同合金结构钢。方法同合金结构钢。4.2 4.2 钢中杂质及合金元素钢中杂质及合金元素4.2.1 4.2.1 杂质元素对钢性能的影响杂质元素对钢性能的影响锰元素和硅元素的影响锰元素和硅元素的影响锰元素和硅元素能溶于铁锰元素和硅元素能溶于铁素体中起到固溶强化作素体中起到固溶强化作用，提高钢的强度和硬用，提高钢的强度和硬度，同时锰元素可以消除度，同时锰元素可以消除硫的有害作用，但其含量硫的有害
9、作用，但其含量必须低于必须低于0.8%，硅元素的，硅元素的含量必须低于含量必须低于0.5%。硫元素的影响硫元素的影响硫元素在铁中常以硫元素在铁中常以FeS形形式存在，易与铁在晶界上式存在，易与铁在晶界上形成低熔点共晶体形成低熔点共晶体(985)，热加工时低熔点共晶，热加工时低熔点共晶体熔化而容易使钢材发生体熔化而容易使钢材发生开裂，这一特性称为热脆开裂，这一特性称为热脆性。性。磷元素的影响磷元素的影响磷元素能全部溶于铁素体磷元素能全部溶于铁素体中，使钢在常温下硬度提中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性急剧下降，高，塑性、韧性急剧下降，这一特性称为冷脆性。因这一特性称为冷脆性。因此，钢中的磷元素
10、的含量此，钢中的磷元素的含量一般应控制在一般应控制在0.045%以下。以下。氮元素的影响氮元素的影响室温下氮元素在铁素体中室温下氮元素在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和溶解度很低，钢中过饱和氮元素在常温放置过程中氮元素在常温放置过程中以以Fe2N、Fe4N形式析形式析出，使钢变脆，称为时效出，使钢变脆，称为时效脆化。添加脆化。添加Ti、V、Al等等元素可使氮元素固定，消元素可使氮元素固定，消除时效倾向。除时效倾向。氧元素的影响氧元素的影响氧元素在钢中以氧化物的氧元素在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合形式存在，其与基体结合力弱，不易变形，易形成力弱，不易变形，易形成疲劳裂纹源。疲劳裂纹源。氢元
11、素的影响氢元素的影响常温下氢元素在钢中的溶常温下氢元素在钢中的溶解度也很低。当氢元素在解度也很低。当氢元素在钢中以原子态溶解时，降钢中以原子态溶解时，降低了钢的韧性，引起氢脆。低了钢的韧性，引起氢脆。4.气体元素的影响气体元素的影响1.1.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 形成合金铁素体形成合金铁素体形成碳化物形成碳化物非碳化物形成元素及过剩的碳非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体，起到固溶强形成合金铁素体，起到固溶强化作用，如化作用，如Cr、Ni在适当范围在适当范围内，可提高钢的韧性。此外，内，可提高钢的韧性。此外，
12、合金元素还可提高铁素体的高合金元素还可提高铁素体的高温强度以及耐蚀性和磁性。温强度以及耐蚀性和磁性。中、强碳化物形成元素，如中、强碳化物形成元素，如W W、MoMo、V V、TiTi等，除溶入铁素体和等，除溶入铁素体和渗碳体外，还可形成碳化物。这渗碳体外，还可形成碳化物。这些碳化物的稳定性、熔点、硬度些碳化物的稳定性、熔点、硬度更高。碳化物是钢中的重要组成更高。碳化物是钢中的重要组成相之一，其类型、数量、大小、相之一，其类型、数量、大小、形态及分布对钢的性能有重要影形态及分布对钢的性能有重要影响。响。4.2.2 4.2.2 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用2.2.对铁碳相图的影响对铁碳
13、相图的影响1 1）对奥氏体相区的影响）对奥氏体相区的影响 加入到钢中的合金元素根据其对奥氏体相区的作用可分为以下两类：加入到钢中的合金元素根据其对奥氏体相区的作用可分为以下两类：（1 1）NiNi、MnMn、CoCo等是扩大奥氏体相区的元素，使铁碳合金相图中等是扩大奥氏体相区的元素，使铁碳合金相图中GSGS线向线向左下方移动，共析转变温度与共析成分点向低温、低碳方向移动。若钢中含左下方移动，共析转变温度与共析成分点向低温、低碳方向移动。若钢中含大量这类元素，会使铁碳合金相图中奥氏体相区一直扩展到室温以下，室温大量这类元素，会使铁碳合金相图中奥氏体相区一直扩展到室温以下，室温可形成单相奥氏体，称
14、为奥氏体钢。可形成单相奥氏体，称为奥氏体钢。（2 2）CrCr、MoMo、SiSi、TiTi、W W、AlAl等是缩小奥氏体相区的元素，使等是缩小奥氏体相区的元素，使A A1 1、A A3 3上上升。当升。当CrCr的含量大于的含量大于13%13%时，奥氏体相区消失，室温下为单相铁素体，称为时，奥氏体相区消失，室温下为单相铁素体，称为铁素体钢。铁素体钢。2 2）对）对E E点和点和S S点位置的影响点位置的影响 所有合金元素均使所有合金元素均使E E点和点和S S点左移，即这两点的含碳量下降，由于点左移，即这两点的含碳量下降，由于S S点左点左移使含碳量低于移使含碳量低于0.77%0.77%的
15、钢出现过共析组织（如的钢出现过共析组织（如4Cr134Cr13）。同样，由于）。同样，由于E E点的点的左移，使一些含碳量低于左移，使一些含碳量低于2.11%2.11%的合金钢出现共晶组织。的合金钢出现共晶组织。3.3.对热处理及性能的影响对热处理及性能的影响 对奥氏体化过程的影响对奥氏体化过程的影响对过冷奥氏体转变的影响对过冷奥氏体转变的影响除除Ni、Co外的其他元素对奥外的其他元素对奥氏体形成速度的影响都是减缓氏体形成速度的影响都是减缓奥氏体化过程。因此，合金钢奥氏体化过程。因此，合金钢在热处理的过程中，要相应地在热处理的过程中，要相应地提高加热温度和保温时间，才提高加热温度和保温时间，才
16、能保证奥氏体化过程充分进行。能保证奥氏体化过程充分进行。Mn、P等元素对奥氏体晶粒长等元素对奥氏体晶粒长大倾向的影响是促进奥氏体晶大倾向的影响是促进奥氏体晶粒长大。粒长大。除除CoCo元素外，凡溶入奥氏体的合元素外，凡溶入奥氏体的合金元素均使金元素均使C C曲线右移，淬透性曲线右移，淬透性提高。淬透性的提高可使钢的淬提高。淬透性的提高可使钢的淬火冷却速度下降，这有利于减小火冷却速度下降，这有利于减小零件的淬火变形和开裂倾向。常零件的淬火变形和开裂倾向。常用提高淬透性的元素为用提高淬透性的元素为MnMn、SiSi、CrCr、NiNi、B B。并且除。并且除CoCo、AlAl元素元素外，所有溶于奥
17、氏体的元素都使外，所有溶于奥氏体的元素都使MsMs、MfMf下降，使钢在淬火后的残下降，使钢在淬火后的残余奥氏体量增加。余奥氏体量增加。提高耐回火性提高耐回火性淬火钢在回火过程中抵抗淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称为耐回硬度下降的能力称为耐回火性。合金元素能阻碍马火性。合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出氏体分解及碳化物的析出与聚集。当回火硬度相同与聚集。当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高；当回火温钢回火温度高；当回火温度相同时，合金钢比同含度相同时，合金钢比同含碳量碳钢硬度高。碳量碳钢硬度高。产生二次硬化产生二次硬化当含当含W、Mo、Cr、V等合金
18、等合金元素高的钢淬火后回火时，元素高的钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时残余奥氏化物及回火冷却时残余奥氏体转变为回火马氏体，使硬体转变为回火马氏体，使硬度不仅不下降，反而升高的度不仅不下降，反而升高的现象称为二次硬化。二次硬现象称为二次硬化。二次硬化使钢具有热硬性，这对于化使钢具有热硬性，这对于工具钢是非常重要的。工具钢是非常重要的。防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性铜中加入铜中加入W、Mo元素可防元素可防止第二类回火脆性，这对止第二类回火脆性，这对于需要调质处理的大型工于需要调质处理的大型工件有重要意义。件有重要意义。3 3）对回火转变的影响）
19、对回火转变的影响加入到钢中的合金元素对回火转变的影响包括以下几点：加入到钢中的合金元素对回火转变的影响包括以下几点：4.3 4.3 结构钢结构钢4.3.1 4.3.1 碳素结构钢碳素结构钢 碳素结构钢又称为普通碳素结构钢，含碳量低，含硫、磷量碳素结构钢又称为普通碳素结构钢，含碳量低，含硫、磷量较高。碳素结构钢通常在热轧空冷状态下使用，塑性高，可焊性较高。碳素结构钢通常在热轧空冷状态下使用，塑性高，可焊性好。它处于使用状态下的组织为铁素体和珠光体。碳素结构钢常好。它处于使用状态下的组织为铁素体和珠光体。碳素结构钢常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占
20、钢材总量的70%70%，适合于，适合于焊接、铆接、螺栓连接等。常用碳素结构钢的化学成分和力学性焊接、铆接、螺栓连接等。常用碳素结构钢的化学成分和力学性能分别见教材表能分别见教材表4-34-3和表和表4-44-4。优质碳素结构钢含硫、磷量较低（均不大于优质碳素结构钢含硫、磷量较低（均不大于0.035%0.035%），力学性），力学性能优于碳素结构钢，多用于制造比较重要的机械零件，如螺钉、螺能优于碳素结构钢，多用于制造比较重要的机械零件，如螺钉、螺母、齿轮、各种轴、弹簧等。常用优质碳素结构钢的热处理及力学母、齿轮、各种轴、弹簧等。常用优质碳素结构钢的热处理及力学性能见表性能见表4-54-5。4.3
21、.2 4.3.2 优质碳素结构钢优质碳素结构钢1由于低合金高强度结由于低合金高强度结构钢的强度高于碳素构钢的强度高于碳素结构钢，因而可使钢结构钢，因而可使钢的结构自重减轻，节的结构自重减轻，节约钢材。约钢材。2低合金高强度结构钢具低合金高强度结构钢具有足够的塑性、韧性及有足够的塑性、韧性及良好的焊接性能。由于良好的焊接性能。由于含碳量低，合金元素少，含碳量低，合金元素少，因而其塑性好，变形抗因而其塑性好，变形抗力小，压力加工后不易力小，压力加工后不易产生裂纹。产生裂纹。3低合金高强度结构钢具低合金高强度结构钢具有良好的耐蚀性。由于有良好的耐蚀性。由于AlAl、CrCr、CuCu、SiSi等元素
22、等元素的作用，低合金高强度的作用，低合金高强度结构钢具有比碳素结构结构钢具有比碳素结构钢更好的耐蚀性。钢更好的耐蚀性。4.3.3 4.3.3 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢1.1.低合金高强度结构钢的性能特点低合金高强度结构钢的性能特点低合金高强度结构钢的性能特点如下：低合金高强度结构钢的性能特点如下：2.2.低合金高强度结构钢的成分特点低合金高强度结构钢的成分特点 低合金高强度结构钢的成分特点如下：低合金高强度结构钢的成分特点如下：（1 1）低合金高强度结构钢含碳量低，可满足其对塑性、韧性、可焊）低合金高强度结构钢含碳量低，可满足其对塑性、韧性、可焊性及冷加工性能的要求。性及冷加工性能
23、的要求。（2 2）低合金高强度结构钢所含的合金元素主要为）低合金高强度结构钢所含的合金元素主要为MnMn，因为，因为MnMn的资源的资源丰富，所以其对铁素体具有明显的固溶强化的作用。丰富，所以其对铁素体具有明显的固溶强化的作用。MnMn还能降低钢的冷还能降低钢的冷脆转变温度，使组织中的珠光体含量相对增加，从而进一步提高钢的强脆转变温度，使组织中的珠光体含量相对增加，从而进一步提高钢的强度。钢中加入少量的度。钢中加入少量的V V、TiTi、NbNb等元素可细化晶粒，提高钢的强度和韧等元素可细化晶粒，提高钢的强度和韧性；加入稀土元素性；加入稀土元素RERE可提高疲劳强度、疲劳极限，降低冷脆转变温度
24、。可提高疲劳强度、疲劳极限，降低冷脆转变温度。3.3.低合金高强度结构钢的热处理特点低合金高强度结构钢的热处理特点 低合金高强度结构钢大多数要经热轧空冷后使用，其组织为铁素体和低合金高强度结构钢大多数要经热轧空冷后使用，其组织为铁素体和珠光体；少数可经正火，或正火珠光体；少数可经正火，或正火+高温回火处理。对于厚度超过高温回火处理。对于厚度超过20 mm20 mm的钢的钢板，为使其组织和性能稳定，最好进行正火处理。板，为使其组织和性能稳定，最好进行正火处理。4.4.常用低合金高强度结构钢常用低合金高强度结构钢 低合金高强度结构钢生产过程简单、成本低，在钢的生产中所占的比低合金高强度结构钢生产过
25、程简单、成本低，在钢的生产中所占的比例越来越大。自例越来越大。自19571957年我国开始试制第一种低合金高强度结构钢年我国开始试制第一种低合金高强度结构钢16Mn16Mn以来，以来，它在机械制造、交通运输、能源、高层建筑等行业的应用越来越广泛。它在机械制造、交通运输、能源、高层建筑等行业的应用越来越广泛。4.3.4 4.3.4 渗碳钢渗碳钢1.1.渗碳钢的性能要求渗碳钢的性能要求渗碳钢的性能要求如下：渗碳钢的性能要求如下：（1 1）渗碳钢具有高硬度、高耐磨性，其心部具有足够的强度和韧）渗碳钢具有高硬度、高耐磨性，其心部具有足够的强度和韧性，即表硬里韧。性，即表硬里韧。（2 2）渗碳钢具有好的
26、热处理性能，如淬透性和渗碳能力。在高的）渗碳钢具有好的热处理性能，如淬透性和渗碳能力。在高的渗碳温度下，奥氏体晶粒长大倾向小，便于渗碳后直接淬火。渗碳温度下，奥氏体晶粒长大倾向小，便于渗碳后直接淬火。2.2.渗碳钢的成分特点渗碳钢的成分特点渗碳钢的成分特点如下：渗碳钢的成分特点如下：（1 1）大多数渗碳钢含碳量低（）大多数渗碳钢含碳量低（0.10%0.10%w wC C0.25%0.25%），可保证其心），可保证其心部具有足够的强度和韧性，即表硬里韧。部具有足够的强度和韧性，即表硬里韧。（2 2）渗碳钢所含的合金元素主要为）渗碳钢所含的合金元素主要为CrCr、MnMn、NiNi、B B等，它们
27、的主要等，它们的主要作用是提高渗碳钢的淬透性。作用是提高渗碳钢的淬透性。3.渗碳钢的热处理特点渗碳钢的热处理特点 渗碳件的加工工艺路线为下料渗碳件的加工工艺路线为下料锻造锻造正火正火机械加工机械加工渗渗碳碳淬火淬火+低温回火。渗碳温度为低温回火。渗碳温度为900950，渗碳后的热处理通，渗碳后的热处理通常采用直接淬火和低温回火。淬火温度一般为（常采用直接淬火和低温回火。淬火温度一般为（Ac1+3050）。渗碳钢使用状态下的组织表面为高碳回火马氏体和颗粒状碳化物及渗碳钢使用状态下的组织表面为高碳回火马氏体和颗粒状碳化物及少量残余奥氏体，心部组织为低碳回火马氏体和铁素体。少量残余奥氏体，心部组织为
28、低碳回火马氏体和铁素体。低淬透性渗碳钢低淬透性渗碳钢低淬透性渗碳钢的典型钢低淬透性渗碳钢的典型钢种为种为20Cr等，其淬透性和等，其淬透性和心部强度均较低，水中淬心部强度均较低，水中淬透临界直径不超过透临界直径不超过2035 mm，只适用于冲击载荷，只适用于冲击载荷较小的耐磨件，如小轴、较小的耐磨件，如小轴、小齿轮、活塞销等。小齿轮、活塞销等。中淬透性渗碳钢中淬透性渗碳钢中淬透性渗碳钢的典型钢中淬透性渗碳钢的典型钢种为种为20CrMnTi，可用于，可用于中等载荷的耐磨件，如变中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮等。速箱齿轮等。高淬透性渗碳钢高淬透性渗碳钢高淬透性渗碳钢的典型钢高淬透性渗碳钢的典型钢种
29、为种为18Cr2Ni4WA，可用，可用于大截面高载荷的重要耐于大截面高载荷的重要耐磨件，如飞机和坦克的曲磨件，如飞机和坦克的曲轴等。轴等。4.4.常用渗碳钢常用渗碳钢 根据淬透性的不同，渗碳钢可分为低淬透性渗碳钢、中淬透性渗碳钢根据淬透性的不同，渗碳钢可分为低淬透性渗碳钢、中淬透性渗碳钢和高淬透性渗碳钢三种类型。和高淬透性渗碳钢三种类型。4.3.5 4.3.5 调质钢调质钢1.调质钢的性能要求调质钢的性能要求调质钢的性能要求如下：调质钢的性能要求如下：（1）具有良好的综合力学性能，即具有高的强度、硬度和良好的塑性、）具有良好的综合力学性能，即具有高的强度、硬度和良好的塑性、韧性。韧性。（2）具
30、有良好的淬透性。）具有良好的淬透性。2.调质钢的成分特点调质钢的成分特点调质钢的成分特点如下：调质钢的成分特点如下：（1）调质钢属于中碳钢（）调质钢属于中碳钢（0.25%wC0.50%）。若其含碳量过低，则）。若其含碳量过低，则强度不够；若其含碳量过高，则韧性不足。强度不够；若其含碳量过高，则韧性不足。（2）调质钢的合金元素主要为）调质钢的合金元素主要为 Mn、Si、Cr、Ni、B等，其主要作用等，其主要作用是提高淬透性。是提高淬透性。3.3.调质钢的热处理特点调质钢的热处理特点 调质件的加工工艺路线为下料调质件的加工工艺路线为下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精精加工加工装配。预备热处
31、理采用退火，其目的是调整硬度，便于切削加装配。预备热处理采用退火，其目的是调整硬度，便于切削加工，改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒，为最终热处理做准备。最工，改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒，为最终热处理做准备。最终热处理为淬火终热处理为淬火+高温回火，回火温度的选择取决于调质件的硬度要高温回火，回火温度的选择取决于调质件的硬度要求。求。低淬透性调质钢低淬透性调质钢低淬透性调质钢的油中淬低淬透性调质钢的油中淬透临界直径为透临界直径为3040 mm，常用钢种为，常用钢种为40Cr，用于制造较小的齿，用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。轮、轴、螺栓等。中淬透性调质钢中淬透性调质钢中淬透性调质钢的油中淬
32、中淬透性调质钢的油中淬透临界直径为透临界直径为4060 mm，常用钢种为常用钢种为40CrNi，用于，用于制造大中型零件。制造大中型零件。高淬透性调质钢高淬透性调质钢高淬透性调质钢的油中淬高淬透性调质钢的油中淬透临界直径为透临界直径为60 mm，常，常用钢种为用钢种为40CrNiMo，用，用于制造大截面重载荷零件，于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。如曲轴等。4.4.常用调质钢常用调质钢 根据淬透性的不同，调质钢可分为低淬透性调质钢、中淬透性调质钢根据淬透性的不同，调质钢可分为低淬透性调质钢、中淬透性调质钢和高淬透性调质钢三种类型。和高淬透性调质钢三种类型。4.3.6 4.3.6 弹簧钢弹簧钢1
33、.1.弹簧钢的性能要求弹簧钢的性能要求 弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。因此，要求弹簧弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。因此，要求弹簧钢必须具有以下性能：钢必须具有以下性能：足够的塑性和韧性。足够的塑性和韧性。3高的疲劳强度，以承受交变载荷的作用。高的疲劳强度，以承受交变载荷的作用。2高的弹性极限和屈服比，以保证承受大的弹性形高的弹性极限和屈服比，以保证承受大的弹性形变和载荷。变和载荷。1弹簧钢属于中高碳钢。其弹簧钢属于中高碳钢。其中，碳素弹簧钢的含碳量中，碳素弹簧钢的含碳量为为0.6%0.9%，合金弹簧，合金弹簧钢的含碳量为钢的含碳量为0.45%0.70%。若其含碳。若
34、其含碳量低，则强度不够；若其量低，则强度不够；若其含碳量高，则塑性、韧性含碳量高，则塑性、韧性下降。下降。弹簧钢的合金元素主要为弹簧钢的合金元素主要为Mn、Si，其作用是提高，其作用是提高淬透性，强化铁素体。辅淬透性，强化铁素体。辅助加入元素为助加入元素为Cr、V、W等，其主要作用是细化晶等，其主要作用是细化晶粒。粒。2.2.弹簧钢的成分特点弹簧钢的成分特点3.3.弹簧钢的热处理特点弹簧钢的热处理特点 冷成形弹簧冷成形弹簧热成形弹簧热成形弹簧对于钢丝直径小于对于钢丝直径小于10 mm的弹的弹簧，通过冷拉、冷卷成形。冷簧，通过冷拉、冷卷成形。冷卷后无须进行淬火处理，只需卷后无须进行淬火处理，只需
35、进行一次消除内应力和稳定尺进行一次消除内应力和稳定尺寸的定形处理，即加热到寸的定形处理，即加热到250300，保温一段时间，保温一段时间空冷后即可使用。钢丝直径越空冷后即可使用。钢丝直径越小，强化效果越好，硬度越高，小，强化效果越好，硬度越高，表面质量越高。表面质量越高。热成形弹簧通常是在热卷后进行热成形弹簧通常是在热卷后进行淬火淬火+中温回火处理，得到回火中温回火处理，得到回火屈氏体组织，其硬度可达屈氏体组织，其硬度可达404050 50 HRCHRC，可保证在得到高的屈服强，可保证在得到高的屈服强度条件下，又具有足够的韧性。度条件下，又具有足够的韧性。Si、Mn弹簧钢弹簧钢Si、Mn弹簧钢
36、的典型钢种弹簧钢的典型钢种为为60Si2Mn，这类弹簧钢，这类弹簧钢价格较低，性能高于碳素价格较低，性能高于碳素弹簧钢，主要用于制造较弹簧钢，主要用于制造较大截面的弹簧，如汽车板大截面的弹簧，如汽车板簧等。簧等。Cr、V弹簧钢弹簧钢Cr、V弹簧钢的典型钢种弹簧钢的典型钢种为为50CrV，这类弹簧钢淬，这类弹簧钢淬透性高，主要用于制造大透性高，主要用于制造大截面、大载荷、耐热性能截面、大载荷、耐热性能好的弹簧，如阀门弹簧、好的弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的气门弹簧等。高速柴油机的气门弹簧等。4.4.常用弹簧钢常用弹簧钢4.3.7 4.3.7 滚动轴承钢滚动轴承钢1.1.滚动轴承钢的性能要求滚动轴
37、承钢的性能要求 轴承工作时，滚动体和轴承套之间为点接触或线接触，接触应力高轴承工作时，滚动体和轴承套之间为点接触或线接触，接触应力高达达3 0003 0003 500 MPa3 500 MPa，且承受周期性交变载荷引起的接触疲劳，频率达每，且承受周期性交变载荷引起的接触疲劳，频率达每分钟数万次，同时还承受摩擦，因此，要求轴承钢必须具有以下性能：分钟数万次，同时还承受摩擦，因此，要求轴承钢必须具有以下性能：具有足够的韧性、淬透性和耐蚀性。具有足够的韧性、淬透性和耐蚀性。3具有高的接触疲劳强度和弹性极限。具有高的接触疲劳强度和弹性极限。2具有高且均匀的硬度和耐磨性。具有高且均匀的硬度和耐磨性。1滚
38、动轴承钢属于高碳钢（滚动轴承钢属于高碳钢（0.95%wC1.10%），可），可保证高的硬度和耐磨保证高的硬度和耐磨性。性。滚动轴承钢的合金元素主滚动轴承钢的合金元素主要为要为Cr，其作用是提高，其作用是提高淬透性，还可进入渗碳体淬透性，还可进入渗碳体形成合金渗碳体，以提高形成合金渗碳体，以提高耐磨性。耐磨性。2.2.滚动轴承钢的成分特点滚动轴承钢的成分特点3.3.滚动轴承钢的热处理特点滚动轴承钢的热处理特点 高碳铬轴承钢的热处理工艺主要为球化退火高碳铬轴承钢的热处理工艺主要为球化退火淬火淬火+低温回火。球低温回火。球化退火作为预备热处理，其主要目的是降低硬度，便于切削加工，并为化退火作为预备热
39、处理，其主要目的是降低硬度，便于切削加工，并为淬火做组织准备。最终热处理是加热到淬火做组织准备。最终热处理是加热到840,840,在油中淬火，并在淬火在油中淬火，并在淬火后立即进行低温回火。回火后的硬度大于后立即进行低温回火。回火后的硬度大于61 HRC61 HRC，使用状态下的组织为，使用状态下的组织为M M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+A（少量）。为了减少残余奥氏体量，稳定尺寸，（少量）。为了减少残余奥氏体量，稳定尺寸，可在淬火后进行冷处理，并在磨削加工后进行低温时效处理。可在淬火后进行冷处理，并在磨削加工后进行低温时效处理。4.4.常用滚动轴承钢常用滚动轴承钢 高碳铬轴承钢的典型钢
40、种为高碳铬轴承钢的典型钢种为GCr15GCr15，用于制造中型轴承。，用于制造中型轴承。足够的韧性是避免刃具在受冲击振动时发生脆断和崩刃。足够的韧性是避免刃具在受冲击振动时发生脆断和崩刃。足够的韧性足够的韧性高热硬性是刃具钢在高温下保持高硬度的能力，要求高的热硬高热硬性是刃具钢在高温下保持高硬度的能力，要求高的热硬性是为了防止刃具在高速切削时因摩擦升温而被软化。性是为了防止刃具在高速切削时因摩擦升温而被软化。高热硬性高热硬性耐磨性不仅取决于硬度，同时还与刃具钢中相的耐磨性不仅取决于硬度，同时还与刃具钢中相的性质、数量、大小和分布有关。性质、数量、大小和分布有关。高耐磨性高耐磨性刃具硬度必须大于
41、被切材料的硬度，一般要求其硬度大刃具硬度必须大于被切材料的硬度，一般要求其硬度大于于60 HRC。高硬度高硬度1.1.刃具钢的性能要求刃具钢的性能要求4.4.1 4.4.1 刃具钢刃具钢4.4 4.4 工具钢工具钢1碳素工具钢的成分特碳素工具钢的成分特点。碳素工具钢为高点。碳素工具钢为高碳钢碳钢（0.65%0.65%w wC C1.35%1.35%），），随含碳量的提高，碳随含碳量的提高，碳素工具钢中碳化物增素工具钢中碳化物增加，耐磨性提高，但加，耐磨性提高，但韧性下降。韧性下降。2碳素工具钢的热处理特碳素工具钢的热处理特点。碳素工具钢的一般点。碳素工具钢的一般热处理工艺为正火热处理工艺为正火
42、球球化退火化退火淬火淬火+低温回低温回火。其中，球化退火的火。其中，球化退火的目的是降低硬度，便于目的是降低硬度，便于加工，并为淬火做组织加工，并为淬火做组织准备。准备。3常用碳素工具钢。由常用碳素工具钢。由于碳素工具钢热硬性、于碳素工具钢热硬性、淬透性差，因而只可淬透性差，因而只可用于制造小尺寸的手用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。工工具和低速刃具。1 1）碳素工具钢）碳素工具钢2.2.常用刃具钢常用刃具钢1低合金工具钢的成分低合金工具钢的成分特点。低合金工具钢特点。低合金工具钢在保持高的含碳量的在保持高的含碳量的同时，加入了同时，加入了CrCr、MnMn、SiSi、W W、V V等合金元
43、素，等合金元素，具有高的淬透性、耐具有高的淬透性、耐回火性和耐磨性等。回火性和耐磨性等。2低合金工具钢的热处理低合金工具钢的热处理特点。低合金工具钢的特点。低合金工具钢的热处理特点与碳素工具热处理特点与碳素工具钢的基本相同，只是淬钢的基本相同，只是淬火介质为油火介质为油(碳素工具碳素工具钢为水钢为水)。3常用低合金工具钢。低常用低合金工具钢。低合金工具钢的典型钢种合金工具钢的典型钢种为为9SiCr9SiCr，用于制造形，用于制造形状复杂、要求变形小的状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板低速刃具，如丝锥、板牙等。牙等。2 2）低合金工具钢）低合金工具钢低合金工具钢是在碳素工具钢基础上加入少量
44、合金元素低合金工具钢是在碳素工具钢基础上加入少量合金元素(小于小于5%)5%)形形成的。成的。高速工具钢的成分特点高速工具钢的成分特点高速工具钢含碳量高，并含有高速工具钢含碳量高，并含有大量的碳化物形成元素。其主大量的碳化物形成元素。其主要加入元素为要加入元素为Cr、W、Mo、V，主要作用是提高淬透性、，主要作用是提高淬透性、耐回火性和抗氧化性。耐回火性和抗氧化性。W、Mo元素的主要作用是提高钢元素的主要作用是提高钢的热硬性；的热硬性；V元素的主要作用元素的主要作用是细化晶粒，提高钢的硬度和是细化晶粒，提高钢的硬度和耐磨性。耐磨性。高速工具钢的热处理特点高速工具钢的热处理特点高速工具钢的加工工
45、艺路线高速工具钢的加工工艺路线为下料为下料锻造锻造退火退火机械机械加工加工淬火淬火+回火回火磨削。高磨削。高速工具钢是莱氏体钢，其铸速工具钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状马氏体骨状莱氏体与树枝状马氏体组成，脆性大且无法采用热组成，脆性大且无法采用热处理来改善。处理来改善。常用高速工具钢常用高速工具钢高速工具钢的典型钢种为高速工具钢的典型钢种为W18Cr4V和和W6Mo5Cr4V2。这两种钢。这两种钢的组织性能相似，但前者的组织性能相似，但前者的热硬性好，后者的耐磨的热硬性好，后者的耐磨性好。性好。3 3）高速工具钢）高速工具钢 高速工具钢又称
46、为高速钢，用于制造高速切削刃具用钢。其主要性能特高速工具钢又称为高速钢，用于制造高速切削刃具用钢。其主要性能特点是热硬性高、淬透性高，空冷即可淬火，俗称为点是热硬性高、淬透性高，空冷即可淬火，俗称为“锋钢锋钢”。4.4.2 4.4.2 模具钢模具钢1.1.冷作模具钢冷作模具钢 冷作模具钢主要用于制造冷成形模具，如冷冲模、冷挤压模、冷作模具钢主要用于制造冷成形模具，如冷冲模、冷挤压模、拔丝模等。其工作温度一般不应超过拔丝模等。其工作温度一般不应超过200200300 300。1 1）冷作模具钢的性能要求）冷作模具钢的性能要求 由于金属材料在冷态下变形抗力大，因而冷作模具钢在工作时由于金属材料在冷
47、态下变形抗力大，因而冷作模具钢在工作时承受了很大的载荷及冲击。为此，要求冷作模具钢具有高硬度、高承受了很大的载荷及冲击。为此，要求冷作模具钢具有高硬度、高耐磨性、足够的强度和韧性，以及良好的加工性能。耐磨性、足够的强度和韧性，以及良好的加工性能。2 2）冷作模具钢的成分特点）冷作模具钢的成分特点 冷作模具钢含碳量较高，可保证高硬度、高耐磨性。其主要加入元冷作模具钢含碳量较高，可保证高硬度、高耐磨性。其主要加入元素为素为CrCr，主要作用是提高淬透性。辅助加入元素为，主要作用是提高淬透性。辅助加入元素为W W、MoMo、V V，主要作用，主要作用是提高耐磨性及细化晶粒。是提高耐磨性及细化晶粒。3
48、 3）冷作模具钢的热处理特点）冷作模具钢的热处理特点 冷作模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火，其最终热处理为淬冷作模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火，其最终热处理为淬火火+低温回火，使用状态下的组织为低温回火，使用状态下的组织为M M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量)。4 4）常用冷作模具钢）常用冷作模具钢 冷作模具钢的典型钢种为冷作模具钢的典型钢种为Cr12Cr12和和Cr12MoVCr12MoV，其热处理形变小，主要，其热处理形变小，主要用于制造冷冲模、挤压模等。用于制造冷冲模、挤压模等。2.2.热作模具钢热作模具钢 热作模具钢主要用来制造使热态下金属或合金在压力下成
49、形的模具，如热作模具钢主要用来制造使热态下金属或合金在压力下成形的模具，如热锻模、热挤压模、压铸模等，工作时其型腔温度可达热锻模、热挤压模、压铸模等，工作时其型腔温度可达600 600 以上。以上。1 1）热作模具钢的性能要求）热作模具钢的性能要求 热作模具钢在工作时承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦和剧烈的冷热循热作模具钢在工作时承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦和剧烈的冷热循环引起的热疲劳，因此，要求热作模具钢具有以下性能：环引起的热疲劳，因此，要求热作模具钢具有以下性能：（1 1）高温下良好的综合力学性能。）高温下良好的综合力学性能。（2 2）抗热疲劳性能。）抗热疲劳性能。（3 3）高的淬透性和
50、良好的导热性。）高的淬透性和良好的导热性。2 2）常用热作模具钢）常用热作模具钢 热锻模钢热锻模钢压铸模钢压铸模钢热锻模钢属于中碳低合金钢热锻模钢属于中碳低合金钢（0.5%wC0.6%），其加入），其加入的合金元素为的合金元素为Cr、Ni、Mn、Mo。典型钢种为。典型钢种为5CrMnMo、5CrNiMo，前者用于中、小型，前者用于中、小型热锻模，后者用于大型热锻模。热锻模，后者用于大型热锻模。压铸模钢属于中碳高合金钢压铸模钢属于中碳高合金钢（0.3%0.3%w wC C0.6%0.6%），其加入的），其加入的合金元素为合金元素为CrCr、MnMn、SiSi、W W、MoMo等。典型钢种为等。典
