1、一、碳钢中的常存杂质一、碳钢中的常存杂质S S、P P、SiSi、MnMn、N N、H H、O O。S S、P P对钢性能的影响：对钢性能的影响：S S：和：和FeFe能形成能形成FeSFeS，并易与，并易与-Fe-Fe形成低熔点形成低熔点(989)(989)共晶。共晶。当钢凝固结晶时低熔共晶易于沿晶界分布；当钢凝固结晶时低熔共晶易于沿晶界分布；钢件在大于钢件在大于10001000的热加工温度时低熔的热加工温度时低熔共晶共晶会熔化，所以易产生会熔化，所以易产生热脆热脆；1.1 1.1 碳钢概论碳钢概论Chapter 1 Chapter 1 钢铁中的合金元素钢铁中的合金元素P P：能形成：能形成
2、FeFe3 3P P，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，性质硬而脆，在冷加工时产生应力集中，易产生裂纹而形成易产生裂纹而形成冷脆冷脆；P P还具有严重的偏析倾向。还具有严重的偏析倾向。易削钢中易削钢中S S和和P P可改善钢的切削加工性能；可改善钢的切削加工性能；P可提高钢在大气可提高钢在大气中的抗腐蚀性能。中的抗腐蚀性能。二、碳钢的分类及牌号表示方法二、碳钢的分类及牌号表示方法 （1 1）按钢中碳含量可分为低碳钢（）按钢中碳含量可分为低碳钢（w wC C0.25%0.25%）；中碳钢）；中碳钢（0.25%0.25%w w0.6%0.6%）；高碳钢（）；高碳钢（w wC C0.6%0.6%）
3、。）。1 1、碳钢的分类、碳钢的分类（2 2）按钢的质量（品质）分为）按钢的质量（品质）分为普通碳素钢，优质碳素钢，普通碳素钢，优质碳素钢，高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。高级优质碳素钢，特级优质碳素钢。（3 3）按钢的用途分为）按钢的用途分为碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素碳素结构钢，优质碳素结构钢，碳素工具钢，一般工程用铸造碳素钢。工具钢，一般工程用铸造碳素钢。（4 4）按钢冶炼时的脱氧程度分为）按钢冶炼时的脱氧程度分为沸腾钢，镇静钢，半镇静沸腾钢，镇静钢，半镇静钢，特殊镇静钢。钢，特殊镇静钢。2 2、碳钢的牌号表示方法、碳钢的牌号表示方法（1 1）普通碳素结构钢）普通碳素结构钢由代表屈服
4、点的字母（由代表屈服点的字母（Q Q）、屈服点数值、质量等级符号）、屈服点数值、质量等级符号（A A、B B、C C、D D）及脱氧方法符号（）及脱氧方法符号（F F、b b、Z Z、TZTZ）等四个）等四个部分按顺序组成。部分按顺序组成。（2 2）优质碳素结构钢）优质碳素结构钢一般用一般用两位数字两位数字表示。表示钢中表示。表示钢中平均碳的质量分数的万倍。平均碳的质量分数的万倍。若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。若钢中含锰量较高，须将锰元素标出。专用优质碳素结构钢专用优质碳素结构钢还要在牌号的头部（或尾部）加上还要在牌号的头部（或尾部）加上代表产品用途的符号代表产品用途的符号.如如4545钢
5、，钢，20g20g，45Mn45Mn，15F15F。高级优质碳素结构钢高级优质碳素结构钢在牌号后加符号在牌号后加符号“A”A”，特级碳素结，特级碳素结构钢加符号构钢加符号“E”E”。（3 3）碳素工具钢：）碳素工具钢：一般用一般用“T”T”加上加上碳的质量分数的千倍碳的质量分数的千倍表示。高级优表示。高级优质碳素工具钢在其数字后面再加上质碳素工具钢在其数字后面再加上“A”A”字。字。n用标志性符号用标志性符号“ZG”ZG”加上最低屈服点值加上最低屈服点值-最低抗拉强度最低抗拉强度值表示。如值表示。如ZG340-640ZG340-640。（4 4）一般工程用铸造碳素钢）一般工程用铸造碳素钢1.2
6、 1.2 钢铁中的合金元素钢铁中的合金元素1.2.1 1.2.1 铁基固溶体铁基固溶体1 1合金元素与合金元素与FeFe的相互作用的相互作用-Fe-Fe-Fe9120CA3A413940C铁的多型性转变：铁的多型性转变：p奥氏体形成元素：奥氏体形成元素：p在在-Fe-Fe中有较大的溶解度中有较大的溶解度,且能稳定且能稳定-Fe-Fe；如；如 MnMn,Ni,Ni，CoCo，C C，N N，CuCu；v铁素体形成元素：铁素体形成元素：p 在在-Fe-Fe中有较大的溶解度并使中有较大的溶解度并使-Fe-Fe不稳定的元素。不稳定的元素。如：如：V V，Nb,TiNb,Ti等。等。（1 1）相稳定化元
7、素相稳定化元素 使使A A3 3降低，降低，A A4 4升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏升高，在较宽的成分范围内，促使奥氏体形成，即扩大了体形成，即扩大了相区。相区。开启开启相区相区(无限扩大无限扩大相区相区)MeMe与与-Fe-Fe形成无限固溶体，与形成无限固溶体，与-Fe-Fe形成有限固溶体。形成有限固溶体。如：如：MnMn、NiNi、CoCo等。等。扩展扩展相区相区(有限扩大有限扩大相区相区)相区随相区随MeMe的加入而扩大，但的加入而扩大，但MeMe与与-Fe-Fe和和-Fe-Fe均形均形成有限固溶体，最终不能使成有限固溶体，最终不能使相区完全开启。相区完全开启。Me主要主要有有C、
8、N、Cu、Zn、Au等。等。（2 2）相稳定化元素相稳定化元素 MeMe使使A A3 3，A A4 4，在较宽的成分范围内，促使，在较宽的成分范围内，促使F F形成，形成，即即相区。相区。封闭封闭相区相区(无限扩大无限扩大相区相区)这类这类Me有：有：Si、Al、Cr、W、Mo、V、Ti及及P、Be等。等。Cr、V与与-Fe完全互溶，完全互溶，W、Mo、Ti等部分溶解等部分溶解.缩小缩小相区相区(但不能使但不能使相区封闭相区封闭)这类这类Me有：有：B、Nb、Zr等。等。l利用利用MeMe扩大和缩小扩大和缩小 相区作用，获得单相组织，具有相区作用，获得单相组织，具有特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中
9、应用广泛。特殊性能，在耐蚀钢和耐热钢中应用广泛。l合金元素对相图的影响，可以预测合金钢的组织与性能。合金元素对相图的影响，可以预测合金钢的组织与性能。生产中的意义生产中的意义合金元素的存在形式合金元素的存在形式1 1形成铁基固溶体形成铁基固溶体2 2、形成碳化物与氮化物、形成碳化物与氮化物K K形成元素：形成元素：TiTi、ZrZr、NbNb、V V、MoMo、W W、CrCr、MnMn、FeFe等。等。非非K K形成元素：形成元素：NiNi、SiSi、CoCo、AlAl、CuCu等。等。3 3、金属间化合物、金属间化合物金属间化合物一般不参加钢中的组织转变。金属间化合物一般不参加钢中的组织转
10、变。间隙固溶体（间隙固溶体（C、N、B）和代位固溶体）和代位固溶体1.2.5 1.2.5 合金元素对铁碳相图的影响合金元素对铁碳相图的影响1 1、合金元素对、合金元素对S S、E E点的影响点的影响A A形成元素均使形成元素均使S S、E E点向点向左下方左下方移动，移动，F F形成元素使形成元素使S S、E E点向点向左上方左上方移动。移动。l几乎所有几乎所有MeMe都使都使S S、E E点碳含量点碳含量 ；尤其以强；尤其以强K K形成元素形成元素的作用最为强烈。的作用最为强烈。l大多数大多数MeMe均使均使ESES线左移。线左移。E E点左移，意味着钢中含碳量点左移，意味着钢中含碳量不到不
11、到2.11%2.11%就会出现共晶莱氏体；就会出现共晶莱氏体；S S点左移，意味着钢中点左移，意味着钢中含碳量不到含碳量不到0.77%0.77%时，就会出现时，就会出现FeFe3 3C CIIII。扩大扩大相区的元素相区的元素使共析转变温度下降；使共析转变温度下降；缩小缩小相区的元素相区的元素使共析转变温度使共析转变温度升高升高。l要判断一个合金钢是亚共析钢还是过共析钢，不能像碳要判断一个合金钢是亚共析钢还是过共析钢，不能像碳钢那样根据钢那样根据Fe-FeFe-Fe3 3C C相图，而应根据相图，而应根据Fe-C-MeFe-C-Me三元相图和三元相图和多元铁基合金系相图来进行分析。多元铁基合金
12、系相图来进行分析。2 2、MeMe对共析转变温度的影响对共析转变温度的影响1.2.6 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一、一、MeMe对钢在加热时转变的影响对钢在加热时转变的影响A A形成过程：形成过程：A A的形核，的形核，A A的长大，的长大，FeFe3 3C C的溶解，的溶解，A A成分均成分均匀化。匀化。合金元素对合金元素对A A形成的影响形成的影响MeMe加入后改变了临界点温度、加入后改变了临界点温度、S S点位置和点位置和C C在在A A中的溶中的溶解度，使解度，使A A形成的温度条件和形成的温度条件和C C浓度条件发生了变化；浓度条件发生了变化；A A的形成是
13、一个扩散过程，的形成是一个扩散过程，MeMe原子不仅本身扩散困难，原子不仅本身扩散困难，还将影响还将影响FeFe和和C C原子的扩散，从而影响原子的扩散，从而影响A A化过程。化过程。MeMe对对A A晶粒长大的影响晶粒长大的影响TiTi、NbNb、VV，W W、MoMo晶粒长大晶粒长大有有K K存在和（或）存在和（或）D DFeFe；C C、N N、B B、PP晶粒长大晶粒长大DDFeFe （FeFe原子间结合力）；原子间结合力）；AlAl形成的形成的AlNAlN、AlAl2 2O O3 3稳定细小稳定细小晶粒长大。晶粒长大。MnMn在中高碳钢中在中高碳钢中晶粒长大晶粒长大MnMn加强了加强
14、了C C晶粒晶粒长大的作用长大的作用；Me对对M转变转变的影响的影响对对M Ms s、M Mf f点温度的影响，并影响钢中点温度的影响，并影响钢中A AR R含量及含量及M M的精细的精细结构。结构。l除除CoCo、AlAl以外，绝大多数以外，绝大多数MeMe都使都使M Ms s和和M Mf f ，使得室温下使得室温下将保留更多的将保留更多的AR量。量。MeMe还影响还影响M M的形态和的形态和M M的亚结构。的亚结构。1.2.7 Me1.2.7 Me对淬火钢回火转变的影响对淬火钢回火转变的影响主要表现在主要表现在钢的回火稳定性钢的回火稳定性，使回火过程各个阶段使回火过程各个阶段的转变速度的转
15、变速度 ，将其推向更高的温度，将其推向更高的温度。（1 1）MeMe对对M M分解分解的影响的影响 M M的分解过程包括：的分解过程包括：C C原子在原子在M M的晶体缺陷处偏聚，的晶体缺陷处偏聚，-FeFeX XC C析出，及析出，及-Fe-FeX XC C转变为转变为FeFe3 3C C。低温回火：低温回火：C C和和MeMe扩散较困难，扩散较困难，MeMe影响不大；影响不大；中温以上：中温以上：MeMe活动能力活动能力，对，对M M分解产生不同程度影响分解产生不同程度影响:V V、NbNb、CrCr、MoMo、W W等使等使M M分解减慢。分解减慢。使碳钢中使碳钢中M M分解温度分解温度
16、从从260260提高提高到到500500左右。左右。其中其中V V、NbNb的作用比的作用比CrCr、W W、MoMo更强烈。更强烈。SiSi：300300时强烈延缓时强烈延缓M M分解；含分解；含2%Si2%Si能使能使M M分解温度从分解温度从260260提高提高到到350350以上。以上。在含有在含有Ti,V,NbTi,V,Nb,Mo,W,Mo,W等较高合金钢淬火后，在等较高合金钢淬火后，在500-600500-600范围内回火时，在范围内回火时，在相中沉淀析出这些元素相中沉淀析出这些元素的特殊的特殊K K，并使钢的硬度和强度提高的现象。，并使钢的硬度和强度提高的现象。二次硬化（次生硬化
17、）二次硬化（次生硬化）：MeMe对对回火脆性回火脆性的影响的影响 回火脆性：回火脆性：淬火钢在淬火钢在250250400400和和500500650650这两个温这两个温度范围内回火时，冲击韧度不但没有升高度范围内回火时，冲击韧度不但没有升高,反而显著下反而显著下降的现象。降的现象。第一类回火脆性第一类回火脆性（250250400400）：）：（低温回火脆性、不可逆回火脆性）（低温回火脆性、不可逆回火脆性）产生原因：产生原因：FeFe3 3C C薄膜在晶界形成；薄膜在晶界形成；杂质元素杂质元素P P、S S、BiBi等偏聚晶界，等偏聚晶界，晶界强度。晶界强度。SiSi、AlAl等：使回火脆性的
18、温度向等：使回火脆性的温度向高温方向高温方向推移。推移。MeMe作用：作用：MoMo、W W、V V、TiTi等：可等：可稍微减弱稍微减弱这类回火脆性；这类回火脆性；MnMn、CrCr：促进：促进这类回火脆性。这类回火脆性。解决方法：解决方法：尽可能避免在形成低温回火脆性温度范围内回火；尽可能避免在形成低温回火脆性温度范围内回火；可选用含有可改善脆性的合金元素可选用含有可改善脆性的合金元素MoMo、TiTi、V V等的合金等的合金钢或加入钢或加入SiSi推迟脆化温度范围。推迟脆化温度范围。生产高纯钢，降低生产高纯钢，降低P P、S S等杂质元素含量。等杂质元素含量。第二类回火脆性第二类回火脆性
19、（500500650650）：）：（高温回火脆性、可逆回火脆性）（高温回火脆性、可逆回火脆性）MeMe对第二类回火脆性的作用：对第二类回火脆性的作用：v MnMn、CrCr、NiNi、SiSi强烈促进回火脆性强烈促进回火脆性；产生原因：产生原因：杂质杂质SbSb、S S、AsAs或或N N、P P等偏聚晶界；等偏聚晶界；v MoMo、W W、TiTi降低回火脆性降低回火脆性；vRERE可大大降低甚至消除钢的可大大降低甚至消除钢的高温回火脆性。高温回火脆性。v提高冶金质量，尽可能降低钢中有害元素的含量。提高冶金质量，尽可能降低钢中有害元素的含量。防止合金钢中第二类回火脆性的方法：防止合金钢中第二
20、类回火脆性的方法：v但工件尺寸过大时，即使水冷也难防止脆性产生，但工件尺寸过大时，即使水冷也难防止脆性产生，或因工件形状复杂不允许快速冷却时，或因工件形状复杂不允许快速冷却时，可选用含可选用含MoMo、W W的合金钢制造；的合金钢制造；尽可能避免在形成高温回火脆性温度范围内回火，尽可能避免在形成高温回火脆性温度范围内回火，如不可避免，可减少回火脆性温度下停留时间或回火如不可避免，可减少回火脆性温度下停留时间或回火后快冷，一般小件用油冷，较大件用水冷；后快冷，一般小件用油冷，较大件用水冷；1 1合金结构钢合金结构钢 工程构件用钢工程构件用钢（低合金高强度结构钢）（低合金高强度结构钢）u牌号：由代
21、表屈服点的汉语拼音字母（牌号：由代表屈服点的汉语拼音字母（Q Q）、屈服点数）、屈服点数值、质量等级符号（值、质量等级符号（A A、B B、C C、D D、E E）等三个部分按顺）等三个部分按顺序排列组成。序排列组成。u专用专用工程构件结构钢还在牌号的头部（或尾部）标注出工程构件结构钢还在牌号的头部（或尾部）标注出代表产品用途的符号。代表产品用途的符号。1.3 1.3 合金钢的牌号合金钢的牌号 机器零件制造用钢机器零件制造用钢（合金渗碳钢、合金调质钢、合金（合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢等）。弹簧钢、滚动轴承钢和超高强度钢等）。u牌号由三部分组成，即由牌号由三部分组
22、成，即由“二位数字二位数字+元素符号元素符号+数字数字”组成。组成。前面的两位数字表示钢的前面的两位数字表示钢的碳的质量分数的万倍碳的质量分数的万倍，元素符号表示所含元素符号表示所含MeMe，后面的数字表示，后面的数字表示MeMe含量的百倍含量的百倍。凡凡MeMe质量分数质量分数1.5%1%C1%时，含时，含C C量不标出，当平均量不标出，当平均C1%C1%时，则牌号时，则牌号前的数字表示平均前的数字表示平均C C的质量分数的千倍的质量分数的千倍。MeMe的表示方的表示方法与合金结构钢相同。如法与合金结构钢相同。如9SiCr9SiCr必须指出的有三点必须指出的有三点：n第一第一，高速工具钢，高
23、速工具钢，不论不论C C的平均质量分数为多少均的平均质量分数为多少均不予标出不予标出。如。如W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2等，等，l当合金成分不相同时，对高当合金成分不相同时，对高C C者牌号前冠以者牌号前冠以“C”C”字。字。如如CW6Mo5Cr4V2CW6Mo5Cr4V2等。等。第二第二，低，低CrCr（平均（平均CrCr含量含量1%1.65%Cr1.65%以后，则会使以后，则会使A AR R增加，使钢的硬度和尺增加，使钢的硬度和尺寸稳定性降低，同时还会增加寸稳定性降低，同时还会增加K K的不均匀性，降低的不均匀性，降低钢的韧性。钢的韧性。3 3 加
24、入加入SiSi、MnMn、V V等进一步提高淬透性。等进一步提高淬透性。l大型轴承用钢通常加入大型轴承用钢通常加入MnMn、SiSi提高淬透性，适量的提高淬透性，适量的SiSi（0.400.400.60%0.60%）还能明显地提高钢的强度和弹性）还能明显地提高钢的强度和弹性极限；极限；lV V一部分溶于一部分溶于A A，提高淬透性，另一部分形成，提高淬透性，另一部分形成VCVC，提，提高钢的耐磨性并防止过热。通常无高钢的耐磨性并防止过热。通常无CrCr钢中都含有钢中都含有V V。4 4 降低降低S S、P P含量，减少氧化物、硅酸盐夹杂物的数量，含量，减少氧化物、硅酸盐夹杂物的数量，提高冶金质
25、量。提高冶金质量。1 1 常用轴承钢常用轴承钢lCrCr轴承钢轴承钢 典型钢种：典型钢种：GCr15GCr15，使用量占轴承钢的绝大部分。由，使用量占轴承钢的绝大部分。由于淬透性不是很高，因此多于淬透性不是很高，因此多用于制造用于制造中小型轴承中小型轴承。五、滚动轴承钢的应用五、滚动轴承钢的应用l添加添加MnMn、SiSi、MoMo、V V的轴承钢的轴承钢。u在铬轴承钢中加入在铬轴承钢中加入MnMn、SiSi可提高淬透性，如可提高淬透性，如GCr15SiMnGCr15SiMn钢钢等，等，主要用于制造主要用于制造大型大型轴承轴承；低低C C，0.120.120.25%0.25%。保证心部有良好的
26、韧性。保证心部有良好的韧性。CrCr、MnMn、NiNi、SiSi、B B等等l一方面一方面提高钢材的淬透性，提高机件的强度和韧性；提高钢材的淬透性，提高机件的强度和韧性；l另一方面另一方面利用元素利用元素CrCr在渗碳后于表层形成在渗碳后于表层形成K K，提高硬，提高硬度和耐磨性。度和耐磨性。NiNi对渗碳层和心部的韧性非常有利。对渗碳层和心部的韧性非常有利。3.7 3.7 渗碳钢和氮化钢渗碳钢和氮化钢一、渗碳钢的合金化一、渗碳钢的合金化用用MnMn、SiSi脱氧的钢，脱氧的钢，A A晶粒会发生急剧长大。晶粒会发生急剧长大。l加入少量加入少量V V、TiTi、MoMo、W W等阻止等阻止A
27、A的晶粒长大；还可的晶粒长大；还可增加渗碳层硬度增加渗碳层硬度，进一步提高耐磨性。，进一步提高耐磨性。二、渗碳钢的热处理二、渗碳钢的热处理预先热处理预先热处理+渗碳渗碳+最终热处理。最终热处理。最终热处理：最终热处理：淬火淬火+低温回火低温回火。零件的渗零件的渗C表面：高表面：高C回火回火M+细小的细小的K，硬度（，硬度（6062 HRC），耐磨性高。），耐磨性高。零件的非渗零件的非渗C C表面和基体部分（心部）：表面和基体部分（心部）：u低低C C回火回火M M淬透性淬透性高高的钢种；的钢种；u低低C C回火回火M+BM+B（404048HRC48HRC）淬透性淬透性中等中等的钢种；的钢种；
28、u低低C C回火回火T T（252540HRC40HRC）淬透性淬透性小小的钢种。的钢种。u渗碳后直接淬火，再低温回火。渗碳后直接淬火，再低温回火。只要求表面高硬度和耐磨性，只要求表面高硬度和耐磨性，对基体性能要求不高。对基体性能要求不高。主要用于渗碳后不容易过热的钢种，主要用于渗碳后不容易过热的钢种，(如如20CrMnTi20CrMnTi钢）。钢）。u渗碳后先空冷（即正火处理）使组织细化，再按渗碳后渗碳后先空冷（即正火处理）使组织细化，再按渗碳后的表面成分进行淬火并低温回火。的表面成分进行淬火并低温回火。u要求表面高硬度、高耐磨性外，对基体性能有较高要求要求表面高硬度、高耐磨性外，对基体性能
29、有较高要求。主要用于渗碳后容易过热的钢种主要用于渗碳后容易过热的钢种，如，如20Cr20Cr、20Mn220Mn2等。等。u渗碳空冷后，两次淬火。渗碳空冷后，两次淬火。u对零件表面和基体性能的要求都很严格对零件表面和基体性能的要求都很严格。第一次按钢的基体成分加热淬火第一次按钢的基体成分加热淬火，加热温度较高（，加热温度较高（870870左右），目的是细化心部组织并消除表面渗碳层中的网左右），目的是细化心部组织并消除表面渗碳层中的网状渗碳体；状渗碳体；第二次按高碳钢的成分（表面）淬火第二次按高碳钢的成分（表面）淬火，使表面获得细小，使表面获得细小的的M M加粒状加粒状K K组织，以满足表面高性
30、能的要求；组织，以满足表面高性能的要求；最后低温回火最后低温回火消除应力、稳定组织和稳定尺寸。消除应力、稳定组织和稳定尺寸。主要用于航空发动机齿轮的热处理。主要用于航空发动机齿轮的热处理。碳素渗碳钢：碳素渗碳钢：1515、20 20 合金渗碳钢按淬透性的高低可分为合金渗碳钢按淬透性的高低可分为 （1 1）低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢：20Cr20Cr、20Mn220Mn2等等 （2 2）中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢：20CrMnTi20CrMnTi、20Mn2TiB20Mn2TiB、20MnVB20MnVB等。等。（3 3）高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢：12Cr2Ni4
31、A12Cr2Ni4A、15CrMn2SiMo15CrMn2SiMo、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A等。等。三、典型渗碳钢及其应用三、典型渗碳钢及其应用氮化钢氮化钢 氮化后的特点：氮化后的特点：表面硬度高；耐磨性好；可显著提高疲劳寿命，改善表面硬度高；耐磨性好；可显著提高疲劳寿命，改善对缺口的敏感性；具有抗水、油等介质腐蚀的能力；对缺口的敏感性；具有抗水、油等介质腐蚀的能力；有一定的耐热性，在低于渗有一定的耐热性，在低于渗N N温度下受热可保持高的硬温度下受热可保持高的硬度。度。典型氮化钢：典型氮化钢：38CrMoAlA38CrMoAlA。1 1、
32、C C含量含量l碳素弹簧钢碳素弹簧钢：0.80.80.9%C0.9%C；l合金弹簧钢合金弹簧钢：0.450.450.7%C0.7%C。一、弹簧钢的化学成分特点一、弹簧钢的化学成分特点 3.8.1 3.8.1 弹簧钢弹簧钢 3.8 3.8 其他机器制造结构钢其他机器制造结构钢 l提高淬透性、提高回火稳定性，提高淬透性、提高回火稳定性，SiSi提高弹性极限。提高弹性极限。lSiSi含量高时增大含量高时增大C C石墨化的倾向，且在加热时易于石墨化的倾向，且在加热时易于脱碳；脱碳；MnMn易于使钢过热。易于使钢过热。n2 2、SiSi、MnMn 克服硅锰弹簧钢的不足；克服硅锰弹簧钢的不足；CrCr、W
33、 W、V V、NbNb为为K K形成元素，防止过热和脱碳，形成元素，防止过热和脱碳，保证重要用途弹簧具有高的弹性极限和屈服极保证重要用途弹簧具有高的弹性极限和屈服极限。限。3 3、CrCr、W W、V V、NbNb4、弹簧钢的纯度、弹簧钢的纯度对疲劳强度有很大影响，弹簧钢均对疲劳强度有很大影响，弹簧钢均为优质钢（为优质钢（P0.04%，S0.04%）或高级优质钢）或高级优质钢（P0.035%，P0.035%）。）。热处理工艺：热处理工艺：淬火淬火+中温回火。中温回火。得到得到T回。具有一定的回。具有一定的冲击韧度，较高的冲击韧度，较高的e、s/b和最高的疲劳强度。和最高的疲劳强度。1 1、碳素
34、弹簧钢：、碳素弹簧钢：6565、7070、7575和和8585钢钢 65Mn65Mn为高锰碳素弹簧钢。和其他碳素弹簧钢比较，为高锰碳素弹簧钢。和其他碳素弹簧钢比较，具有稍高的淬透性，脱碳倾向小，但容易过热并具有稍高的淬透性，脱碳倾向小，但容易过热并有回火脆性的倾向。故使用于制造截面尺寸稍大有回火脆性的倾向。故使用于制造截面尺寸稍大的普通弹簧。的普通弹簧。二、典型弹簧钢及应用实例二、典型弹簧钢及应用实例 60Si2Mn60Si2Mn：主要用于制造汽车、拖拉机和机车上的主要用于制造汽车、拖拉机和机车上的板簧（板簧（101012mm12mm厚）和螺旋弹簧（直径为厚）和螺旋弹簧（直径为202025mm
35、25mm）等，淬透性和性能高于等，淬透性和性能高于65Mn65Mn。lSiSi显著提高弹性极限和屈服比；略提高淬透性，但显著提高弹性极限和屈服比；略提高淬透性，但又不使又不使MsMs点下降，不致增加淬火开裂倾向；可以防点下降，不致增加淬火开裂倾向；可以防止氧化，但却促进脱碳倾向，故应特别注意防护。止氧化，但却促进脱碳倾向，故应特别注意防护。2 2、合金弹簧钢、合金弹簧钢50CrV：CrCr和和V V复合加入，提高弹簧钢的淬透性，且有复合加入，提高弹簧钢的淬透性，且有较高的高温强度、韧性和较好的热处理工艺性能。较高的高温强度、韧性和较好的热处理工艺性能。制造制造350-400350-400下承受
36、重载的大型弹簧，如阀门弹簧、下承受重载的大型弹簧，如阀门弹簧、高速柴油机的汽门弹簧等。高速柴油机的汽门弹簧等。3.8.3 3.8.3 高锰钢高锰钢C C：0.90.91.4%1.4%。C C含量含量自自1.0%1.0%增至增至1.5%1.5%时，表面硬时，表面硬度度，耐磨性可，耐磨性可2 23 3倍，强度亦倍，强度亦，但冲击韧性，但冲击韧性，开裂倾向。开裂倾向。lMnMn：101014%14%。相区，相区，A A的稳定性。通常的稳定性。通常MnMn/C/C的比值应为的比值应为9 91111，以保证获得，以保证获得A A的组织。的组织。一、成分特点：一、成分特点：高高C C、高、高MnMnlCr
37、（24%）或适量的）或适量的Mo和和V，能形成细小的能形成细小的K，提，提高屈服强度、冲击韧性和抗磨性。高屈服强度、冲击韧性和抗磨性。lRERE：进一步进一步钢液的流动性，钢液的流动性，钢液充填铸型的能力，钢液充填铸型的能力，热裂倾向，热裂倾向，A A晶粒，晶粒，铸后冷却时在晶界上析铸后冷却时在晶界上析出出K K；RERE还能还能高锰钢的冷作硬化效应及韧性，高锰钢的冷作硬化效应及韧性，使用寿命。使用寿命。常用高锰铸钢：常用高锰铸钢：ZGMn13ZGMn13型。如型。如ZGMn13-1ZGMn13-1、ZGMn13-4ZGMn13-4、ZGMn13Cr2ZGMn13Cr2、ZGMn13MoZGM
38、n13Mo、ZGMn13REZGMn13RE。二、高锰钢的耐磨性及应用二、高锰钢的耐磨性及应用耐磨机理：耐磨机理：通过大量形变在通过大量形变在A A基体中产生大量层错、形基体中产生大量层错、形变孪晶、变孪晶、-M-M和和-M-M，成为位错运动的障碍。，成为位错运动的障碍。强烈冲强烈冲击击后，钢的表面硬度极大地提高到后，钢的表面硬度极大地提高到500HB500HB左右，而心部左右，而心部保持韧性的保持韧性的A A，能承受强有力的冲击载荷而不破裂。，能承受强有力的冲击载荷而不破裂。必须指出的是，必须指出的是，选用高锰钢做耐磨零件时，应先了选用高锰钢做耐磨零件时，应先了解其工作条件。在解其工作条件。
39、在无压力无压力的条件下，由于的条件下，由于无加工硬无加工硬化化现象，高锰钢并不比其它具有相同硬度的钢更为现象，高锰钢并不比其它具有相同硬度的钢更为耐磨。耐磨。广泛应用于承受广泛应用于承受大冲击载荷大冲击载荷、强烈磨损强烈磨损的工况下工的工况下工作的零件，如各式碎石机的衬板、颚板、磨球，挖作的零件，如各式碎石机的衬板、颚板、磨球，挖掘机斗齿、坦克的履带板等。掘机斗齿、坦克的履带板等。三、高锰钢的热处理：三、高锰钢的热处理：固溶处理固溶处理（水韧处理）水韧处理）将钢加热到单相将钢加热到单相A A相区的温度范围（相区的温度范围（一般为一般为1050 1050 11001100）保温，使保温，使网状网
40、状K K充分溶入充分溶入A A，然后水冷，然后水冷，获得单相获得单相A A组织。组织。铸态组织：铸态组织：A A+网状网状K K。网状网状K K沿晶界析出，显著降低钢的强度、韧性和耐磨性。沿晶界析出，显著降低钢的强度、韧性和耐磨性。铸件出炉至入水时间应尽量缩短，以避免铸件出炉至入水时间应尽量缩短，以避免K K析出。析出。冷速要快，常采用水冷。冷速要快，常采用水冷。第四章第四章 工具钢工具钢一、碳素工具钢一、碳素工具钢0.65-1.35%C，T7T7、T8T8、T9T9、T10T10、T11T11、T12T12及及T13T13各类。各类。4.1 4.1 碳素钢及低合金工具钢碳素钢及低合金工具钢淬
41、透性低，必须用盐水或碱水淬火，变形开裂倾淬透性低，必须用盐水或碱水淬火，变形开裂倾向大，工作温度低于向大，工作温度低于200200，断面尺寸小于断面尺寸小于15mm15mm的的工具。工具。CrCr：淬透性；淬透性；钢的回火稳定性；防止钢的回火稳定性；防止SiSi的石墨的石墨化倾向。化倾向。1 1、合金元素的作用、合金元素的作用二、低合金工具钢二、低合金工具钢Si：钢的淬透性，钢的淬透性，钢的回火稳定性。钢的回火稳定性。在高碳钢中，在高碳钢中，高温加热时引起脱碳和高温加热时引起脱碳和石墨化，不单独加入，必须石墨化，不单独加入，必须同时添加同时添加W、Cr、Mn等，等，钢的脱碳倾向。钢的脱碳倾向。
42、MnMn：钢的淬透性，钢的淬透性，钢的过热倾向。钢的过热倾向。W W：0.50.51.5%1.5%，形成较稳定的，形成较稳定的K K，阻止钢的过热，保证，阻止钢的过热，保证晶粒细化，晶粒细化，钢的耐磨性。钢的耐磨性。W W含量太多，使含量太多，使K K分布不匀，分布不匀，恶化性能。恶化性能。V V：有效阻止：有效阻止A A晶粒长大，晶粒长大，过热敏感性。过热敏感性。9SiCr9SiCr：SiSi、CrCr淬透性，淬透性，D D油油40mm60HRC60HRC；K K细小、均匀细小、均匀不容易崩刃；不容易崩刃；分级或等温处理，变形较小；分级或等温处理，变形较小；Si Si使脱碳倾向较大。使脱碳倾
43、向较大。2 2、典型钢种、典型钢种适于制作形状较复杂、变形要求小的工件，特别是适于制作形状较复杂、变形要求小的工件，特别是薄刃工具，如丝锥、扳牙、铰刀等。薄刃工具，如丝锥、扳牙、铰刀等。CrWMnCrWMn：CrCr、W W、MnMn复合，复合，淬透性，淬透性，D D油油=50=5070mm70mm；A AR R在在181820%20%，淬火后变形小；，淬火后变形小；含含CrCr、W W碳化物较多且较稳定，晶粒细小碳化物较多且较稳定，晶粒细小高硬度、高耐磨性；高硬度、高耐磨性；回稳性较好，回稳性较好，250250回火，回火，60HRC10%A+M +10%AR R +K +K1 1回火回火回火
44、回火 M M回回 +M +M +少量少量A AR R +K +K2 2 M M回回 +A+AR R （少量）（少量）+K+K3 3（K K1 1等以示区别）等以示区别）正常回火后硬度为正常回火后硬度为HRC62HRC626464，其组织为，其组织为M M回回+A+AR R（少量）（少量）+K K。三、高速钢中合金元素的作用三、高速钢中合金元素的作用n1 1、C C主要强化元素，随着主要强化元素，随着C C含量进一步含量进一步，淬火回火后，淬火回火后的硬度和热硬性都的硬度和热硬性都。若若C C和和K K形成元素满足形成元素满足K K分子式中的定比关系，可以分子式中的定比关系，可以获得最大的二次硬
45、化效应。获得最大的二次硬化效应。若若C C含量很高，含量很高，K K总量总量，K K不均匀性不均匀性；淬火后；淬火后A AR R量量，需多次回火；使固相线温度，需多次回火；使固相线温度，淬火温度，淬火温度。对对W W系，系，C C含量将使钢的抗弯强度和韧性明显含量将使钢的抗弯强度和韧性明显。2 2、W W和和MoMoW20%W20%时，时，K K不均匀性不均匀性 ，强韧性，强韧性。WW热导率热导率钢导热性差。钢导热性差。W W是钢获得红硬性的主要元素。是钢获得红硬性的主要元素。共晶碳化物共晶碳化物M M6 6C C淬火加热时大量未溶，淬火加热时大量未溶，A A晶粒长大，晶粒长大，改善韧性。固溶
46、在改善韧性。固溶在A A中的中的7-8%W7-8%W淬火后淬火后 回火稳定回火稳定性；回火时析出性；回火时析出W W2 2C C，产生弥散硬化，产生弥散硬化，热硬性。热硬性。MoMo和和W W相似，相似，1 1MoMo可取代可取代1.51.52.02.0W W。lMoMo使共晶使共晶K K由鱼骨状变成细鸟巢状，由鱼骨状变成细鸟巢状，K K的不均匀性；的不均匀性；热硬性略低；脱碳倾向大；热硬性略低；脱碳倾向大；MoMo系抗弯强度和韧性远高系抗弯强度和韧性远高于于W W系。系。3 3、V Vl淬火加热时，淬火加热时，VCVC部分溶于部分溶于A A中，使中，使M M回火稳定性回火稳定性 ；回火时析出
47、弥散回火时析出弥散VCVC产生二次硬化，产生二次硬化，热硬性。未溶热硬性。未溶部分阻碍部分阻碍A A晶粒长大。晶粒长大。主要以主要以VCVC存在，也溶于其他类型存在，也溶于其他类型K K。l高高V V高速钢中，鸟巢状的共晶碳化物高速钢中，鸟巢状的共晶碳化物VCVC增多，可达增多，可达10%10%左右，左右，钢的耐磨性，但也使切削加工性能钢的耐磨性，但也使切削加工性能。4 4、CrCr CrCr在钢中主要存在于在钢中主要存在于M M2323C C6 6中，也溶于中，也溶于M M6 6C C和和MCMC型型K K中。中。淬火加热淬火加热CrCr几乎全部溶于几乎全部溶于A A中，主要中，主要 淬透性
48、。淬透性。耐蚀性和抗氧化能力，耐蚀性和抗氧化能力，粘刀现象，改善刃具切粘刀现象，改善刃具切削能力。削能力。l淬火加热时溶于淬火加热时溶于A A中，中，M M的回火稳定性。的回火稳定性。CoCo与与W W和和MoMo原子间结合力强，可原子间结合力强，可W W和和MoMo原子扩散速率，原子扩散速率，合金合金K K析出和聚集长大，析出和聚集长大，热硬性。热硬性。韧性、韧性、脱脱碳倾向。碳倾向。5 5、CoCo6 6、微合金元素、微合金元素lN N溶于溶于K K中，形成合金碳氮化物，使中，形成合金碳氮化物，使M M6 6C C碳化物稳定性碳化物稳定性 ，聚集倾向。聚集倾向。N N细化细化A A晶粒，晶
49、粒，晶界开始熔化温度，因晶界开始熔化温度，因而而 了淬火温度和了淬火温度和MeMe溶解量溶解量，回火硬度和热硬性。回火硬度和热硬性。N N：热硬性，同时也热硬性，同时也 抗弯强度和挠度，抗弯强度和挠度，韧性。韧性。lRERE：钢在钢在900-1150900-1150间的热塑性。间的热塑性。硫在晶界的硫在晶界的偏聚，偏聚，热塑性。热塑性。4.3 4.3 冷作模具钢冷作模具钢常用作冷作模具的碳素工具钢有常用作冷作模具的碳素工具钢有T8AT8A、T10AT10A、T12AT12A。常用。常用作冷作模具的低合金工具钢有作冷作模具的低合金工具钢有9Mn2V9Mn2V、9CrSi9CrSi、CrWMnCr
50、WMn等。等。只能用于制作尺寸小、形状简单、工作负荷较轻的模具。只能用于制作尺寸小、形状简单、工作负荷较轻的模具。1 1、高铬模具钢的成分和特点、高铬模具钢的成分和特点 含有较高的含有较高的C C（1.41.42.3%2.3%）和大量的）和大量的CrCr（111113%13%），有时），有时还加入少量的还加入少量的MoMo和和V V。典型钢：典型钢：Cr12Cr12和和Cr12MoVCr12MoV。一、高铬和中铬模具钢一、高铬和中铬模具钢 第五章第五章 不锈钢不锈钢电化学腐蚀的主要形式电化学腐蚀的主要形式均匀腐蚀、均匀腐蚀、晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀晶间腐蚀、点腐蚀、应力腐蚀等。等。成分的影响
