1、第5章 工业用钢第五章第五章 工业用钢工业用钢1 钢的综述钢的综述2 结构钢结构钢3 工具钢工具钢4 特殊性能钢特殊性能钢一、一、各种金属材料及其在汽车制造中的应用各种金属材料及其在汽车制造中的应用 应用于汽车上的金属材料分为黑色金属材料和有应用于汽车上的金属材料分为黑色金属材料和有色金属材料两大类。黑色金属材料占到汽车总重量色金属材料两大类。黑色金属材料占到汽车总重量的的80左右，有色金属占左右，有色金属占34.7。一般要求的汽车结构零件大多采用钢（尤其是碳一般要求的汽车结构零件大多采用钢（尤其是碳素钢）或铸铁制造，而有色金属具有很多钢铁材料所素钢）或铸铁制造，而有色金属具有很多钢铁材料所没
2、有的性能，能够满足某些机械零件的特殊性能要求。没有的性能，能够满足某些机械零件的特殊性能要求。1 钢的综述钢的综述（一）按用途可划分（一）按用途可划分 工程用钢工程用钢 结构钢结构钢 机械用钢机械用钢 工具钢工具钢 特殊性能钢特殊性能钢二、钢的分类及成分特点二、钢的分类及成分特点 建筑工程用钢 工程用钢 桥梁工程用钢 船舶工程用钢 结构钢 车辆工程用钢 低合金高强度钢 渗碳钢 机械用钢 调质钢 弹簧钢 轴承钢 刃具钢刃具钢工具钢工具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 不锈钢不锈钢 特殊性能钢特殊性能钢 耐热钢耐热钢 耐磨钢耐磨钢 1碳素钢 （1）低碳钢 C 0.25 （2）中碳钢 0.25 C 0
3、.6 （3）高碳钢 C 0.62合金钢 （1）低合金钢 M总 5 （M总为合金元素总量）（2）中合金钢 5 M总 10 （3）高合金钢 M总 10（二）按化学成分划分（二）按化学成分划分1普通钢普通钢 P 0.045，S 0.055 2优优质钢质钢 P、S均均 0.0403高级优质钢高级优质钢 P 0.035，S 0.030（三）按钢的质量划分（三）按钢的质量划分 碳是决定钢性能的主要元素。随着含碳量碳是决定钢性能的主要元素。随着含碳量的增加，碳素钢的强度和硬度都在升高，塑性的增加，碳素钢的强度和硬度都在升高，塑性和韧性都在降低。当含碳量在和韧性都在降低。当含碳量在0.9左右时，左右时，强度达
4、到最大值，以后随着含碳量的增加，硬强度达到最大值，以后随着含碳量的增加，硬度升高，强度、塑性和韧性降低，脆性增大。度升高，强度、塑性和韧性降低，脆性增大。锰是钢中的有益元素，是炼钢时用锰铁脱锰是钢中的有益元素，是炼钢时用锰铁脱氧而残留在钢中的，锰有很好的脱氧能力，还氧而残留在钢中的，锰有很好的脱氧能力，还可以与硫形成可以与硫形成MnS，从而消除了硫的有害作，从而消除了硫的有害作用。锰作为杂质一般应不超过用。锰作为杂质一般应不超过0.8。（四）钢成分特点（四）钢成分特点 磷也是钢中的有害元素，它使钢在低温时磷也是钢中的有害元素，它使钢在低温时变脆，这种现象称为冷脆性。因此，钢中含磷变脆，这种现象
5、称为冷脆性。因此，钢中含磷量也要严格控制，通常应小于量也要严格控制，通常应小于0.045。硅也是钢中的有益元素，也是作为脱氧剂硅也是钢中的有益元素，也是作为脱氧剂而进入钢的，硅的脱氧能力比锰还强，还能提而进入钢的，硅的脱氧能力比锰还强，还能提高钢的强度及质量，硅作为杂质一般应不超过高钢的强度及质量，硅作为杂质一般应不超过0.4。硫是钢中有害元素，常以硫是钢中有害元素，常以FeS形式存在，形式存在，FeS与与Fe形成低熔点的共晶体，熔点为形成低熔点的共晶体，熔点为985。钢中含硫量必须严格控制，通常应小于钢中含硫量必须严格控制，通常应小于0.05。1.碳钢淬透性低碳钢淬透性低2.碳钢强度低碳钢强
6、度低3.碳钢回火稳定性差碳钢回火稳定性差4.碳钢不具备某些特殊性能碳钢不具备某些特殊性能5.碳钢价格低廉碳钢价格低廉三、碳钢和合金钢的特点 合金钢中常用的金属元素：Mn、Cr、Si、Mo、V、Ti、Ni、稀土等元素，又常分为碳化物形成元素和非碳化物形成元素。碳化物形成元素：Ti、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等。非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N等。合金钢中常用的元素合金钢中常用的元素四、合金元素在钢中的作用四、合金元素在钢中的作用（一）（一）合金元素提高钢的机械性能。合金元素提高钢的机械性能。原因：原因：1、合金元素对铁素体起固溶强化作用。、合金元素对铁素体起固溶强化作用。2
7、、合金元素与碳形成碳化物（如：、合金元素与碳形成碳化物（如：TiC、VC），提高钢的强度、硬度、耐磨性，但），提高钢的强度、硬度、耐磨性，但塑性、韧性下降。塑性、韧性下降。3、合金元素使晶粒细化、合金元素使晶粒细化 除除Mn外，一般合金元素都有阻碍外，一般合金元素都有阻碍A晶晶粒长大的作用，从而细化钢的晶粒，提高粒长大的作用，从而细化钢的晶粒，提高了钢的韧性。了钢的韧性。合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用:（二）合金元素可以改善钢的热处理工艺性能（二）合金元素可以改善钢的热处理工艺性能提高钢的淬透性和回火稳定性提高钢的淬透性和回火稳定性 研究表明，除合金元素研究表明，除合金元素Co之外，
8、其它元素均之外，其它元素均可提高过冷可提高过冷A稳定性，使稳定性，使C曲线向右移动，降低钢曲线向右移动，降低钢的临界淬火速度的临界淬火速度VK，即增加了钢的淬透性。，即增加了钢的淬透性。碳钢被合金钢取代有时是由于碳钢被合金钢取代有时是由于b、s不够，不够，但大多数情况是由于其淬透性不够而被取代。但大多数情况是由于其淬透性不够而被取代。合金元素能提高回火稳定性，即合金元素能提高回火稳定性，即钢件硬度随钢件硬度随回火温度的升高而下降的程度减慢回火温度的升高而下降的程度减慢。对对W W、MoMo、TiTi含量较高的淬火钢，在含量较高的淬火钢，在500-600500-600度回火时，析出细小弥散分布的
9、特殊碳化物，产度回火时，析出细小弥散分布的特殊碳化物，产生二次硬化。生二次硬化。（三）合金元素能使钢获得特殊的性能 当在钢中所加入的某些合金元素足够量后，钢的组织和性能就会出现某种特殊的变化。于是可得到特殊性能的合金钢。如：不锈钢、耐热钢、抗磨钢等。碳（素）钢 碳素钢具有成本低、加工难度较小、生产工艺较成熟、炼钢能耗低、容易回收再利用、利于环境保护等优点，因此在汽车制造中得到广泛的应用。1、普通碳素结构钢 2、优质碳素结构钢 3、碳素工具钢 4、铸造碳钢（一）普通碳素结构钢 钢号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个强度级别 牌号：Q+数字-质量等级脱氧方法 质量分A、B、C、
10、D级，D级S、P含量最低。1“Q”字表示屈服强度之义。Q195表示屈服强度为195Mpa。2.A、B、C、D表示钢材质量等级不同。A表示P、S质量分 数最高，D表示P、S质量分数最低。3“F”表示沸腾钢，“b”表示半镇静钢，不标注“F”、“b”者为镇静钢。如：Q235-A.F表示屈服强度235MPa的A级沸腾钢。sb5牌号等级化学成分 w/%sb用 途CSPMPMP%Q195-0.06-0.120.0500.045195315-39033塑性好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，用于制造受力不大的零件，如普通螺钉、螺母、垫圈等，及焊接件、冲压件、桥梁建设等金属结构件Q215A0.09
11、-0.150.0500.045215335-41031B0.045Q235A0.14-0.220.0500.045235375-46026B0.12-0.200.045C0.180.0400.040可用于重要的焊接件D0.170.0350.035Q255A0.18-0.280.0500.045255410-51024强度较高，用于制造承受中等载荷的零件，如小轴、销子、连杆等。B0.045sss普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能及用途普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能及用途 普通碳素结构钢-应用 含碳量较低，一般在0.06%-0.38%范围内；焊接性能、塑性、韧性好；价格低；通常轧制
12、成钢板、钢带、型钢、棒钢等各种型材，用于桥梁、建筑等工程构件和要求不高的机械零件。这类钢主要保证机械性能 碳素结构钢在汽车上的应用碳素结构钢在汽车上的应用 型 号 应用举例Q235A 传动轴中间轴承支架、发动机支架、后视镜支架、油底壳加强板等Q235AF机油滤清器法兰、发电机连接板、前钢板弹簧夹箍、后视镜支架等Q235B 同步器锥盘、差速器螺栓锁片、驻车制动器操作杆棘爪和齿板等Q235BF消声器后支架、放水龙头手柄夹持架、百叶窗叶片等（二）优质碳素结构钢 钢号:08F,10F,15F,08,10,15,20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85(间隔）及
13、15Mn,20Mn,25Mn,30Mn,35Mn,40Mn,45Mn,50Mn,55Mn,60Mn,65Mn,70 Mn 牌号是两位数字，表示钢的平均含碳量，单位是万分之一。如钢号45，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。若钢中锰含量较高，则在钢号后附以符号“Mn”，如45Mn等。含Mn为0.350.6时将Mn标出。专门用钢在钢号后加字母。如20g钢为锅炉用钢 优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件。优质碳素结构钢中的低碳钢，强度和硬度不高，优质碳素结构钢中的低碳钢，强度和硬度不高，但塑性、韧性和焊接性能较好，常用于制造各种冲但塑性、韧性和焊接性能较好，常用于制造各种冲压件、焊接件和强
14、度要求不高的零件，如发动机油压件、焊接件和强度要求不高的零件，如发动机油底壳（图底壳（图5-6）、油箱、车身外壳、离合器盖（图）、油箱、车身外壳、离合器盖（图5-7）、变速叉、轮胎螺栓和螺母等。）、变速叉、轮胎螺栓和螺母等。中碳钢具有较高的强度和硬度，切削性能良好，中碳钢具有较高的强度和硬度，切削性能良好，经过热处理后具有良好的综合机械性能，常用于制经过热处理后具有良好的综合机械性能，常用于制造受力较大的汽车零件，如曲轴正时齿轮、飞轮齿造受力较大的汽车零件，如曲轴正时齿轮、飞轮齿圈、万向节叉、离合器从动盘、连杆等。圈、万向节叉、离合器从动盘、连杆等。高碳钢具有高的强度、硬度和弹性，常用于制造高
15、碳钢具有高的强度、硬度和弹性，常用于制造弹性件和耐磨件，如气门弹簧、离合器压盘弹簧、弹性件和耐磨件，如气门弹簧、离合器压盘弹簧、活塞销卡簧、空气压缩机阀片、弹簧垫圈等。活塞销卡簧、空气压缩机阀片、弹簧垫圈等。图图5-6 发动机油底壳发动机油底壳 图图5-7 离合器盖离合器盖 常用优质碳素结构钢在汽车上的应用常用优质碳素结构钢在汽车上的应用牌 号应用举例08驾驶室外壳、油底壳、油箱、离合器盖等15轮胎螺栓和螺母、发动机气门室罩、离合器调整螺栓、曲轴箱螺栓等20离合器分离杠杆、风扇叶片、驻车制动杆等35曲轴正时齿轮、半轴螺栓锥形套、机油泵齿轮、连杆螺母、汽缸盖定位销等45气门推杆、同步器锁销、变速
16、杆、凸轮轴、曲轴、离合器踏板轴及分离叉等50离合器从动盘等65 Mn 气门弹簧、转向纵拉杆弹簧、离合器压盘弹簧、活塞销卡簧等（三）碳素工具钢 钢号：T7,T8,T9,T10,T11,T12,T13 含碳量：在在0.65-1.35%之间，以千分之间，以千分之一表示含碳量，之一表示含碳量，T8钢为钢为C0.8 为为“碳碳”字字 含含Mn为为0.350.60时将时将Mn标出。标出。如如T8Mn钢。钢。碳素工具钢都是优质钢碳素工具钢都是优质钢。钢号后的钢号后的“A”字表示高级优质钢。如字表示高级优质钢。如T8A碳素工具钢-应用 碳素工具钢用来制造各种量具、刃具、模具等。T7、T8硬度高、韧性较高，可制
17、造冲头，锤子等工具。T9、T10、T11硬度更高，韧性适中，制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。T12、T13硬度很高、韧性较低制作锉刀，刮刀等刃具及量规、样套等量具。碳素工具钢使用前都要进行热处理。（四）铸造碳钢 铸钢有两种编号方法。机器零件用铸造碳钢的牌号由“ZG”碳钢的牌号组成。例如，ZG45、ZG15等。工程用铸钢的牌号由“ZG”（“铸钢”的汉语拼音字首）、最小的屈服强度值、最小的抗拉强度值组成。例如ZG200-400表示屈服强度为200MPa、抗拉强度为400MPa的工程用铸钢。铸钢的含碳量一般在铸钢的含碳量一般在0.150.6之间。之间。铸钢具有较好的机械性能、良好的焊
18、接性能，铸钢具有较好的机械性能、良好的焊接性能，但其铸造性能比较差，一般需要进行热处理，但其铸造性能比较差，一般需要进行热处理，以改善力学性能。以改善力学性能。铸钢在汽车上的应用铸钢在汽车上的应用 20 牌 号 应用举例ZG270-500机油管法兰、化油器活接头、车门限制器的限制块等ZG310-570进排气歧管压板、风扇过渡法兰、前减振器下支架、变速叉、起动爪等ZG340-640齿轮、棘轮等合金钢编号规则 1、合金结构钢 2、合金工具钢 3、特殊性能钢合金结构钢编号规则钢号由三部分组成：数字+元素+数字钢号前的两位数字表示平均含碳量，以万分之几表示。合金元素以化学元素符号表示；合金元素后的数字
19、表示含合金元素量（M），以百分之几表示；如果平均M1.5时一般不标明含量数字；如果M1.5、2.5%、3.5%、4.5%时分别标以2、3、4、5如36Mn2Si:平均约0.36%C,1.5-1.8%Mn,0.4-0.7%Si;合金结构钢均是优质钢，若是高级优质钢，在钢号后加以“A”字。例如：38CrMoAlA钢0.38C、含Cr、Mo、Al均1.5，高级优质合金结构钢。合金工具钢编号规则与合金结构钢大体相同，不同之处在于含碳量的表示方法。若含C1.0时，在钢号前不标含碳量数字，如Cr12钢，C 1.0。含C1.0时，以千分之几（一位数字）表示含碳量。如9CrSi钢，C0.9。合金元素以百分之几
20、表示，方法与合金结构钢相同。9Mn2V：0.85-0.95%C,1.7-2.0%Mn,0.1-0.25%V 特殊性能钢特殊性能钢，如不锈钢、耐热钢，与工具钢表示碳含量方法相同，也以千分之一为单位的一位数字表示碳含量。以百分之一表示含合金元素量。1Cr18Ni9Ti钢C0.1、Cr 18、Ni 9、Ti1.5%但若含碳量0.03%及 0.08的钢，在钢号前分别冠以“00”及“0”。如00Cr18Ni10,0Cr18Ni9Ti 特例铬滚动轴承钢：在钢号前注明“滚”或“G”，其后为Cr+数字。数字表示含Cr量的千分之几。例如，GCr15钢，Cr为1.5。在高速钢的钢号中，一般不标出含碳量，只标出合金
21、元素平均含量的百分之几。如W18Cr4V,0.7-0.8%C；W6Mo5Cr4V2，含0.8-0.9%C.1.钢号：Q195、Q215、Q235-A.F钢、Q235-A.b钢、Q235-C钢、Q255、Q275等2.性能与用途：1）Q195、Q215、Q235、Q235B等钢塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管，用于桥梁、建筑物等构件。2）Q235C、Q235D钢可用于重要的焊接件。3）Q255、Q275钢强度较高，可轧制成型钢或钢板。一一.工程结构钢工程结构钢（一）（一）普通碳素结构钢普通碳素结构钢2 结构钢1.钢号：Q295（12Mn）、Q345（12MnV,16Mn）、Q3
22、90（15MnV）、Q420、Q460等 2.成分特点：（1）低碳。由于韧性、焊接性能和冷成形性能高，故含碳量0.2%（2）主加元素为Mn，产生固溶强化效应；还有少量Ti、V等元素,在钢中形成细碳化物或氮化物，阻碍A晶粒的长大。3.性能与用途：（1）性能高强度、高韧性、良好的焊接性及冷成形性和耐蚀性。（2）用途1）低强度钢 Q295、Q345 钢制造工程结构，可使重量减轻2030。2）中级别强度钢 Q390 钢用于桥梁、船舶、锅炉等大型结构件。4.热处理；热轧空冷使用，s500MPa;（二）普通低合金结构钢（普低钢）（二）普通低合金结构钢（普低钢）低合金结构钢在汽车上常用于制造车架纵、横梁低合
23、金结构钢在汽车上常用于制造车架纵、横梁和前保险杠等结构件。和前保险杠等结构件。常用低合金结构钢在汽车上的应用常用低合金结构钢在汽车上的应用牌 号 应用举例Q295 水箱固定架底板、风扇叶片、车架横梁等Q345 车架纵梁、车架横梁、油箱托架、车架角撑、蓄电池固定筐后板等Q390 车架前横梁、车架中横梁、前保险杠、车架角撑等1、钢号：1）低淬透性：15,20Mn2,20Cr,20MnV,20CrV 2)中淬透性：20CrMn,20CrMnTi,20Mn2TiB,20SiMnVB 3)高淬透性：18Cr2Ni4WA,20Cr2Ni4A,15CrMn2SiMo2、渗碳钢的成分特点：低 碳：一般为0.1
24、0.25。低合金：合金元素的作用Cr、Mn、Ni等主要是提高钢的淬透性。W、Mo、Ti主要是形成稳定的合金碳化物，抑制钢在渗碳过程中晶粒长大，增加渗碳层硬度，提高耐磨性。3、用途：用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机的凸轮轴、活塞轴等1）表面高的耐磨和耐接触疲劳抗力；2）心部有高的韧性和足够高的强度，承受交变载荷的冲击；3）有良好的热处理工艺性能。二、机械结构钢二、机械结构钢（一）优质碳素结构钢及合金结构钢（一）优质碳素结构钢及合金结构钢渗碳钢渗碳钢渗碳钢的热处理C渗碳后表层含碳量为1.0C左右。C 热处理一般为：渗碳；淬火（表层的Ac1以上）低温回火（160）渗碳层：0.51.0mm.渗
25、碳温度：900930渗碳后组织：表层M回火碳化物A少，5864HRC 心部完全淬透：M回火条+F，40 48HRC -不完全淬透：屈氏体+少量M回火+少量F，25-40HRC常用钢种及应用常用钢种及应用 低淬透性渗碳钢低淬透性渗碳钢-20Cr 20CrV 20MnV等等 只适用于冲击载荷较小的小齿轮、活塞销等。只适用于冲击载荷较小的小齿轮、活塞销等。中淬透性渗碳钢中淬透性渗碳钢-20CrMnTi用于尺寸较大的且承用于尺寸较大的且承 受较大载荷的汽车拖拉机上的重要齿轮。受较大载荷的汽车拖拉机上的重要齿轮。高淬透性渗碳钢高淬透性渗碳钢-18Cr2Ni4A用于坦克齿轮等。用于坦克齿轮等。图图5-8
26、合金渗碳钢制造的万向节十字轴合金渗碳钢制造的万向节十字轴 图图5-9 合金渗碳钢制造的活塞销合金渗碳钢制造的活塞销常用合金渗碳钢在汽车上的应用常用合金渗碳钢在汽车上的应用牌号应用举例15Cr活塞销、挺杆、气门弹簧座等20CrMnTi变速器齿轮、变速器啮合套、变速器轴、半轴齿轮、万向节和差速器十字轴等15MnVB变速器轴、变速器啮合套、变速器齿轮、钢板弹簧中心螺栓等举例汽车后桥圆锥主动齿轮 技术要求：心部硬度要求30-45HRC，齿面硬度要求58-62HRC。选材：一般选用淬透性中等的20CrMnTi钢，油中淬火30-40mm能淬透。采用的加工工艺路线是：下料锻造（模锻）正火切削加工（留磨量）局
27、部镀铜（或涂防渗剂）渗碳、淬火低温回火喷丸磨削加工零件。正火处理的目的是消除锻造应力、均匀细化组织、调整硬度，利于切削加工。渗碳前对一些不需要有较高的力学性能，而且还需要渗碳淬火后切削加工的部位，如轮盘、轮毂孔、工艺孔、花键（孔）等，要进行局部镀铜（或涂防渗剂）防渗处理。渗碳是为了提高齿面的硬度、耐磨性和接触疲劳强度。喷丸处理可去除热处理后的氧化皮，及增大表层压应力，提高齿面的接触疲劳强度。1成分特点 中碳：C0.250.5；合金元素：Cr、Mn、Si、Ni、B-提高淬透性；Mo、W-细化晶粒。2调质钢的热处理（1）热处理：淬火高温回火（调质处理）（2）热处理后组织:S回（3）性能：强度、硬度
28、高；塑性、韧性好，综合机械性好。3调质钢及其应用（1）低淬透性钢45、40Cr、40MnB、40MnVB，油淬透性最大直径d3040mm。用于汽车、拖拉机连杆、螺栓等。（2）中淬透性钢 35CrMo、38CrSi、40CrMn等，d4060mm，用于尺寸较大的中、大型零件如曲轴、齿轮等。（3）高淬透性钢38CrMoAlA,37CrNi3,40CrNiMo、40CrMnMo等,d60100mm用于航空发动机主轴。调质钢采用合金调质钢制造的半轴和连杆采用合金调质钢制造的半轴和连杆牌 号应用举例40Cr曲轴、发动机支架固定螺栓、水泵轴、连杆、连杆盖、汽缸盖螺栓等40MnB半轴、水泵轴、变速器轴、转向
29、节、转向节臂、万向节叉等40Mn2进气门、半轴套管、钢板弹簧U形螺栓等表表5-6 常用合金调质钢在汽车上的应用常用合金调质钢在汽车上的应用举例曲轴 内燃机曲轴，其功用是承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩。在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好。曲轴要求用强度、冲击韧性和耐磨性都比较高的材料制造。中小功率内燃机曲轴最常用的材料是45、40Cr、45Mn2等。对于高速大功率曲轴，一般采用35CrMo、50CrMo等作为曲轴材料。曲轴加工工艺路线为：下料
30、锻造退火粗加工调质精加工中频感应加热表面淬火、低温回火精磨。轴颈和曲柄销表面中频感应加热淬火，硬化层较深，可达3-4.5mm。碳钢：65，75，85 含Si,Mn钢:65Mn,50Si2Mn,60Si2Mn,70SiMnA,55MnSi,60MnSi 含Cr,V,W钢：60Si2CrA,60Si2CrVA,65Si2MnWA,50CrVA,50CrMnVA 典型钢：65：0.62-0.70%C；65Mn:0.62-0.70C,0.90-1.20%Mn;60Si2Mn:0.57-0.65%C,1.50-2.00%Si,0.60-0.90%Mn 成分特点，较高C：0.600.75C碳素弹簧钢；0.
31、450.70C的合金弹簧钢。合元作用：Si、Mn提高淬透性，提高屈服强度;2.用途：制造各种弹簧和弹性元件；性能要求：1）高的弹性极限，高的屈服强度；2）高的疲劳极限；3）足够高的塑性和韧性，避免冲击时发生脆断。（二）弹簧钢弹簧钢的热处理1）热处理淬火（Ac3以上）中温回火 （400450）冷卷弹簧（1015mm）：先热卷成型（在A相区）油淬 中温回火（450550）去应力退火（200300）2）组织及性能 组织：T回 性能：高弹性极限、高疲劳极限、足够的塑性和韧 性，硬度3952HRC。汽车上的气门弹簧、离合器弹簧、转向纵汽车上的气门弹簧、离合器弹簧、转向纵拉杆弹簧和活塞销卡簧常采用合金弹簧
32、钢拉杆弹簧和活塞销卡簧常采用合金弹簧钢65Mn制造，钢板弹簧等大截面弹簧常采用合制造，钢板弹簧等大截面弹簧常采用合金弹簧钢金弹簧钢55Si2Mn、60Si2Mn制造。制造。钢号：GCr6,GCr9,GCr9SiMn,GCr15,GCr15SiMn,GMnMoVRe,GSiMoMnV典型钢号：GCr15:0.95-1.05%C,1.30-1.65%Cr成分特点：高碳C0.951.15；低Cr=0.4-1.65 Cr：提高淬透性，形成细密的碳化物，提高耐磨性和接触疲劳强度；Si,Mn提高淬透性；V：提高耐磨性，防止过热。用途：制造滚动轴承热处理：球化退火淬油（AC1）(820840)+低温回火（1
33、60）球化退火：球状P和细粒状碳化物；降低硬度，利于切削；组织：M回火合金碳化物A少性能：高硬度（6266HRC）、高耐磨、一定的韧性和塑性。应用汽车上常用的滚动轴承钢有GCr9、GCr15、GCr15SiMn和GSiMnV等。（三）（三）轴承钢轴承钢（四）易切削钢 在钢中附加某一种或某几种元素，使它成为容易被切削加工的钢，这类钢称为易切削钢。目前常用的附加元素有硫、铅、钙、磷等。它们利用自身或与其它元素形成夹杂物，比如(Mn，Fe)S，降低材料的塑性，使切屑易断，从而改善钢的切削加工性。易切钢的钢号是在普通钢号前冠以“易”或“Y”，以区别于非易切钢。例如易12、易20、易40锰或Y12、Y2
34、0、Y40Mn、Y10Pb、Y40CrSCa等。223 合金工具钢 合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。1、刃具钢的性能要求（1）高硬度：一般机加工刀具硬度应大于60HRC，因此须高碳。（2）高耐磨性：耐磨性影响刀具寿命，由细小碳化物来实现。（3）高的热硬性：热硬性是指刀具高温下保持高硬度的性能。热硬性与钢的回火稳定性有关。（4）足够的强度和韧性：能抵抗冲击，低脆性。2、碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢的比较回火回火 550三次三次锉刀锉刀铣刀铣刀铰刀铰刀高碳高合金工具钢（高速钢）钢号：W18Cr4V(18-4-1)，W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)、W6Mo5Cr4V3
35、(6-5-4-3)热处理特点：（以 W18Cr4V为例）加热温度高、回火温度高、回火次数多、加热前要两次预热。高速钢的工艺路线：高速钢的工艺路线：锻造 球化退火）（打碎碳化物）（球状P利机加工）预热（两次）淬火（减小热应力）（1280分级淬火）防止变形与开裂 提高硬度和韧性回火 550三次（提高强度、硬度和塑性）1）锻造：目的是打碎树枝状碳化物。高速钢属于莱氏体钢，铸态组织中存在鱼骨状共晶碳化物。这些粗大的碳化物无法用热处理的方法消除，只有通过锻造的方法将其击碎，并使它分布均匀。2）球化退火：得到粒状碳化物目的是-为切削加工和淬火作组织准备。3）预热：600 650一次、800850二次预热。
36、目的是减少热应力。4）淬火加热：12201280（AC1820840）（1）将Cr7C3全部溶入A中，少量W、V碳化物溶入A中，淬透性和红硬性。5）淬火冷却采用连续淬火、等温淬火及分级淬火。正常淬火后组织为淬火马氏体、粒状碳化物和少量残留奥氏体。例如分级工艺为：1280加热后在620分级（等温）减小热应力然后空冷到室温。（在空冷时发生M转变，以减小组织应力）热处理热处理图图8 W18Cr4V钢正常淬火组织钢正常淬火组织 （1280）500X（9级晶粒度）级晶粒度）温度时间6006508008502403005601h4860s/mm2436s/mm连续淬火620s/mm等温淬火分级淬火5806
37、201h1h56056012701280高速钢的淬火回火工艺 7）回火后的组织及性能：回火后的组织及性能：组织组织 M回火回火合金粒状碳化物合金粒状碳化物A 少少晶粒度为晶粒度为910级。级。性能高硬度（性能高硬度（6265HRC），高红硬性，高耐），高红硬性，高耐磨性磨性；一定的韧性。；一定的韧性。图图68 W18Cr4V钢淬火、钢淬火、回火后的组织回火后的组织模具钢冷作模具钢 1.工作条件及性能要求：冷作模具钢用于制造各种冷冲模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200-300。冷作模具钢应具有高硬度、高耐磨性、高韧性和高抗疲劳强度，热处理变形要小。2.常用钢种：T10、T10A、9CrS
38、i、9MnV、CrWMn钢 3.冷作模具钢的预先热处理是球化退火，最终热处理一般是淬火、低温回火。热作模具钢工作条件及性能要求:制造各种热锻模、压铸模、高速锻模等，工作时型腔表面温度可达600以上。热作模具钢的性能要求高的热硬性和高温耐磨性，高的抗氧化能力、高的热强性和足够高的韧性。由于热作模具的体积比较大，还要求有较高的淬透性和导热性。我国常用的热作模具钢有5CrMnMo、5CrNiMo等量具钢 工作条件及性能要求：量具在使用过程中主要受到磨损，主要性能要求是高硬度（56HRC）和高耐磨性；高的组织稳定性，尺寸不发生变化；热处理变形小和较好的加工工艺性。量具用钢选用4 特殊性能钢 特殊性能钢
39、是指不锈钢、耐热钢、耐磨钢等一些特殊性能钢是指不锈钢、耐热钢、耐磨钢等一些具有特殊的物理和化学性能的钢，又称为特殊用途钢，具有特殊的物理和化学性能的钢，又称为特殊用途钢，简称特殊钢。简称特殊钢。一、不锈钢一、不锈钢金属腐蚀的概念金属腐蚀的概念 腐蚀一般包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。腐蚀一般包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。金属在非电解质中同介质发生化学反应而破坏的过程，金属在非电解质中同介质发生化学反应而破坏的过程，称为称为化学腐蚀化学腐蚀，腐蚀过程中不产生电流，如钢在高温，腐蚀过程中不产生电流，如钢在高温下的氧化、脱碳，在石油、燃气中的腐蚀等。下的氧化、脱碳，在石油、燃气中的腐蚀等。金属在电解质
40、溶液中发生原电池作用而破坏的过程，金属在电解质溶液中发生原电池作用而破坏的过程，称为称为电化学腐蚀电化学腐蚀，腐蚀过程中有电流产生。在通常情，腐蚀过程中有电流产生。在通常情况下，金属材料的腐蚀一般以电化学腐蚀为主。况下，金属材料的腐蚀一般以电化学腐蚀为主。不锈钢的成分特点不锈钢的成分特点 高铬：当高铬：当Cr含量大于含量大于12时，就会使钢表面形时，就会使钢表面形成致密的氧化膜（成致密的氧化膜（Cr2O3），防止继续氧化。铬含量），防止继续氧化。铬含量越高，钢的耐蚀性越好。越高，钢的耐蚀性越好。低碳：一般不锈钢含碳量较低，只有要求高硬度低碳：一般不锈钢含碳量较低，只有要求高硬度和耐磨性的不锈钢
41、才能适当地提高含碳量。和耐磨性的不锈钢才能适当地提高含碳量。不锈钢的分类a）马氏体不锈钢 1Cr13和2Cr13具有抗大气、蒸气等介质腐蚀的能力，常作为耐蚀的结构钢使用。为了获得良好的综合性能，常采用淬火+高温回火（6007000C），得到回火索氏体，来制造汽轮机叶片、锅炉管附件等。3Cr13和4Cr13钢，由于含碳量高一些，耐蚀性就相对差一些，通过淬火+低温回火（2003000C），得到回火马氏体，具有较高的强度和硬度（HRC达50），因此常作为工具钢使用，制造医疗器械、刃具、热油泵轴等。b）铁素体不锈钢 钢从室温加热到高温（96011000C），其显微组织始终是单相铁素体组织。常用的铁素体
42、不锈钢的含碳量低于0.12%,含铬量为1618%，也属于铬不锈钢，典型钢号有1Cr17、1Cr17Ti等。铁素体不锈钢，由于加热和冷却时不发生相变，因此不能用热处理方法使钢强化。铁素体不锈钢的耐蚀性、塑性、焊接性均优于马氏体不锈钢，强度显然比马氏体不锈钢低，主要用于制造耐蚀零件，广泛用于硝酸和氮肥工业中。c）奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 由于镍的加入，扩大了奥氏体区域，从而在室由于镍的加入，扩大了奥氏体区域，从而在室温下就能得到亚稳的单相奥氏体组织。由于含有较温下就能得到亚稳的单相奥氏体组织。由于含有较高的铬和镍，并呈单相的奥氏体组织，因而高的铬和镍，并呈单相的奥氏体组织，因而具有比具有比铬不锈钢
43、更高的化学稳定性，有更好的耐腐蚀性铬不锈钢更高的化学稳定性，有更好的耐腐蚀性，是目前应用最多的一类不锈钢。是目前应用最多的一类不锈钢。在含在含18%Cr的钢中加入的钢中加入811%Ni，就得到奥氏，就得到奥氏体不锈钢。最典型的钢种是体不锈钢。最典型的钢种是18-8型镍铬不锈钢型镍铬不锈钢。如：。如：0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti。固溶处理固溶处理，即把钢加热到，即把钢加热到11000C后水冷，使后水冷，使碳化物溶解在高温下所得到的奥氏体中，再通过快碳化物溶解在高温下所得到的奥氏体中，再通过快冷，在室温下获得单相的奥氏体组织。冷，在室温下获得单相的奥氏体组织。这类钢不仅耐腐蚀性能好，而且
44、钢的冷热加这类钢不仅耐腐蚀性能好，而且钢的冷热加工性和焊接性也很好，工性和焊接性也很好，无磁性无磁性，广泛用于制造化工，广泛用于制造化工设备及管道等。设备及管道等。二、耐热钢二、耐热钢 耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。金属材料耐热钢是抗氧化钢和热强钢的总称。金属材料的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两方面性能。的耐热性包含高温抗氧化性和高温强度两方面性能。a）珠光体耐热钢）珠光体耐热钢 常用于制造锅炉、化工压力容器、热交换器、常用于制造锅炉、化工压力容器、热交换器、汽阀、汽轮机叶轮等耐热构件。其中汽阀、汽轮机叶轮等耐热构件。其中15CrMo主要用主要用于锅炉零件。于锅炉零件。b）马氏体耐热钢）
45、马氏体耐热钢 这类钢主要用于制造汽轮机叶片和气阀等。这类钢主要用于制造汽轮机叶片和气阀等。1Cr13、2Cr13是最早用于制造汽轮机叶片的耐热钢。是最早用于制造汽轮机叶片的耐热钢。为了进一步提高热强性，加入钨、钼等元素使基体为了进一步提高热强性，加入钨、钼等元素使基体强化，使碳化物稳定，提高钢的耐热性能。强化，使碳化物稳定，提高钢的耐热性能。4Cr9Si2，4Cr10Si2Mo是典型的汽车阀门用是典型的汽车阀门用钢，经调质处理后，钢具有较高的耐热性和耐磨性。钢，经调质处理后，钢具有较高的耐热性和耐磨性。c）奥氏体耐热钢）奥氏体耐热钢 奥氏体耐热钢的耐热性能优于珠光体耐热钢和马奥氏体耐热钢的耐热
46、性能优于珠光体耐热钢和马氏体耐热钢氏体耐热钢，当工作温度高于，当工作温度高于650 0C时，常采用奥时，常采用奥氏体耐热钢。最典型的牌号是氏体耐热钢。最典型的牌号是1Cr18Ni9Ti。三、耐磨钢三、耐磨钢 耐磨钢通常指的是在冲击载荷下发生冲击硬化的耐磨钢通常指的是在冲击载荷下发生冲击硬化的高锰钢。主要成分是含高锰钢。主要成分是含1.01.4的的C和和1114的的Mn，常用耐磨钢的牌号为，常用耐磨钢的牌号为ZGMn13。耐磨钢机械加工较困难，基本上采用铸造成型。耐磨钢机械加工较困难，基本上采用铸造成型。生产上常用生产上常用“水韧处理水韧处理”，即钢加热到临界温度，即钢加热到临界温度以上，使钢中
47、全部碳化物溶解到奥氏体中去，然后以上，使钢中全部碳化物溶解到奥氏体中去，然后迅速淬入水中，碳化物来不及从奥氏体中析出，保迅速淬入水中，碳化物来不及从奥氏体中析出，保持了均匀的奥氏体状态，当奥氏体受到强烈磨损和持了均匀的奥氏体状态，当奥氏体受到强烈磨损和冲击时，由于塑性变化引起了加工硬化，促使表面冲击时，由于塑性变化引起了加工硬化，促使表面奥氏体转变成马氏体，使钢具有高硬度和高耐磨性。奥氏体转变成马氏体，使钢具有高硬度和高耐磨性。高锰钢零件在使用过程中，必须有剧烈冲击或较高锰钢零件在使用过程中，必须有剧烈冲击或较大压力时才能显示出其高的耐磨性，否则高锰钢是大压力时才能显示出其高的耐磨性，否则高锰钢是不耐磨的。不耐磨的。
