金属材料-1 碳钢及合金钢

1、教材： 金属热处理部分：第五章：无多型性转变合金的淬火与时效李松瑞、周善初金属热处理中南大学出版社 2003金属材料部分: 第一章 碳钢 、第二章 合金钢 金属学北科大 宋维锡 第三章 铝合金 参考材料工程大典第四章 铜合金第五章 镁合金第六章 钛合金v黑色金属 钢 (碳钢、合金钢) 铸铁v有色金属 铝合金 铜合金 镁合金 钛合金金属材料材料的分类n 按化学成分v金属材料 黑色金属：钢铁 有色金属：铝合金、铜合金、镁合金、钛合金v无机非金属陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、保温材料v高分子材料树脂、工程塑料、合成纤维v复合材料金属基、陶瓷基、树脂基v结构材料 主要使用它的力学性能，如强度和刚度 金属

2、、陶瓷、高分子、复合材料v功能材料 主要使用它的特殊的电学、磁学、光学性能v信息功能：光电子材料、微电子材料、磁性材料v能源材料：二次电池材料、储氢材料v生物医用材料：组织工程材料、药物载体、基因载体v环境材料v超导材料v智能材料v按使用性能要求分类按尺度分类纳米材料：存在至少一维尺寸小于100纳米， 且具有特殊性能。包括零维、一维、二维超细材料：亚微米，介于微米和纳米之间粉体材料：几微米至几百个微米块体材料：具有毫米级尺寸金属材料部分 第一章、 碳钢 第二章、 合金钢 第三章、 铝及铝合金 第四章、 铜及铜合金 第五章、镁及镁合金 第六章、 钛及钛合金铁碳合金的分类 工业纯铁 C0.02%

3、钢 0.02%C2.11%含碳量0.0218-1.35%，占钢总产量的80%左右1. 钢中的主要杂质及其影响2. 碳钢的分类3. 碳钢的编号、性能和用途第一章 碳钢钢中常存的杂质：Si、Mn、S、P Si、Mn Si0.5% Mn1.2%、固溶于铁素体Si、Mn为有益的元素，起固溶强化作用 S 易形成FeS 热脆 P 形成脆性Fe3P,虽有强化作用,但使钢的塑性、韧性急剧下降(尤其是低温韧性） 冷脆S,O,N增加热脆性，Mn减少热脆性；除Mn,Ni外，其余元素均降低钢的冲击韧性，增加冷脆性；除S,O外，其余元素提高钢的强度；几乎所有元素均降低钢的塑性。另外氢在钢中导致白点、点状偏析、氢脆等。一

4、、钢中的主要杂质及其影响杂质详解1、锰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，还可以与硫形成MnS，从而消除了硫的有害作用。锰作为杂质一般应不超过0.8%。2、硅 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，还能提高钢的强度及质量，硅作为杂质一般应不超过0.4%。3、硫硫是钢中有害元素，常以FeS形式存在，FeS与Fe 形成低熔点的共晶体， 熔点为985，分布在晶界，当钢材在（10001200）进行压力加工时，共晶体熔化，使钢材变脆，这种现象称为热脆性。为了避免热脆，钢中含硫量必须严格控制，通常应使S0.05%。4、磷磷也是钢中的有害

5、元素，它使钢在低温时变脆，这种现象称为冷脆性，因此，钢中含磷量也要严格控制，通常应使P0.6%）按质量分：实际按硫、磷含量(国标、企标有区别) 普通碳素钢：S0.055%, P0.045% 优质碳素钢：S, P0.040% 高级优质碳钢：S0.030%, P0.035% 特级优质钢: S0.015%,P0.025% 按用途： 碳素结构钢：工程结构件、机械零件，综合性能好，中、低碳 碳素工具钢：量、刃、工、模具，硬度高、耐磨，高碳按组织： 亚共析、共析、过共析二、碳钢分类平衡组织平衡组织v亚共析钢亚共析钢 F+PF+Pv共析钢共析钢 P Pv过共析钢过共析钢 P+FeP+Fe3 3C C w w

6、C C1.2%1.2%过共析钢组织过共析钢组织w wC C0.77%0.77%共析钢组织共析钢组织wC=0.4%n含碳量对钢的组织和性能的影响含碳量对钢的组织和性能的影响w wC C(%)(%)：0.0218 0.77 2.110.0218 0.77 2.11碳钢：碳钢： 亚共析钢亚共析钢 共析钢共析钢 过共析钢过共析钢 组织：组织： F+P P P+FeF+P P P+Fe3 3C Cw wC C(%)(%)1.0HBHB力学性能力学性能b 普通碳素结构钢 Q195、 Q215、 Q235塑性好，可轧制成钢板、钢筋、钢管等。Q255、 Q275可轧制成型钢、钢板等。 优质碳素结构钢 低碳钢和

7、中碳钢，用平炉或电炉冶炼，规定不大于0.040%P和0.045%S，即优质钢 碳素工具钢 高碳钢为主，严格P、S含量，分为优质钢和高级优质钢 三、碳钢编号、性能与用途普通碳素结构钢碳素结构钢是工程中应用最多的钢种，其产量约占钢总产量的（7080）%。根据国标(GB700-88)规定，碳素结构钢牌号由以下四部分组成：(1).屈服点字母：Q钢屈服强度“屈”，汉语拼音字首。(2).屈服点强度数值(单位MPa)。(3).质量等级符号：A、B、C、D级，从A到D依次提高。(4).脱氧方法符号：F沸腾钢、b半镇静钢 、Z镇静钢、TZ特殊镇静钢在牌号中若为Z和TZ则予以省略。 Q235A例如，Q235AF表

8、示屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。 这类钢的炼制过程比较简单，生产费用较低，价格便宜，广泛地应用于工程建筑、车辆、船舶、以及一般的桥梁、容器等金属结构。 碳素结构钢是属于工程结构钢，由于价格低廉，也常用于制造要求不高的机器零件，如螺钉、螺栓、螺母、垫圈以及手柄、小轴等。优质碳素结构钢牌号以0.01%含碳量为单位，如15,45,60等。 45#钢表示含碳量0.45%分为普通含锰和较高含锰两个钢组，共33个钢号。普通含锰-0.350.70%Mn较高含锰-0.701.20%Mn，在数字后加Mn40Mn表示Mn含量达0.7-1.0%、含碳量为0.40%的优质碳钢70Mn表示含Mn量0.9-1.2%

9、、含碳量为0.70%的特殊优质碳钢在机械工业中应用最广。08、10、20钢大量用于冷冲压件、焊接件和表面要求耐磨并能承受冲击载荷（后者需渗碳处理等）；中碳3050钢多用于齿轮、套筒和轴类，正火、调质后使用.高碳优质结构钢主要用于制造弹簧碳素工具钢优质、高级优质的高碳钢以0.1%C为单位，后加A表示高级 (加E为特级,模具钢) T10表示含碳量1.0%优质碳素工具钢 T12A表示含12%C的高级优质碳素工具钢Mn含量较碳素结构钢低， 优质 0.40%Mn，高级优质0.30%Mn。含Mn量0.350.60%时，后加Mn，如T8Mn和T8MnA经热处理后获得高的硬度和耐磨性，但韧性低，多用于刀具、模

10、具和量具。本节重点按照碳含量、质量和用途，碳钢分类的依据分别是什么？优质碳素结构钢的命名方法，及其主要用途碳素工具钢的特点，命名法及其主要用途第二章 合金钢2.1 合金元素在钢中的作用2.2 合金钢的分类与编号2.3 合金结构钢2.4 合金工具钢2.5 特殊性能钢n常加的合金元素： Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr、Al、Co、B、Re 2.1.1 合金元素在钢中的分布n合金元素的存在形式：v溶入铁的基体相（铁素体、奥氏体等）v溶入渗碳体或形成碳化物v形成非金属夹杂物v有些元素以游离状态存在（Pb、Cu)v 碳化物形成元素 (Fe)、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、

11、Tiv 非碳化物形成元素 Si、 Ni、 Al 、Co等2.1 合金元素在钢中的作用(1) 无限扩大奥氏体相区A A3 3降低、降低、A A4 4升高升高扩大扩大相区的元素相区的元素 称为奥氏体形成元素称为奥氏体形成元素2.1.2 对相区的影响 Mn、Ni、Co、Pt、铱与Fe无限固溶C、N、Cu、Zn、Au、H 与Fe有限固溶A A3 3降低、降低、A A4 4升高升高扩大扩大相区的元素相区的元素 称为奥氏体形成元素称为奥氏体形成元素(2) 有限扩大奥氏体相区扩大相区、封闭相区 Cr、 V、 W、 Mo、 Ti、 Si、 Al、 P、 Be、Sn、砷等其中： Cr、V与相无限互溶，其他部分互

12、溶 A3降低、A4升高缩小相区（扩大相区）的元素称为铁素体形成元素(3) 缩小奥氏体相区，封闭相区扩大相区、不封闭相区 Nb、Zr、B、钽(Ta)、锶(Sr) A A3 3降低、降低、A A4 4升高升高缩小相区（扩大相区）的元素称为铁素体形成元素(4) 缩小奥氏体相区，但不封闭相区扩大奥氏体区的元素降低A3点的元素，也降低A1点缩小奥氏体区的元素提高A3点的元素，也提高A1点E点左移（出现共晶体的低限C浓度）当含碳量较低时（C2.11%)，组织中可能会出现共晶组织S点左移（共析点）当含碳量较低时（C0.77%)，组织中可能会出现Fe3C，为过共析钢(5) 对Fe-C相图中临界点的影响Ni、M

13、n较多，室温即奥氏体Cr、Ti、Si含量较高，完全消失，室温和高温都是铁素体加热、冷却无相变。不能用一般热处理强化控制终轧温度、冷变形等合金元素对铁碳相图的影响 （1）对S点、E点的影响 所有的合金元素均使S点、E点左移，扩大相区元素使S点、E点向左下方移动，缩小相区元素使S点、E点向左上方移动。 （2）对临界点的影响 S、E点的左移必然使 Acm线左移，扩大奥氏体区元素使A1 、A3线下移；缩小奥氏体元素使A1 、A3线上移。 与Fe的相互作用溶入铁的基体相形成铁基的固溶体(固溶强化) P、 Si、Mn、Cr、Ni、Al、Co、B、Re2.1.3 合金元素与铁和碳的相互作用原子半径差别越大，

14、晶格差异越大，强化效果越显著除W、Mo外，少量加入可提高韧性与C的相互作用v非碳化物形成元素非碳化物形成元素 在钢中它们主要溶解于固溶体中或形成其它化合物v碳化物形成元素碳化物形成元素rc/rMe0.59 形成具有简单晶体结构的碳化物间隙相 如TiC、VC为面心立方，W2C、Mo2C为密排六方 rc/rMe0.59 形成具有复杂晶体结构的碳化物 如Cr23C6、 Cr7C3、 Fe3C等碳化物弥散，可提高强度、硬度和耐磨性过量、形状、分布不当，性能恶化。但可以通过加工和热处理工艺调整过量、形状、分布不当，性能恶化。但可以通过加工和热处理工艺调整钢中的氮化物和其他金属间化合物钢中的氮化物不溶于基

15、体，一般为杂质 氮化钢中氮化物可提高表面硬度和耐磨性，改善疲劳性 AlN可细化晶粒， 热强钢中氮化物起到沉淀强化作用金属间化合物，如NiAl、Ni3Al、Fe3Mo6等，是重要的强化手段1.合金元素对加热转变的影响（2）对奥氏体晶粒大小的影响 强碳化物形成元素Mo、W、V、Ti等抑制奥氏体晶粒长大 非碳化物形成元素Si、Co、Ni等阻止奥氏体晶粒长大的作用减弱 Mn、P、C具有促进奥氏体晶粒长大的倾向。（1）对奥氏体形成速度的影响 大多数合金元素会减缓奥氏体化过程，而Co、Ni等部分非碳化物使奥氏体的形成速度加快。Al、Si、Mn等对奥氏体形成速度影响不大原因是对C扩散的影响不同2.1.4 合

16、金元素对钢的相变的影响2. 合金元素对过冷奥氏体分解转变的影响大多数合金元素（除Co外）均增大过冷奥氏体的稳定性，使C曲线右移，临界冷却速度减少，提高钢的淬透性。（同样是由于对C扩散速度的减缓作用） 除Co、Al外，多数合金元素使Ms、Mf点下降，从而使钢中残余奥氏体量增多。3. 合金元素对回火转变的影响 v 提高钢的回火稳定性 v 阻止碳化物析出及聚集长大 除Ni、Mn外，合金元素能显著地阻碍碳化物的聚集和长大。细小、弥散的碳化物使淬火钢经适当回火后，在较高温度下仍保持较高的强度和硬度。这种在较高温度下仍保持足够硬度的性质称为“热硬性”。碳素工具钢 200 一般合金工具钢250400 高速钢

17、 550 600碳化物形成元素及Si可提高钢的低温回火稳定性，使相同回火温度下的合金钢的硬度高于碳钢合金元素一般均使残余奥氏体分解温度升高，其中Cr、Mn、Si的作用显著合金元素还可提高铁素体的再结晶温度，能使马氏体形态保持到很高温度，其中W、Mo、Cr、V、Co作用显著v 合金元素对回火脆性的影响 （与杂质元素晶界迁移有关）Mn、Ni、Cr都会促进回火脆性；加入Mo、W减轻消除回火脆性二次硬化定义：一些含有多量Cr、Mo、V、Ti、Nb、W等元素的合金钢，在不高的温度范围回火时，与碳钢一样，因马氏体分解和渗碳体粒子粗化而发生软化，但经450以上(一般500600)回火时，其屈服强度、硬度又重

18、新增高的现象。二次硬化的原因是沉淀硬化和二次淬火硬化沉淀硬化：高温回火时，随着合金渗碳体的溶解，在固溶体中会析出特殊的合金碳化物，如Mo2C、W2C、V4C、VTi、TiC等，或合金渗碳体直接转化成这些合金碳化物。这些碳化物细小弥散，并与基体保持共格联系，使基体产生共格畸变，从而增大位错运动阻力，提高屈服强度和硬度。二次淬火硬化：由于回火过程的沉淀硬化，C和合金元素减少，残余奥氏体在冷却过程中马氏体转变，造成二次淬火硬化。2.1.5 合金元素对钢的强韧性的影响强化固溶强化晶界强化第二相强化韧化固溶强化晶界强化第二相强化本节重点合金元素对钢相变的影响及其原因？二次硬化及其原理2.2 合金钢的编号

19、v 反映钢的含碳量v 反映合金元素的种类及含量v 反映钢的质量v 反映钢的用途v 反映钢的冶炼方法v 反映专用钢的类别g锅炉用钢R 容器用钢G 滚动轴承用钢钢的分类-按用途分类结构钢 各种工程结构、机器零件用钢。 （一般为低、中碳钢）工具钢 制造各种加工工具用钢。（多为高碳钢） （刃具、模具、量具）特殊性能钢 具有特殊的物理和化学性能的钢 （不锈、耐磨、耐热、电工用钢） 按合金元素含量分 低合金钢(wMe5% 或3.5%) 中合金钢(3.5%或5% wMe10%) 高合金钢(wMe10%) 按具体的合金元素分 加Mn, Mn钢 加Cr, Cr钢 加W、Mo, W、Mo钢钢的分类-按化学成分分类

20、 按平衡或退火态组织分类 亚共析、共析、过共析和莱氏体钢 按正火组织分类珠光体、贝氏体、马氏体、奥氏体（会受钢材尺寸大小影响） 按固态下的金相组织分类铁素体钢： 固态下加热、冷却始终保持铁素体组织奥氏体钢： 复相钢：半铁素体或半奥氏体钢的分类-按金相组织分类 渗碳钢 调质钢 易切钢 滚动轴承钢钢的分类-按工艺特点编号编号n数字元素数字元素数字数字元素数字元素数字( (字母）字母）v 含碳量含碳量 两位数字表示含碳量的两位数字表示含碳量的万分之几（结构钢）万分之几（结构钢） 一位数字表示含碳量的一位数字表示含碳量的千分之几（工具钢）千分之几（工具钢） 未标数字，含碳量未标数字，含碳量1.01.0

21、v 元素数字元素数字 元素元素加入的合金元素，用加入的合金元素，用元素符号表示元素符号表示 数字表示该元素的含量数字表示该元素的含量含量含量1.51.5，不标出，不标出含量含量1.51.5 2.52.5 ，用用“2”2”表示表示编号编号n 数字元素数字元素数字数字元素数字元素数字 ( (字母）字母）举例：举例： 20CrMnTi 20CrMnTi 、 5CrNiMo5CrNiMo、 CrWMnCrWMn、 9Mn2V9Mn2V、 T10AT10A、16MnR16MnR16MnR钢是屈服强度为钢是屈服强度为340MPa级的级的压力容器专用板压力容器专用板T10A 高级碳素工具钢高级碳素工具钢,

22、含硫量含硫量=0.02%,含磷量含磷量=0.03% 结构钢与工具钢的区别结构钢与工具钢的区别 Y12: C=0.08-0.16Y40Mn: C=0.37-0.45, Mn=1.20-1.55 GCr6: Cr0.6%, GCr9SiMn:Cr0.9%,Si、Mn64HRC 不锈钢（不锈钢（Cr13%Cr13%）和耐热钢）和耐热钢 钢号前面的数字表示含碳量的千分之几，如钢号前面的数字表示含碳量的千分之几，如9Cr189Cr18和和0Cr18Ni90Cr18Ni9 V V、TiTi、AlAl、B B、ReRe含量很低，由于起的作用很大，在钢号中含量很低，由于起的作用很大，在钢号中标出标出 铸钢铸钢

23、 ZG200ZG200400400 表示其屈服点为表示其屈服点为200MPa,200MPa,其抗拉强度为其抗拉强度为400 MPa400 MPa W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2本节重点合金结构钢的命名方法及举例滚动轴承钢的命名方法及举例合金工具钢的命名方法及举例不锈钢的命名方法及举例n 工程结构用钢n 机械制造结构钢（机械零件用钢）v渗碳钢v调质钢v弹簧钢v滚动轴承钢v其他机械制造结构钢2.3 结构钢n 用途用途： 专门用来制造各种工程结构的钢种，如制造桥梁、船体、油井或矿井架、钢轨、高压容器、管道、建筑钢结构等2.3.1 工程结构用钢v高强度高强度

24、 (在保证塑性和韧性的条件下，应尽量提高其强度)v高韧性高韧性 (耐低温韧性)v良好的工艺性能良好的工艺性能 （良好的焊接性能和冷成形性能良好的焊接性能和冷成形性能 ）v要求有较高的抗腐蚀能力要求有较高的抗腐蚀能力 ( (大气、海水腐蚀）大气、海水腐蚀）工程结构用钢的性能要求v 碳含量较低（wc0.20%） 少量的Cu、P抗腐蚀v 主加元素为Mn (合金元素含量较少wMe3%）元素Mn的主要作用是固溶强化降低奥氏体晶粒的长大，获得细小的铁素体晶粒细晶强化冷却时弥散析出沉淀强化v 辅加元素 Nb、Ti、V Re提高品质（去处杂质） 工程结构用钢的化学成分v 普通碳素结构钢 Q235-A(A3)、

25、 08F-标F表示沸腾钢，未标为镇静钢热处理特点 热轧空冷状态下使用，不需要进行专门的热处理 特殊需要时，如为了改善焊接接头性能，可进行一次正火处理屈服点从300650MPa分为六级v 低合金结构钢(高强度低合金结构钢） 16Mn建筑结构、钢筋等 16MnV、16MnTi 中等强度级、广泛用于制造别桥梁、锅炉、船舶、容器等强化手段为：固溶强化、细晶强化和沉淀强化常用钢种、牌号与用途按使用状态的组织特点分类类别使用状态屈服强度MPa抗拉强度MPa碳含量铁素体珠光体钢热轧态1964413146870.25%低碳贝氏体钢热轧或正火态41288354011280.2%低碳马氏体淬火回火态4418836

26、4711280.2%n 发展趋势（1）通过合金化和热处理改变基体组织以提高强度 加入较多种的合金元素，如Cr、Mn、Mo、Ni、Si、B等。通过淬火和高温回火，使钢获得低碳索氏体组织，得到良好的综合力学性能和焊接性能。（2）超低碳化 充分保证韧性和焊接性能（3）控制轧制 细化晶粒与合理轧制工艺结合起来，实行控制轧制。（4）发展专用钢 例如低温用钢，耐海水、大气腐蚀用钢，钢轨用钢等。 例如：例如：汽车变速箱的齿轮汽车变速箱的齿轮飞机发动机的主轴飞机发动机的主轴内燃机的凸轮轴内燃机的凸轮轴专门用来制造机器零件钢，如齿轮、大型轴类等表硬内韧的零件n 工作条件及性能要求v 表面耐磨（要求表面高的硬度)

27、v 承受交变的载荷（要求高的弯曲疲劳强度）v 承受大的冲击载荷（要求心部良好的韧性）v 良好的热处理性能2.3.2 渗碳钢 碳含量较低（0.10% wc0.20%） 主加元素Mn2%、Cr2%、Ni4%、B0.005%、Si0.40%、Mo0.30% 主要作用是固溶强化、提高淬透性 辅加元素V、Ti、W、Mo细化晶粒；形成碳化物增加渗碳层硬度，提高耐磨性n 热处理特点 渗碳后 淬火 + 低温回火 表面： 高碳回火马氏体+合金渗碳体+少量残余奥氏体 心部组织n 化学成分特点n 钢种、牌号与用途 中淬透性渗碳钢 20CrMnTi、12CrNi3 高淬透性渗碳钢 12Cr2Ni4、18Cr2Ni4W

28、A 低淬透性渗碳钢 20、20Mn2、20Crn 工作条件、失效形式及性能要求调质钢主要是采用调质处理得到回火索氏体组织，综合力学性能好，用来做轴、杆类零件例如：汽车发动机的曲轴车床的主轴 承受交变的扭转、弯曲载荷所引起的疲劳破坏 承受冲击、振动 硬度低、耐磨性差而造成的花键等局部磨损轴类零件的性能要求 高强度（尤其是高的疲劳强度） 良好的塑韧性 高硬度，高耐磨性2.3.3 调质钢n 化学成分特点n 热处理特点 淬火（油淬）+高温回火 碳含量为wc 0.25%0.5% 主加元素为Mn、 Si 、 Cr 、Ni 合金元素的主要作用是提高淬透性，强化基体 辅加元素为V、Mo、W、Ti 提高钢的回火

29、稳定性 细化奥氏体晶粒（V、Ti） 降低第二类回火脆性倾向（Mo、W）n 钢种、牌号与用途低淬透性调质钢 一般尺寸的零件，如45、40MnB、40MnVB 、40Cr中淬透性调质钢 制造截面较大的零件，例如曲轴、连杆等，典型牌号有35CrMo高淬透性调质钢 制造大截面、重载荷的零件，如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴等，典型牌号有40CrNiMon 工作条件、失效方式及性能要求专门用来制造弹簧类的零件用钢，如汽车板簧、螺旋弹簧等失效方式 高的弹性极限与屈服点（高的屈强比） 高的疲劳极限 足够的冲击韧性和塑性 淬透性 弹性极限较低引起弹簧的过量变形或永久变形而失去弹性 弯曲疲劳或扭转疲劳破坏性能要

30、求2.3.4 弹簧钢n 化学成分特点 wc 为0.6%0.9%，合金弹簧钢的wc为0.45%0.7% 提高回火稳定性 细化晶粒、防止脱碳 提高淬透性 提高弹性极限（Si、Mn） 提高回火稳定性（Cr、Si） 主加元素为Mn、Si、Cr 辅加元素为Mo、 W 、V、Nb n 热处理特点按加工工艺不同，分为冷成形弹簧和热成形弹簧 大型弹簧或复杂形状的弹簧，采用热成形 淬火+中温回火（450550） 油淬回火弹簧钢丝 n 钢种、牌号与用途 硬拉弹簧钢丝冷拔钢丝冷绕成弹簧淬火+中温回火冷拔淬火+回火冷绕成弹簧去应力退火 优质碳素弹簧钢，例如：60、70 含Cr、V、W等元素的弹簧钢 可制作在35040

31、0下承受重载的较大型弹簧，例如阀门弹簧、汽车弹簧等。典型钢种是50CrVA。 以Si、Mn元素合金化的弹簧钢 淬透性显著优于碳素弹簧钢，例如：65Mn、60Si2Mn。 小尺寸的弹簧 铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝铅浴等温淬火经冷拔绕卷成形去应力退火n 典型零件的工作条件、失效方式和性能要求n 用途 用来制造各种滚动轴承等滚动体用钢，如滚珠、滚针等失效方式 接触疲劳破坏产生的麻点或剥落 长期摩擦造成磨损而丧失精度 处于润滑环境下而带来的锈蚀性能要求具有高的接触疲劳强度高硬度、高耐磨性良好的耐蚀性2.3.5 滚动轴承钢n 化学成分特点 碳含量为wc 0.95%1.10%提高淬透性、耐蚀性形成均匀的碳化

32、物、增加硬度，提高耐磨性以保证高硬度、高耐磨性和高强度 主加元素为Cr 辅加元素为Si、Mn、V、Mo Mn、Si，提高强度、进一步提高淬透性 V、Mo细化晶粒，形成碳化物进一步增加硬度、提高耐磨性n 热处理特点n 钢种、牌号与用途最终热处理组织 铬轴承钢 GCr15 无铬轴承钢 GSiMnMoV、GSiMnMoVRE淬火（820840）+ 低温回火（150160）回火M + 细小均匀分布的碳化物 + 少量A轴承、冷作模具、冷轧辊、粉末冶金模具、机床丝杆、其他耐磨零件 机器零件用钢用来制造各种机器结构中的轴类、齿轮、连杆、弹簧、紧固件等钢种，包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢等。它们大都是

33、用优质碳素钢和合金结构钢制造，都要经过热处理后使用，按照热处理分为： 1）一般供应或正火状态下使用的钢种碳钢和碳素易切削钢。 2）淬火加回火状态下使用，按照回火温度分为： 高温回火调质钢 中温回火弹簧钢 低温回火滚动轴承钢和超高强度钢 3）化学热处理后使用：渗碳钢、渗氮钢 4）高频淬火用钢高、中频感应加热淬火后低温回火使用。 2.4 工具钢工具钢是用来制造刃具、模具和量具的钢。n 按用途分类 碳素工具 低合金工具钢 高合金工具钢 刃具钢 模具钢 量具钢 n 按化学成分分类n 典型刃具的工作条件、失效方式及性能要求刃具钢的性能要求高硬度和高的耐磨性高的切断抗力高的热硬性 足够的塑性和韧性n 化学

34、成分特点 含碳量wc 0.65%1.35%保证淬火后有足够高的硬度2.4.1 刃具钢 合金元素为Cr、Mn、Si、W、V 提高硬度和耐磨性 提高回火稳定性 细化晶粒、降低过热敏感性 提高淬透性热处理特点预备热处理：球化退火目的是降低硬度，改善切削加工性，为后面淬火做组织准备最终热处理：淬火+低温回火组织：回火马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体钢种、牌号与用途 T7、T8、T9、T10、T11、T12淬火温度为780 （不完全淬火），回火温度为180组织为回火马氏体+粒状渗碳体+少量残余奥氏体HRC60，耐磨性好。但淬透性低、热硬性差，工作温度不超过200 ，切削速度受限制。 碳素工具钢常用的刃

35、具钢 低合金工具钢钢种、牌号与用途 含碳量为wc 0.9%1.1%，合金元素为Cr、Mn、Si、W、V合金元素总量17%, WC0.15%,单相的铁素体铬在氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜，使钢的耐蚀性大大提高Ni当8Wcr18%时，获得单相奥氏体 具体合金化原则 化学成分特点 wc为0.08%0.95%钛、铌：形成碳化物，避免晶界贫铬，减轻钢的晶间腐蚀倾向钼、铜：可提高钢在非氧化性酸中的耐蚀性锰、氮：取代部分镍，以降低成本 辅加元素：n 常用不锈钢 铁素体型 Wc 0.15% , Wcr17% ,具有较好的塑性，强度不高，对硝酸、磷酸有较高的耐蚀性。 铬不锈钢铁素体型Wc 0.15%

36、, Wcr17% ,具有较好的塑性，强度不高，对硝酸、磷酸有较高的耐蚀性。 马氏体型 Wc 为0.1%0.4%的Cr13型 热处理方式： 1Cr13、2Cr13 :淬火+高温回火，作为结构件使用； 3Cr13、4Cr13、9Cr18 :淬火+低温回火，具有高硬度、高耐磨性 常用不锈钢（铬不锈钢 和 铬镍不锈钢）奥氏体型wc 0.1%，Wcr18%， WNi8%热处理方式 固溶处理（850950加热，水冷），得单相奥氏体组织 稳定化退火（ 850950加热，空冷），避免晶间腐蚀耐蚀性很好，优良的塑性、韧性和焊接性，缺点是强度低。铬镍不锈钢316L不锈钢1、概要添加Mo(23%) ,优秀的耐点蚀性

37、，高温 蠕变 强度优秀。2、特点1）冷轧产品外观光泽度好，漂亮； 2）由于添加Mo，耐腐蚀性能，特别是耐点蚀性能优秀； 3 ) 高温强度优秀; 4）优秀的加工硬化性（加工后弱磁性） 5）固溶状态无磁性； 6）相对304不锈钢，价格较高。3、适用范围 管道用, 热交换器, 食品工业,化工工业等。4、化学成分%C0.03Si1.00Mn2.00P0.035 S0.03Ni:12.0-15.0Cr:16.0-18.0 Mo:2.0-3.05、热处理 熔 点：13751450；固溶处理：10101150。7、使用状态1）退火固溶状态：奥氏体马氏体沉淀硬化型 wc 为0.04%0.13%，含Wcr15%

38、17%,含WNi4%8%。超低碳的目的是为了保证高的耐蚀性。Al、Mo、Ti、Nb的加入，产生沉淀硬化。Cr、Ni及其它元素的配合为获得钢的Ms点在室温至-78之间。热处理方式为固溶处理（9501050）得到奥氏体，再经冷处理、塑性变形或调整处理（750加热，空冷或950加热，空冷），再经时效处理（400500），析出金属间化合物沉淀强化。 碳的变化范围很大，一方面从耐蚀性的角度来看，碳含量越低越好。因为碳会与铬形成碳化物Cr23C6，沿晶界析出，使晶界周围基体严重贫铬，造成沿晶界发展的晶间腐蚀。大多数的不锈钢的wc为0.1%0.2%。另一方面从力学性能的角度来看，碳含量越高，钢的强度、硬度、耐磨性会相应地提高。同时要相应提高铬含量，以保证形成碳化物后基体含铬量仍Wcr12%。 n 提高钢的抗氧化性和热强性的途径n 耐热钢的工作条件、失效方式和性能要求 在