金属材料-1 碳钢与合金钢

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黑色金属钢(碳钢、合金钢)

铸铁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按化学成分金属材料黑色金属：钢铁有色金属：铝合金、铜合金、镁合金、钛合金……无机非金属陶瓷、玻璃、水泥、耐火材料、保温材料……高分子材料树脂、工程塑料、合成纤维……复合材料金属基、陶瓷基、树脂基……结构材料

主要使用它的力学性能，如强度和刚度金属、陶瓷、高分子、复合材料……功能材料

主要使用它的特殊的电学、磁学、光学性能信息功能：光电子材料、微电子材料、磁性材料……能源材料：二次电池材料、储氢材料……生物医用材料：组织工程材料、药物载体、基因载体……环境材料超导材料智能材料……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ωC<0.02%钢0.02%<ωC<1.3%(2.11%)铸铁ωC>2.11%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、PSi、Mn

ωSi≤0.5%ωMn≤1.2%、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、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（1000～1200）℃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S<0.05%。4、磷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，钢中含磷量也要严格控制，通常应使P<0.045%。5、氢钢中氢能造成氢脆、白点等缺陷，是有害元素按含碳量：低碳（0.04-0.25%）、中（0.25-0.6%）、高（>0.6%）按质量分：实际按硫、磷含量(国标、企标有区别)

普通碳素钢：S≤0.055%,P≤0.045%

优质碳素钢：S,P≤0.040%

高级优质碳钢：S≤0.030%,P≤0.035%

特级优质钢:S≤0.015%,P≤0.025%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、碳钢分类平衡组织亚共析钢F+P共析钢P过共析钢P+Fe3CⅡ

wC1.2%过共析钢组织wC0.77%共析钢组织wC=0.4%含碳量对钢的组织和性能的影响wC(%)：0.02180.772.11碳钢：亚共析钢共析钢过共析钢组织：F+PPP+Fe3CⅡwC(%)1.0HBδφ力学性能σb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（70～80）%。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-----0.35~0.70%Mn较高含锰-----0.70~1.20%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%、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30~50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0.35~0.60%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合金元素的存在形式：溶入铁的基体相（铁素体、奥氏体等）溶入渗碳体或形成碳化物形成非金属夹杂物有些元素以游离状态存在（Pb、Cu)碳化物形成元素

(Fe)、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti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A3降低、A4升高扩大γ相区的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γ－Fe无限固溶C、N、Cu、Zn、Au、H——与γ－Fe有限固溶A3降低、A4升高扩大γ相区的元素称为奥氏体形成元素(2)有限扩大奥氏体相区扩大α相区、封闭γ相区

Cr、V、W、Mo、Ti、Si、Al、P、Be、Sn、砷等其中：Cr、V与α相无限互溶，其他部分互溶

A3降低、A4升高缩小γ相区（扩大α相区）的元素称为铁素体形成元素(3)缩小奥氏体相区，封闭γ相区扩大α相区、不封闭γ相区

Nb、Zr、B、钽(Ta)、锶(Sr)

A3降低、A4升高缩小γ相区（扩大α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γ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（ωC≤2.11%)，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（ωC≤0.77%)，组织中可能会出现Fe3CⅡ，为过共析钢(5)对Fe-C相图中临界点的影响Ni、Mn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γ相区元素使S点、E点向左下方移动，缩小γ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，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碳化物形成元素rc/rMe＜0.59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/rMe＞0.59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

提高钢的回火稳定性

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250～400℃高速钢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

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500～600℃)回火时，其屈服强度、硬度又重新增高的现象。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合金钢的编号反映钢的含碳量反映合金元素的种类及含量反映钢的质量反映钢的用途反映钢的冶炼方法反映专用钢的类别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(wMe≤5%或3.5%)中合金钢(3.5%或5%≤wMe≤10%)高合金钢(wMe≥10%)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--按工艺特点编号数字＋元素＋数字＋元素＋数字……＋(字母）含碳量两位数字表示含碳量的万分之几（结构钢）一位数字表示含碳量的千分之几（工具钢）未标数字，含碳量≥1.0％元素＋数字元素——加入的合金元素，用元素符号表示数字表示该元素的含量含量≤1.5％，不标出含量1.5％～2.5％，用“2”表示…………编号数字＋元素＋数字＋元素＋数字……(＋字母）举例：

20CrMnTi、5CrNiMo、CrWMn、9Mn2V、T10A、16MnR16MnR钢是屈服强度为340MPa级的压力容器专用板T10A高级碳素工具钢,含硫量<=0.02%,含磷量<=0.03%

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、Mn<1.5%

高碳0.8-1.2%，不标出滚动轴承钢易切削钢两个例外特例：

GCr15-----滚动轴承钢含Cr量低的钢，其含量以千分之几表示

Cr06------低Cr的合金工具钢，碳含量不标出(与不锈钢的区别)1.3-1.45C,0.5-0.7Cr淬火后硬度>64HRC不锈钢（Cr>13%）和耐热钢钢号前面的数字表示含碳量的千分之几，如9Cr18和0Cr18Ni9

V、Ti、Al、B、Re含量很低，由于起的作用很大，在钢号中标出铸钢

ZG200－400

表示其屈服点为200MPa,其抗拉强度为400MPaW18Cr4VW6Mo5Cr4V2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工程结构用钢

机械制造结构钢（机械零件用钢）渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢其他机械制造结构钢2.3结构钢用途：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工程结构用钢高强度

(在保证塑性和韧性的条件下，应尽量提高其强度)高韧性

(耐低温韧性)良好的工艺性能

（良好的焊接性能和冷成形性能）要求有较高的抗腐蚀能力

(大气、海水腐蚀）工程结构用钢的性能要求

碳含量较低（wc＜0.20%）少量的Cu、P抗腐蚀

主加元素为Mn(合金元素含量较少wMe＜3%）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—沉淀强化辅加元素

Nb、Ti、VRe——提高品质（去处杂质）

工程结构用钢的化学成分普通碳素结构钢

Q235-A(A3)、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300～650MPa分为六级

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196～441314～687<0.25%低碳贝氏体钢热轧或正火态412～883540～1128<0.2%低碳马氏体淬火回火态441～883647～1128<0.2%

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：汽车变速箱的齿轮飞机发动机的主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工作条件及性能要求表面耐磨（要求表面高的硬度)承受交变的载荷（要求高的弯曲疲劳强度）承受大的冲击载荷（要求心部良好的韧性）良好的热处理性能2.3.2渗碳钢碳含量较低（0.10%＜

wc＜0.20%）

主加元素Mn<2%、Cr<2%、Ni<4%、B<0.005%、Si<0.40%、Mo<0.30%

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化学成分特点

钢种、牌号与用途中淬透性渗碳钢

20CrMnTi、12CrNi3高淬透性渗碳钢

12Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA低淬透性渗碳钢

20、20Mn2、20Cr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调质钢化学成分特点热处理特点淬火（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）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40CrNiMo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求2.3.4弹簧钢化学成分特点

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

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（450～550℃）油淬回火弹簧钢丝

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350～400℃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典型零件的工作条件、失效方式和性能要求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、提高耐磨性热处理特点钢种、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（820～840℃）+低温回火（150～160℃）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。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按化学成分分类

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化学成分特点

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HRC≥60，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具钢低合金工具钢钢种、牌号与用途含碳量为wc0.9%～1.1%，合金元素为Cr、Mn、Si、W、V合金元素总量<3%.多为过共析钢淬火温度可略高(合金元素减小奥氏体晶粒长大倾向)，容许比Ac1+30～50℃高，如9SiCr,AC1=770℃,淬火温度850～970℃导热性差，分级加热，以防过热。油淬+低温回火回火马氏体+粒状碳化物，残余奥氏体很少。典型的钢种为9SiCr、9Mn2V、CrWMn、CrMnHRC60～65,使用温度范围可达到250℃Cr、9CrWMn、Cr12、Cr12MoV、CrW5、GCr15、GCr6也可做刃具常用的刃具钢

高合金工具钢——高速钢典型牌号：W18Cr4VW6Mo5Cr4V2（1）化学成分特点碳：wc0.7%～1.6%合金元素为W、Mo、Cr、V铬：Wcr4%左右，提高了钢的淬透性钨和钼：二次硬化，良好的热硬性。阻止奥氏体晶粒长大；提高耐磨性钒：细化晶粒，提高钢的耐磨性（2）锻造及热处理特点击碎鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C尽可能均匀分布球化退火常用的刃具钢（3）最终热处理工艺

（4）性能特点热硬性优于低合金工具钢600℃淬火550～570℃多次回火特殊碳化物W2C或Mo2C充分析出“弥散强化”“二次硬化”充分消除残余奥氏体“二次淬火”淬火加热：温度较高回火淬火方式：油淬或分级淬火淬火组织：马氏体+未溶碳化物+大量残余奥氏体回火后组织：回火马氏体+少量残余奥氏体+碳化物分为冷模具钢和热模具钢1.冷模具钢冷模具钢的工作条件、失效方式和性能要求

失效方式：磨损，也有崩刃或疲劳断裂等要求：高硬度、高耐磨性、足够的韧性和疲劳抗力化学成分特点

wc：1.3%～2.3%主加元素为Cr辅加元素为Mo、V主要作用：提高淬透性和回火稳定性，提高耐磨性细化奥氏体晶粒，提高耐磨性

2.4.2模具钢低合金工具钢碳素工具钢T9、T10、T11常用的冷模具钢9SiCr、9Mn2V

高合金工具钢——高铬钢典型钢种、牌号Cr12、Cr12MoV

锻造:莱氏体钢通过轧制将网状共晶碳化物打碎热处理方案有两种：1）一次硬化法较低温度（950～1000℃）淬火＋低温回火（150～180℃）

2）二次硬化法较高温度（1100～1150℃）淬火+多次高温回火（510～520℃）二次硬化，热硬性高，但其强度、韧性稍低，工艺较复杂2.热模具钢

热模具的工作条件、失效方式和性能要求失效方式:磨损、塌陷、崩裂及龟裂等高的热强性和足够高的韧性高的热疲劳抗力高的热硬性和高温耐磨性高的抗氧化能力性能要求：化学成分特点碳含量wc

0.3%～0.6%主加元素为Cr、Ni、Mn、Si等，辅加元素为Mo、W、V提高相变温度；提高淬透性，提高回火稳定性；防止第二类回火脆性，产生二次硬化，阻止奥氏体晶粒的长大热处理的特点淬火+高温回火淬火+中温回火钢种、牌号与用途5CrMnMo、5CrNiMo、3CrW8V量具钢的工作条件、失效方式及性能要求

化学成分特点高碳（wc

0.9%～1.5%），提高淬透性的元素（Cr、W、Mn）等性能要求高的硬度和耐磨性高的尺寸稳定性，热处理变形要小热处理的特点淬火冷处理低温回火低温长时间时效处理钢种、牌号与用途

碳素工具钢和低合金工具钢都可做量具钢如：T7、T8、Cr2、9CrSi、CrWMnGCr15只是热处理方面有差别

2.4.3量具钢

3.热处理的特点热处理工艺为淬火+低温回火。钢中存在有以下三种导致尺寸变化的因素：残余奥氏体转变成马氏体，引起体积膨胀；马氏体分解，体积收缩；残余应力的变化和重新分布，使弹性变形部分转变为塑性变形而引起尺寸变化。为了量具的尺寸稳定，减小时效效应，需要有三个附加的热处理工序：淬火之前的调质处理、常规淬火之后的冷处理、常规热处理后的时效处理。1）调质处理的目的是获得回火索氏体组织。2）冷处理的目的是使残余奥氏体转变为马氏体，减少残余奥氏体量。3）时效处理的目的是消除残余应力，稳定马氏体和残余奥氏体。

4.钢种、牌号与用途

2.5特殊性能钢按用途分类

不锈钢耐热钢耐磨钢用于制造在特殊工作条件或特殊环境（腐蚀、高温等）下具有特殊性能要求的构件和零件的钢材，称特殊性能钢金属腐蚀的基本概念不锈钢是不锈耐酸钢的简称。在自然环境中具有高度化学稳定性、抵抗腐蚀的一类钢。有时，仅把能够抵抗大气腐蚀的钢称不锈钢。化学腐蚀

电化学腐蚀金属与化学介质直接产生化学反应而造成的腐蚀指金属在腐蚀介质中由于形成原电池，阳极失去电子氧化2.5.1不锈钢提高抗腐蚀的方法

化学腐蚀

电化学腐蚀

加入Si、Cr、Al等能形成致密保护膜的合金元素进行合金化减少原电池形成的可能性，使金属具有均匀的单相组织形成原电池时，减少两极的电极电位差，提高阳极的电极电位减少或阻断腐蚀电流，使金属“钝化”，表面形成致密的、稳定的保护膜Cr按n/8规律显著提高基体的电极电位（Cr含量12.5,25,37.5%时规律化学电位突变）Cr>17%,WC<0.15%,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8％≤Wcr≤18%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：常用不锈钢铁素体型Wc

＜0.15%,Wcr＞17%,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%,Wcr＞17%,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%，Wcr≤18%，WNi＞8%热处理方式固溶处理（850～950℃加热，水冷），得单相奥氏体组织稳定化退火（850～950℃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(2~3%),优秀的耐点蚀性，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%

C≤0.03

Si≤1.00

Mn≤2.00

P≤0.035

S≤0.03

Ni:12.0-15.0

Cr:16.0-18.0

Mo:2.0-3.0

5、热处理熔点：1375~1450℃；固溶处理：1010~1150℃。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%～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