机自-材-1-10合金钢

§1-10合金钢碳钢(c<2.11%的铁碳合金)价格低廉、加工方便，使得其在工业上得到广泛应用，但碳钢强度和屈强比低，致使构件笨重；碳钢淬透性低，大件不能淬透，致使零件截面性能不均匀，且快速淬火易导致零件产生变形或开裂；碳钢回火稳定性差，较难获得优良的综合力学性能，且不能满足耐热性、耐磨性、耐蚀性等特殊性能的要求。合金钢是在铁碳合金的基础上，特意加入硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、妮、锆、铜、硼等元素，可改善和提高钢的力学性能、热处理性能，并使钢获得某些特殊的物理、化学性能。一、合金元素在钢中的存在形式1、仅与铁形成固溶体（硅、铜、铝、钴等）2、部分固溶于铁，部分与碳形成碳化物（锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等）3、与钢中的氧、氮、硫形成非金属夹杂物（Al2O3、AlN、TiN、MnS等）4、合金元素彼此作用形成金属间化合物（FeSi、Fe2W、Ni3Ti等）5、以游离态存在二、合金元素的主要作用1、通过固溶强化，提高钢的硬度和强度。2、通过形成特殊的碳化物和金属间化合物，获得某些特殊性能，如耐蚀性、耐热性。3、提高钢的淬透性和回火稳定性。★除Co以外的所有合金元素都使C曲线右移。V临↓使大尺寸零件淬火后也能全部得到M，同时可用油等低冷却速度的淬火介质，避免变形和开裂。4、细化晶粒，提高钢的强度、塑性和韧性。★除Mn以外的所有合金元素都能阻碍A晶粒的长大三、合金钢的分类和牌号●按合金量分5%10%低合金钢中合金钢高合金钢合金量●按用途分高合金钢低合金钢中合金钢合金结构钢合金工具钢（高速钢、量具钢等）特殊性能钢(耐磨钢、耐热钢等)●合金钢牌号：数字+元素符号+数字含碳量合金元素合金百分量★

含碳量无数字代表c≥1%1位数字代表c的千分之几2位数字代表c的万分之几合金工具钢合金结构钢★

合金百分量：有元素符号，但其后无数字代表该元素含量<1.5%★合金钢至少是优质级，钢号最后有A为高级优质级，钢号最后有E为特级优质级。举例：20CrNi3

为含碳0.2%，含铬<1.5%，含镍3%的合金结构钢

9CrSi

为含碳0.9%，含铬<1.5%，含硅<1.5%的合金工具钢四、常用的合金钢低合金高强度结构钢

滚动轴承钢●合金结构钢合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢●合金工具钢合金工具钢高速工具钢刃具钢模具钢量具钢不锈钢耐磨钢耐热钢●特殊性能钢1.低合金高强度结构钢①低合金高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量合金元素构成的。②此类钢的成分为低碳、低合金的（碳量0.1%~0.2%，合金总量<3%）,主添元素为Mn、Si等。③此类钢的牌号为Q＋屈服强度＋质量等级符号质量分A、B、C、D、E五个等级（从差到好）。常用牌号有：Q295A~B、Q345A~E、Q390A~E、Q420A~E、Q460C~E等。④此类钢主要用于工程建筑、车辆、船舶、油罐、输油管等。直接在供应状态下使用(不再热处理)2.合金渗碳钢①

渗碳钢因其主要经渗碳+淬火+低温回火后使用而得名，可获得“表硬里韧”的性能。②

渗碳钢成分为低碳、低中合金的（碳量0.1%~0.25%，合金总量<5%）,主添元素为Cr、Mn、

Ni、B等，辅添元素有W、Mo、Ti、V等。③

常用渗碳钢的牌号有：15、20、20Cr、20CrMn、

20CrMnTi、20CrNi、20MnB、20Mn2B、20Mn2BTi、18Cr2Ni4WA等。④渗碳钢主要用于制造汽车或拖拉机的变速齿轮、凸轮、活塞销等零件（要求表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有高韧性、高强度）。例：汽车变速齿轮，20CrMnTi（典型齿轮用钢）

★加工工艺路线为：下料→锻造→正火→加工齿形→渗碳(

930℃

)→预冷淬火(

830℃

)→低温回火(

200℃

)→磨齿

★各道热处理的目的：

正火---属于预备热处理，可消除锻造后的热应力，同时降低硬度，以利于切削加工。渗碳---属于最终热处理，使零件表面先增碳再淬硬，获得表层的高硬度、高耐磨性。而心部保留低碳钢自身的高塑性、高韧性。3.合金调质钢①

调质钢因其主要经调质处理（淬火+高温回火）

后使用而得名，可获得良好的综合力学性能。②调质钢成分为中碳、低中合金的（碳量0.3%~0.5%，合金总量<5%）,主添元素为Cr、Mn、

Ni、B等，辅添元素有W、Mo、Ti、V等。③

常用调质钢的牌号有：40、45、40Cr、40CrMnMo、

40CrNiMoA、38CrMoAl（此钢也是氮化钢）等。④调质钢主要用于制造传动轴、曲轴、连杆螺栓、

机床传动齿轮等承受弯曲、扭转、拉压、冲击等复杂应力的重要零件。例：连杆螺栓，选用材料为40Cr（典型合金调质钢）★加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗机加工→调质（830℃加热、油淬后525℃回火）→精机加工★各道热处理的目的：退火---属于预备热处理，可消除锻造后的热应力，同时降低硬度，以利于切削加工。调质---属于最终热处理，使零件获得良好的综合力学性能（强、硬、塑、韧均较好）★对轴、齿轮等传动件在调质后还需进行表面淬火或氮化处理，以提高表面硬度和耐磨性。4.合金弹簧钢①弹簧钢因其主要用于制造各种弹性零件而得名。经热处理后具有很高的弹性极限、屈强比和疲劳强度以及足够的塑性、韧性。②弹簧钢成分为中高碳、低中合金的（碳量0.6%~0.9%，合金总量<5%）,主添元素为Cr、Mn、Si等，辅添元素有W、V等。常用弹簧钢的牌号有：60、65、65Mn、60Si2Mn、

60Si2CrVA、65Si2MnWA等。弹簧钢主要用于制造机器仪表中的弹簧、汽车板簧等各种弹性零件。按弹簧的加工工艺特点，分为冷成型弹簧和热成型弹簧两种。例：汽车板簧，选用材料为60Si2Mn

★加工工艺路线为：扁钢下料→加热压弯成型→淬火→中温回火→喷丸

A.冷成型弹簧---细钢丝(直径d<10mm)绕制的螺旋弹簧，通过冷拔（或冷拉）、冷卷成型后不必淬火，只需进行定型处理(加热到250~300℃保温一段时间,取出空冷)。B.热成型弹簧---粗钢丝(直径d>10~15mm)绕制的螺旋弹簧或板式弹簧,热卷、热弯后进行淬火+中温回火（350～500℃）处理。属于一种强化表面的手段，可消除或减轻弹簧的表面缺陷，提高屈服强度和疲劳强度，延长使用寿命3~5倍。5.滚动轴承钢①滚动轴承钢是指制造各类滚动轴承套圈及滚动体的专用钢。应具有高而均匀的硬度、高的弹性极限和接触疲劳强度、足够的冲击韧度和淬透性以及一定的抗腐蚀能力。②滚动轴承钢一般为高碳低铬钢（碳量为0.95%～1.15%，铬量为0.4%～1.65%）；制造大型轴承时再添加硅、锰等元素。

常用滚动轴承钢的牌号有：GCr6、GCr9、GCr15、

GCr9SiMn、GCr15SiMn

。(牌号中的铬量为千分之几)制造滚动轴承套圈、滚动体的工艺路线为：锻造+球化退火+粗加工+油淬+低温回火+精加工

*对精密轴承，淬火后立即进行-60～-80℃冷处理，精密磨削加工后再进行120℃的时效处理（5~10h)。6.低合金刃具钢（低合金工具钢）①低合金刃具钢的碳量为0.9%～1.5%，添加Cr、Mn、Si等合金元素。热处理后具有高的硬度、耐磨性、红硬性以及足够的强度和一定的韧性。②常用低合金刃具钢的牌号有：9SiCr、9Mn2V、CrWMn等。③低合金刃具钢的预备热处理为球化退火，最终热处理为油淬+低温回火④低合金刃具钢的热处理特点是淬火变形及开裂倾向小。主要用于制造丝锥、板牙、铰刀以及其它形状复杂、要求变形小的刀具。7.高速工具钢（高速钢）①高速钢的碳量为0.7%～1.65%，并加入大量Cr、W、Mo、V等形成高合金钢。其最突出的优点是淬透性好、红硬性高。②常用的高速钢牌号有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。主要用于制造车刀、铣刀等高速切削的刀具。③高速钢的坯料必须反复锻造，以击碎莱氏体中粗大的、不均匀的碳化物。④高速钢的预备热处理(锻后)为球化退火，最终热处理为盐浴或油中分级淬火+三次560℃回火。使残余奥氏体转变为马氏体，提高硬度和强度。下图所示为W18Cr4V盘状铣刀的淬火+三次回火的工艺曲线：8.模具钢冷作模具钢热作模具钢①冷作模具钢用于制造在冷态下变形的模具（如冷冲模、冷镦模、拉丝模、冷轧模等）。应具有高的硬度和耐磨性、较高的强度和冲击韧度以及良好的工艺性。②冷作模具钢的化学成分和热处理特点基本上与刃具钢相同。尺寸小、形状简单、工作负荷不大的冷作模具常选用T8A、T10A、T12A、9SiCr、CrWMn等碳素工具钢和低合金工具钢；尺寸大、负荷大、形状复杂的冷作模具常选用高碳高铬的模具钢，主要是Cr12、Cr12MoV等“Cr12型钢”。

a)Cr12型钢的碳量为1.4%～2.3%，铬量为11%～12%。Cr12型钢也属莱氏体钢，坯料必须反复锻造，以击碎莱氏体中粗大且不均匀的碳化物。

b)

Cr12型钢的预备热处理为球化退火，最终热处理为淬火+低温回火。最终组织为回火马氏体+碳化物+残余奥氏体。③热作模具钢用于制造使金属热成型的模具（如热锻模、热挤压模和压铸模等）。应具有较好的强度、韧性，足够的耐磨性和硬度，良好的抗热疲劳性、导热性、回火稳定性及淬透性。

热作模具钢的碳量一般为0.5%～0.6%(压铸模为0.3%)。常用钢号有：5CrMnMo(中小型模具)、

5CrNiMo（大型模具）、3Cr2W8V（压铸模）

P20=3Cr2Mo

（C0.33

Cr1.85

Mo0.5

）(注塑模)

⑤热作模具钢的坯料同样要反复锻造，使碳化物均匀分布。锻造后要退火以消除锻造应力、降低硬度，以便于切削加工。最终热处理为淬火+高温回火，得到回火索氏体，获得良好的综合力学性能。9.量具钢①

量具钢是用来制造量规、块规、千分尺等各种

测量工具的钢。应具有高的硬度、耐磨性、尺

寸稳定性及一定的韧性。②

量规、塞规、样板等尺寸小、形状简单、精度

要求低的量具多选用T10A、T12A等碳素工具钢。③块规、螺纹塞规、环规、样柱等形状较为复杂、精度要求高的量具多选用低合金工具钢(

9SiCr、9CrWMn、CrWMn

)或滚动轴承钢(

GCr15

)。有时也用渗碳钢制作精度不高、耐冲击的量具或用冷作模具钢制作精密量具。④制作量具的工艺路线为：锻造→球化退火→机加工→粗磨→淬火+低温回火→精磨→稳定化处理(

冷处理+时效

)→涂油10.不锈钢①

不锈钢是指在空气、酸、碱、盐的水溶液等腐蚀

介质中具有高度化学稳定性的钢。②

不锈钢牌号前的数字表示碳量的千分之几，合金

元素的表示方法不变。当ωC≤0.03%或0.08％时，

在牌号前面分别冠以“00”与“0”。③

常用不锈钢可分为铁素体不锈钢、马氏体不锈钢

和奥氏体不锈钢。

a)铁素体不锈钢的典型牌号为1Cr17、1Cr17Ti等。材料塑性好、强度低，不能热处理强化。主要用于化工设备的容器、管道等。b)马氏体不锈钢的典型牌号为：1Cr13、2Cr13、

3Cr13、4Cr13等，统称为“Cr13型”不锈钢。

*1Cr13、2Cr13具有抗大气等介质腐蚀的能力，常作为结构钢使用，采用淬火+高温回火（600～700℃），用于制造汽轮机叶片、锅炉管附件、螺母、螺栓等。*3Cr13、4Cr13的耐腐蚀性能略差些，但通过淬火+低温回火(

200～300℃

)可获得较高的硬度和耐磨性，常作为工具钢使用，制造耐蚀耐磨的工具、医疗工具、量具以及滚动轴承等。c)

奥氏体不锈钢的典型牌号为：1Cr18Ni9、

1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9、00Cr18Ni9等，统称为

“18-8型”不锈钢。*奥氏体不锈钢通常采用固溶处理方法，即把钢加热到1100℃后水冷，以得到单相的奥氏体组织。*奥氏体不锈钢具有很高的抗蚀性、塑性和韧性，但切削加工性能较差，不能热