合金钢第七章iong

合金钢第七章iong合金钢第七章iong合金钢第七章iong2、合金钢与碳钢相比：1、概念：合金钢是在碳钢基础上，为了改善钢的组织与性能，在冶炼时有意识地加入一种或数种合金元素的钢。淬透性好。高强度，高屈强比具有特殊性能，如耐高温、耐腐蚀，高耐磨性等。高回火稳定性2”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；合金钢第七章iong合金钢第七章iong合金钢第七章iong2、合金钢与碳钢相比：1、概念：合金钢是在碳钢基础上，为了改善钢的组织与性能，在冶炼时有意识地加入一种或数种合金元素的钢。

淬透性好。

高强度，高屈强比

具有特殊性能，如耐高温、耐腐蚀，高耐磨性等。

高回火稳定性22、合金钢与碳钢相比：1、概念：合金钢是在碳钢基础上，为了改钨（W）钼（Mo）钒（V）锰（Mn）硅（Si）铬（Cr）钛（Ti）铌（Nb）锆（Zr）镍（Ni）合金钢中常用的合金元素稀土

RE非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等。第一节合金元素在钢中的作用3钨（W）钼（Mo）钒（V）锰（Mn）硅（Si）铬（Cr）钛（一、合金元素对钢中基本相的影响1.形成合金铁素体2.形成碳化物(a)对硬度的影响(b)对冲击韧性的影响合金元素对铁素体性能的影响（退火状态）固溶强化4一、合金元素对钢中基本相的影响1.形成合金铁素体2.形成碳化

奥氏体相区扩大元素：C、N、Co、Ni、Mn、Cu等元素的加入都会使奥氏体相区扩大，特别以Ni、Mn的影响更大。1Cr18Ni9Ti钢，由于Ni元素含量高，使其成为奥氏体不锈钢。

奥氏体相区缩小元素，铁素体形成元素：Cr、Mo等元素的加入都会使奥氏体相区缩小，γ相区缩小，可得到单一的铁素体钢。如0Cr13钢。二、合金元素对铁碳合金相图的影响1.对奥氏体相区的影响合金元素会使奥氏体的单相区扩大或缩小。5奥氏体相区扩大元素：C、N、Co、Ni、Mn、Cu等元素的奥氏体相区扩大元素：使A1降低。奥氏体相区缩小元素：使A1升高。2.对共析温度的影响A1降低A1升高3.对共析点（S）位置的影响6奥氏体相区扩大元素：使A1降低。2.对共析温度的影响A1降低1、对钢在加热时奥氏体化的影响

三、合金元素对钢的热处理影响（1）基本过程：形核长大碳化物的溶解均匀化

（2）非碳化物形成元素（Co、Ni、），增加碳的扩散，加速奥氏体化，（少部分）（3）碳化物形成元素（Cr、Mo、V

），？（大多数）－－大部分抑制分解（4）对奥氏体化工艺的影响（5）阻碍奥氏体晶粒长大导热性能差71、对钢在加热时奥氏体化的影响三、合金元素对钢的热处理影响2、对奥氏体分解过程的影响

非碳化物形成元素－除Co外，右移，不改变形状碳化物形成元素，右移，改变形状合金元素对钢冷却转变临界温度的影响，除Co、Al以外的所有合金元素都使Ms线下移82、对奥氏体分解过程的影响非碳化物形成元素－除Co外，右移（1）提高钢的回火稳定性淬火钢在回火时，抵抗软化的能力称为钢的回火稳定性。

3、对回火的影响

（2）产生二次硬化当含W、Mo、V、Ti量较高的淬火钢，在500～600℃回火时，其硬度并不降低，反而升高，回火时硬度升高的现象称为二次硬化。析出细小、弥散、稳定的特殊碳化物9（1）提高钢的回火稳定性3、对回火的影响（2）产生二次硬化（3）回火脆性无法消除，与冷却速度无关，是包括碳钢与所有钢材共有现象。

合金钢淬火回火时，钢的韧性显著下降的现象称为回火脆性。第一类回火脆性：第二类回火脆性：可以消除，与冷却速度有关，消除方法：1）高温回火后，把零件放在水中快速冷却。2）钢中加入可降低回火脆性倾向的元素Mo、W，如40CrNiMo

合金钢的回火脆性示意图10（3）回火脆性无法消除，与冷却速度无关，合金钢淬火回火时，钢第二节合金钢的分类和牌号合金结构钢合金工具钢特殊性能钢

按用途分类用于制造机械零件和工程结构的钢

用于制造各种工具的钢具有某种特殊物理、化学性能的钢、耐热钢、耐磨钢一、分类重点分类和命名11第二节合金钢的分类和牌号合金结构钢合金工具钢特殊性能钢低合金钢中合金钢高合金钢按合金元素总含量分类合金元素总含量<5%。

合金元素总含量5%～10%

合金元素总含量>10%。

12低合金钢中合金钢高合金钢按合金元素总含量分类合金元素二、合金钢的牌号1、合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）+元素符号（或汉字）+数字表示例如：40Cr钢为合金结构钢，60Si2Mn钢为合金结构钢，40CrC：0.4%Cr：<1.5%60Si2MnC：0.6%Mn：<1.5%Si：2%万分之几百分之几，滚动轴承钢例外，千分之几13二、合金钢的牌号1、合金结构钢的牌号采用两位数字（碳含量）+2、合金工具钢的牌号

合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别：仅在于碳含量的表示方法，它用一位数字表示平均含碳量的千分数，当碳含量大于等于1.0%时，则不予标出。如9SiCr钢为合金工具钢，平均含碳量为0.90%，主要合金元素为硅、铬，含量均小于1.5%。9SiCrC：0.9%Si、Cr：<1.5%采用一位数字（碳含量）+元素符号（或汉字）+数字表示142、合金工具钢的牌号合金工具钢的牌号和合金结构钢的区别：

Cr12MoV钢为合金工具钢，平均含碳量大于等于1.0%，主要合金元素铬的平均含量为12%，钼和钒的含量均小于1.5%。特例：

高速钢平均含碳量小于1.0%时，其含碳量也不予标出，如W18Cr4V钢平均含碳量为0.7%～0.8%。Cr12MoVC：>1%，不标出Cr：12%Mo、V:<1.5%W18Cr4VC：<1%，也不标出W：18%，Cr：4%V:<1.5%15Cr12MoV钢为合金工具钢，平均含碳量大于等于1.0%，3、特殊性能钢的牌号

特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示方法相同

当含碳量为0.03%～0.10%时，含碳量用0表示，如0Cr18Ni9钢的平均含碳量为0.03%～0.10%；

当含碳量小于等于0.03%时，用00表示。如00Cr30Mo2钢的平均含碳量小于0.03%。163、特殊性能钢的牌号特殊性能钢的牌号和合金工具钢的表示方为表示钢的用途，在钢的牌号前面冠以汉语拼音字母字头，而不标含碳量，合金元素含量的标注也和上述有所不同。例如滚动轴承钢前面标“G”（“滚”字的汉语拼音字母字头），如GCr15。注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量千分数，其他元素仍按百分数表示，如GCr15SiMn表示含铬量为1.5%，硅、锰含量均小于1.5%的滚动轴承钢。

比较：GCr15、2Cr13与Cr12MoV特殊专用钢17为表示钢的用途，在钢的牌号前面冠以汉语拼音字母字头，而不标含第三节合金结构钢

用途不同低合金结构钢

机器用钢建筑工程桥梁工程船舶车辆

主要用于制造各种零件按用途和热处理特点有可分为：

渗碳钢

调质钢

弹簧钢

滚动轴承钢高强高韧高塑性18第三节合金结构钢用途不同低合金机器用钢建筑工程主要用一、低合金结构钢

定义：低合金结构钢是在碳钢的基础上，加入少量的合金元素（一般合金元素总量小于3%）的工程用钢。低合金高强度结构钢低合金耐候钢低合金专业用钢按使用性能19一、低合金结构钢定义：低合金结构钢是在碳钢的基础上，加入含碳量：较低（一般在0.10%～0.25%范围内）。合金元素：主要是锰、硅、钒、铌和钛等。

锰和硅的主要作用是对铁素体起固溶强化的作用，以提高钢的强度

钒、钛和铌等元素的主要作用是细化晶粒，提高钢的韧性。这类钢比相同含碳量的碳素结构钢的强度要高得多，且有良好的塑性、韧性、耐蚀性和焊接性。

用途：广泛用来制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、压力容器、起重机械等钢结构件。1.低合金高强度结构钢20含碳量：较低（一般在0.10%～0.25%范围内）。1.低合

耐候钢即耐大气腐蚀钢，是在低碳钢的基础上加入少量的合金元素，如铜、磷、铬、镍、钼、钛、钒等合金元素，使其在金属表面形成保护层，以提高钢材的耐腐蚀性。耐候钢又分为焊接结构用耐候钢和高耐候性结构钢两类。前一类钢具有良好的焊接性能，适用于桥梁、建筑与其他要求高耐候性的钢结构。

低合金钢筋钢

铁道用低合金钢

矿用低合金钢

汽车用低合金钢3．低合金专业用钢2．低合金耐候钢21耐候钢即耐大气腐蚀钢，是在低碳钢的基础上加入少量的合金元素一．渗碳钢性能特点：表面具有高硬度、高耐磨性，而心部要有高韧性和足够的强度。为满足这种性能要求，常常采用低碳钢或低碳合金钢进行表面渗碳后经淬火和回火处理，称这类钢为渗碳钢。用途：汽车、拖拉机的变速齿轮、内燃机的凸轮等凸轮齿轮二、机器用钢

22一．渗碳钢性能特点：表面具有高硬度、高耐磨性，而心部要有高韧低碳，在0.1～0.25%之间，可保证渗碳零件的心部具有足够的韧性和塑性。含碳量合金元素

主要有Cr、Ni、Mn和B等。它们不仅可提高淬透性、改善心部性能，同时还可提高渗碳层性能（强度和韧性）。其中以Ni的作用最好。

为了细化晶粒，还加入少量阻止奥氏体晶粒长大的强碳化物形成元素Ti、V、Mo等。它们形成的碳化物在高温渗碳时不溶解，有效地抑制渗碳时的过热现象（一）化学成分23低碳，在0.1～0.25%之间，可保证渗碳零件的心部具有足够（二）热处理特点渗碳+淬火再低温回火目的：表层碳浓度为0.85～1.0%表层组织由合金渗碳体、回火马氏体与少量残余奥氏体组成，硬度可达HRC60～62左右。心部的组织：屈氏体，硬度HRC25～40、冲击韧性αk≥60J/cm2。24（二）热处理特点渗碳+淬火再低温回火目的：表层碳浓度为0（三）常用的合金渗碳钢按淬透性的高低分低淬透性钢高淬透性渗碳钢15Cr、20Cr-小齿轮18Cr2Ni4W-大齿轮中淬透性钢20CrMnTi、20CrMnMo-汽车、拖拉机变速箱齿轮25（三）常用的合金渗碳钢按淬透性的高低分低淬透性钢高淬透性渗碳

正火作为预备热处理其目的是改善锻造组织；调整硬度（HB170～210）便于机加工，正火后的组织为索氏体+铁素体。齿轮技术要求：渗碳层深度：1.0～1.5mm表层碳浓度为0.85～1.0%齿表硬度HRC55～60左右。心部硬度HRC30～45。选用材料：20CrMnTi。齿轮的生产工艺路线如下：下料—锻造—正火—加工齿形—渗碳—预冷淬火—低温回火—喷丸—精磨。26正火作为预备热处理其目的是改善锻造组织；调整硬度（HB17

渗碳目的：增加表面含C量

最终热处理为滲碳后预冷到840℃直接淬火+低温回火，预冷的目的在于减少淬火变形，同时在预冷过程中，滲层中可以析出二次滲碳体，在淬火后减少了残余奥氏体量。

最终热处理组织：由表面往心部依次为回火马氏体+颗粒状碳化物+残余奥氏体；而心部的组织分为两种情况，在淬透时为低碳马氏体+铁素体；未淬透时为索氏体+铁素体。喷丸目的：去氧化皮；增加表面压应力，提高疲劳强度。20CrMnTi钢经上述处理后表面可获得高耐磨性层，心部有较高的强度和良好的韧性。用途：制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件。如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件。27渗碳目的：增加表面含C量20CrMnTi钢经上述处理后表面用途：制造各种重要的机器零件，如齿轮、连杆、轴与螺栓等。二、合金调质钢调质钢是指经调质处理后使用的结构钢，大多数采用中碳钢，经过调质处理后钢的组织为回火索氏体，具有良好的综合机械性能，即强度高、塑性和韧性好。28用途：制造各种重要的机器零件，如齿轮、连杆、轴与螺栓等。二中碳：0.25%～0.50%，含碳量过低，硬度不足。含碳量过高，则韧性不足。含碳量合金元素

常加入少量铬、锰、硅、镍、硼等合金元素以增加钢的淬透性、使铁素体强化并提高韧性。

加入少量钼、钒、钨、钛等碳化物形成元素，可阻止奥氏体晶粒长大和提高钢的回火稳定性，以进一步改善钢的性能。40Cr钢是最常用的合金调质钢，其强度比40钢提高了20%。与合金调质钢相比，碳素调质钢（40钢、45钢）只适于制造强度不太高、截面尺寸不大的零件。典型钢种（一）化学成分29中碳：0.25%～0.50%，含碳量过低，硬度不足。含碳量过合金调质钢的热处理工艺是：调质（淬火后高温回火）。组织：回火索氏体。性能：使零件具有良好的综合力学性能。若要求零件表面有很高的耐磨性，可在调质后再进行表面淬火或化学热处理。淬火+高温回火（调质）组织：回火索氏体使零件具有良好的综合力学性能(二)热处理特点30合金调质钢的热处理工艺是：调质（淬火后高温回火）。淬火+高如制造汽车螺栓：性能要求：σb≥900N/mm2，σs≥700N/mm2，δ5≥12%,ψ≥50%，αk≥80J/cm2，HB=300～341.选用材料：42CrMo钢。工艺路线如下：下料—锻造—正火—机械加工（粗加工）—调质—机械加工（精加工）—喷丸。正火目的：是为了改善锻造组织，细化晶粒，降低硬度以利于切削加工，并为调质处理做组织准备。调质目的：得到回火索氏体。调质工艺如图，经880℃油淬后得到马氏体组织，570℃回火后其组织为回火索氏体。可满足性能要求。

31如制造汽车螺栓：调质目的：得到回火索氏体。31

弹簧钢是制造各种弹性零件的主要材料，特别是制造各种机器，仪表中的弹簧。

工作条件：弹簧主要是利用弹性变形来储存能量和缓和震动。弹簧一般是在动载荷下工作的受到反复弯曲或拉、压应力。

性能要求：

(1)较高的弹性极限

(2)疲劳强度

(3)足够的塑性、韧性

(4)良好的表面质量

(5)有良好的淬透性与较低的脱碳敏感性。

用途：制造各种弹性零件：如弹簧、板簧。三．弹簧钢32弹簧钢是制造各种弹性零件的主要材料，特别是制造各种机器，中高C：碳素弹簧钢的含碳量为0.6～0.85%，如65、70、75钢等，其淬透性差，只适于制造小截面的弹簧，直径一般小于12～15mm。大截面弹簧一般选用合金弹簧钢。合金弹簧钢含碳量在0.45～0.7%之间。含碳量合金元素

主加元素Si,Mn：提高淬透性，提高屈强比

辅加元素Cr,W,V：细化晶粒,耐冲击,高温强度好（一）化学成分33中高C：碳素弹簧钢的含碳量为0.6～0.85%，如65、70用冷拉弹簧钢丝或冷轧弹簧钢带在冷态下制成的，适于制造直径小或厚度薄的弹簧。冷成形法制弹簧钢丝钢板→淬火+中温回火→冷卷弯曲成型→去应力→喷丸（二）弹簧的成型与热处理特点1、热成型弹簧热成形法制弹簧热轧钢丝钢板→卷弯曲成型→淬火+中温回火→喷丸2、冷成型弹簧使用态组织

T回

34用冷拉弹簧钢丝或冷轧弹簧钢带在冷态下制成的，适于制造直径小或

65、75淬透性差，制造小截面弹簧。

65Mn、60Si2Mn等，其淬透性好，强度较高。可制做截面尺寸较大的弹簧。如汽车、拖拉机、机车的板簧和螺旋弹簧

50CrVA、55SiMnMo，淬透性更好，强度更高。在高温与高负荷下的弹簧。如阀门弹簧、高速柴油机气门弹簧.（三）典型钢种3565、75淬透性差，制造小截面弹簧。（三）典型钢种35

用途：主要用来制作各种滚动元件（滚珠、滚柱、轴承套等）以与其他各种耐磨零件（如柴油机油泵油嘴偶件）。

工作条件：滚动轴承在工作时承受较大的局部交变负荷，滚动体与套圈之间产生极大的接触应力。

性能要求：①高接触疲劳强度②高硬度和耐磨性③足够的韧性和淬透性④一定耐蚀能力和良好尺寸稳定性使用态组织极细M回＋细粒状碳化物＋少量A残四、滚动轴承钢36用途：主要用来制作各种滚动元件（滚珠、滚柱、轴承套等）以与高碳：0.95～1.15%，高碳是为了保证钢经热处理后具有高硬度和获得一定量的高耐磨性的合金碳化物。含碳量合金元素

主要合金元素是Cr，Cr：0.40～1.65%。Cr可提高淬透性并与碳形成合金渗碳体（Fe、Cr）3C，阻止奥氏体晶粒长大，淬火后获得细小的隐晶马氏体组织，提高钢的强度、韧性与接触疲劳强度。Cr的含量不宜过高，不超过1.65%.，否则增加残余奥氏体量，降低钢的强度和硬度。（一）化学成分37高碳：0.95～1.15%，高碳是为了保证钢经热处理后具有高最常用的轴承钢：

GCr9、GCr15这种钢多制造中、小型轴承。

对于大型、重载荷轴承，多采用含Mn，Mo，Si，V等元素的轴承钢，如GCr15SiMn。

典型钢种38最常用的轴承钢：典型钢种38(二)热处理特点

球化退火是为了降低钢的硬度，以利于切削加工，还为零件的最终热处理做组织准备。组织是铁素体和均匀分布的细粒状碳化物。

淬火和低温回火是决定轴承钢性能的主要热处理工序。

GCr15:淬火温度在825～845℃之间，要求严格。如果淬火加热温度过高会使残余奥氏体量增多，并由于过热而形成粗大的片状马氏体、使钢的疲劳强度与韧性降低，温度过低则硬度不足。回火温度为150～160℃，保温2～3h；回火后的组织由极细的回火马氏体+细粒状合金渗碳体+少量残余奥氏体组成，硬度为HRC61～65。滚动轴承钢的热处理工艺:球化退火、淬火和低温回火。39(二)热处理特点球化退火是为了降低钢的硬度，以利于切削加工在钢中加入一定量的S、Pb、P、Ca、Se等合金元素，从而提高钢的可切削性，称这类钢为易切钢。

铅完全不溶于钢中，以1～2µm的小颗粒均匀分布在钢的基体上，能改善可切削性能。铅的含量一般控制在0.10～0.30%范围内，过多会引起偏析，反而不利于切削。

硫在易切钢中的含硫量一般在0.08～0.35%范围内，这类钢中必须有足够的含Mn量，形成MnS夹杂物分布在钢的基体上，中断基体的连续性，提高切削性能。但这种钢容易形成纤维组织，呈现各向异性。因此，可在其中加Ti、Zr、RE等元素，抑制硫化物在热加工过程中的延伸，防止钢的各向异性的形成。钙(0.001%~0.05%)可形成高熔点Ca-Al-Si氧化物,提高耐磨性,改善切削性能。牌号：Y12五、易切钢40在钢中加入一定量的S、Pb、P、Ca、Se等合金元素，从而提模具量具刃具工具钢性能要求:

高硬度

高耐磨性

足够的韧性以与小的变形量等。因此，有些钢是可以通用的，既可做刃具又可做模具、量具。工具钢是用于制造刃具、模具、量具等各种工具用钢的总称。第四节工具钢41模具量具刃具工具钢性能要求:工具钢是用于制造刃具、模具、量具一．刃具钢用途：车刀、铣刀、钻头等金属切削刀具（一）性能要求1.高硬度:大于HRC60，碳含量较高约为0.6～1.5%。2.高耐磨性:影响耐磨性的主要因素是碳化物的硬度、数量、大小与分布情况。3高的热硬性:热硬性的高低与钢的回火稳定性有关。一般在刃具钢中加入提高回火稳定性的合金元素可增加钢的热硬性。4.足够塑性和韧性42一．刃具钢42

碳素工具钢的含碳量很高，在0.6～1.3%范围之间，经淬火后有较高的硬度和耐磨性。

T10、T12含碳量高，硬度高、塑性差，主要用做钻头、锉刀等。

T7、T8、T9含碳量较低，硬度较低些但韧性较高，主要做木工刀具、锤子、錾子、带锯等。（二）碳素工具钢43碳素工具钢的含碳量很高，在0.6～1.3%范围之间，经淬

加入Cr,Mn,Si提高淬透性，Si提高回火稳定性

加入W,V提高硬度、耐磨性，细化晶粒（三）低合金刃具钢1成分特点含碳量高C：0.9～1.5%C合金元素44加入Cr,Mn,Si提高淬透性，Si提高回火稳定性（三）9SiCr-制造板牙、丝锥、绞刀、冷冲模等。CrWMn-制造板牙、拉刀、高精度冷冲模等。3、热处理正火——球化退火——机加工——淬火＋低温回火预先热处理为球化退火：为了改善切削性能最终热处理为淬火和低温回火。使用态组织：回火马氏体+粒状合金碳化物+残余奥氏体。2典型合金刃具钢459SiCr-制造板牙、丝锥、绞刀、冷冲模等。2典型合金刃

高速切削刃具。当切削温度高达600℃时，硬度无明显下降，仍保持良好的切削性能，因此而得名（俗称锋钢）。常用的高速钢按其所含的主要元素可分为以下两类：

钨系：W18Cr4V

钼系：一部分W被Mo所代替W6Mo5Cr4V2它们共同的特点是含碳量较高并含有多量的碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等。（四）高速钢高速钢刀具46高速切削刃具。当切削温度高达600℃时，硬度无明显下降，含碳量1、化学成分

加入Cr（4％）提高淬透性

加入W,Mo保证高的热硬性

加入V提高耐磨性合金元素高碳：0.7～1.25%47含碳量1、化学成分加入Cr（4％）提高淬透性合金元素高碳：（1）高速钢的锻造:铸造组织有鱼骨状共晶,使得铸态高速钢既脆又硬，无法直接使用。

高速钢铸造后的组织，不能用热处理办法矫正，必须借助于反复的压力热加工，一般选择多次轧制和锻压，将粗大的共晶碳化物和二次碳化物破碎，并使它们均匀分布在基体中。锻造或轧制后，钢锭要缓慢冷却，以防止产生过高应力甚至开裂。（2）退火

高速钢经锻造后，存在锻造应力与较高硬度。经退火处理可降低硬度及消除内应力，并为随后的淬火做组织准备。2、高速钢的锻造与热处理48（1）高速钢的锻造:铸造组织有鱼骨状共晶,使得铸态高速钢既脆（3）淬火和回火

高速钢的淬火加热温度高：这样可以使较多的W、V（提高刃具红硬性的元素）溶入奥氏体中，在1000℃以上加热淬火，W、V在奥氏体中的溶解度急速增加；1300℃左右加热，各合金元素在奥氏体中的溶解度也大为增加。保温时间不能太长：否则会造成晶粒长大，甚至出现晶界熔化，这也就是淬火温度和加热时间需精确掌握的原因所在。分级预热：高碳高合金元素的存在，高速钢的导热性很差，所以淬火加热时采用分级预热，一次预热温度600～650℃，二次预热在800～850℃，可避免由热应力而造成的变形或开裂。淬火冷却采用油中分级淬火法。

49（3）淬火和回火49W18Cr4V钢的淬、回火工艺曲线高速钢的回火，一般进行三次，回火温度560℃，每次1～1.5h。第一次回火只对淬火马氏体起回火作用，在回火冷却过程中，发生残余奥氏体的转变，同时产生新的内应力。经第二次回火，没有彻底转变的残余奥氏体继续发生新的转变，又产生新的内应力。这就需要进行第三次回火。高速钢淬火后残余奥氏体量大约为30%，三次回火后仍保留有3%~4%，与此同时，使碳化物析出量增多，产生二次硬化现象，提高了刃具使用性能。为使高速钢中的残余奥氏体量减少到最低程度，往往还需进行冷处理。50W18Cr4V钢的淬、高速钢的回火，一般进行三次，回火温度5

硬质合金是将特制的高熔点、高硬度的金属碳化物粉末和粘结剂混合，压制成型，再经烧结而成的一种粉末冶金材料。硬质合金主要用做切削工具。特点：

硬度高（HRA87-93）

热硬度高（可达1000℃左右）

耐磨性好。与高速钢相比：硬质合金切削速度提高4—7倍、寿命提高5-8倍。可切削淬火钢，奥氏体钢等。制造特点：由于它的硬度高，性脆，不能切削加工。通常制成一定规格的刀片，采用机械或壤焊方法固定在刀体上。（五）硬质合金51硬质合金是将特制的高熔点、高硬度的金属碳化物粉末和粘结剂

1钨钴类硬质合金：是以WC粉末和软的Co粉末混合制成的。Co起粘结作用。牌号：用YG来表示。例如YG3是含Co量3%的硬质合金，其余为WC量。

2钨钴钛类硬质合金：是以TiC、WC和Co的粉末制成的合金。牌号：用YT来表示。如YT5表示含TiC为5%，其余含量为WC和Co

3、钢结硬质合金

4、涂层硬质合金分类：521钨钴类硬质合金：是以WC粉末和软的Co粉末混合制成的。二、模具钢制造模具的钢种称为模具钢。模具一般为热作模具和冷作模具两类。（一）冷作模具钢用于制造使金属在冷态下变形的模具，如冷冲模、冷挤压模、冷镦模等。性能要求：

高的硬度

强度

良好的耐磨性

足够的韧性。典型钢种：

尺寸小的冷作模具钢，可采用T10、T10A、9SiCr、9Mn2V、CrWMn等。

大型模具必须采用淬透性好。耐磨性高、热处理变形小的钢种，一般采用Cr12型钢种。53二、模具钢53①高C:>1.1%②Cr,Mo,W,V提高耐磨性Cr12MoV钢冲孔落料模生产工艺路线如下：下料→锻造→退火→机械加工→淬火+低温回火→精磨或电火花加工→成品54①高C:>1.1%Cr12MoV钢冲孔落料模生

热作模具钢用于制造热锻模和热压模。热作模具在工作时，除承受较大的各种机械应力外，还使模膛受到炽热金属和冷却介质（水、油和空气）的交替作用产生的热应力，易使模膛龟裂，即热疲劳现象。（1）性能要求：

具有较高的强度和韧性，并有足够的耐磨性和硬度（HRC40-50）

有良好的抗热疲劳性

有良好的导热性与回火稳定性，以利于始终保持模具的良好强度和韧性。

热作模具一般体积大，为保证模具的整体性能均匀一致，还要求有足够的淬透性。（二）热作模具钢55热作模具钢用于制造热锻模和热压模。（二）热作模具钢55①中C:0.3%～0.6%含碳量（2）化学成分Cr、Ni、Mn、Si：可提高钢的淬透性。W、Mo、V：主要作用是提高钢的回火稳定性、二次硬化。Mo防止回火脆性。合金元素

5Cr2MnMo-小型热锻模

3Cr2W8V、4Cr5MoSiV-大型热锻模典型钢种56①中C:0.3%～0.6%含碳量（2）化学成分Cr、Ni

特殊性能钢是指具有特殊的物理、化学性能的钢，它的种类很多，并且正在迅速发展。其中最主要的是不锈钢和耐热钢。

1．不锈钢

（又称为不锈耐酸钢）是指能抵抗大气或酸等化学介质腐蚀的钢。

用途：不锈钢是石油、化工、化肥等工业部门广泛使用的金属材料.各种容器、管道、阀门总是在腐蚀性气体和介质工作，常因腐蚀而失效。第五节特殊性能钢57特殊性能钢是指具有特殊的物理、化学性能的钢，它的种类

化学腐蚀：是金属在干燥气体或非电解质溶液中的腐蚀，腐蚀过程不产生电流，钢在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀；

电化学腐蚀：是金属与电解质溶液接触时所发生的腐蚀，腐蚀过程中有电流产生，钢在室温下的锈蚀主要属于电化学腐蚀。（1）金属腐蚀的一般概念

腐蚀通常可分为:

化学腐蚀电化学腐蚀58化学腐蚀：是金属在干燥气体或非电解质溶液中的腐蚀，腐蚀过程电化学腐蚀实际是电池作用。当两种互相接触的金属放入电解质溶液时，由于两种金属的电极电位不同，彼此之间就形成一个微电池，并有电流产生。

电极电位低的金属为阳极；

电极电位高的金属为阴极电极反应的两个规律1．电极电位最低的物质首先在阳极反应。

2．电极电位最高的物质首先在阴极反应。

阳极的金属将不断被溶解，而阴极金属就不被腐蚀。阴极的反应为：2H++2e→H2↑阳极的反应为：Zn-2e→Zn+259电化学腐蚀实际是电池作用。当两种互相接触的金属放入电解质溶液对于同一种合金，由于组成合金的相或组织不同，也会形成微电池，造成电化学腐蚀。例如钢组织中的珠光体，是由铁素体和滲碳体两相组成的，在电解质溶液中就会形成微电池，由于铁素体的电极电位低，为阳极，就被腐蚀。而滲碳体的电极电位高，为阴极而不被腐蚀。在观察碳钢的显微组织时，要把抛光的试样磨面放在硝酸酒精溶液中浸蚀，使铁素体腐蚀后，才能在显微镜下观察到珠光体的组织，就是利用电化学腐蚀的原理实现的。珠光体腐蚀示意图60对于同一种合金，由于组成合金的相或组织不同，也会形成微电池，

提高金属的抗电化学腐蚀能力的措施：

①．尽量使金属在获得均匀的单相组织条件下使用，这样金属在电解质溶液中只有一个极，使微电池难以形成。如在钢中加入大于24%的Ni，会使钢在常温下获得单相的奥氏体组织。

②．加入合金元素提高金属基体的电极电位，例如在钢中加入大于13%的Cr，则铁素体的电极电位由-0.56V提高到0.2V，从而使金属的抗腐蚀性能提高。

③．加入合金元素，在金属表面形成一层致密的氧化膜，又称钝化膜，把金属与介质分隔开，从而防止进一步的腐蚀。61

提高金属的抗电化学腐蚀能力的措施：

①．尽量使金属在获得均

铬是不锈钢合金化的主要元素。钢中加入铬，提高电极电位，从而提高钢的耐腐蚀性能。当含铬量达n/8原子分数值（n=1、2、3………），即达到1/8、2/8、3/8………（也即12.5%、25%、37.5%………）原子分数时，电极电位呈台阶式跃增，即腐蚀速度呈台阶式下降，这称之为n/8规律。所以铬钢中的含铬量只有超过台阶值（如n=1，换成重量百分数则为12.5%X(52/55.8)=11.7%）时，钢的耐蚀性才明显提高。由于含铬量超过11.7%，而且绝大部分都溶于固溶体中，使电极电位跃增，使基体的电化学腐蚀过程变缓。同时，在金属表面被腐蚀时，形成一层与基体金属结合牢固的钝化膜，使腐蚀过程受阻，从而提高钢的耐蚀性。62

铬是不锈钢合金化的主要元素。钢中加入铬，提高电极电位，从而

M不锈钢(称Cr13型)：1Cr13,2Cr13用于汽轮机叶片、热裂设备,3Cr13,4Cr13：手术器具与刀具

F不锈钢：

1Cr17、

1Cr28

：化工设备、食品工业—不能通过热处理强化

A不锈钢(称18—8型)

：

1Cr18Ni9Ti,0Cr18Ni9Ti：化工生产中的某些设备及管道、食品、医疗行业—不能通过热处理强化（2）常用不锈钢63M不锈钢(称Cr13型)：1Cr13,2Cr132．耐热钢

在发动机、化工、航空等部门，有很多零件是在高温下工作，要求具有高的耐热性的钢称为耐热钢。

例如：气门是内燃机重要的典型零件，工作温度高，尤其是在排气门与汽缸相接触的面，温度高达600ºC～700ºC，随着内燃机向高转速、大功率、轻量化的方向发展，对发动机的主要零件—气门的性能特点提出了更高的要求.4Cr14Ni14W2MoV属于奥氏体型耐热钢，常用于内燃机排气阀，气门等642．耐热钢

在发动机、化工、航空等部门，有很多零件是在高（1）耐热钢的一般概念*

钢的耐热性包括高温抗氧化性和高温强度两方面的涵义。

金属的高温抗氧化性是指金属在高温下对氧化作用的抗力；

而高温强度是指钢在高温下承受机械负荷的能力。所以，耐热钢既要求高温抗氧化性能好，又要求高温强度高。65（1）耐热钢的一般概念*

钢的耐热性包括高温抗氧化性a）高温抗氧化性

金属的高温抗氧化性，通常主要取决于金属在高温下与氧接触时，表面能形成致密且熔点高的氧化膜，以避免金属的进一步氧化。一般碳钢在高温下很容易氧化，这主要是由于在高温下钢的表面生成疏松多孔的氧化亚铁（FeO），容易剥落，而且氧原子不断地通过FeO扩散，使钢继续氧化。

为了提高钢的抗氧化性能，一般是采用合金化方法，加入铬、硅、铝等元素，使钢在高温下与氧接触时，在表面上形成致密的高熔点的Ｃr2O3、SiO2、Ａl2O3等氧化膜，牢固地附在钢的表面，使钢在高温气体中的氧化过程难以继续进行。如在钢中加15％Ｃr，其抗氧化温度可达900℃；在钢中加20～25％Ｃr，其抗氧化温度可达1100℃。66a）高温抗氧化性

金属的高温抗氧化性，通常主要取决于金属b）高温强度

金属在高温下所表现的力学性能与室温下大不相同。在室温下的强度值与载荷作用的时间无关，但金属在高温下，当工作温度大于再结晶温度、工作应力大于此温度下的弹性极限时，随时间的延长，金属会发生极其缓慢的塑性变形，这种现象叫做“蠕变”。在高温下，金属的强度是用蠕变强度和持久强度来表示。蠕变强度是指金属在一定温度下，一定时间内，产生一定变形量所能承受的最大应力。而持久强度是指金属在一定温度下，一定时间内，所能承受的最大断裂应力。

67b）高温强度

金属在高温下所表现的力学性能与室温下大不相

为了提高钢的高温强度，通常采用以下几种措施：

①．固溶强化。固溶体的热强性首先取决于固溶体自身的晶体结构，由于面心立方的奥氏体晶体结构比体心立方的铁素体排列的更紧密，因此奥氏体耐热钢的热强性高于铁素体为基的耐热钢。在钢中加入合金元素，形成单相固溶体，提高原子结合力，减缓元素的扩散，提高再结晶温度，能进一步提高热强性。

②．析出强化。在固溶体中沉淀析出稳定的碳化物、氮化物、金属间化合物，也是提高耐热钢热强性的重要途径之一。如加入铌、钒、钛等，形成NbC、TiC、VC等，在晶内弥散析出，阻碍位错的滑移，提高塑变抗力，提高热强性。③．强化晶界。材料在高温下其晶界强度低于晶内强度，晶界成为薄弱环节。通过加入钼、锆、钒、硼等晶界吸附元素，降低晶界表面能，使晶界碳化物趋于稳定，使晶界强化，从而提高钢的热强性。68为了提高钢的高温强度，通常采用以下几种措施：

①．固溶强a）珠光体耐热钢

一般是在正火状态下加热到Ac3+30℃，保温一段时间后空冷，随后在高于工作温度约50℃下进行回火，其显微组织为珠光体+铁素体。其工作温度为350～550℃，由于含合金元素量少，工艺性好，常用于制造锅炉、化工压力容器、热交换器、汽阀等耐热构件。其中15CrMo主要用于锅炉零件。这类钢在长期的使用过程中，会发生珠光体的球化和石墨化，从而显著降低钢的蠕变和持久强度。为此，这类钢力求降低含碳量和含锰量，并适当加入铬、钼等元素，抑制球化和石墨化倾向。除此之外，钢中加入铬是为了提高抗氧化性，加入钼是为了提高钢的高温强度。典型钢:15CrMo、12CrMoV（2）耐热钢的种类69a）珠光体耐热钢

一般是在正火状态下加热到Ac3+30℃b）马氏体耐热钢

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。为了进一步提高热强性，在保持高的抗氧化性能的同时，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。

1Cr11MoV、1Cr12WMoV，经淬火+高温回火后，可使工作温度提高到550～580℃

。

4Cr9Si2，4Cr10Si2Mo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。0.4%的含碳量是为了获得足够的硬度和耐磨性，加入铬、硅是为了提高抗氧化性，加入钼是为了提高高温强度和避免回火脆性。4Cr10Si2Mo常用于制作重型汽车的汽阀。70b）马氏体耐热钢

这类钢主要用于制造汽轮机叶片和气阀等。c）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氏体耐热钢，这类钢的冷塑性变形性能和焊接性能都很好，一般工作温度在600～700℃，广泛用于航空、舰艇、石油化工等工业部门制造汽轮机叶片，发动机汽阀等。最典型的牌号是1Cr18Ni9Ti，Cr的主要作用是提高抗氧化性和高温强度，镍主要是使钢形成稳定的奥氏体，并与铬相配合提高高温强度，钛是通过形成弥散的碳化物提高钢的高温强度。

4Cr15Ni20（HK40）是石化装置上大量使用的高碳奥氏体耐热钢。这种钢在铸态下的组织是奥氏体基体+骨架状共晶碳化物，在900℃工作寿命达10万小时。铬是抗氧化性能的主要元素，铬和镍同时加入，其主要作用是得到单相稳定的奥氏体，提高钢的高温强度。

4Cr14Ni14W2Mo是用于制造大功率发动机排气阀的典型钢种。此钢的含碳量提高到0.4%，目的在于形成铬、钼、钨的碳化物并呈弥散析出，提高钢的高温强度。71c）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三．耐磨钢1定义：通常是指在冲击和磨损条件下使用的高锰钢。2用途：制造球磨机的衬板、破碎机的颚板、挖掘机的斗齿、拖拉机和坦克的履带板。3化学成分：C：0.9%-1.5%Mn：11%-14%4典型钢种：ZGMn13

*耐磨钢机械加工困难，基本上是铸造后直接使用。72三．耐磨钢72

一、填空1．.合金元素在钢中的主要作用有—————、—————————、—————————和——————。