4-工業(yè)用鋼與鑄鐵-工程材料及其熱處理-10

1、工程材料及其熱處理鋼1工程材料及其熱處理鋼2 1. 1.熟練掌握工業(yè)用鋼的分類與編號(hào)表示方法；熟練掌握工業(yè)用鋼的分類與編號(hào)表示方法； 2. 2.熟悉鋼鐵中合金元素的含量與作用與相應(yīng)組織。熟悉鋼鐵中合金元素的含量與作用與相應(yīng)組織。 3. 3.了解鑄鐵的石墨化過(guò)程特點(diǎn)與影響；了解鑄鐵的石墨化過(guò)程特點(diǎn)與影響； 4. 4.熟悉鑄鐵的分類、牌號(hào)、性能特點(diǎn)并基本會(huì)選。熟悉鑄鐵的分類、牌號(hào)、性能特點(diǎn)并基本會(huì)選。 5. 5.了解工程材料新發(fā)展簡(jiǎn)介了解工程材料新發(fā)展簡(jiǎn)介工程材料及其熱處理鋼3 一、一、鋼鋼：以鐵為主元素以鐵為主元素, ,含含C C2 2以下以下, ,并含并含有其它元素的材料。有其它元素的材料?？?/p>

2、形變加工的鐵碳合金。可形變加工的鐵碳合金。 1.工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼(按成分按成分)包括包括非合金鋼、低合金鋼、非合金鋼、低合金鋼、合金鋼合金鋼三類。三類。( (必須掌握的內(nèi)容必須掌握的內(nèi)容- -考試啊考試啊! !) ) 按碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低劃分按碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低劃分: : 低低碳鋼碳鋼( (c c0.250.600.60) )等均屬于非合金鋼。等均屬于非合金鋼。工程材料及其熱處理鋼4 低合金鋼是在非合金鋼的基礎(chǔ)上加入少量合低合金鋼是在非合金鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素的鋼。金元素的鋼。 按質(zhì)量分按質(zhì)量分 是按鋼中主要質(zhì)量等級(jí)分是按鋼中主要質(zhì)量等級(jí)分, ,分為普通質(zhì)量鋼、分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼

3、、特殊優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特殊優(yōu)質(zhì)鋼, ,其中的磷和其中的磷和硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表4-14-1所示。所示。 按鋼的主要性能及使用特性分按鋼的主要性能及使用特性分 分為分為工程結(jié)構(gòu)用鋼工程結(jié)構(gòu)用鋼、機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼、工具鋼工具鋼軸承鋼、特殊物理性能鋼及其他用鋼等。軸承鋼、特殊物理性能鋼及其他用鋼等。 工程材料及其熱處理鋼5 2. 2. 鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法 鋼材牌號(hào)采用鋼材牌號(hào)采用“數(shù)字加字母數(shù)字加字母”表示。力學(xué)性表示。力學(xué)性能和元素含量能和元素含量用數(shù)字表示用數(shù)字表示，化學(xué)元素采用國(guó)際化，化學(xué)元素采用國(guó)際化學(xué)元素符號(hào)表示。學(xué)元素符號(hào)表示。 產(chǎn)品名稱、

4、用途、冶煉和澆注方法等用漢語(yǔ)產(chǎn)品名稱、用途、冶煉和澆注方法等用漢語(yǔ)拼音字母表示拼音字母表示。 表表4-24-2為不同類型鋼及其牌號(hào)表示方法為不同類型鋼及其牌號(hào)表示方法。工程材料及其熱處理鋼6 3. 3.鋼鐵及合金統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系鋼鐵及合金統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)體系 GB/T17616-1998GB/T17616-1998對(duì)鋼鐵及合金產(chǎn)品牌號(hào)規(guī)定對(duì)鋼鐵及合金產(chǎn)品牌號(hào)規(guī)定了統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)，與現(xiàn)行的了統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)，與現(xiàn)行的GB/T221-2000GB/T221-2000鋼鐵鋼鐵產(chǎn)品牌號(hào)表示方法等同時(shí)并用。產(chǎn)品牌號(hào)表示方法等同時(shí)并用。 統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)有利于現(xiàn)代化數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)有利于現(xiàn)代化數(shù)據(jù)處理設(shè)備進(jìn)行

5、存儲(chǔ)和檢索，便于生產(chǎn)和使用。行存儲(chǔ)和檢索，便于生產(chǎn)和使用。 統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)統(tǒng)一數(shù)字代號(hào)由固定的由固定的6 6位符號(hào)組成位符號(hào)組成，左邊，左邊第第1 1位用大寫拉丁字母作前綴位用大寫拉丁字母作前綴(“I”(“I”和和“0”0”除除外外), ),后接后接5 5位阿拉伯?dāng)?shù)字。位阿拉伯?dāng)?shù)字。 工程材料及其熱處理鋼7 每個(gè)統(tǒng)一數(shù)字只適用于一個(gè)產(chǎn)品牌號(hào)。每個(gè)統(tǒng)一數(shù)字只適用于一個(gè)產(chǎn)品牌號(hào)。 例如：例如：U20202U20202，表示表示20(20(非合金鋼非合金鋼) )優(yōu)質(zhì)碳結(jié)優(yōu)質(zhì)碳結(jié)鋼鋼鋼鋼；A73402A73402表示合金調(diào)質(zhì)鋼中的表示合金調(diào)質(zhì)鋼中的40MnVB40MnVB。 非合金鋼非合金鋼，(俗說(shuō)：俗

6、說(shuō)：碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼)簡(jiǎn)稱：碳鋼簡(jiǎn)稱：碳鋼 由于價(jià)格低廉、易于獲取，通過(guò)碳含量的控由于價(jià)格低廉、易于獲取，通過(guò)碳含量的控制和熱處理可使其性能得到改善，能滿足生產(chǎn)的制和熱處理可使其性能得到改善，能滿足生產(chǎn)的基本需求，因而應(yīng)用廣泛?；拘枨螅蚨鴳?yīng)用廣泛。 二、常存元素對(duì)碳鋼性能的影響二、常存元素對(duì)碳鋼性能的影響( (了解了解) )工程材料及其熱處理鋼8 1. 1.碳碳(C )(C )作用作用 碳對(duì)碳鋼的組織和性能影響很大。如圖示碳對(duì)碳鋼的組織和性能影響很大。如圖示 總趨勢(shì)是：狀態(tài)圖中自左向右，含碳量增加，總趨勢(shì)是：狀態(tài)圖中自左向右，含碳量增加， FeFe3 3C C增加，硬度直線上升，塑韌性

7、急速下降，強(qiáng)增加，硬度直線上升，塑韌性急速下降，強(qiáng)度先升后降。度先升后降。 2. 2.錳錳 (Mn)(Mn)作用作用 脫氧，脫氧，F(xiàn)eOFeO還原還原FeFe；與；與S S作用作用MnSMnS降低熱脆降低熱脆性；提高強(qiáng)度、硬度。屬有益元素。性；提高強(qiáng)度、硬度。屬有益元素。 3. 3.硅硅 ( Si)( Si)作用作用 工程材料及其熱處理鋼9 與鋼液中與鋼液中FeOFeO生成爐渣生成爐渣, ,提高鋼質(zhì)量；溶于提高鋼質(zhì)量；溶于F F中中, ,固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化, ,有益元素。有益元素。 4. 4.硫硫 S S 作用：作用： 形成形成FeS(FeS(熔點(diǎn)熔點(diǎn)11901190）, ,在晶界在晶界 處處,

8、 ,在在1100 1100 1200 1200 時(shí)時(shí), ,壓力加工壓力加工, ,產(chǎn)生脆裂。產(chǎn)生脆裂。“熱脆熱脆”, ,有有害元素。害元素。 5. 5.磷磷P P 作用作用： 全部溶于全部溶于F F中，固溶強(qiáng)化；中，固溶強(qiáng)化；R Rm m、HBW,HBW,在在低溫下引起脆斷低溫下引起脆斷“冷脆冷脆”, ,有害元素。有害元素。 工程材料及其熱處理鋼10 三、合金元素在鋼中的作用三、合金元素在鋼中的作用 鋼是以鋼是以FeFe為基的為基的Fe-CFe-C合金合金, ,加入的合金元素與加入的合金元素與FeFe和和C C之間以及合金元素之間的相互作用是合金結(jié)之間以及合金元素之間的相互作用是合金結(jié)構(gòu)和組織變

9、化的基礎(chǔ)。構(gòu)和組織變化的基礎(chǔ)。 并且直接影響著鋼中的組織和相變過(guò)程并且直接影響著鋼中的組織和相變過(guò)程, ,達(dá)到達(dá)到改變鋼的性能的目的。改變鋼的性能的目的。 1. 1.合金元素對(duì)鋼中基本相的影響合金元素對(duì)鋼中基本相的影響 強(qiáng)化鐵素體強(qiáng)化鐵素體 工程材料及其熱處理鋼11 大部分合金元素加入鋼中都能或多或少地溶大部分合金元素加入鋼中都能或多或少地溶入入F F而形成合金而形成合金F F, ,由于溶入元素的原子直徑與鐵由于溶入元素的原子直徑與鐵的原子直徑有差別的原子直徑有差別, ,引起引起F F的晶格畸變的晶格畸變, ,使塑性變形使塑性變形抗力增加抗力增加, ,形成固溶強(qiáng)化形成固溶強(qiáng)化, ,使強(qiáng)度、硬度

10、升高使強(qiáng)度、硬度升高, ,但塑但塑性和韌性有所下降。性和韌性有所下降。 而其中而其中CrCr2%2%、 NiNi5%5%、 MnMn1.5%1.5%時(shí)時(shí), ,在強(qiáng)化在強(qiáng)化F F的同時(shí)的同時(shí), ,仍能提高韌性。仍能提高韌性。 常見(jiàn)合元對(duì)鐵素體硬度和沖擊韌度的影響常見(jiàn)合元對(duì)鐵素體硬度和沖擊韌度的影響. . 工程材料及其熱處理鋼12 形成合金碳化物形成合金碳化物 據(jù)合金元素與碳親和的能力據(jù)合金元素與碳親和的能力, ,由強(qiáng)到弱順序是：由強(qiáng)到弱順序是： 鈦、釩、鈮、鎢、鉬、鉻、錳和鐵鈦、釩、鈮、鎢、鉬、鉻、錳和鐵, ,可將合金元可將合金元素分成：素分成： 1. 1.弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素 如錳

11、、鐵如錳、鐵, ,如如(Fe,Mn)(Fe,Mn)3 3C C等類穩(wěn)定性較差的合金等類穩(wěn)定性較差的合金滲碳體或滲碳體。滲碳體或滲碳體。 中強(qiáng)碳化物形成元素中強(qiáng)碳化物形成元素 工程材料及其熱處理鋼13 如鉻、鉬、鎢等含量較低如鉻、鉬、鎢等含量較低(0.5%(0.5%3%)3%)時(shí)時(shí), ,有有部分合金元素溶入滲碳體部分合金元素溶入滲碳體, ,置換其中的鐵原子而置換其中的鐵原子而形成合金形成合金FeFe3 3C ,C ,如如(Fe(Fe，Cr)Cr)3 3C C、(Fe(Fe，W)W)3 3C C等。等。 合金滲碳體較滲碳體更穩(wěn)定，硬度也較高，是合金滲碳體較滲碳體更穩(wěn)定，硬度也較高，是一般低合金鋼中

12、碳化物的主要存在形式。一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。 強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素 如鈦、釩、鈮及鎢、鉬含量大于如鈦、釩、鈮及鎢、鉬含量大于5%5%時(shí)時(shí)) )主要主要與碳形成特殊碳化物，如與碳形成特殊碳化物，如TiCTiC、VCVC、NbCNbC、WW2 2C C、M M0202C C等。等。 工程材料及其熱處理鋼14 特殊碳化物與合金特殊碳化物與合金FeFe3 3C C的晶格結(jié)構(gòu)不同的晶格結(jié)構(gòu)不同, ,屬屬于具有復(fù)雜晶格的間隙化合物于具有復(fù)雜晶格的間隙化合物, ,具有更高的熔點(diǎn)具有更高的熔點(diǎn)、硬度和耐磨性、硬度和耐磨性, ,也更為穩(wěn)定。也更為穩(wěn)定。 尤其是在鋼中彌散分布時(shí)尤其是在鋼

13、中彌散分布時(shí), ,能顯著提高鋼的強(qiáng)能顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性度、硬度和耐磨性. .而不明顯降低其韌性而不明顯降低其韌性, ,這對(duì)提這對(duì)提高工模具的使用性能極為有利高工模具的使用性能極為有利, ,但在加工工藝中但在加工工藝中必須采用較大的鍛造比和適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚺浜媳仨毑捎幂^大的鍛造比和適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚺浜喜拍芨玫陌l(fā)揮鋼材潛力。才能更好的發(fā)揮鋼材潛力。工程材料及其熱處理鋼15 2. 2.合金元素對(duì)合金元素對(duì)Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖的影響相圖的影響 1)1)改變改變A A區(qū)的范圍區(qū)的范圍 擴(kuò)大擴(kuò)大A A區(qū)的元素區(qū)的元素 添加鎳、錳、鈷、銅等元素會(huì)擴(kuò)大添加鎳、錳、鈷、銅等元素會(huì)擴(kuò)

14、大A(A(相相) )區(qū)區(qū), ,使使GSGS線向左下方移動(dòng)線向左下方移動(dòng), ,共析轉(zhuǎn)變溫度與共析成分共析轉(zhuǎn)變溫度與共析成分向低溫、低碳方向移動(dòng)。向低溫、低碳方向移動(dòng)。 若鋼中含有大量這類元素若鋼中含有大量這類元素, ,會(huì)使相圖中會(huì)使相圖中相相區(qū)域擴(kuò)展到室溫以下區(qū)域擴(kuò)展到室溫以下, ,室溫可形成單相室溫可形成單相A A組織組織, ,稱為稱為A A鋼鋼, ,如如Mn13Mn13耐磨鋼耐磨鋼、12Cr18Ni912Cr18Ni9鋼等均屬于鋼等均屬于A A鋼。鋼。 工程材料及其熱處理鋼16 縮小奧氏體區(qū)的元素縮小奧氏體區(qū)的元素 添加鉻、鎢、鉬、釩、鈦、鋁、硅等元素縮添加鉻、鎢、鉬、釩、鈦、鋁、硅等元素縮

15、小奧氏體小奧氏體(相相) )區(qū)區(qū), ,使使GSGS線向左上方移動(dòng)線向左上方移動(dòng), ,共析轉(zhuǎn)共析轉(zhuǎn)變溫度與共析成分向高溫、低碳方向移動(dòng)。變溫度與共析成分向高溫、低碳方向移動(dòng)。 若鋼中加入大量這類元素若鋼中加入大量這類元素, ,可能使可能使相區(qū)完相區(qū)完全消失全消失, ,室溫形成穩(wěn)定的單相室溫形成穩(wěn)定的單相F F組織組織, ,此稱為此稱為F F鋼。鋼。 如如工業(yè)用高硅變壓器鋼、含工業(yè)用高硅變壓器鋼、含17%17%28%Cr28%Cr的的高鉻不銹鋼等都屬于高鉻不銹鋼等都屬于F F鋼鋼。 工程材料及其熱處理鋼17 圖圖4-34-3為合金元素（為合金元素（MnMn和和CrCr）對(duì)）對(duì)Fe-FeFe-Fe3

16、 3C C相圖的相圖的影響影響. . 2) 2)改變相圖中改變相圖中E E、S S點(diǎn)的位置點(diǎn)的位置 合金元素加入鋼中均使合金元素加入鋼中均使Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖中的相圖中的S S點(diǎn)、點(diǎn)、E E點(diǎn)左移。點(diǎn)左移。 S S點(diǎn)左移點(diǎn)左移, ,表明合金鋼中共析成分的碳質(zhì)量分表明合金鋼中共析成分的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少數(shù)減少, ,即即C C0.77%0.77%。 E E點(diǎn)左移點(diǎn)左移, ,則表明出現(xiàn)則表明出現(xiàn)L Ld d的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。 例如例如, , c c=0.4%=0.4%的碳鋼原屬亞共析鋼的碳鋼原屬亞共析鋼, ,但加入質(zhì)但加入質(zhì)工程材料及其熱處理鋼18 量分?jǐn)?shù)量分?jǐn)?shù)13%

17、13%的鉻元素后的鉻元素后, ,則成為共析鋼則成為共析鋼, ,如如4Cr134Cr13不不銹鋼銹鋼。 又如又如w w=18%=18%的高速鋼的高速鋼, ,即使其即使其c c僅僅0.7%0.7%0.8%,0.8%,鑄態(tài)組織中就出現(xiàn)了合金鑄態(tài)組織中就出現(xiàn)了合金L Ld d, ,也稱稱為也稱稱為L(zhǎng) Ld d鋼鋼。 顯然顯然, ,合金元素使合金元素使Fe-FeFe-Fe3 3C C相圖的相變點(diǎn)發(fā)生改相圖的相變點(diǎn)發(fā)生改變變, ,不再適用于合金鋼不再適用于合金鋼。 因此因此, ,合金鋼的熱處理等工藝應(yīng)根據(jù)多元鐵基合金鋼的熱處理等工藝應(yīng)根據(jù)多元鐵基合金系相圖分析合金系相圖分析。工程材料及其熱處理鋼19 3.

18、 3.合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響 1)1)合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響 合金鋼的合金鋼的A A化的基本過(guò)程與非合金鋼一樣化的基本過(guò)程與非合金鋼一樣, ,也也有晶核形成有晶核形成, ,長(zhǎng)大及碳化物溶解和均勻化等過(guò)程。長(zhǎng)大及碳化物溶解和均勻化等過(guò)程。 而這些過(guò)程基本上是由碳的擴(kuò)散來(lái)控制。而這些過(guò)程基本上是由碳的擴(kuò)散來(lái)控制。 除鈷、鎳外，大多數(shù)合金元素特別是強(qiáng)碳化除鈷、鎳外，大多數(shù)合金元素特別是強(qiáng)碳化物形成元素物形成元素, ,如鈦、釩、鎢、鉬、鉻等如鈦、釩、鎢、鉬、鉻等, ,因形成的因形成的碳化物穩(wěn)定性高碳化物穩(wěn)定性高, ,難溶難溶, ,可顯著阻礙碳

19、的擴(kuò)散可顯著阻礙碳的擴(kuò)散, ,減緩減緩A A的形成。的形成。 工程材料及其熱處理鋼20 對(duì)含這些元素的合金鋼對(duì)含這些元素的合金鋼, ,采用采用升高加熱溫度升高加熱溫度和和延長(zhǎng)保溫時(shí)間延長(zhǎng)保溫時(shí)間, ,使合元溶入使合元溶入A,A,提高鋼的淬透性。提高鋼的淬透性。 非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素, ,如鋁、如鋁、硅、錳等硅、錳等, ,則對(duì)則對(duì)A A轉(zhuǎn)變速度影響不大。轉(zhuǎn)變速度影響不大。 2)2)合金元素對(duì)鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響 合金元素對(duì)過(guò)冷合金元素對(duì)過(guò)冷A A分解的影響分解的影響 合金元素合金元素( (除鈷外除鈷外) )溶入溶入A A后后,

20、 ,使鐵、碳原子擴(kuò)散使鐵、碳原子擴(kuò)散困難困難, ,過(guò)冷過(guò)冷A A穩(wěn)定性增加穩(wěn)定性增加,C,C曲線右移，其形狀與非曲線右移，其形狀與非工程材料及其熱處理鋼21 合金鋼相似合金鋼相似( (圖圖4-4a),4-4a),降低了鋼的臨界冷卻速度降低了鋼的臨界冷卻速度, ,增增大了鋼的淬透性大了鋼的淬透性, ,減少了鋼的淬火變形與開(kāi)裂。減少了鋼的淬火變形與開(kāi)裂。 而鉻、鉬、鎢等強(qiáng)碳化物形成元素溶入而鉻、鉬、鎢等強(qiáng)碳化物形成元素溶入A,A,由由于它們對(duì)推遲于它們對(duì)推遲P P轉(zhuǎn)變與轉(zhuǎn)變與B B轉(zhuǎn)變的作用不同轉(zhuǎn)變的作用不同, ,除使除使C C曲曲線右移外線右移外, ,還使還使C C曲線出現(xiàn)兩個(gè)鼻尖曲線出現(xiàn)兩個(gè)鼻

21、尖( (圖圖4-4b),4-4b),上部上部是是P P轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū), ,下部是下部是B B轉(zhuǎn)變區(qū)轉(zhuǎn)變區(qū), ,在兩區(qū)之間的過(guò)冷在兩區(qū)之間的過(guò)冷A A有較大的穩(wěn)定性。有較大的穩(wěn)定性。 由于多種合金元素同時(shí)加入由于多種合金元素同時(shí)加入, ,使使C C曲線右移曲線右移, ,增加了增加了M M臨界冷卻速度臨界冷卻速度, ,使鋼淬透性的得到提高使鋼淬透性的得到提高工程材料及其熱處理鋼22 目前淬透性好的鋼多采用目前淬透性好的鋼多采用“多元少量多元少量”的原的原則。則。 合金鋼淬透性好合金鋼淬透性好, ,在生產(chǎn)中具有非常重要的意在生產(chǎn)中具有非常重要的意義義, ,淬火時(shí)大多數(shù)可在油中冷卻淬火時(shí)大多數(shù)可在油中冷

22、卻, ,減少工件變形與減少工件變形與開(kāi)裂傾向；特別是大截面工件開(kāi)裂傾向；特別是大截面工件, ,淬火后得到較大淬火后得到較大的淬硬深度的淬硬深度, ,可提高其承載能力?？商岣咂涑休d能力。 合金元素對(duì)合金元素對(duì)M M轉(zhuǎn)變的影響轉(zhuǎn)變的影響 除鈷、鋁外除鈷、鋁外, ,由于大多數(shù)合金元素都使由于大多數(shù)合金元素都使M M轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變點(diǎn)點(diǎn)M Ms s及及M Mf f的溫度下降。的溫度下降。 工程材料及其熱處理鋼23 M Ms s和和M Mf f越低越低, ,淬火后淬火后AA量就越多量就越多, ,從而降低了從而降低了鋼淬火后的硬度。鋼淬火后的硬度。 淬火組織不穩(wěn)定。合元中錳、鉻、鎳的影響淬火組織不穩(wěn)定。合元中錳、

23、鉻、鎳的影響尤其明顯。尤其明顯。 利用冷處理或多次回火減少利用冷處理或多次回火減少AA量量, ,但這要根但這要根據(jù)零件性能要求而定。據(jù)零件性能要求而定。 圖圖4-54-5表示不同合金元素對(duì)表示不同合金元素對(duì)c c=1.0%=1.0%的鋼淬的鋼淬火后火后A(A(殘余奧氏體殘余奧氏體) )量的影響。量的影響。工程材料及其熱處理鋼24 3)3)合金元素對(duì)鋼回火轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)鋼回火轉(zhuǎn)變的影響 提高淬火鋼的回火穩(wěn)定性提高淬火鋼的回火穩(wěn)定性 回火穩(wěn)定性是指淬火鋼件在回火時(shí)回火穩(wěn)定性是指淬火鋼件在回火時(shí), ,抵抗軟化抵抗軟化的能力的能力, ,也稱也稱耐回火性耐回火性。 合金元素溶入合金元素溶入M M后

24、后, ,使原子的擴(kuò)散速度減慢使原子的擴(kuò)散速度減慢, ,延延緩了回火時(shí)的轉(zhuǎn)變緩了回火時(shí)的轉(zhuǎn)變, ,要采用比非合金鋼更高的回要采用比非合金鋼更高的回火溫度才發(fā)生火溫度才發(fā)生M M分解、分解、AA分解及碳化物析出聚分解及碳化物析出聚集長(zhǎng)大集長(zhǎng)大, ,即提高了即提高了回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性。 工程材料及其熱處理鋼25 因此因此, ,在同一溫度回火在同一溫度回火, ,合金鋼的強(qiáng)度、硬度比合金鋼的強(qiáng)度、硬度比非合金鋼高非合金鋼高, ,其淬火殘余應(yīng)力消除的更徹底其淬火殘余應(yīng)力消除的更徹底, ,塑性、塑性、韌性較高。韌性較高。 碳化物形成元素鉻、鎢、鉬、釩、鈮等對(duì)提碳化物形成元素鉻、鎢、鉬、釩、鈮等對(duì)提高回火穩(wěn)

25、定性有較強(qiáng)的作用。而非碳化物形成元高回火穩(wěn)定性有較強(qiáng)的作用。而非碳化物形成元素硅亦可以明顯減慢素硅亦可以明顯減慢M M的分解速度。的分解速度。 產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象 含有中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素含有中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素( (如鎢、鉬、如鎢、鉬、鈦鈦) )的鋼的鋼, ,在回火溫度升高到在回火溫度升高到500500600600時(shí)時(shí), ,其硬度其硬度工程材料及其熱處理鋼26 并不降低并不降低, ,反而升高反而升高, ,這種這種回火時(shí)硬度升高的現(xiàn)象回火時(shí)硬度升高的現(xiàn)象稱為稱為二次硬化二次硬化。 因?yàn)橐驗(yàn)? ,上述上述合金含量較多的合金鋼合金含量較多的合金鋼, ,在該溫度在該溫度內(nèi)回火時(shí)內(nèi)回

26、火時(shí), ,會(huì)從會(huì)從M M中析出高度彌散分布在基體上的中析出高度彌散分布在基體上的特殊碳化物特殊碳化物, ,如如WW2 2C C、MoMo2 2C C、VCVC等等。 這些特殊碳化物阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)這些特殊碳化物阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng), ,起到彌散強(qiáng)起到彌散強(qiáng)化作用化作用, ,使鋼的硬度反而升高現(xiàn)象使鋼的硬度反而升高現(xiàn)象, ,如圖如圖4-64-6所示。所示。 二次硬化對(duì)高溫下工作的鋼二次硬化對(duì)高溫下工作的鋼, ,尤其是高速切尤其是高速切削工具及熱加工模具等特別重視的性能。削工具及熱加工模具等特別重視的性能。工程材料及其熱處理鋼27 2 2 工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼 一、概述一、概述 工程結(jié)構(gòu)用鋼指用于橋梁、車輛、

27、壓力容器、工程結(jié)構(gòu)用鋼指用于橋梁、車輛、壓力容器、船舶、建筑、電站和國(guó)防等工程結(jié)構(gòu)的鋼船舶、建筑、電站和國(guó)防等工程結(jié)構(gòu)的鋼, ,包括包括用于工程結(jié)構(gòu)的非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。用于工程結(jié)構(gòu)的非合金鋼、低合金鋼和合金鋼。 這類鋼在使用前這類鋼在使用前, ,多數(shù)要進(jìn)行焊接、變形加工多數(shù)要進(jìn)行焊接、變形加工等等, ,所以大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)用鋼的碳含量較低所以大多數(shù)工程結(jié)構(gòu)用鋼的碳含量較低( (c c 0.25%0.25%), ),多以正火或熱軋后鋼帶多以正火或熱軋后鋼帶, ,鋼板鋼板, ,鋼管鋼管, ,型鋼型鋼等型材提供給用戶。等型材提供給用戶。 工程材料及其熱處理鋼28 只有少數(shù)工程用的合金鋼經(jīng)過(guò)其

28、他熱處理只有少數(shù)工程用的合金鋼經(jīng)過(guò)其他熱處理后使用后使用! ! 二、碳素結(jié)構(gòu)鋼二、碳素結(jié)構(gòu)鋼( (非合金結(jié)構(gòu)鋼非合金結(jié)構(gòu)鋼) ) 牌號(hào)由代表牌號(hào)由代表屈服點(diǎn)的字母屈服點(diǎn)的字母Q Q、 屈服點(diǎn)數(shù)值、屈服點(diǎn)數(shù)值、 質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)、 脫氧方法脫氧方法四部分組成。四部分組成。 其中質(zhì)量等級(jí)分別用其中質(zhì)量等級(jí)分別用A A、B B、C C、D D表示。表示。 A A的的S S、P P量高量高,D,D的的S S、P P量最低量最低, ,且質(zhì)量最好。且質(zhì)量最好。 如：如：Q235-A . FQ235-A . F Q-“ Q-“屈屈”字漢語(yǔ)拼音字首，讀字漢語(yǔ)拼音字首，讀“屈屈”。工程材料及其熱處理鋼

29、29 235-R235-Rm m(b b) )235MPa 235MPa A- A-質(zhì)量等級(jí)質(zhì)量等級(jí) A A級(jí)級(jí) F-F-脫氧方法，指脫氧方法，指“沸騰鋼沸騰鋼”, ,一般不標(biāo)。一般不標(biāo)。 牌號(hào)牌號(hào):Q195:Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、Q275Q275五類五類. . 用途用途: :用于制作螺釘、螺栓、螺母、角鋼、墊用于制作螺釘、螺栓、螺母、角鋼、墊圈、焊接鋼管等圈、焊接鋼管等, ,詳見(jiàn)參考書(shū)詳見(jiàn)參考書(shū)P63P63表表4 44 4。 2. 2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 S S、P P含量較低，用于重要零件含量較低，用于重要零件 工程材料及其熱處理鋼30

30、三、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼三、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼 1. 1.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是一種低碳、低合金含低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是一種低碳、低合金含量的結(jié)構(gòu)鋼量的結(jié)構(gòu)鋼. .又稱為又稱為普低鋼普低鋼。 其其c c0.2%,0.2%,合金元素的含量合金元素的含量3%500MPa)(500MPa)級(jí)別的合金結(jié)構(gòu)鋼級(jí)別的合金結(jié)構(gòu)鋼, ,僅以鐵僅以鐵素體與珠光體的基本組織就素體與珠光體的基本組織就“捉襟見(jiàn)肘捉襟見(jiàn)肘”了了. . 通過(guò)添加通過(guò)添加MoMo、B B、CrCr等合金元素可以延緩等合金元素可以延緩P P轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變變, ,在空冷在空冷( (正火正火) )

31、條件下得到大量下貝氏體組織條件下得到大量下貝氏體組織, ,保持良好韌性和加工工藝性能基礎(chǔ)上保持良好韌性和加工工藝性能基礎(chǔ)上, ,顯著提高顯著提高屈服強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度。 典型鋼號(hào)典型鋼號(hào): :14CrMnMoVB14CrMnMoVB( (詳見(jiàn)表詳見(jiàn)表4-6,4-6,教材教材P64P64) ) 普低鋼的發(fā)展趨勢(shì)更多的是：普低鋼的發(fā)展趨勢(shì)更多的是：工程材料及其熱處理鋼36 通過(guò)微合金化與控制軋制相結(jié)合通過(guò)微合金化與控制軋制相結(jié)合, ,促進(jìn)最佳促進(jìn)最佳強(qiáng)韌化效果強(qiáng)韌化效果; ; 多元微合金化多元微合金化, ,改變基體組織改變基體組織; ; 采用真空冶煉、真空去氣等冶煉工藝采用真空冶煉、真空去氣等冶煉工藝

32、, ,促進(jìn)促進(jìn)超低碳化超低碳化, ,保證韌性保證韌性, ,利于焊接工藝性提高。利于焊接工藝性提高。 2. 2.低合金耐候鋼低合金耐候鋼 在碳結(jié)鋼基礎(chǔ)上加入少量的銅、鉻、鎳、鉬、在碳結(jié)鋼基礎(chǔ)上加入少量的銅、鉻、鎳、鉬、磷等合元磷等合元, ,使其在鋼的表面形成一層連續(xù)致密的使其在鋼的表面形成一層連續(xù)致密的保護(hù)膜保護(hù)膜, ,又稱耐大氣腐蝕鋼。又稱耐大氣腐蝕鋼。 工程材料及其熱處理鋼37 與碳結(jié)鋼相比有良好的抗大氣腐蝕能力。與碳結(jié)鋼相比有良好的抗大氣腐蝕能力。 耐候鋼按其性質(zhì)和用途一般分為兩大類：耐候鋼按其性質(zhì)和用途一般分為兩大類： (1)(1)焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼如焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼如12MnCuCr12

33、MnCuCr等等 考慮其耐候性考慮其耐候性, ,有兼顧強(qiáng)度、韌性和焊接性能有兼顧強(qiáng)度、韌性和焊接性能, ,主要用于橋梁、建筑及有耐候要求的焊接結(jié)構(gòu)件。主要用于橋梁、建筑及有耐候要求的焊接結(jié)構(gòu)件。 (2)(2)高耐候性結(jié)構(gòu)鋼如高耐候性結(jié)構(gòu)鋼如09CuPCrNi-B09CuPCrNi-B 主要考慮其耐候性而作為一般結(jié)構(gòu)用鋼主要考慮其耐候性而作為一般結(jié)構(gòu)用鋼, ,用于用于鐵路車輛、建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)械、塔架及其他耐候鐵路車輛、建筑、農(nóng)業(yè)機(jī)械、塔架及其他耐候工程材料及其熱處理鋼38性要求高的工程結(jié)構(gòu)件。性要求高的工程結(jié)構(gòu)件。 高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分及力學(xué)性能見(jiàn)高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分及力學(xué)性能見(jiàn)表表4

34、-74-7。 四、微合金化低碳高強(qiáng)度鋼簡(jiǎn)介四、微合金化低碳高強(qiáng)度鋼簡(jiǎn)介 隨著中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展壯大隨著中國(guó)制造業(yè)的發(fā)展壯大, ,為了經(jīng)濟(jì)騰飛的為了經(jīng)濟(jì)騰飛的需要需要, ,冶金行業(yè)對(duì)低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分及工藝進(jìn)冶金行業(yè)對(duì)低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分及工藝進(jìn)行了大量的研發(fā)與引進(jìn)技術(shù)行了大量的研發(fā)與引進(jìn)技術(shù), ,發(fā)展了門類眾多、發(fā)展了門類眾多、專業(yè)范圍較廣、使用的工業(yè)部門較多的低合金工專業(yè)范圍較廣、使用的工業(yè)部門較多的低合金工程結(jié)構(gòu)鋼程結(jié)構(gòu)鋼, ,許多鋼號(hào)已納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。許多鋼號(hào)已納入國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 工程材料及其熱處理鋼39 例如：例如：汽車汽車、自行車自行車、壓力容器壓力容器、低溫壓力、低溫壓力容器、容器、鍋爐鍋爐

35、、船舶、船舶、橋梁橋梁、農(nóng)機(jī)、礦山機(jī)械、石、農(nóng)機(jī)、礦山機(jī)械、石油天然氣管線、鐵道、油天然氣管線、鐵道、建筑用鋼筋建筑用鋼筋等低合金工程等低合金工程結(jié)構(gòu)鋼均有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)鋼均有標(biāo)準(zhǔn), ,用戶可根據(jù)構(gòu)件或零件的工作用戶可根據(jù)構(gòu)件或零件的工作條件和使用性能、工藝要求來(lái)選擇合適的低合金條件和使用性能、工藝要求來(lái)選擇合適的低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)。結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)。 1. 1.油氣管材用鋼油氣管材用鋼 石油和天然氣是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要能源石油和天然氣是當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要能源, ,，它的輸送用管材選用格外受到重視它的輸送用管材選用格外受到重視, ,總的是向管總的是向管壁更厚、直徑更大、強(qiáng)度更高的方向發(fā)展。壁更厚、直徑更

36、大、強(qiáng)度更高的方向發(fā)展。 工程材料及其熱處理鋼40 要求鋼材必須具有高的韌性、斷裂擴(kuò)展抗力要求鋼材必須具有高的韌性、斷裂擴(kuò)展抗力和優(yōu)異的低溫韌性和優(yōu)異的低溫韌性, ,同時(shí)要求有優(yōu)良的焊接性能。同時(shí)要求有優(yōu)良的焊接性能。 表表4-84-8海底管線用鋼的典型成分和性能海底管線用鋼的典型成分和性能. . 表表4-9(4-9(教材教材P66P66) )為焊接大口徑天然氣、石油輸為焊接大口徑天然氣、石油輸送管道鋼的化學(xué)成分。送管道鋼的化學(xué)成分。 2. 2.海洋采油平臺(tái)用鋼海洋采油平臺(tái)用鋼 海上采油平臺(tái)是大型海洋結(jié)構(gòu)海上采油平臺(tái)是大型海洋結(jié)構(gòu), ,其服役環(huán)境極其服役環(huán)境極其惡劣其惡劣, ,長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)浪襲擊

37、長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)浪襲擊, ,浮水碰撞浮水碰撞等。等。 工程材料及其熱處理鋼41 因此對(duì)海上采油平臺(tái)用鋼提出了更多、更高、因此對(duì)海上采油平臺(tái)用鋼提出了更多、更高、更嚴(yán)格的要求如高的強(qiáng)度、優(yōu)異的韌性更嚴(yán)格的要求如高的強(qiáng)度、優(yōu)異的韌性, ,特別是特別是低溫韌性和斷裂韌度低溫韌性和斷裂韌度; ;較高的抗疲勞性較高的抗疲勞性; ;優(yōu)良的焊優(yōu)良的焊接性、成形性和耐蝕性。接性、成形性和耐蝕性。 據(jù)使用要求據(jù)使用要求, ,國(guó)內(nèi)外多是在碳錳系和硅錳系基國(guó)內(nèi)外多是在碳錳系和硅錳系基礎(chǔ)上添加鈮礎(chǔ)上添加鈮, ,釩釩, ,鈦鈦, ,鋁等元素進(jìn)行微合金化鋁等元素進(jìn)行微合金化, ,并且采并且采用控制軋制用控制軋制, ,控制冷卻和

38、控制沉淀等工藝控制冷卻和控制沉淀等工藝, ,綜合運(yùn)綜合運(yùn)用各種強(qiáng)化機(jī)制生產(chǎn)滿足海洋結(jié)構(gòu)使用的微合金用各種強(qiáng)化機(jī)制生產(chǎn)滿足海洋結(jié)構(gòu)使用的微合金化低碳高強(qiáng)度鋼化低碳高強(qiáng)度鋼, ,其屈服強(qiáng)度已達(dá)其屈服強(qiáng)度已達(dá)500500700Mpa700Mpa。工程材料及其熱處理鋼42 表表4-104-10為國(guó)外海洋用微合金化低碳高強(qiáng)度鋼為國(guó)外海洋用微合金化低碳高強(qiáng)度鋼的性能與用途的性能與用途. . 3. 3.跨海橋梁用鋼跨海橋梁用鋼 對(duì)于跨海橋梁用鋼的基本要求是：高強(qiáng)度，對(duì)于跨海橋梁用鋼的基本要求是：高強(qiáng)度，以減輕跨海橋梁的自重，良好的低溫韌性和抗脆以減輕跨海橋梁的自重，良好的低溫韌性和抗脆斷性能。斷性能。( (

39、詳見(jiàn)參考教材詳見(jiàn)參考教材P66P66) ) 4. 4.壓力容器用鋼壓力容器用鋼 強(qiáng)調(diào)鋼材良好熱加工性能和焊接性能強(qiáng)調(diào)鋼材良好熱加工性能和焊接性能; ;具有具有相應(yīng)的耐蝕性和抗氫能力相應(yīng)的耐蝕性和抗氫能力; ; 必須保證組織穩(wěn)定等。必須保證組織穩(wěn)定等。 工程材料及其熱處理鋼43 3 3 機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼 機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼是指機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼是指用于制造機(jī)械零件的鋼用于制造機(jī)械零件的鋼。 它們均屬于優(yōu)質(zhì)的、特殊質(zhì)量的結(jié)構(gòu)鋼它們均屬于優(yōu)質(zhì)的、特殊質(zhì)量的結(jié)構(gòu)鋼,只有只有經(jīng)過(guò)熱處理后性能才得以發(fā)揮。經(jīng)過(guò)熱處理后性能才得以發(fā)揮。 可按非合金鋼和合金鋼分類可按非合金鋼和合金鋼分類,多以圓鋼、鋼管、多以圓鋼、鋼管

40、、鋼板、鋼帶、鋼絲等型材供應(yīng)。鋼板、鋼帶、鋼絲等型材供應(yīng)。 按用途把它分為調(diào)質(zhì)鋼、表面硬化鋼、彈簧按用途把它分為調(diào)質(zhì)鋼、表面硬化鋼、彈簧鋼、冷塑成形鋼等。鋼、冷塑成形鋼等。工程材料及其熱處理鋼44 一、優(yōu)質(zhì)的、特殊質(zhì)量的非合金結(jié)構(gòu)鋼一、優(yōu)質(zhì)的、特殊質(zhì)量的非合金結(jié)構(gòu)鋼 ( (優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼) ) 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造機(jī)械零件，故優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造機(jī)械零件，故稱機(jī)械結(jié)構(gòu)的非合金鋼。稱機(jī)械結(jié)構(gòu)的非合金鋼。 其其碳碳c c=0.05%=0.05%0.90%0.90%, ,錳錳 MnMn=0.25%=0.25%1.21.2的鐵碳合金。的鐵碳合金。 GB:GB:牌號(hào)用兩位數(shù)字表

41、示含碳量萬(wàn)分之幾牌號(hào)用兩位數(shù)字表示含碳量萬(wàn)分之幾( (十十) )。 如：如：08F08F、1010、1515、2020、25,25,為為低碳鋼低碳鋼, ,塑性好，塑性好，耐沖、好焊耐沖、好焊, ,宜做焊接件、沖壓件等；宜做焊接件、沖壓件等；工程材料及其熱處理鋼45 30 30、3535、4040、4545、5050、55,55,中碳鋼中碳鋼含含P P多多, ,強(qiáng)強(qiáng)硬適中硬適中, ,有綜合的力學(xué)性能，多做有綜合的力學(xué)性能，多做承載力較大的承載力較大的主軸、連桿、曲軸主軸、連桿、曲軸等重要件；等重要件； 6060、6565、7070、75,75,高碳鋼高碳鋼, ,多需淬火回火多需淬火回火, ,制制

42、作彈性耐磨件。作彈性耐磨件。 20Mn20Mn、65Mn65Mn等稱等稱 含錳量較高的含錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)鋼。 除了除了65Mn65Mn、70Mn70Mn、70708585鋼是特殊質(zhì)量鋼鋼是特殊質(zhì)量鋼外外, ,其余牌號(hào)均為優(yōu)質(zhì)鋼。其余牌號(hào)均為優(yōu)質(zhì)鋼。工程材料及其熱處理鋼46 在供貨時(shí)在供貨時(shí), ,既既保證化學(xué)成分保證化學(xué)成分, ,又保證力學(xué)性能又保證力學(xué)性能, ,該該類鋼均要進(jìn)行熱處理后才能使用。類鋼均要進(jìn)行熱處理后才能使用。 這類鋼按含錳量不同這類鋼按含錳量不同, ,分為分為普通含錳普通含錳(0.35%(0.35%0.8%)0.8%)和和較高含錳量較高含錳量(0.7%(0.

43、7%1.2%)1.2%)兩組。兩組。 較高含錳量組較高含錳量組, ,在鋼號(hào)后加在鋼號(hào)后加“Mn”,Mn”,如如15Mn15Mn、25Mn25Mn等。等。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按主要優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按主要工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)不同也可分不同也可分為為非合金表面硬化鋼非合金表面硬化鋼、非合金調(diào)質(zhì)鋼、非合金調(diào)質(zhì)鋼、非合金彈非合金彈簧鋼簧鋼、非合金行業(yè)用鋼非合金行業(yè)用鋼、非合金冷塑成型鋼及、非合金冷塑成型鋼及工程材料及其熱處理鋼47非合金冷鐓鋼等非合金冷鐓鋼等 二、特殊質(zhì)量的機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼二、特殊質(zhì)量的機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼 機(jī)械結(jié)構(gòu)用的合金鋼主要用于制造各種較為機(jī)械結(jié)構(gòu)用的合金鋼主要用于制造各種較為重要的機(jī)械零件和構(gòu)

44、件重要的機(jī)械零件和構(gòu)件, ,均為經(jīng)過(guò)熱處理后才能均為經(jīng)過(guò)熱處理后才能使用的特殊質(zhì)量等級(jí)鋼使用的特殊質(zhì)量等級(jí)鋼。 該類鋼若按主要工藝特點(diǎn)不同該類鋼若按主要工藝特點(diǎn)不同, ,可分為可分為表面硬表面硬化鋼、化鋼、調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、彈簧鋼、冷塑成形鋼冷塑成形鋼、非調(diào)質(zhì)鋼、非調(diào)質(zhì)鋼和低碳和低碳M M鋼鋼, ,以及航空、航天、兵器等專業(yè)用合金以及航空、航天、兵器等專業(yè)用合金結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼. .工程材料及其熱處理鋼48 1. 1.表面硬化鋼表面硬化鋼 表面硬化鋼是指用表面淬火、滲碳、滲氮等表面硬化鋼是指用表面淬火、滲碳、滲氮等表面熱處理工藝使零件表面堅(jiān)硬耐磨而心部韌性表面熱處理工藝使零件表面堅(jiān)硬耐磨而心部

45、韌性適當(dāng)?shù)匿摲N適當(dāng)?shù)匿摲N. . 由于鋼件表層具有較高的殘余壓應(yīng)力而使零由于鋼件表層具有較高的殘余壓應(yīng)力而使零件疲勞性能顯著提高。件疲勞性能顯著提高。 表面硬化鋼分表面硬化鋼分非合金鋼非合金鋼和和合金滲碳鋼合金滲碳鋼、非合非合金和合金感應(yīng)加熱表面淬火鋼金和合金感應(yīng)加熱表面淬火鋼、合金滲氮鋼三類。、合金滲氮鋼三類。 滲碳結(jié)構(gòu)鋼滲碳結(jié)構(gòu)鋼 工程材料及其熱處理鋼49 滲碳結(jié)構(gòu)鋼分非合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼和合金滲碳滲碳結(jié)構(gòu)鋼分非合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼和合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼。結(jié)構(gòu)鋼。 它們碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般很低它們碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般很低, ,在在0.1%0.1%0.25%0.25%之間之間, ,這可保證滲碳零件的心部具有足夠的韌性

46、這可保證滲碳零件的心部具有足夠的韌性和塑性。和塑性。 但須經(jīng)過(guò)滲碳、淬火但須經(jīng)過(guò)滲碳、淬火- -低溫回火后的滲碳鋼。低溫回火后的滲碳鋼。 1)1)非合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼非合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼 這實(shí)際是指?jìng)鹘y(tǒng)的這實(shí)際是指?jìng)鹘y(tǒng)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼, ,它的碳含它的碳含量及熱處理工藝與合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼相同。量及熱處理工藝與合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼相同。 工程材料及其熱處理鋼50 主要用于受力不大、表面要求耐磨的一般齒主要用于受力不大、表面要求耐磨的一般齒輪、凸輪等機(jī)械零件。輪、凸輪等機(jī)械零件。 這類鋼碳含量低、強(qiáng)度低、塑性高、韌性高、這類鋼碳含量低、強(qiáng)度低、塑性高、韌性高、有良好焊接性和成形性的特點(diǎn)有良好焊接性和

47、成形性的特點(diǎn), ,用于制造受力不用于制造受力不大的沖壓件、焊接件。大的沖壓件、焊接件。 如螺栓、螺母、螺釘、杠桿、軸套、焊接容如螺栓、螺母、螺釘、杠桿、軸套、焊接容器等零件或構(gòu)件時(shí)可以不經(jīng)熱處理而使用。器等零件或構(gòu)件時(shí)可以不經(jīng)熱處理而使用。 常用的鋼種見(jiàn)常用的鋼種見(jiàn)表表4-14(4-14(教材教材P70P70) )。 2)2)合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼 工程材料及其熱處理鋼51 性能要求性能要求 這類鋼是指經(jīng)滲碳、淬火這類鋼是指經(jīng)滲碳、淬火- -低溫回火后的鋼制低溫回火后的鋼制零件具有零件具有“面硬心韌而耐磨面硬心韌而耐磨”的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。 適用于要求承受交變應(yīng)力和磨擦作用的同時(shí)適用于要求承

48、受交變應(yīng)力和磨擦作用的同時(shí), ,也能承受一定的沖擊載荷條件下工作的機(jī)械零件，也能承受一定的沖擊載荷條件下工作的機(jī)械零件，如如齒輪、凸輪、活塞銷齒輪、凸輪、活塞銷等。等。 成分特點(diǎn)成分特點(diǎn) 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低, ,目的同非合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼。目的同非合金滲碳結(jié)構(gòu)鋼。 加入的合元有加入的合元有CrCr、NiNi、MnMn, ,主要是提高鋼的主要是提高鋼的工程材料及其熱處理鋼52 淬透性保證鋼在滲碳淬火后淬透性保證鋼在滲碳淬火后, ,心部能獲得低碳心部能獲得低碳M M組織組織, ,從而提高強(qiáng)度從而提高強(qiáng)度, ,又具有良好的韌性。又具有良好的韌性。 加入微量的強(qiáng)碳化物形成元素加入微量的強(qiáng)碳化物形

49、成元素WW、MoMo、V V、Ti Ti等等, ,可以形成穩(wěn)定的碳化物可以形成穩(wěn)定的碳化物, ,從而阻止奧氏體長(zhǎng)大從而阻止奧氏體長(zhǎng)大, ,起到細(xì)化晶粒的作用。起到細(xì)化晶粒的作用。 這對(duì)保證滲碳零件心部的強(qiáng)韌性是極為有利這對(duì)保證滲碳零件心部的強(qiáng)韌性是極為有利, ,并使?jié)B碳后可直接淬火并使?jié)B碳后可直接淬火, ,簡(jiǎn)化了熱處理工藝。簡(jiǎn)化了熱處理工藝。 熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn) 工程材料及其熱處理鋼53 因碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低因碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低, ,生產(chǎn)中常將滲碳結(jié)構(gòu)鋼毛生產(chǎn)中常將滲碳結(jié)構(gòu)鋼毛坯先經(jīng)坯先經(jīng)正火正火( (或退火或退火) )處理處理, ,提高硬度提高硬度, ,便于切削。便于切削。 滲碳時(shí)一般要求滲碳件表

50、層的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為滲碳時(shí)一般要求滲碳件表層的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%0.8%1.05%,1.05%,經(jīng)淬火及低溫回火經(jīng)淬火及低溫回火, ,表層獲得回火表層獲得回火M M和合金碳化物組織。和合金碳化物組織。 當(dāng)當(dāng)鋼的原始組織為鋼的原始組織為M M時(shí)時(shí), ,應(yīng)采用高溫回火應(yīng)采用高溫回火。 也可根據(jù)需要采用也可根據(jù)需要采用淬火淬火- -低溫回火工藝獲得板低溫回火工藝獲得板條狀條狀M M的強(qiáng)韌性處理方法的強(qiáng)韌性處理方法。工程材料及其熱處理鋼54 載重汽車變速齒輪軸選擇載重汽車變速齒輪軸選擇20CrMnTi20CrMnTi( (A26202A26202) )鋼的制造工藝路線如下：鋼的制造工藝路線如下： 下料下

51、料鍛造鍛造正火正火齒形加工齒形加工滲碳滲碳( (930930)預(yù)冷淬火預(yù)冷淬火( (840840)+)+回火回火(230)(230)精磨齒。精磨齒。 常用的鋼種常用的鋼種 常用滲碳結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)其淬透性的大小可以分常用滲碳結(jié)構(gòu)鋼根據(jù)其淬透性的大小可以分為三類：為三類：低淬透性滲碳鋼低淬透性滲碳鋼; ; 中淬透性滲碳鋼中淬透性滲碳鋼; ; 高淬高淬透性滲碳鋼。詳見(jiàn)表透性滲碳鋼。詳見(jiàn)表4-144-14所列。所列。 感應(yīng)加熱表面淬火鋼感應(yīng)加熱表面淬火鋼工程材料及其熱處理鋼55 最合適的感應(yīng)加熱表面淬火鋼種最合適的感應(yīng)加熱表面淬火鋼種是非合金中是非合金中碳結(jié)構(gòu)鋼碳結(jié)構(gòu)鋼( (優(yōu)質(zhì)中碳鋼優(yōu)質(zhì)中碳鋼) )和和

52、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響鋼材強(qiáng)度、硬度、韌性碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是影響鋼材強(qiáng)度、硬度、韌性及塑性的關(guān)鍵及塑性的關(guān)鍵, ,規(guī)律表明：規(guī)律表明： 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高, ,會(huì)增加表面淬火后淬硬層會(huì)增加表面淬火后淬硬層的脆性的脆性, ,降低心部的塑性和韌性降低心部的塑性和韌性, ,并增加表面淬火并增加表面淬火的開(kāi)裂傾向。的開(kāi)裂傾向。 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低, ,會(huì)降低表面淬硬層的硬度會(huì)降低表面淬硬層的硬度和耐磨性。和耐磨性。 工程材料及其熱處理鋼56 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高、過(guò)低均不能滿足工件對(duì)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高、過(guò)低均不能滿足工件對(duì)表層與心部不同組織和性能的要求。表

53、層與心部不同組織和性能的要求。 該類鋼主要用于低速、沖擊小的不重要的齒該類鋼主要用于低速、沖擊小的不重要的齒輪。輪。 常見(jiàn)的鋼種：常見(jiàn)的鋼種： 1)1)中碳非合金結(jié)構(gòu)鋼中碳非合金結(jié)構(gòu)鋼 碳含量為碳含量為c c=0.3%=0.3%0.6%,0.6%,常用的鋼號(hào)為常用的鋼號(hào)為4040、4545等。等。 2)2)中碳合金結(jié)構(gòu)鋼中碳合金結(jié)構(gòu)鋼 碳含量為碳含量為c c=0.25%=0.25%0.45%,0.45%,為增加淬透性為增加淬透性, , 工程材料及其熱處理鋼57 添加的合金元素有添加的合金元素有CrCr、MnMn、B B等等, ,常用的鋼號(hào)為常用的鋼號(hào)為40Cr40Cr、40MnB40MnB等。

54、等。 上述二種類型的上述二種類型的感應(yīng)加熱表面淬火鋼種感應(yīng)加熱表面淬火鋼種當(dāng)屬當(dāng)屬于調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼范疇。于調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼范疇。 合金滲氮結(jié)構(gòu)鋼合金滲氮結(jié)構(gòu)鋼 由前述由前述20CrMnTi(20CrMnTi(A26202A26202) )制造汽車齒輪軸的工制造汽車齒輪軸的工藝路線知藝路線知, ,滲碳零件要經(jīng)過(guò)滲碳零件要經(jīng)過(guò)兩次高溫加熱兩次高溫加熱, ,對(duì)尺寸對(duì)尺寸精度要求高精度要求高, ,最終最終HTHT要求變形小的中小零件是嚴(yán)要求變形小的中小零件是嚴(yán)峻考驗(yàn)。峻考驗(yàn)。 工程材料及其熱處理鋼58 而選擇合金滲氮鋼而選擇合金滲氮鋼( (如如38CrMoAlA38CrMoAlA、35CrMo35CrMo）等等

55、, ,只需經(jīng)調(diào)質(zhì)、切削、只需經(jīng)調(diào)質(zhì)、切削、500500570570之間滲氮之間滲氮, ,便可保證鋼件表層具有高硬度和耐磨性便可保證鋼件表層具有高硬度和耐磨性, ,心部具心部具有足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性。有足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性。 用于滲氮的鋼中必須含用于滲氮的鋼中必須含Al Al、V V、MoMo、CrCr、WW、MnMn等能與等能與N N形成合金氮化物和提高淬透性的元素。形成合金氮化物和提高淬透性的元素。 由于該類鋼經(jīng)常在調(diào)質(zhì)后滲氮由于該類鋼經(jīng)常在調(diào)質(zhì)后滲氮, ,故故, ,嚴(yán)格要求為嚴(yán)格要求為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是中碳調(diào)質(zhì)鋼碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是中碳調(diào)質(zhì)鋼。 工程材料及其熱處理鋼59 隨著氮碳共滲、離子氮化等滲氮

56、工藝的完善隨著氮碳共滲、離子氮化等滲氮工藝的完善發(fā)展發(fā)展, ,能通過(guò)氮化處理工藝提高性能的鋼種由傳能通過(guò)氮化處理工藝提高性能的鋼種由傳統(tǒng)的中碳合結(jié)鋼到鐵素體、馬氏體和奧氏體不銹統(tǒng)的中碳合結(jié)鋼到鐵素體、馬氏體和奧氏體不銹鋼類鋼類, ,正在不斷增多正在不斷增多。 2. 2.調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 調(diào)質(zhì)鋼指經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的中碳非合金結(jié)調(diào)質(zhì)鋼指經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的中碳非合金結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼。 鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后由于獲得回火索氏體，因而具有鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后由于獲得回火索氏體，因而具有良好的綜合力學(xué)性能。良好的綜合力學(xué)性能。( (如表如表4-154-15所示所示) ) 工程材料及其熱處理鋼60

57、 非合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼非合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c c=0.3%=0.3%0.6%0.6%的中碳非合的中碳非合金結(jié)構(gòu)鋼金結(jié)構(gòu)鋼( (優(yōu)質(zhì)中碳鋼優(yōu)質(zhì)中碳鋼), ),經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后, ,獲得良好獲得良好的綜合力學(xué)性能。的綜合力學(xué)性能。 主要用于制造受力比較大、在一定的沖擊載主要用于制造受力比較大、在一定的沖擊載荷條件下工作的機(jī)械零件，如曲軸、連桿、齒輪、荷條件下工作的機(jī)械零件，如曲軸、連桿、齒輪、機(jī)床主軸等。機(jī)床主軸等。 其中其中4040、4545鋼屬于經(jīng)典運(yùn)用鋼屬于經(jīng)典運(yùn)用。 合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼工程材料及其熱處理鋼61 主要用于制造在重載和沖擊載荷作用下的一主

58、要用于制造在重載和沖擊載荷作用下的一些重要的受力件如些重要的受力件如機(jī)床主軸、汽車、拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)床主軸、汽車、拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)橋半軸大功率發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿橋半軸大功率發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿等都是在多種復(fù)等都是在多種復(fù)雜應(yīng)力負(fù)荷下工作的雜應(yīng)力負(fù)荷下工作的, ,有時(shí)還受到?jīng)_擊載荷作用有時(shí)還受到?jīng)_擊載荷作用, ,要求高強(qiáng)度的同時(shí)要求高強(qiáng)度的同時(shí), ,還要求有高的塑性和韌性等還要求有高的塑性和韌性等綜合力學(xué)性能。綜合力學(xué)性能。 只有只有中碳合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后中碳合金結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后才能達(dá)到才能達(dá)到上述要求上述要求, ,因此稱合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。因此稱合金調(diào)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼。 1)1)性能要求性能要求 工程材料及其熱處理

59、鋼62 具有良好的綜合力學(xué)性能具有良好的綜合力學(xué)性能, ,適應(yīng)多種復(fù)雜應(yīng)力適應(yīng)多種復(fù)雜應(yīng)力負(fù)荷下工作零件的高的負(fù)荷下工作零件的高的“強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌”的要求的要求, ,具有具有合適滿足不同要求的淬透性能。合適滿足不同要求的淬透性能。 2)2)成分特點(diǎn)成分特點(diǎn) 碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為c c=0.25%=0.25%0.45%,0.45%,即：中碳即：中碳, ,碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高則零件韌性不足碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高則零件韌性不足, ,碳的質(zhì)量分碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低則淬火和回火后強(qiáng)度不夠。數(shù)過(guò)低則淬火和回火后強(qiáng)度不夠。 不能滿足調(diào)質(zhì)后獲得高不能滿足調(diào)質(zhì)后獲得高“強(qiáng)而韌強(qiáng)而韌”的要求。的要求。 加入的合金元素有加

60、入的合金元素有MnMn、Si Si、CrCr、NiNi、B B、V V、工程材料及其熱處理鋼63MoMo、WW等等, ,主要作用是提高淬透性主要作用是提高淬透性, ,強(qiáng)化鐵素體和細(xì)強(qiáng)化鐵素體和細(xì)化晶?；Я?W,W、MoMo可防止產(chǎn)生高溫回火脆性。可防止產(chǎn)生高溫回火脆性。 3)3)熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn) “調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)= =淬火淬火+ +高溫回火高溫回火”。 此為最終熱處理此為最終熱處理, ,通常是通常是油淬后進(jìn)行在油淬后進(jìn)行在500500650650的高溫回火即調(diào)質(zhì)處理工藝的高溫回火即調(diào)質(zhì)處理工藝。 回火后的組織是回火后的組織是S S回回, ,是在是在F F基體上分布著顆?；w上分布著顆粒狀碳化物