工程材料與熱加工基礎(chǔ)：第6章 合金鋼

1、l 6. 2 合合 金金 鋼鋼l 掌握：合金元素對合金鋼組織和性能影響規(guī)律；掌握：合金元素對合金鋼組織和性能影響規(guī)律； l 由合金鋼牌號推斷其類型、含碳量、主要合金元由合金鋼牌號推斷其類型、含碳量、主要合金元素含量；素含量；l 明確典型鋼號的性能特點、常用熱處理工藝、使明確典型鋼號的性能特點、常用熱處理工藝、使用狀態(tài)下的組織及主要用途。用狀態(tài)下的組織及主要用途。l 在鋼中加入一定量的一種或幾種元素，以提高鋼在鋼中加入一定量的一種或幾種元素，以提高鋼的某些性能，這種鋼被稱為合金鋼，所加入的元素被的某些性能，這種鋼被稱為合金鋼，所加入的元素被稱為合金元素。稱為合金元素。 l 鋼中常用的合金元素有：

2、硅、錳、鉻、鎳、鎢、鋼中常用的合金元素有：硅、錳、鉻、鎳、鎢、鉬、釩、鈮、鋯、鋯、鋁、銅、鈷、氮、硼、稀土等。鉬、釩、鈮、鋯、鋯、鋁、銅、鈷、氮、硼、稀土等。 l 通常將合金元素總量小于通常將合金元素總量小于5的鋼叫做的鋼叫做低合金鋼低合金鋼；合金元素總量在合金元素總量在5 10的鋼叫做的鋼叫做中合金鋼中合金鋼；合金元；合金元素總量大于素總量大于10 的鋼叫做的鋼叫做高合金鋼高合金鋼。l6.2.1 合金元素在鋼中的作用與合金鋼的分類合金元素在鋼中的作用與合金鋼的分類l一、合金元素的主要作用一、合金元素的主要作用l1 .合金元素對鋼組織轉(zhuǎn)變的影響合金元素對鋼組織轉(zhuǎn)變的影響l(1) 合金元素改變合

3、金元素改變FeFe3C相圖：相圖：l 合金元素鎳、錳、銅、氮等可使合金元素鎳、錳、銅、氮等可使FeFe3C相圖中的相圖中的相區(qū)擴大，而鉻、鉬、釩、鈦等可使相區(qū)擴大，而鉻、鉬、釩、鈦等可使相區(qū)縮小。擴大相區(qū)縮小。擴大相區(qū)的元素降低相區(qū)的元素降低A3，A1溫度，在一定條件下可使溫度，在一定條件下可使相相區(qū)擴大到室溫而得到區(qū)擴大到室溫而得到單相奧氏體鋼單相奧氏體鋼。縮小?？s小相區(qū)的元素相區(qū)的元素將增高將增高A3，A1溫度，在一定條件下可使奧氏體相區(qū)消溫度，在一定條件下可使奧氏體相區(qū)消失，只存在鐵素體相區(qū)，從而得到失，只存在鐵素體相區(qū)，從而得到單相鐵素體鋼單相鐵素體鋼。l 合金元素使合金元素使FeFe

4、3C相圖中的相圖中的S，E點左移（點左移（作解作解釋釋）。）。l (2) 細化奧氏體晶粒：合金元素形成難熔化合物時，細化奧氏體晶粒：合金元素形成難熔化合物時，能有效阻礙奧氏體晶粒長大，從而使奧氏體轉(zhuǎn)變后的組能有效阻礙奧氏體晶粒長大，從而使奧氏體轉(zhuǎn)變后的組織細小。織細小。l l(3) 改變過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線：合金元素改變過冷奧氏體的轉(zhuǎn)變曲線：合金元素(鈷元素例外鈷元素例外)使過冷奧氏體的穩(wěn)定性提高，使過冷奧氏體的穩(wěn)定性提高，C曲線右移曲線右移,高溫下不容易高溫下不容易向珠光體轉(zhuǎn)變，從而提高了鋼的淬透性。合金元素在使向珠光體轉(zhuǎn)變，從而提高了鋼的淬透性。合金元素在使C曲線向右移的同時也降低了曲線向

5、右移的同時也降低了 M s點，使淬火鋼中的點，使淬火鋼中的A殘殘增多。增多。l (4) 提高回火抗力：合金元素使馬氏體分解溫度、殘余提高回火抗力：合金元素使馬氏體分解溫度、殘余奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以及碳化物的析出與聚集溫度均升高，奧氏體轉(zhuǎn)變溫度以及碳化物的析出與聚集溫度均升高，提高了鋼的回火抗力。（解釋提高了鋼的回火抗力。（解釋:鋼對回火時所發(fā)生的軟鋼對回火時所發(fā)生的軟化過程的抗力化過程的抗力）l (5) 回火脆性：錳、鉻、鎳、硅促進第二類回火脆性產(chǎn)回火脆性：錳、鉻、鎳、硅促進第二類回火脆性產(chǎn)生，這些元素促進銻、錫、磷等雜質(zhì)的偏聚和析出，削生，這些元素促進銻、錫、磷等雜質(zhì)的偏聚和析出，削弱了晶界間聯(lián)

6、系。弱了晶界間聯(lián)系。l 少量的少量的鉬和鎢可抑制高溫回火脆性鉬和鎢可抑制高溫回火脆性。l 合金元素在鋼中主要合金元素在鋼中主要通過通過固溶強化、第二相固溶強化、第二相強化、細化組織強化強化、細化組織強化等等機制影響鋼的力學(xué)性能。機制影響鋼的力學(xué)性能。l （1）固溶強化：合金）固溶強化：合金元素溶入鐵素體中，有元素溶入鐵素體中，有固溶強化作用，使鋼的固溶強化作用，使鋼的強度、硬度升高但也強度、硬度升高但也使塑性、韌性下降，使塑性、韌性下降， 常常見的合金元素因固溶強見的合金元素因固溶強化對鐵素體力學(xué)性能的化對鐵素體力學(xué)性能的影響如左圖所示。影響如左圖所示。l（2）第二相強化：合金元素與碳形成碳化

7、物，且以細）第二相強化：合金元素與碳形成碳化物，且以細小質(zhì)點彌散分布在固溶體基體上，可起彌散強化作用，小質(zhì)點彌散分布在固溶體基體上，可起彌散強化作用，使鋼的強度和硬度提高。使鋼的強度和硬度提高。 （3）細化組織強化：）細化組織強化： （4）提高位錯密度強化）提高位錯密度強化 在鋼中用淬火獲得馬氏體提高強度是以上在鋼中用淬火獲得馬氏體提高強度是以上4種強化種強化機制的綜合作用的結(jié)果。機制的綜合作用的結(jié)果。l三、三、 合金鋼的分類與編號合金鋼的分類與編號l 按用途可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。按用途可分為合金結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊用途鋼。l（1）結(jié)構(gòu)鋼）結(jié)構(gòu)鋼 ：包括調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、氮化鋼、

8、貝氏體：包括調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、氮化鋼、貝氏體鋼、超高強度鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼等。鋼、超高強度鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼等。l 結(jié)構(gòu)鋼的編號：結(jié)構(gòu)鋼的編號： 兩位數(shù)字兩位數(shù)字+ 元素符號元素符號 +數(shù)字數(shù)字l 說明說明- 兩位數(shù)字表示含碳量的萬分數(shù)；元素符號后兩位數(shù)字表示含碳量的萬分數(shù)；元素符號后的數(shù)字表示元素的含量的百分數(shù)。高級優(yōu)質(zhì)鋼在編號后的數(shù)字表示元素的含量的百分數(shù)。高級優(yōu)質(zhì)鋼在編號后加加A。l （2）工具鋼）工具鋼 ：包括刃具鋼、模具鋼、量具鋼等。：包括刃具鋼、模具鋼、量具鋼等。l 編號：編號： 一位數(shù)字一位數(shù)字+ 元素符號元素符號 +數(shù)字數(shù)字l 說明說明-一位數(shù)字表示含碳量的千分數(shù)，一位數(shù)

9、字表示含碳量的千分數(shù)， 在含碳量大在含碳量大于于1%或高合金工具鋼中，不予標出；元素符號后的數(shù)或高合金工具鋼中，不予標出；元素符號后的數(shù)字表示合金元素含量的百分數(shù)。字表示合金元素含量的百分數(shù)。l6. 2 .2合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 l1.低合金高強度鋼：在普通低碳鋼基礎(chǔ)上，加少量合金低合金高強度鋼：在普通低碳鋼基礎(chǔ)上，加少量合金元素（元素（3%）得到的，強度比普通低碳鋼高）得到的，強度比普通低碳鋼高10%20%l廣泛應(yīng)用于建筑、機械、鐵路、橋梁、造船等方面。廣泛應(yīng)用于建筑、機械、鐵路、橋梁、造船等方面。l（1）性能要求：）性能要求：l 高強度、足夠的塑性和韌性：高強度、足夠的塑性和韌性：s s

10、300MPa,300MPa,:15%:15%20%, 20%, 室溫室溫k k大于大于606080J/ cmJ/ cm2 2 。l ( (正火火熱軋態(tài)下）正火火熱軋態(tài)下）l 焊接性能良好：焊接性能良好：l 良好的耐蝕性：抗潮濕大氣、海洋或土壤腐蝕。良好的耐蝕性：抗潮濕大氣、海洋或土壤腐蝕。l 低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。低的脆性轉(zhuǎn)變溫度。l（2）成分特點：）成分特點：l 低碳：低碳：0.2%l 主要強化元素：主要強化元素：Mn（主加合金元素）主加合金元素）l 加入加入N b、V細化晶粒、形成碳化物提高強度。細化晶粒、形成碳化物提高強度。l （ 3）常用鋼種：）常用鋼種：Q295, Q345 ,Q460等

11、。詳見等。詳見P118表表6-11l2. 調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì) 鋼（在碳素調(diào)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來）鋼（在碳素調(diào)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起來）l (1)成份特點；含碳量中等，成份特點；含碳量中等，0.3%0.5%，保證形成，保證形成足夠多的碳化物以獲得高的強度，碳含量過低時，淬硬足夠多的碳化物以獲得高的強度，碳含量過低時，淬硬性不夠；碳含量過高則韌性下降。性不夠；碳含量過高則韌性下降。l 合金元素主要為鉻、鎳、錳、硅等，作用是提高鋼合金元素主要為鉻、鎳、錳、硅等，作用是提高鋼的淬透行和回火抗力的淬透行和回火抗力 ；鎢、鉬主要為抑制回火脆性；鎢、鉬主要為抑制回火脆性；釩為細化奧氏體晶粒；釩為細化奧氏體晶粒；微量硼元

12、素極明顯提高淬透性微量硼元素極明顯提高淬透性。含鉻、鉬、鋁的鋼調(diào)質(zhì)后進行氮化，在工件表面形成鉻、含鉻、鉬、鋁的鋼調(diào)質(zhì)后進行氮化，在工件表面形成鉻、鉬、鋁的氮化物，硬度高、耐磨性好，并可提高工件的鉬、鋁的氮化物，硬度高、耐磨性好，并可提高工件的疲勞和抗蝕性能。疲勞和抗蝕性能。l （2）熱處理特點：這類鋼的最終熱處理為淬火后進）熱處理特點：這類鋼的最終熱處理為淬火后進行高溫回火，即行高溫回火，即調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理，獲得回火索氏體組織，從而，獲得回火索氏體組織，從而使鋼具有良好的綜合性能。使鋼具有良好的綜合性能。l 牌號、熱處理、性能及用途如表牌號、熱處理、性能及用途如表61所示。所示。l3.滲碳鋼滲

13、碳鋼l （1）成分特點：）成分特點：l 含碳量通常在含碳量通常在0.10.25之間，以滿足滲碳工藝要之間，以滿足滲碳工藝要求。求。 鋼小中含有碳化物形成元素如鉻、錳、鉬、鎢、鋼小中含有碳化物形成元素如鉻、錳、鉬、鎢、釩、鈦等，滲碳后零件表面形成碳化物，提硬度和耐磨釩、鈦等，滲碳后零件表面形成碳化物，提硬度和耐磨性。鎳、硅等提高基體的淬透性、強度和韌性，并使?jié)B性。鎳、硅等提高基體的淬透性、強度和韌性，并使?jié)B碳層的碳濃度變化平緩。碳層的碳濃度變化平緩。l （2）熱處理特點：）熱處理特點： l 滲碳鋼零件在機械加工到留有磨削余量時，進行滲滲碳鋼零件在機械加工到留有磨削余量時，進行滲碳處理并空冷后，再

14、進行淬火和低溫回火，零件表面為碳處理并空冷后，再進行淬火和低溫回火，零件表面為高碳回火馬氏體高碳回火馬氏體+細小的碳化物，因而具有很高的硬度細小的碳化物，因而具有很高的硬度和耐磨性和耐磨性 。 l 基體部分，根據(jù)鋼的淬透性大小，可為低碳回火馬基體部分，根據(jù)鋼的淬透性大小，可為低碳回火馬氏體，或低碳馬氏體氏體，或低碳馬氏體+貝氏體，也可以是屈氏體，使基貝氏體，也可以是屈氏體，使基體具有良好的強度與塑韌性的配合。體具有良好的強度與塑韌性的配合。l 滲碳鋼的牌號、熱處理、性能及用途如表滲碳鋼的牌號、熱處理、性能及用途如表6 3所示。所示。l 4. 超高強度鋼超高強度鋼l 超高強度鋼可分為低合金超高強

15、度鋼、馬氏體時效超高強度鋼可分為低合金超高強度鋼、馬氏體時效硬化鋼和沉淀硬化不銹鋼等，在此僅就低合金超高強度硬化鋼和沉淀硬化不銹鋼等，在此僅就低合金超高強度鋼作簡要介紹（鋼作簡要介紹（ 指抗拉強度大于指抗拉強度大于1500MPa,或屈服極限或屈服極限大于大于1200MPa）。）。l (1) 成分特點：含碳量中等，并含鉻、錳、硅、鎳、成分特點：含碳量中等，并含鉻、錳、硅、鎳、鉬、釩等合金元素。在碳與合金元素共同作用下，使淬鉬、釩等合金元素。在碳與合金元素共同作用下，使淬透性、回火抗力增大，使固溶體（馬氏體或下貝氏體透性、回火抗力增大，使固溶體（馬氏體或下貝氏體)明顯強化。鎳可降低臨界溫度及增加韌

16、性，釩可細化晶明顯強化。鎳可降低臨界溫度及增加韌性，釩可細化晶粒，也可改善鋼的強韌性。粒，也可改善鋼的強韌性。l （2） 熱處理特點：熱處理特點：l 這類鋼的最終熱處理是淬火并低溫回火，依靠馬氏這類鋼的最終熱處理是淬火并低溫回火，依靠馬氏體強化達到超高強度。體強化達到超高強度。l 也可以進行等溫淬火并回火、依靠馬氏體和下貝氏也可以進行等溫淬火并回火、依靠馬氏體和下貝氏體組織的共同強化來達到強度要求。體組織的共同強化來達到強度要求。l 常用超高強度鋼的牌號、熱處理和性能如表常用超高強度鋼的牌號、熱處理和性能如表64所所示示 ， 其中應(yīng)用最多的是別其中應(yīng)用最多的是別30CrMnSiNi2A鋼。鋼。

17、l 5.彈簧鋼彈簧鋼l (1)成分特點：含碳量成分特點：含碳量般為般為0.50.85之間。之間。含碳量過低，達不到高的屈服強度要求，含碳量過含碳量過低，達不到高的屈服強度要求，含碳量過高不僅屈服強度不高，而且脆性大。高不僅屈服強度不高，而且脆性大。l（2）)提高屈服強度的措施；提高屈服強度的措施；l 1） 冷拉硬化。直徑小于冷拉硬化。直徑小于7mm的彈簧鋼絲，可在經(jīng)的彈簧鋼絲，可在經(jīng)鉛浴處理成屈氏體后再經(jīng)強烈塑性變形拉制而成。依鉛浴處理成屈氏體后再經(jīng)強烈塑性變形拉制而成。依靠加工硬化和組織細化使鋼絲強度顯著提高。這種鋼靠加工硬化和組織細化使鋼絲強度顯著提高。這種鋼絲制成彈簧后，無需淬火回火處理

18、。對合金鋼冷拉硬絲制成彈簧后，無需淬火回火處理。對合金鋼冷拉硬化鋼絲，為充分發(fā)揮合金元素作用可進行淬火中溫回化鋼絲，為充分發(fā)揮合金元素作用可進行淬火中溫回火處理?；鹛幚?。l 2）淬火加中溫回火。對直徑較大或厚度較大的彈簧，）淬火加中溫回火。對直徑較大或厚度較大的彈簧，在成形后都經(jīng)淬火加中溫回火處理，以獲得回火屈氏在成形后都經(jīng)淬火加中溫回火處理，以獲得回火屈氏體組織體組織 。l常用彈簧鋼的牌號、熱處理、性能和應(yīng)用范圍如表常用彈簧鋼的牌號、熱處理、性能和應(yīng)用范圍如表6-5所示。所示。l6滾動軸承鋼（滾動軸承鋼（ 說明其鉻的含量）說明其鉻的含量）l （1）滾動軸承鋼的合金化與性能特點：）滾動軸承鋼的

19、合金化與性能特點：l 傳統(tǒng)的滾動軸承鋼是一種高碳低鉻鋼。其含碳量為傳統(tǒng)的滾動軸承鋼是一種高碳低鉻鋼。其含碳量為0.95%1.10%，含鉻量為，含鉻量為0.40%1.65%。鉻的主要作用。鉻的主要作用是增加鋼的淬透性，使淬火及回火后整個截面上獲得較是增加鋼的淬透性，使淬火及回火后整個截面上獲得較均勻的組織。均勻的組織。 l l（2）熱處理特點：滾動軸承鋼的熱處理主要是球化退）熱處理特點：滾動軸承鋼的熱處理主要是球化退火，淬火及低溫回火。火，淬火及低溫回火。l 球化退火是預(yù)備熱處理，其目的是獲得粒狀珠光體球化退火是預(yù)備熱處理，其目的是獲得粒狀珠光體組織，降低硬度以保證易于切削加工及獲得高的表面質(zhì)組

20、織，降低硬度以保證易于切削加工及獲得高的表面質(zhì)量，并為淬火做組織上準備，球化退火工藝量，并為淬火做組織上準備，球化退火工藝 一般是將一般是將鋼加熱到鋼加熱到790840C，溫度過高，會出現(xiàn)過熱組織，溫度過高，會出現(xiàn)過熱組織，使軸承的韌性和疲勞強度下降；若溫度過低，會使得奧使軸承的韌性和疲勞強度下降；若溫度過低，會使得奧氏體中溶解的鉻里不足，影響淬火后的硬度。氏體中溶解的鉻里不足，影響淬火后的硬度。l 淬火后要立即回火?；鼗鹗窃诖慊鸷笠⒓椿鼗??；鼗鹗窃?50160 C保溫保溫24h，以去除應(yīng)力，提高韌性并穩(wěn)定尺寸以去除應(yīng)力，提高韌性并穩(wěn)定尺寸 。 為使回火后性能為使回火后性能均勻一致，回火溫度

21、也應(yīng)嚴格控制，最好在油中進行，均勻一致，回火溫度也應(yīng)嚴格控制，最好在油中進行，淬火與回火后的組織為極細的回火馬氏體淬火與回火后的組織為極細的回火馬氏體(80)、分布、分布均勻的粒粒狀碳化物均勻的粒粒狀碳化物(5%10%) 及少量的殘余奧氏體及少量的殘余奧氏體(510)，硬度為，硬度為6266HRC。l 6. 2 .3 合合 金金 工具工具 鋼鋼l 工具鋼可分為高碳低合金工具鋼、高碳高合金工具鋼工具鋼可分為高碳低合金工具鋼、高碳高合金工具鋼和中碳合金工具鋼和中碳合金工具鋼3類。類。l623. 1 高碳低合金工具鋼高碳低合金工具鋼l 1.用途和性能要求用途和性能要求 ：這類鋼主要用來制造低速切削刃

22、：這類鋼主要用來制造低速切削刃具具(如車刀、銑刀、鉆頭等如車刀、銑刀、鉆頭等)、冷壓模具以及量具。、冷壓模具以及量具。l 最主要的性能要求是有很高的硬度和耐磨性，也最主要的性能要求是有很高的硬度和耐磨性，也需要有一定的韌性和塑性。需要有一定的韌性和塑性。l 2.成分特點成分特點 ：含碳量一般在：含碳量一般在0.851.5之間，以使之間，以使馬氏體中溶有足夠多的碳，并與合金元素形成足夠多馬氏體中溶有足夠多的碳，并與合金元素形成足夠多的碳化物，來提高硬度和耐磨性。鋼中的合金元素大的碳化物，來提高硬度和耐磨性。鋼中的合金元素大多為碳化物形成元素，如錳、鉻、鎢等，用以提高淬多為碳化物形成元素，如錳、鉻

23、、鎢等，用以提高淬透性和形成碳化物。透性和形成碳化物。l l3熱處理特點熱處理特點 l 這類鋼供貨狀態(tài)均為球化退火，硬度不高，可機械這類鋼供貨狀態(tài)均為球化退火，硬度不高，可機械加工成形、最后進行淬火并低溫回火處理。得到高碳馬加工成形、最后進行淬火并低溫回火處理。得到高碳馬氏體加粒狀碳化物組織，從而保證性能要求，氏體加粒狀碳化物組織，從而保證性能要求，如果機械如果機械加工前進行鍛造，則鍛造后進行退火處理，使組織均勻加工前進行鍛造，則鍛造后進行退火處理，使組織均勻的同時也使碳化物球化，為淬火前的組織做難備。的同時也使碳化物球化，為淬火前的組織做難備。l 常用高碳低合金鋼的牌號、熱處理、性能和用途如

24、表常用高碳低合金鋼的牌號、熱處理、性能和用途如表67所示。所示。l6.2.3.2 高碳高合金工具鋼高碳高合金工具鋼l 1高速鋼高速鋼l (1) 用途和性能要求：高速鋼主要用來制造切削速度用途和性能要求：高速鋼主要用來制造切削速度大、切削負荷和切削溫度高的刀具，也可用作工作溫大、切削負荷和切削溫度高的刀具，也可用作工作溫度低于度低于600 C的其他工具和構(gòu)件等。高速鋼制造的刀的其他工具和構(gòu)件等。高速鋼制造的刀具，除高硬度、高耐磨性外，還要求具有在較高溫度具，除高硬度、高耐磨性外，還要求具有在較高溫度(通常為通常為600 C)下保持高硬度的性能，即下保持高硬度的性能，即紅硬性紅硬性。l（2）成分特

25、點：含碳量在）成分特點：含碳量在0.71.5范圍內(nèi)，以便范圍內(nèi)，以便同合金元素形成大量的碳化物，滿足硬度、耐磨性和同合金元素形成大量的碳化物，滿足硬度、耐磨性和紅硬性要求。通常含有大約紅硬性要求。通常含有大約4鉻、鉻、6%19鎢、一鎢、一定量的鉬和定量的鉬和14釩。釩。l（3） 熱處理特點：熱處理特點： 高速鋼含有較多的粗大碳高速鋼含有較多的粗大碳化物，制造中應(yīng)進行反復(fù)鍛造，使碳化物破碎細化物，制造中應(yīng)進行反復(fù)鍛造，使碳化物破碎細化。在預(yù)先熱處理中應(yīng)進行球化退火，使組織均化。在預(yù)先熱處理中應(yīng)進行球化退火，使組織均勻，得到粒狀碳化物，并使硬度在勻，得到粒狀碳化物，并使硬度在207255HB，以利

26、機械加工。以利機械加工。 l 高速鋼最終的熱處理特點是高溫（高速鋼最終的熱處理特點是高溫（1280 C）奧氏體化后進行淬火和多次（奧氏體化后進行淬火和多次（3次）高溫回火。次）高溫回火。高的淬火加熱溫度會使部分穩(wěn)定碳化物溶人奧氏高的淬火加熱溫度會使部分穩(wěn)定碳化物溶人奧氏體，提高淬透性并提高二體，提高淬透性并提高二 次硬化效果、同時也次硬化效果、同時也增加了淬火后殘余奧氏體的量。增加了淬火后殘余奧氏體的量。l l 三次三次560C回火，其目的是；第一次回火是回火，其目的是；第一次回火是對淬火得到的馬氏體進行回火，并使大量殘對淬火得到的馬氏體進行回火，并使大量殘余奧氏體析出彌散碳化物，從而提高余奧

27、氏體析出彌散碳化物，從而提高Ms點，點，使殘余奧氏體在回火冷卻過程中轉(zhuǎn)變成馬氏使殘余奧氏體在回火冷卻過程中轉(zhuǎn)變成馬氏體；第二次和第三次體；第二次和第三次560C回火，是對回火時回火，是對回火時得到的馬氏體進行回火，并使馬氏體析出彌得到的馬氏體進行回火，并使馬氏體析出彌散的散的lW2C、Mo2C、和、和VC等碳化物，從而使鋼的硬等碳化物，從而使鋼的硬度和強度明顯提高。所以，高速鋼在三次回度和強度明顯提高。所以，高速鋼在三次回火后，硬度不降反而有所提高?；鸷?，硬度不降反而有所提高。l2. 高碳高鉻冷變形模具鋼高碳高鉻冷變形模具鋼l （1） 成分特點：成分特點：C： 1.452.3%，Cr ：111

28、3%，通常稱為通常稱為Cr型工具鋼。型工具鋼。l 鉻鉻 的作用：形成大量的碳化物，提高硬度和耐磨性；的作用：形成大量的碳化物，提高硬度和耐磨性；提高淬透性；提高馬氏體硬度。提高淬透性；提高馬氏體硬度。l （2）熱處理特點：）熱處理特點： 淬火淬火+低溫回火。低溫回火。l6.2.3.3 中碳合金工具鋼中碳合金工具鋼l 1. 用途與性能要求用途與性能要求l （1）用途：主要用于制造）用途：主要用于制造熱作模具熱作模具熱鍛模、壓鑄熱鍛模、壓鑄和熱擠壓模等。和熱擠壓模等。l （2）性能要求：退火狀態(tài)要有良好的加工成形性，）性能要求：退火狀態(tài)要有良好的加工成形性，使用時要有高的高溫強度、熱穩(wěn)定性、良好的

29、韌性、足使用時要有高的高溫強度、熱穩(wěn)定性、良好的韌性、足夠的高溫下的硬度、高的抗冷熱疲勞性能、良好的抗氧夠的高溫下的硬度、高的抗冷熱疲勞性能、良好的抗氧化性及高的淬透性?；约案叩拇阃感?。l2. 成分特點：成分特點： C 在在0.3%0.6%保證鋼具有足夠的保證鋼具有足夠的強度、硬度和韌性的配合。強度、硬度和韌性的配合。l 合金元素合金元素Mn、 Si、 Cr提高淬透性和回火抗力，提高淬透性和回火抗力， W 、 Mo 主要抑制回火脆性，主要抑制回火脆性，V主要細化主要細化A晶粒。晶粒。l3. 熱處理特點熱處理特點l 熱變形模具熱變形模具 ：淬火和高溫回火；淬火和高溫回火；l l 6.2.4 不

30、不 銹銹 鋼（腐蝕的類型）鋼（腐蝕的類型）l6.2.4.1 鋼鐵材料的抗腐蝕途徑及不銹鋼的分類（腐蝕類型）鋼鐵材料的抗腐蝕途徑及不銹鋼的分類（腐蝕類型）l 1抗蝕途徑抗蝕途徑l 為提高鋼的抗蝕性，主要依靠合金元素的作用和適當?shù)臒崽幚恚瑸樘岣咪摰目刮g性，主要依靠合金元素的作用和適當?shù)臒崽幚?，l (1)獲得單相組織：有些擴大獲得單相組織：有些擴大Y區(qū)的元素區(qū)的元素(例如鎳、錳例如鎳、錳)含量達含量達到到定值后，可使鋼成為單相奧氏體，一些擴大定值后，可使鋼成為單相奧氏體，一些擴大區(qū)的元素區(qū)的元素(例如例如鉻鉻)含量達到一定值后，可使鋼成為單相鐵素體，由于沒有第二含量達到一定值后，可使鋼成為單相鐵素體

31、，由于沒有第二相，不能構(gòu)成微電池，因而提高了抗蝕性。據(jù)此原理制成了奧氏相，不能構(gòu)成微電池，因而提高了抗蝕性。據(jù)此原理制成了奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼。體不銹鋼和鐵素體不銹鋼。l （2）提高基體的電位：加入能提高基體電位的合金元素，使基）提高基體的電位：加入能提高基體電位的合金元素，使基體電位與其它相的電位持平，也可避免微電池腐蝕。體電位與其它相的電位持平，也可避免微電池腐蝕。l （3）形成鈍化膜；在鋼中加入某些元素后，能在鋼表面形成一）形成鈍化膜；在鋼中加入某些元素后，能在鋼表面形成一層薄而致密的鈍化膜，隔絕電解質(zhì)的作用，從而達到抗蝕目的。層薄而致密的鈍化膜，隔絕電解質(zhì)的作用，從而達到抗蝕目的

32、。 鉻是最有效的元素，不銹鋼中都含有鉻。鉻是最有效的元素，不銹鋼中都含有鉻。l l2不銹鋼分類不銹鋼分類l 不銹鋼按正火態(tài)的組織大致可以分為馬氏體不銹鋼、不銹鋼按正火態(tài)的組織大致可以分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。鐵素體不銹鋼和奧氏體不銹鋼。l6.2.4.2 馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼l 常用的馬氏體不銹鋼有常用的馬氏體不銹鋼有C r13型和型和C r18型等型等,主要主要用于要求一定強度、硬度和韌性相配合的耐蝕結(jié)構(gòu)件，用于要求一定強度、硬度和韌性相配合的耐蝕結(jié)構(gòu)件，如軸、齒輪和螺栓等；用于如軸、齒輪和螺栓等；用于350C以下工作的不銹以下工作的不銹彈性零件以及用于高硬度和高耐磨性

33、的零件，如軸、彈性零件以及用于高硬度和高耐磨性的零件，如軸、軸承和不銹工具等。軸承和不銹工具等。l1.成分特點成分特點 l 含鉻高，大于含鉻高，大于12%l 含碳低含碳低 0.1%0.4%l l2. 熱處理特點熱處理特點l 對對Cr13型馬氏體不銹鋼，可通過淬火獲得馬氏體，型馬氏體不銹鋼，可通過淬火獲得馬氏體，以提高強度和硬度。以提高強度和硬度。l Cr13型馬氏體不銹鋼有兩種回火制度，型馬氏體不銹鋼有兩種回火制度， Cr13 ，2Cr13 采用高溫回火，得到回火索氏體組織，具有較采用高溫回火，得到回火索氏體組織，具有較高強度和韌性，由于含碳量低，回火溫度高，在鉻碳高強度和韌性，由于含碳量低，

34、回火溫度高，在鉻碳化物析出量不多的情況下，鉻因擴散使鐵素體中的含化物析出量不多的情況下，鉻因擴散使鐵素體中的含量比較均勻，而且含量大于量比較均勻，而且含量大于12%，同時由于內(nèi)應(yīng)力消，同時由于內(nèi)應(yīng)力消除徹底，故有高的抗蝕性。除徹底，故有高的抗蝕性。l 3 Cr13和和4 Cr13由于鉻對共析點的影響已屬于共由于鉻對共析點的影響已屬于共析或過共析鋼，淬火后通常采用低溫回火，得到回火析或過共析鋼，淬火后通常采用低溫回火，得到回火馬氏體馬氏體+(部分部分)碳化物組織，硬度高且耐磨。由于低碳化物組織，硬度高且耐磨。由于低溫回火主要是消除應(yīng)力，鉻碳化物析出不多，大量鉻溫回火主要是消除應(yīng)力，鉻碳化物析出不

35、多，大量鉻保持在馬氏體中，也能有較高抗保持在馬氏體中，也能有較高抗蝕性。l l 62.4.3 奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼l 奧氏體不銹鋼與馬氏體不銹鋼相比較，具有更高的奧氏體不銹鋼與馬氏體不銹鋼相比較，具有更高的抗蝕性，更好的塑性加工成形性和焊接性，更高的使抗蝕性，更好的塑性加工成形性和焊接性，更高的使用溫度，但力學(xué)性能不及馬氏體不銹鋼。用溫度，但力學(xué)性能不及馬氏體不銹鋼。l 1. 成分特點成分特點l 不銹鋼中的鎳當量最少應(yīng)大于不銹鋼中的鎳當量最少應(yīng)大于10，此時相應(yīng)的，此時相應(yīng)的鉻當量為鉻當量為18。常用的是。常用的是188型奧氏體不銹鋼，如型奧氏體不銹鋼，如1Cr18Ni 9奧氏體不銹鋼。奧

36、氏體不銹鋼。l 為明顯提高抗蝕性，鋼中含碳量通?？刂圃跒槊黠@提高抗蝕性，鋼中含碳量通?？刂圃?.1甚至在甚至在0. 03以下，以抑制形成鉻的碳化物，減少微以下，以抑制形成鉻的碳化物，減少微電池腐蝕作用。電池腐蝕作用。l l2. 熱處理特點熱處理特點l 通常只進行固溶處理，通常只進行固溶處理，即在即在1100C高溫下加熱，高溫下加熱，使碳化物溶入奧氏體，然后迅速冷卻，獲得單相使碳化物溶入奧氏體，然后迅速冷卻，獲得單相奧氏體組織，從而具有優(yōu)良的抗蝕性。奧氏體組織，從而具有優(yōu)良的抗蝕性。l 3晶間腐蝕晶間腐蝕l 奧氏體不銹鋼在奧氏體不銹鋼在600C左右溫度下工作時，會從左右溫度下工作時，會從奧氏體晶

37、界處析出奧氏體晶界處析出Cr23C6碳化物。消耗晶界附近基體中碳化物。消耗晶界附近基體中的含鉻量，造成晶界附近的貧鉻區(qū)。當晶界貧鉻區(qū)的含的含鉻量，造成晶界附近的貧鉻區(qū)。當晶界貧鉻區(qū)的含鉻量低于鉻量低于1 2時，則電極電位明顯降，造成晶間腐蝕。時，則電極電位明顯降，造成晶間腐蝕。l 為防止晶間腐蝕，通常采用以下兩種措施：為防止晶間腐蝕，通常采用以下兩種措施：l (1) 降低鋼的含碳量：盡可能少的形成鉻的碳化物，降低鋼的含碳量：盡可能少的形成鉻的碳化物，奧氏體不銹鋼中有奧氏體不銹鋼中有0Crl8Ni9，00Crl8Ni9等低碳或超低等低碳或超低碳的不銹鋼。碳的不銹鋼。l （2）在鋼中加入強碳化物形

38、成元素鈦、鈮，鋼中的碳）在鋼中加入強碳化物形成元素鈦、鈮，鋼中的碳與鈦或鈮結(jié)合成與鈦或鈮結(jié)合成TiC或或NbC，而不形成，而不形成Cr23C6以避免晶以避免晶間腐蝕間腐蝕 。但加入鈦或鈮的不銹鋼，在固溶處理之后須。但加入鈦或鈮的不銹鋼，在固溶處理之后須行進行穩(wěn)定化處理，即加熱到行進行穩(wěn)定化處理，即加熱到850950 C使使Cr23C6比比較充分溶解，而使較充分溶解，而使TiC或或NbC充分形成充分形成。l 62.5 耐熱鋼與耐熱合金耐熱鋼與耐熱合金l 6 .2.5. 1 耐熱鋼與耐熱合金耐熱鋼與耐熱合金l（1）應(yīng)具備抗氧化性）應(yīng)具備抗氧化性(耐熱不起皮性）耐熱不起皮性） （2）要有高溫抗蠕變性

39、、長期和短期的熱強性、小的）要有高溫抗蠕變性、長期和短期的熱強性、小的缺口敏感性以及抗熱松弛和熱疲勞性等。缺口敏感性以及抗熱松弛和熱疲勞性等。l (3) 要有高溫下的組織穩(wěn)定性及強化機制在高溫下的有要有高溫下的組織穩(wěn)定性及強化機制在高溫下的有效性。效性。l (4）好的鑄造性、鍛造性、焊接性，良好的成批生產(chǎn)）好的鑄造性、鍛造性、焊接性，良好的成批生產(chǎn)性和經(jīng)濟性。性和經(jīng)濟性。l l62. 5.2 提高耐熱性的途徑提高耐熱性的途徑l 1熱安定性（熱穩(wěn)定性）熱安定性（熱穩(wěn)定性）l 高溫下抗氧化、抗腐蝕的性能又稱熱安定性。提高高溫下抗氧化、抗腐蝕的性能又稱熱安定性。提高熱安定性的途徑和不銹鋼類似，依靠鋼

40、中加入合金元素熱安定性的途徑和不銹鋼類似，依靠鋼中加入合金元素鉻、鋁、硅形成致密氧化物保護膜或提高基體的電位。鉻、鋁、硅形成致密氧化物保護膜或提高基體的電位。這這3種元素和氧的親和力比鐵大，會發(fā)生選擇性氧化并種元素和氧的親和力比鐵大，會發(fā)生選擇性氧化并形成鉻、鋁、硅氧化膜。這些氧化膜結(jié)構(gòu)致密、穩(wěn)定并形成鉻、鋁、硅氧化膜。這些氧化膜結(jié)構(gòu)致密、穩(wěn)定并與基體結(jié)合牢固，它們在鋼表面的形成阻礙了氧化膜的與基體結(jié)合牢固，它們在鋼表面的形成阻礙了氧化膜的擴散，抑制或避免疏松的擴散，抑制或避免疏松的FeO生成和長大，因此起保護生成和長大，因此起保護作用，使鋼不再繼續(xù)發(fā)生氧化。作用，使鋼不再繼續(xù)發(fā)生氧化。l 2

41、. 熱強度熱強度l 提高熱強度的途徑有以下幾個方面：提高熱強度的途徑有以下幾個方面：l (1) 提高合金基體原子間的結(jié)合力，選用高熔點提高合金基體原子間的結(jié)合力，選用高熔點金屬作為合金的基體。金屬熔點高，原子間的結(jié)合金屬作為合金的基體。金屬熔點高，原子間的結(jié)合力強，高溫下不易變形。在高熔點金屬中，面心立力強，高溫下不易變形。在高熔點金屬中，面心立方結(jié)構(gòu)比體心立方結(jié)構(gòu)的原子結(jié)合力強，所以高溫方結(jié)構(gòu)比體心立方結(jié)構(gòu)的原子結(jié)合力強，所以高溫合金基體應(yīng)是奧氏體。在奧氏體基體中再以鉻、鉬、合金基體應(yīng)是奧氏體。在奧氏體基體中再以鉻、鉬、鎢等多種元素進行固溶強化，除提高熱強度外，使鎢等多種元素進行固溶強化，除

42、提高熱強度外，使高溫下的擴散困難，不易引起擴散造成的變形，并高溫下的擴散困難，不易引起擴散造成的變形，并提高再結(jié)晶溫度，使應(yīng)變硬化不易消失。提高再結(jié)晶溫度，使應(yīng)變硬化不易消失。l （2）晶界強化）晶界強化 與常溫下使用的材料不同，高溫下與常溫下使用的材料不同，高溫下使用的材料要求適當粗化晶粒，以減少高溫下最易使用的材料要求適當粗化晶粒，以減少高溫下最易產(chǎn)生流動變形的晶界數(shù)量；必須凈化晶界，即減少產(chǎn)生流動變形的晶界數(shù)量；必須凈化晶界，即減少晶界上的雜質(zhì)元素；填充晶界空隙，減少缺陷，并晶界上的雜質(zhì)元素；填充晶界空隙，減少缺陷，并抑制強化相在晶界處長大，從而強化晶界，抵抗沿抑制強化相在晶界處長大，從

43、而強化晶界，抵抗沿晶界發(fā)生的蠕變和斷裂。晶界發(fā)生的蠕變和斷裂。l（3）彌散強化：在奧氏體基體中加入強碳化物形成元）彌散強化：在奧氏體基體中加入強碳化物形成元素和金屬間化合物形成元素，固溶處理素和金屬間化合物形成元素，固溶處理(淬火淬火)時。使這時。使這些合金元素處于過飽和狀態(tài)，而后再在較高溫度下進行些合金元素處于過飽和狀態(tài)，而后再在較高溫度下進行時效，使碳化物和金屬間化合物等析出，以阻止高溫下時效，使碳化物和金屬間化合物等析出，以阻止高溫下的位錯運動。的位錯運動。l l（4）利用鑄造組織：鑄造高溫合金中的化合物往往呈）利用鑄造組織：鑄造高溫合金中的化合物往往呈網(wǎng)狀和骨骸狀，可以阻止基體的變形，

44、鑄造組織易于控網(wǎng)狀和骨骸狀，可以阻止基體的變形，鑄造組織易于控制成適當粗化的晶粒。成分相同時，鑄態(tài)合金比鍛造狀制成適當粗化的晶粒。成分相同時，鑄態(tài)合金比鍛造狀態(tài)具有更高的熱強度，但脆性較高。適用于不受沖擊的態(tài)具有更高的熱強度，但脆性較高。適用于不受沖擊的高溫零件。高溫零件。l6.2.5.3 耐熱鋼的分類與應(yīng)用耐熱鋼的分類與應(yīng)用l 1耐熱鋼的分類耐熱鋼的分類 耐熱鋼按性能和用途可分為抗耐熱鋼按性能和用途可分為抗氧化鋼、熱強鋼以及對抗氧化和熱強性均有較高要求的氧化鋼、熱強鋼以及對抗氧化和熱強性均有較高要求的鋼。鋼。l 耐熱鋼按顯微組織大致分為以下耐熱鋼按顯微組織大致分為以下4類：類：l（1） 珠光

45、體或鐵素體珠光體或鐵素體珠光體耐熱鋼：這類鋼珠光體耐熱鋼：這類鋼般在般在正火或回火后使用，其組織屬于鐵素體正火或回火后使用，其組織屬于鐵素體 + 碳化物的亞共碳化物的亞共析鋼。其合金元素總含量不超過析鋼。其合金元素總含量不超過5%。工作溫度范圍為。工作溫度范圍為350620C，常用作鍋爐、汽輪機耐熱零件的材料。，常用作鍋爐、汽輪機耐熱零件的材料。l（2）馬氏體耐熱鋼：這類鋼一般經(jīng)過淬火十高溫回火）馬氏體耐熱鋼：這類鋼一般經(jīng)過淬火十高溫回火后使用，其中一部分是在后使用，其中一部分是在1Cr13馬氏體不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)馬氏體不銹鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，使用狀態(tài)是回火馬氏體，主要用作汽輪機葉展起來的，使用狀態(tài)是回火馬氏體，主要用作汽輪機葉片的材料等。片的材料等。l （3）鐵素體耐熱鋼：屬于抗氧化鋼，系高鉻鋼中加入）鐵素體耐熱鋼：屬于抗氧化鋼，系高鉻鋼中加入硅、鋁等元素形成硅、鋁等元素形成l （4）奧氏體耐熱鋼：它是在奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上發(fā)）奧氏體耐熱鋼：它是在奧氏體不銹鋼的基礎(chǔ)上發(fā)展起的展起的 ，可作燃氣渦輪、航空發(fā)動機、工業(yè)爐等耐熱，可作燃氣渦輪、航空發(fā)動機、工業(yè)爐等耐熱構(gòu)件的材料。在更高溫度下工作的零件須使