第六章 合金鋼

1、第六章 合金鋼發(fā)布人：機(jī)械工程材料精品課程網(wǎng)   |   發(fā)布時(shí)間：2009-04-22   |   點(diǎn)擊次數(shù)：3302 第六章 合金鋼 §6.1 概 述碳素鋼品種齊全，冶煉、加工成型比較簡單，價(jià)格低廉。經(jīng)過一定的熱處理后，其力學(xué)性能得到不同程度的改善和提高，可滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中許多場合的需求。但是碳素鋼的淬透性比較差，強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、高溫強(qiáng)度、耐磨性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性和磁性等也都比較低，它的應(yīng)用受到了限制。因此，為了提高鋼的某些性能，滿足現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)迅

2、猛發(fā)展的需要，人們在碳素鋼的基礎(chǔ)上，有目的地加人了錳、硅、鎳、釩、鎢、鉬、鉻、鈦、硼、鋁、銅、氮和稀土等合金元素，形成了合金鋼。合金元素的加入，不但會(huì)對鋼中的基本相、FeFe，C相圖和鋼的熱處理相變過程產(chǎn)生較大的影響，同時(shí)還改變了鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能，合金元素在鋼中的作用是一個(gè)非常復(fù)雜的物理、化學(xué)過程。本章介紹了合金鋼的特點(diǎn)及其發(fā)展、合金鋼的分類和編號方法；揭示了合金元素在鋼中的基本作用；闡述了合金元素對FeFe3C相圖和鋼在加熱及冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變的影響。按用途不同，分類討論了合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼的工作條件、性能要求、合金元素的作用、熱處理工藝方法和常用鋼種的類型、性能、用途等。在特殊性能鋼中，介紹

3、了金屬的腐蝕、防腐蝕原理、常用的保護(hù)方法和常用的不銹鋼類型。簡單介紹了熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性，以及耐熱鋼和耐磨鋼的成分特點(diǎn)、工作原理和用途。 §6.2 合金鋼的分類與編號一. 合金鋼的分類合金鋼的種類繁多，根據(jù)選材、生產(chǎn)，研究和管理等不同的要求，可采用不同的分類方法1. 按合金鋼的用途分類1) 合金結(jié)構(gòu)鋼 主要用于制造重要的機(jī)械零部件和工程結(jié)構(gòu)件的鋼。包括普通低合金鋼、易切削鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼等。2) 合金工具鋼 主要用于制造重要工具的鋼，包括刃具鋼、模具鋼、量具鋼等。3) 特殊性能用鋼主要用于制造有特殊物理、化學(xué)、力學(xué)性能要求的鋼，包括不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。2.

4、按合金元素的含量分類碳鋼： 1) 低碳鋼: 0.25c 2) 中碳鋼: 0.25-0.6c 3) 高碳鋼: 0.6c合金鋼： 1) 低合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WMe5。2) 中合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wme：510。3) 高合金鋼：鋼中合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WMe10。3. 按平衡狀態(tài)或退火組織分類可以分為: 亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼和萊氏體鋼。除以上的分類方法外，還可根據(jù)化學(xué)成分、正火組織、有無相變、工藝特征、質(zhì)量等進(jìn)行分類。 二. 合金鋼的牌號表示方法1. 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號用“兩位數(shù)字+元素符號十?dāng)?shù)字”表示。元素符號前兩

5、位數(shù)字表示鋼的平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)Wc，以萬分之一為單位計(jì)。元素符號用合金元素的符號表示，其后面的數(shù)字表示該合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以百分之一為單位計(jì)。當(dāng)Wme<15時(shí)，只標(biāo)明元素名稱，不標(biāo)明質(zhì)量分?jǐn)?shù)；當(dāng)Wme(1524)，(2534)，時(shí)，則在元素符號后相應(yīng)地標(biāo)上2、3、4。如15MnV，表示碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.15C，錳、釩的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于15的合金結(jié)構(gòu)鋼。若為高級優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼的牌號末尾加上“A”，如18Cr2Ni4WA。對屬于合金結(jié)構(gòu)鋼的滾動(dòng)軸承鋼，則采用另外的方法來表示其牌號。滾動(dòng)軸承鋼牌號的首位用“滾”或滾字的漢語拼音字首“G”來表示其用途，后面緊跟的是滾動(dòng)軸承的常用元素&quo

6、t;Cr”，其后數(shù)字則表示鉻的質(zhì)分?jǐn)?shù)，以千分之一為單位計(jì)。如GCrl5，表示鋼中鉻的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為l5。易切削鋼牌號的表示方法與相似，用“易”或“易”字的漢語拼音宇首“Y”開頭，后面和合金結(jié)構(gòu)鋼牌號表示方法無異，如(易40錳或40Mn)，表示W(wǎng)C0。40，WMn<15的易切削鋼。2. 合金工具鋼的牌號表示方法 與合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號表示方法相比，合金工具鋼中合金元素的表示方法未變，如CrWMn表示合金元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)WCr、WW、WMn均小于15，合金工具鋼的碳含量表示方法則有所不同，當(dāng)C%1o，不標(biāo)出碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如CrWMn鋼。當(dāng)wc<10時(shí)，用一位數(shù)字在最前面表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以千分

7、之一為單位計(jì)，其后緊隨合金元素，如9SiCr表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為o9C，Wsi、WCr皆小于15。高速工具鋼的碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)無論是多少，都不標(biāo)出。如W18Cr4V鋼碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(o7一08)C之間。 3. 特殊性能鋼的牌號表示方法 特殊性能鋼牌號的表示方法與合金工具鋼基本相同，如9Crl8鋼表示鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為o9C，鉻的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18Cr。但是不銹鋼、耐熱鋼在碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)很低時(shí)，表示方法有所不同，當(dāng)碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)C003或Co08時(shí)，分別在第一個(gè)合金元素符號前冠“00”或“o”表示其碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，如 00Crl7Nil4M02、0Crl8Ni9鋼等。 由于耐磨鋼零件經(jīng)常是鑄

8、造成型后就使用，其牌號最前面是“ZG”，表示鑄鋼，緊隨其后是元素符號，然后是該元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以百分之一計(jì)，橫杠后數(shù)字表示序號。如ZGMnl31表示鑄造高錳鋼，含錳平均為13Mn，序號為1。 §6.3 合金元素在鋼中的作用一. 合金元素在鋼中存在的形式：1. 一部分合金元素可溶于鐵素體中形成合金鐵素體2. 一部分合金元素則會(huì)溶于滲碳體中形成合金滲碳體3. 與碳相互作用形成碳化物一般將合金元素分為非碳化物形成元素和碳化物形成元素兩類：碳比物形成元素有（按強(qiáng)弱次序排列）：鈦、鋯、鈮、釩、鎢、鉬、鉻、錳、鐵， 非碳化物形成元素有：鎳、硅、鋁、鈷等， 4 以游離形式存在（Cu、

9、Pb等） 二. 合金元素對鐵索體的影響 由于合金元素與鐵在原子尺寸和晶格類型等方面存在著一定的差異，所以當(dāng)合金元素溶人時(shí)，會(huì)使鐵素體的晶格發(fā)生不同程度的畸變，使其塑性變形抗力明顯增加，強(qiáng)度和硬度提高。合金元素與鐵的原子尺寸和晶格類型相差愈大，引起的晶格畸變愈大，產(chǎn)生的固溶強(qiáng)化效應(yīng)愈大。此外，合金元素常常分布在位錯(cuò)附近，降低了位錯(cuò)的可動(dòng)性，增大了位錯(cuò)的滑移抗力，也提高了強(qiáng)度和硬度。反映了合金元素對鐵素體硬度和沖擊韌性的影響。硅、錳、鎳的強(qiáng)化效果大于鉬、鎢、鉻，而且合金元素含量越高，強(qiáng)化效應(yīng)越明顯。沖擊韌性隨合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而變化的趨勢是有所下降，但是當(dāng)Yusi1，Yuh4。15時(shí)，

10、鐵素體的韌性變化不大；當(dāng)Wcr2，WNi5時(shí)，鐵素體的沖擊韌性還有所提高。因此，為了使鋼具有良好的強(qiáng)韌性，就必須嚴(yán)格控制合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。三. 合金元素對滲碳體和特殊碳化物的影響合金元素是溶人滲碳體，還是形成特殊碳化物，是由它們與碳親和能力的強(qiáng)弱程度所決定的。強(qiáng)碳化物形成元素鈦、鋯、鈮、釩等，傾向于形成特殊碳化物，如TiC、ZrC、NbC、NC、VC等，這類碳化物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和穩(wěn)定性，加熱到高溫時(shí)也不容易溶人奧氏體中，也難以聚集長大。如果形成在奧氏體晶界上，會(huì)阻礙奧氏體晶粒的長大，提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。但合金碳化物的數(shù)量增多時(shí)，會(huì)使鋼的塑性和韌性下降。 中強(qiáng)碳化物形成元素鎢、鉬

11、、鉻等，可形成滲碳體類型碳化物(Fe，Cr)3C，又可形成特殊碳化物Fe3(W，Mo)，C、Mo2C、MoC、W2C、WC、Cr23C6。、Cr7C。等，這類碳化物的強(qiáng)度、硬度、熔點(diǎn)、耐磨性和穩(wěn)定性等都比滲碳體高。它們在加熱時(shí)若能溶人奧氏體中，可以提高鋼的高溫強(qiáng)度、淬透性和回火抗力等。 弱碳化物形成元素錳，一般形成合金滲碳體(Fe，Mo)3C，其熔點(diǎn)、硬度和穩(wěn)定性等都不如上述特殊碳化物，但是它易溶于奧氏體，會(huì)對鋼的淬透性和回火抗力產(chǎn)生較大的影響。 當(dāng)鋼中同時(shí)存在幾個(gè)碳化物形成元素時(shí)，會(huì)根據(jù)其與碳親和力的強(qiáng)弱不同，依次形成不同的碳化物。如鋼中含Ti、W、Mo及較高的碳量時(shí)，首先形成TiC，再形成

12、Fe，WaC或W2C，最后才形成(Fe，Mn)3C。 四. 合金元素對FeFe3C相圖的影晌1. 合金元素對r相區(qū)的影響合金元素溶人鐵中形成固溶體后，會(huì)對鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變溫度產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致r相區(qū)發(fā)生了擴(kuò)大或縮小， 擴(kuò)大r相區(qū)元素(能使r相區(qū)擴(kuò)大):鎳、錳、鈷、碳、氮、銅等,使A3，點(diǎn)下降，A4點(diǎn)上升。縮小r相區(qū)元素(能使r相區(qū)縮小):鉻、釩、鉬、鎢、鈦、鋁、硅、硼、鈮、鋯等,使A3點(diǎn)上升，A4點(diǎn)下降。 2. 合金元素對S點(diǎn)和E點(diǎn)的影響擴(kuò)大r區(qū)元素錳、鎳等會(huì)使S點(diǎn)和E點(diǎn)向左下方移動(dòng)；縮r區(qū)元素鉻、硅等會(huì)使S點(diǎn)和E點(diǎn)向左上方移動(dòng)，如鋼中加入合金元素以后，5點(diǎn)和E點(diǎn)的左移，意味著共析點(diǎn)

13、和萊氏體的含碳量降低。例如鋼中加入12r時(shí)，共析點(diǎn)的碳濃度約為o4C左右。由于這個(gè)因素，原本含0.5C的屬于亞共析鋼的碳素鋼就變成了屬于過共析的合金鋼了。同樣，含12C，的鋼當(dāng)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為1.5C時(shí)就出現(xiàn)了共晶萊氏體組織。合金元素加人鋼中還會(huì)引起共析轉(zhuǎn)變溫度的升高或下降，所以，在制訂合金鋼的熱處理工藝時(shí)，對加熱溫度度必須作相應(yīng)的調(diào)整。 五. 合金元素對鋼在加熱和冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變的影響1. 合金元素對鋼在加熱轉(zhuǎn)變時(shí)的影響1) 對奧氏體化的影響 將合金鋼加熱到Acl以上發(fā)生奧氏體相變時(shí)，合金元素對碳化物穩(wěn)定性的影響以及它們與碳在奧氏體中的擴(kuò)散能力直接控制了奧氏體的形成過程。 強(qiáng)碳化物形成元素

14、鈦、鈮、鋯等形成的碳化物穩(wěn)定性高，不易分解，同時(shí)還會(huì)提高碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能，阻礙碳的擴(kuò)散，從而延緩?qiáng)W氏體化過程。 非碳化物形成元素鎳、鈷等，則降低碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能，加速碳的擴(kuò)散，促進(jìn)奧氏體轉(zhuǎn)變。 因此，合金鋼在熱處理時(shí)，必須調(diào)整加熱溫度和保溫時(shí)間，以保證奧氏體轉(zhuǎn)變的順利進(jìn)行。2)對奧氏體晶粒尺寸的影響 除錳以外的大多數(shù)合金元素都有阻礙奧氏體晶粒長大的趨勢。強(qiáng)碳化物形成元素鈦、鋯、鈮、釩的作用尤為明顯，這是因?yàn)樗鼈冃纬傻暮辖鹛蓟锓€(wěn)定性高，而且多以彌散質(zhì)點(diǎn)分布在奧氏體晶界上，使晶界遷移阻力增大；鎢、鉬、鉻等對奧氏體晶粒長大的阻礙作用中等；非碳化物形成元素硅、鎳、銅等對奧氏體晶粒長大

15、影響不大；錳則促進(jìn)奧氏體晶粒長大，所以對錳鋼熱處理時(shí)，要嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間 2. 含金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響1) 對“C”曲線的影響：除鈷以外的大多數(shù)合金元素都不同程度地使C曲線右移，增大過冷奧氏體的穩(wěn)定性，提高鋼的淬透性。（只有當(dāng)合金元素完全溶人奧氏體中才會(huì)產(chǎn)生以上的作用，如果合金元素形成的碳化物未溶解完，就可能成為珠光體轉(zhuǎn)變的核心，反而會(huì)降低鋼的淬透性。）錳、硅、鎳等僅使C曲線右移而不改變其形狀；鉻、鎢、鉬、釩等在使C曲線右移的同時(shí)，還將珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變分成兩個(gè)區(qū)域。2) 對Ms點(diǎn)的影響： 除鈷、鋁以外，大多數(shù)合金元素溶人奧氏體中會(huì)降低鋼的Ms點(diǎn)，增加了鋼中的殘余奧氏體的

16、數(shù)量，對鋼的硬度和尺寸穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。合金元素降低M，點(diǎn)的強(qiáng)弱程度次序?yàn)椋哄i、鉻、鎳、鉬、鎢、硅 §6.4 合金結(jié)構(gòu)鋼 在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上添加一些合金元素就形成了合金結(jié)構(gòu)鋼。與碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，合金結(jié)構(gòu)鋼具有較高的淬透性，較高的強(qiáng)度和韌性。即用合金結(jié)構(gòu)鋼制造的各類機(jī)械零部件具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能，從而保證了零部件安全地使用。 一. 普通低合金結(jié)構(gòu)鋼1. 用途：普通低合金結(jié)構(gòu)鋼(簡稱普低鋼)是在低碳碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素(總Wme<3)得到的鋼。這類鋼比相同碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)碳素鋼的強(qiáng)度約高10一30，因此又常被稱為“低合金高強(qiáng)度鋼”。這類鋼被廣泛應(yīng)

17、用于橋梁、船舶、管道、車輛、鍋爐、建筑等方面，是一種常用的工程機(jī)械用鋼。 與低碳鋼相比，普低鋼不但具有良好的塑性和韌性以及焊接工藝性能，而且還具有較高的強(qiáng)度，較低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度和良好的耐腐蝕能力。因此，用普低鋼代替低碳鋼，可以減少材料和能源的損耗，減輕工程結(jié)構(gòu)件的自重，增加可靠性，還可以安全地使用在北方高寒地區(qū)和要求抵抗腐蝕的行業(yè)。 2. 成分特點(diǎn)： 1) 普低鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般不大于o2C（保證較好的塑性和焊接性能）。 2) 加入錳（是普低鋼的主加元素）平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(12515)Mn之間。錳可以溶人鐵素體起固溶強(qiáng)化作用，還可以通過對FeFe3C相圖中5點(diǎn)影響，增加組織中珠光體的量并使

18、之細(xì)化 3) 加入硅也是提高強(qiáng)度固溶強(qiáng)化 4) 加入鈮、釩 鈦等強(qiáng)碳化物形成元素，起到第二相彌散強(qiáng)化和阻礙奧氏體晶粒長大的作用 5) 加入銅、磷等元素則是為了提高鋼的抗腐蝕能力.普低鋼通常是在熱軋或正火狀態(tài)下使用，一般不再進(jìn)行熱處理。我國生產(chǎn)的常用普通低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分、性能和用途見表61。 二. 易切削鋼 為了提高鋼的切削加工性能，常常在鋼中加入一種或數(shù)種合金元素，形成了易切削鋼，常用的合金元素有硫、鉛、鈣、磷等。硫與鋼中的錳和鐵有較大的親和力，易形成MnS(或FeS)夾雜物。含硫的夾雜物會(huì)使切屑容易脆斷，還起起到減摩作用，減少切屑和刀具的接觸面積和粘附在刀刃上切屑的量，從而

19、降低了切削力和切削熱，降低工件表面的粗糙度值，延長了刀具的使用壽命。但是鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WS過高時(shí)，會(huì)形成低熔點(diǎn)共晶組織，產(chǎn)生熱脆現(xiàn)象。因此，一般在易切削鋼中,s%(0。08030)，Mn%(060一155)，當(dāng)硫化錳呈圓形勻勻分布時(shí)，在降低熱脆發(fā)生的同時(shí)，可以進(jìn)一步提高切削加工性能。鉛不溶于鐵，當(dāng)它以孤立的細(xì)小的顆粒(約3um)均勻分布在鋼中時(shí)，可以改善鋼的切削加工性能。鉛的加入會(huì)降低摩擦系數(shù)，使切屑變脆易斷，降低切削熱。鉛對鋼的冷熱加工性無明顯的不利影響，但當(dāng)鉛質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時(shí)，會(huì)造成偏析，惡化鋼的性能，一般將鉛控制在(0.150.25)Pb范圍之內(nèi)。 鈣在鋼中能形成高熔點(diǎn)鈣鋁硅酸鹽依附在刀

20、具上構(gòu)成一層薄薄的保護(hù)膜，降低刀具的磨損，延長其使用壽命。一般微量鈣(00010005)Ca的加入就可以明顯改善鋼在高速切削下的切削工藝性能。 對切削加工性能要求較高的，可選用硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的Y15；對焊接性能要求較高的，可選用硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的Y12；對強(qiáng)度有較高要求的，可選用Y30。車床絲杠一般選用錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的Y40Mn；而在自動(dòng)機(jī)床上加工的零件則大多選用低碳易切削鋼。常用易切削鋼的牌號及化學(xué)成分見表62。三. 滲碳鋼 用來制造滲碳零件的鋼稱為滲碳鋼。1. 工作條件和性能要求 某些機(jī)械零件如汽車和拖拉機(jī)的齒輪、內(nèi)燃機(jī)凸輪、活塞銷等在工作時(shí)經(jīng)常既承受強(qiáng)烈的摩擦磨損和交變應(yīng)力的作用，又承受著

21、較強(qiáng)烈的沖擊載荷的作用，一般的低碳鋼即使經(jīng)滲碳處理也難以滿足這樣的工作條件.為此在低碳鋼的基礎(chǔ)上添加一些合金元素形成的合金滲碳鋼，經(jīng)滲碳和熱處理后表面具有較高的硬度和耐磨性，心部則具有良好的塑性和韌性，同時(shí)達(dá)到了外硬內(nèi)韌的效果，保證了比較重要的機(jī)械零件在復(fù)雜工作條件下的正常運(yùn)行。2. 化學(xué)成分1) C：0.10o25，可保證心部有良好的塑性和韌性。2) 加入合金元素Ni、Cr、Mn、B等，作用是提高淬透性，強(qiáng)化鐵素體，改善表面和心部的組織與性能。鎳在提高心部強(qiáng)度的同時(shí)還能提高韌性和淬透性。3) 加入微量的Mo、W、V、Ti等合金元素.為了形成穩(wěn)定的合金碳化物，防止?jié)B碳時(shí)晶粒長大，提高滲碳層的硬

22、度和耐磨性。3. 熱處理特點(diǎn)預(yù)先熱處理一般采用正火工藝，滲碳后熱處理一般是淬火加低溫回火，或是滲碳后直接淬火。滲碳后工件表面碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可達(dá)到(o80一105)C，熱處理后表面滲碳層的組織是回火馬氏體+合金碳化物+殘余奧氏體，硬度可達(dá)到(6062)HRC。心部組織與鋼的淬透性和零件的截面尺寸有關(guān)，全部淬透時(shí)為低碳回火馬氏體+鐵素體，硬度為(4048)HRC。未淬透時(shí)為索氏體+鐵素體，硬度為(2540)HRC。4. 常用滲碳鋼按淬透性的高低不同，合金滲碳鋼可分為低、中、高淬透性鋼三類，詳見表6.3。1) 低淬透性合金滲碳鋼有15Cr、20Cr、20Mn2、20MnV等，這類鋼碳和合金元素總的質(zhì)量

23、分?jǐn)?shù)(Me<2)較低，淬透性較差，水淬臨界直徑約為(2035)mm，心部強(qiáng)度偏低。通常用來制造截面尺寸較小、受沖擊載荷較小的耐磨件，如活塞銷、小齒輪、滑塊等。這類鋼滲碳時(shí)心部晶粒粗化傾向大，尤其是錳鋼，因此當(dāng)它們的性能要求較高時(shí)，常常采用滲碳后再在較低的溫度下加熱淬火。2) 中淬透性合金滲碳鋼 有20CrMnTi、20CrMn、20CrMnMo、20MnVB等。這類鋼合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wMe4)較高，淬透性較好，油淬臨界直徑約為(2560)mm，滲碳淬火后有較高的心部強(qiáng)度?？伤碇谱鞒惺苤械葎?dòng)載荷的耐磨件，如汽車變速齒輪、花鍵軸套、齒輪軸、聯(lián)軸節(jié)等。這類鋼含碳化物形成元素丁i、V、Cr

24、等，滲碳時(shí)晶粒長大傾向較小，可采用滲碳后直接淬火工藝，提高了生產(chǎn)效率，并且節(jié)約了能源。3) 高淬透性合金滲碳鋼 有18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等。這類鋼的合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)更高(wMe75)，在鉻、鎳等多種合金元素共同作用下，淬透性很高，油淬臨界直徑大于lOOmm，淬火和低溫回火后心部有很高的強(qiáng)度。這類鋼主要用來制作承受重載和強(qiáng)烈磨損的零件，如內(nèi)燃機(jī)車的牽引齒輪、柴油機(jī)的曲軸和連桿等。 下面以合金滲碳鋼20CrMnTi制造汽車變速齒輪為例，說明其工藝路線的安排和熱處理工藝的選用。 20CrMnTi鋼制作汽車變速齒輪的生產(chǎn)工藝流程如下： 鍛造-正火一加工齒形一非滲碳部位鍍銅保護(hù)+滲碳

25、+預(yù)冷直接淬火+低溫回火一噴丸+磨齒(精磨)技術(shù)要求：滲碳層厚(1216)mm，表面碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10C；齒頂硬度(5860)HRC，心部硬度(30-45)HRC。預(yù)先熱處理正火的目的是改善鍛造不良組織和切削加工性。滲碳后預(yù)冷直接油淬+低溫回火，為的是保證表面獲得高硬度和高耐磨性，心部具有良好配合的強(qiáng)度和韌性。  四. 調(diào)質(zhì)鋼 經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的鋼稱為調(diào)質(zhì)鋼，根據(jù)是否含合金元素分為碳素調(diào)質(zhì)鋼和合金調(diào)質(zhì)鋼。1. 工作條件和性能要求 汽車、拖拉機(jī)、車床等其他機(jī)械上的重要零件如汽車底盤半軸、高強(qiáng)度螺栓、連桿等大多工作在受力復(fù)雜、負(fù)荷較重的條件下，要求具有較高水平的綜合力學(xué)性能，即要求較高的強(qiáng)

26、度與良好的塑性與韌性相配合。 但是不同的零件受力狀況不同，其對性能要求的側(cè)重也有所不同。整個(gè)截面受力都比較均勻的零件如只受單向拉、壓、剪切的連桿，要求截面處處強(qiáng)度與韌性都要有良好的配合。截面受力不均勻的零件如表層受拉應(yīng)力較大心部受拉應(yīng)力較小的螺栓，則表層強(qiáng)度比心部就要要求高一些。2. 化學(xué)成分 調(diào)質(zhì)鋼一般是中碳鋼，鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(o30o50)C之間，碳含量過低，強(qiáng)度、硬度得不到保證；碳含量過高，塑性、韌性不夠，而且使用時(shí)也會(huì)發(fā)生脆斷現(xiàn)象。合金調(diào)質(zhì)鋼的主加元素是Cr、鎳、硅、錳，它們的主要作用是提高淬透性，并能夠溶入鐵素體中使之強(qiáng)化，還能使韌性保持在較理想的水平。釩、鈦、鉬、鎢等能細(xì)化晶粒

27、，提高鋼的回火穩(wěn)定性。鉬、鎢還可以減輕和防止鋼的第二類回火脆性，微量硼對C曲線有較大的影響，能明顯提高淬透性。鋁則可以加速鋼的氮化過程。3. 熱處理特點(diǎn) 預(yù)先熱處理采用退火或正火工藝，目的是改善鍛造組織，細(xì)化晶粒，為最終熱處理作組織上的準(zhǔn)備最終熱處理是淬火十高溫回火，淬火加熱溫度在850·C左右，回火溫度在500650C之間。合金調(diào)質(zhì)鋼的淬透性較高，一般都在油中淬火，合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的鋼甚至在空氣中冷卻也可以得到馬氏體組織。為了避開第二類回火脆性發(fā)生區(qū)域，回火后通常進(jìn)行快速冷卻。 熱處理組織是回火索氏體，某些零件除了要求良好的綜合力學(xué)性能外，表面對耐磨性還有較高的要求，這樣在調(diào)質(zhì)

28、處理后還可以進(jìn)行表面淬火或氮化處理。 根據(jù)零件的實(shí)際要求，調(diào)質(zhì)鋼也可以在中、低溫回火狀態(tài)下使用，這時(shí)得到的組織是回火托氏體或回火馬氏體。它們的強(qiáng)度高于調(diào)質(zhì)狀態(tài)下的回火索氏體，但沖擊韌性值較低。4. 常用調(diào)質(zhì)鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼可按其淬透性的高低分為三類，詳見表64。1) 低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 多為錳鋼、硅錳鋼、鉻鋼、硼鋼，有40Cr、40MnB、40MnVB等。這類鋼合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(Me<25)較低，淬透性不高，油淬臨界直徑約為2040mm，常用來制作中等截面的零件如柴油機(jī)曲軸、連桿、螺栓等。 2) 中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 多為鉻錳鋼、鉻鉬鋼、鎳鉻鋼，有35CrMo、38CrMoAl、38Cr

29、Si、40CrNi等。這類鋼合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，油淬臨界直徑大于4060mm，常用來制作大截面、重負(fù)荷的重要零件如內(nèi)燃機(jī)曲軸、變速箱主動(dòng)軸等。(3)高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼多為鉻鎳鉬鋼、鉻錳鉬鋼、鉻鎳鎢鋼，有40CrNiMoA、40CrMnMo、25CrgNi4WA等。這類鋼合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，淬透性也很高，油淬臨界直徑大于60100mm。鉻和鎳的適當(dāng)配合，使此類鋼的力學(xué)性能更加優(yōu)異。主要用來制造截面尺寸更大、承受更重載荷的重要零件如汽輪機(jī)主軸、葉輪、航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸等。下面以40Cr鋼制作拖拉機(jī)連桿螺栓為例，說明生產(chǎn)工藝路線的安排和熱處理工藝的選用。連桿螺栓的生產(chǎn)工藝路線如下： 下料一鍛造一退

30、火(或正火)一粗加工+調(diào)質(zhì)一精加工一裝配技術(shù)要求：調(diào)質(zhì)處理后組織為回火索氏體，硬度為(3038)HRC。根據(jù)熱處理技術(shù)要求，制訂熱處理工藝所示。預(yù)先熱處理采用退火或正火，目的是改善鍛造組織，細(xì)化晶粒，改善切削加工性，為調(diào)質(zhì)處理作組織上的準(zhǔn)備。調(diào)質(zhì)處理是在840 C±10C加熱、油淬，然后在525C土25·C回火，水冷(防止第二類回火脆性)，最后得到強(qiáng)度、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度良好配合的回火索氏體組織。五. 彈簧鋼用來制造各種彈性零件如板簧、螺旋彈簧、鐘表發(fā)條等的鋼稱為彈簧鋼。1. 工作條件和性能要求 彈簧是廣泛應(yīng)用于交通、機(jī)械、國防、儀表等行業(yè)及日常生活中的重要零件，主要工作在

31、沖擊、振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)、彎曲等交變應(yīng)力下，利用其較高的彈性變形能力來貯存能量，以驅(qū)動(dòng)某些裝置或減緩震動(dòng)和沖擊作用。因此，彈簧必須有較高的彈性極限和強(qiáng)度，防止工作時(shí)產(chǎn)生塑性變形；彈簧還應(yīng)有較高的疲勞強(qiáng)度和屈強(qiáng)比，避免疲勞破壞；彈簧應(yīng)該具有較高的塑性和韌性，保證在承受沖擊載荷條件下正常工作；彈簧應(yīng)具有較好的耐熱性和耐腐蝕性，以便適應(yīng)高溫及腐蝕的工作環(huán)境；為了進(jìn)一步提高彈簧的力學(xué)性能，它還應(yīng)該具有較高的淬透性和較低的脫碳敏感性。 2. 化學(xué)成分 彈簧鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在(040一0，70)C之間，以保證其有較高彈性極限和疲勞強(qiáng)度，碳含量過低，強(qiáng)度不夠，易產(chǎn)生塑性變形；碳含量過高，塑性和韌性會(huì)降低。耐沖擊載荷能

32、力下降，碳素鋼制成的彈簧件力學(xué)性能較差，只能做一些工作在不太重要場合的小彈簧。合金彈簧鋼中的主加合金元素是硅和錳，主要是為了提高淬透性和屈強(qiáng)比，硅的作用比較明顯，但是硅會(huì)使彈簧鋼熱處理表面脫碳傾向增大，錳則會(huì)使鋼易于過熱。鉻、釩、鎢的加人為的是在減少彈簧鋼脫碳、過 熱傾向的同時(shí)，進(jìn)一步提高其淬透性和強(qiáng)度，這些元素可以提高過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使大截面彈簧得以在油中淬火，降低其變形、開裂的幾率。此外，釩還可以細(xì)化晶粒，鎢、鉬能防止第二類回火脆性，硼則有利于淬透性的進(jìn)一步提高。3. 熱處理特點(diǎn) 根據(jù)彈簧的尺寸和加工方法不同，可分為熱成型彈簧和冷成形彈簧兩大類，它們的熱處理工藝也不相同。 1) 熱成型

33、彈簧的熱處理 直徑或板厚大于1015mm的大型彈簧件，多用熱軋鋼絲或鋼板制成。先把彈簧加熱到高于正常淬火溫度5080的條件下熱卷成形，然后進(jìn)行淬火+中溫回火，獲得具有良好彈性極限和疲勞強(qiáng)度的回火托氏體，硬度為(4048)HRC。彈簧鋼淬火加熱應(yīng)選用少、無氧化的設(shè)備如鹽浴爐、保護(hù)氣氛爐等，防止氧化脫碳。彈簧熱處理后一般還要進(jìn)行噴丸處理，目的是強(qiáng)化表面，使表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，提高疲勞強(qiáng)度，延長使用壽命。 熱軋彈簧鋼采用熱成形制造板簧的工藝路線如下: 扁鋼剪斷一加熱壓彎成形后余熱淬火十中溫回火+噴丸一裝配2) 冷成型彈簧的熱處理 直徑小于8mm的小尺寸彈簧件，常用冷拔鋼絲冷卷成形。根據(jù)拉拔工藝不同，

34、冷成形彈簧可以只進(jìn)行去應(yīng)力處理或進(jìn)行常規(guī)的彈簧熱處理。冷拉鋼絲制造工藝及后續(xù)熱處理方法有以下三種： 鉛浴處理冷拉鋼絲 先將鋼絲連續(xù)拉拔三次，使總變形量達(dá)到50左右，然后加熱到Ac3，以上溫度使其奧氏體化，隨后在450550的鉛浴中等溫，使奧氏體全部轉(zhuǎn)化為索氏體組織，再多次冷拔至所需尺寸。這類彈簧鋼絲的屈服強(qiáng)度可達(dá)1600MPa以上，而且在冷卷成形后不必再進(jìn)行淬火處理，只要在200300C退火消除應(yīng)力即可。 油淬回火鋼絲 先將鋼絲冷拉到規(guī)定尺寸，再進(jìn)行油淬回火。這類鋼絲強(qiáng)度雖不如鉛浴處理的冷拉鋼絲，但是其性能均勻一致。在冷卷成形后，只要進(jìn)行去應(yīng)力回火處理，不再經(jīng)過淬火回火處理了。 退火狀態(tài)鋼絲

35、將鋼絲冷拉到所需尺寸，再進(jìn)行退火處理。軟化后的鋼絲冷卷成形后，需經(jīng)過淬火十中溫回火，以獲得所需的力學(xué)性能。 4. 常用彈簧鋼合金彈簧鋼根據(jù)合金元素不同主要有兩大類：1) 硅、錳為主要合金元素的彈簧鋼：65Mn、60Si2Mn等，常用來制作大截面的彈簧。2) 鉻、釩、鎢、鉬等為主要合金元素的彈簧鋼：50CrVA、60Si2CrVA等， 碳化物形成元素鉻、釩、鎢、鉬的加人，能細(xì)化晶粒，提高淬透性，提高塑性和韌性，降低過熱敏感性，常用來制作在較高溫度下使用的承受重載荷的彈簧。常用彈簧鋼的牌號、成分、熱處理、性能及用途如表6.5所示。 六. 滾動(dòng)軸承鋼用來制作各種滾動(dòng)軸承零件如軸承內(nèi)外套圈，

36、滾動(dòng)體(滾珠、滾柱、滾針等)的專用鋼稱為滾動(dòng)軸承鋼。1. 工作條件和性能要求 滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，滾動(dòng)體與套圈處于點(diǎn)或線接觸方式，接觸應(yīng)力在15005000MPa以上。而且是周期性交變承載，每分鐘的循環(huán)受力次數(shù)達(dá)上萬次，經(jīng)常會(huì)發(fā)生疲勞破壞使局部產(chǎn)生小塊的剝落。除滾動(dòng)摩擦外，滾動(dòng)體和套圈還存在滑動(dòng)摩擦，所以軸承的磨損失效也是十分常見的。因此，滾動(dòng)軸承必須具有較高的淬透性，高且均勻的硬度和耐磨性，良好的韌性、彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，在大氣及潤滑介質(zhì)下有良好的耐蝕性和尺寸穩(wěn)定性。2. 化學(xué)成分滾動(dòng)軸承鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般在(o95一110)C之間，以保證其獲得高強(qiáng)度、高硬度和高耐磨性。鉻是滾動(dòng)軸承

37、鋼的基本合金元素，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為(o4105)Cr。鉻的主要作用是提高淬透性和回火穩(wěn)定性，鉻能與碳作用形成細(xì)小彌散分布的合金滲碳體(Fe，Cr)，C，可以使奧氏體晶粒細(xì)化，減輕鋼的過熱敏感性，提高耐磨性，并能使鋼在淬火時(shí)得到細(xì)針狀或隱晶馬氏體，使鋼在保持高強(qiáng)度的基礎(chǔ)上增加韌性。但鉻的含量不易過高，否則淬火后殘余奧氏體的量會(huì)增加，碳化物呈不均勻分布，導(dǎo)致鋼的硬度、疲勞強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性等降低。對大型軸承(如鋼珠直徑超過3050mm的滾動(dòng)軸承)而言，還可以加入硅、錳、釩，進(jìn)一步提高淬、強(qiáng)度、耐磨性和回火穩(wěn)定性。滾動(dòng)軸承鋼的接觸疲勞強(qiáng)度等對雜質(zhì)和非金屬夾雜物的含量和分布比較敏感，因此，必須將硫、磷的質(zhì)量

38、分?jǐn)?shù)分別控制在o02S和o02P之內(nèi)，氧化物、硫化物、硅酸鹽等非金屬夾雜物含量和分布控制在規(guī)定的級別之內(nèi)。3. 熱處理特點(diǎn)滾動(dòng)軸承的預(yù)先熱處理采用球化退火，目的是得到細(xì)粒狀珠光體組織，降低鍛造后鋼的硬度，使其不高于210HBS，提高切削加工性能，并為零件的最終熱處理作組織上的準(zhǔn)備。滾動(dòng)軸承鋼的最終熱處理一般是淬火+低溫回火，淬火加熱溫度嚴(yán)格控制在820840，150160回火組織應(yīng)為回火馬氏體+細(xì)小粒狀碳化物+少量殘余奧氏體，硬度為(6165)HRC。 對于尺寸性穩(wěn)定要求很高的精密軸承，可在淬火后于一60一80進(jìn)行冷處理，消除應(yīng)力和減少殘余奧氏體的量，然后再進(jìn)行回火和磨削加工，為進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸

39、，最后采用低溫時(shí)效處理1,20130保溫510h。4. 常用滾動(dòng)軸承鋼 我國的滾動(dòng)軸承鋼大致可分為兩類：1) 鉻軸承鋼 目前我國的軸承鋼多屆此類鋼，其中最常見的是GCrl5，除用作中、小軸承外，還可制成精密量具、冷沖模具和機(jī)床絲杠等。 2) 其他軸承鋼含硅、錳等合金元素軸承鋼為了提高淬透性，在制造大型和特大型軸承常在鉻軸承鋼基礎(chǔ)上添加硅、錳等，如GCrl5SiMn。3) 無鉻軸承鋼為節(jié)約鉻，我國制成只有錳、硅、鉬、釩，而不含鉻的軸承鋼如GSiMnV、GSiMnMoV等，與鉻軸承鋼相比，其淬透性、耐磨性、接觸疲勞強(qiáng)度、鍛造性能較好，但是脫碳敏感性較大且耐蝕性較差。4) 滲碳軸承鋼為進(jìn)一步提高耐磨

40、性和耐沖擊載荷可采用滲碳軸承鋼，如用于中小齒輪、軸承套圈、滾動(dòng)件G20CrMo、G20CrNiMo；用于沖擊載荷的大型軸承的Gg0Cr2Ni4A。常用滾動(dòng)軸承鋼的牌號、成分、熱處理及用途見表66。 §6.5 合金工具鋼在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加人一定種類和數(shù)量的合金元素，用來制造各種刃具、模具、量具等用鋼就稱為合金工具鋼。與碳素工具鋼相比，合金工具鋼的硬度和耐磨性更高，而且還具有更好的淬透性、紅硬性和回火穩(wěn)定性。因此常被用來制作截面尺寸較大、幾何形狀較復(fù)雜、性能要求更高的工具。 一. 刃具鋼 用來制造車刀、銑刀、銼刀、絲錐、鉆頭、板牙等刃具的鋼統(tǒng)稱為刃具鋼。1. 工作條

41、件和性能要求刀具在切削加工零件時(shí)，在受到零件的反作用的同時(shí)受到與零件及切屑的摩擦力，刀具經(jīng)受磨損。切削速度越快，摩擦越嚴(yán)重，刃部溫度越高，甚至?xí)_(dá)到500600。在被加工對象不同時(shí)，刃具還常受到?jīng)_擊和振動(dòng)。 因此刃具鋼必須具有以下性能才能得以正常工作。1) 高硬度刃具的硬度必須大于被加工零件才能使零件被加工成形，一般切削刀具的刃口硬度都在60HRC以上。2) 高耐磨性耐磨性是影響刃具尤其是銼刀等使用壽命和工作效率的主要因素之一。刃具鋼的耐磨性取決于鋼的硬度、韌性和鋼中碳化物的種類、數(shù)量、尺寸、分布等。3) 高紅硬性紅硬性是鋼在高溫下保持高硬度的能力。刃具工作時(shí)，刃部的溫度很高，大都超過了碳素工

42、具鋼的軟化溫度。所以紅硬性的高低是衡量刃具鋼的重要指標(biāo)之一，紅硬性的高低與鋼的回火穩(wěn)定性和合金碳化物彌散沉淀有關(guān)。4) 良好配合的強(qiáng)度、塑性和韌性能使刃具在沖擊或震動(dòng)載荷等作用下正常工作，防止脆斷、崩刃等破壞。2. 低合金刃具鋼 對于某些低速而且走刀量較小的機(jī)用工具，以及要求不太高的刃具，可用碳素工具鋼T7、T8、T10、T12等制作。碳素工具鋼價(jià)格低廉，加工性能好，經(jīng)適當(dāng)熱處理后可獲得較高的硬度和良好的耐磨性。但是其淬透性差，回火穩(wěn)定性和紅硬性不高，不能用作對性能有較高要求的刀具。為了克服碳素工具鋼的不足之處，在其基礎(chǔ)上加(3一5)Me的合金元素就形成了低合金刃具鋼。1) 化學(xué)成分低合金刃具

43、鋼碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)大都在(o75一15)C之間，以保證獲得較高的硬度和耐磨性。加入錳、硅、鉻、釩、鎢等合金元素改善了鋼的性能，錳、硅、鉻主要作用是提高淬透性，硅還能提高回火穩(wěn)定性，鎢、釩等與碳形成細(xì)小彌散的合金碳化物，提高硬度和耐磨性，細(xì)化晶粒，進(jìn)一步增加回火穩(wěn)定性。 2) 熱處理特點(diǎn)低合金刃具鋼的預(yù)先熱處理是球化退火，目的是改善鍛造組織和切削加性能，最終熱處理是淬火+低溫回火。組織為回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體，具有較高的硬度和耐磨性。下面以9SiCr鋼制造的圓板牙為例說明其熱處理特點(diǎn)和工藝路線的安排。 圓板牙是切削加工外螺紋的刀具，要求鋼中碳化物均勻分布，熱處理后硬度和耐磨性較高，而

44、且齒形變形小。其制造工藝路線安排如下： 下料-球化退火一機(jī)加工+淬火+低溫回火+磨平面一拋槽-開口9SiCr圓板牙的球化退火采用等溫處理工藝，組織為粒狀珠光體，硬度在(1924)HBS之間，適宜切削加工。淬火+低溫回火工藝，先在600650預(yù)熱，目的是縮短隨后的淬火保溫時(shí)間，減輕氧化脫碳的可能性。在850870加熱保溫后，迅速轉(zhuǎn)移到160一200的硝鹽槽中進(jìn)行分級淬火，降低淬火時(shí)的變形。然后在190一200低溫回火，降低殘余應(yīng)力，保留較高的硬度值(6063)HRC 3) 常用低合金刃具鋼常用的低合金刃具鋼有9SiCr、9Mn2V、CnWMn等，其中以9SiCr鋼應(yīng)用為多。這類鋼淬透性、耐磨性等

45、明顯高于碳素工具鋼，而且變形量小，主要用于制造截面尺寸較大、幾何形狀較復(fù)雜、加工精度要求較高、切割速度不太高的板牙、絲錐、鉸刀、搓絲板等。常用低合金刃具鋼的牌號、成分、熱處理及用途見表67。3. 高速鋼 高速鋼是一種高合金工具鋼，含鎢、鉬、鉻、釩等合金元素，總量超過10Me。高速鋼優(yōu)于其他工具鋼的主要之處是其具有良好的紅硬性，在切削零件刃部溫度高達(dá)600時(shí)，硬度仍不會(huì)明顯降低。因此，高速鋼刃具能以比低合金工具鋼高得多的切削速度加工零件，故冠名高速鋼以示其特性，常用于車刀、銑刀、高速鉆頭等。1) 化學(xué)成分 高速鋼的碳平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，一般為(o70一150)C。高碳一方面是保證與鎢、鉬等諸多合金

46、元素形成大量的合金碳化物，阻礙奧氏體晶粒長大，提高回火穩(wěn)定性。另一方面是在加熱時(shí)使奧氏體含一定量的碳、淬火得到的馬氏體有較高的硬度和耐磨性。 鎢是使高速鋼具有較高紅硬性的主要元素，鎢在鋼中主要以Fe4W2C形式存在，加熱時(shí)部分Fe4WzC溶人奧氏體中，淬火時(shí)存在于馬氏體中，使鋼的回火穩(wěn)定性得以提高·。當(dāng)于560回火時(shí)，鎢會(huì)以彌散的特殊碳化物W2C的形式出現(xiàn)，形成了“二次硬化”現(xiàn)象，對鋼在高溫下保持高硬度有較大的貢獻(xiàn)。加熱時(shí)部分未溶的Fe4W2C則會(huì)阻礙奧氏體晶粒長大，降低過熱敏感性和提高耐磨性。合金元素鉬的作用與鎢相似，一份鉬可代替兩份鎢，而且鉬還能提高韌性和消除第二類回火脆性。但是

47、含鉬較高的高速鋼脫碳和過熱敏感性較大。 鉻在高速鋼中的主要作用是提高淬透性、硬度和耐磨性。鉻主要以Cr23C6。形式存在，這種碳化物在高速鋼的正常淬火加熱溫度下幾乎全部溶解，對阻礙奧氏體晶粒長大不起作用，但是溶人奧氏體中會(huì)明顯提高淬透性和回火穩(wěn)定性。高速鋼中鉻含量一般都在4Cr左右，過高了會(huì)增加殘余奧氏體量，過低淬透性則達(dá)不到要求。釩的主要作用是細(xì)化晶粒，提高硬度和耐磨性。釩碳化物為V4C：或VC，比鎢、鉬、鉻碳化物都穩(wěn)定，而且是細(xì)小彌散分布，加熱時(shí)很難溶解，對奧氏體晶粒長大有很大的阻礙作用，并能有效地提高硬度和耐磨性。高溫回火時(shí)也會(huì)產(chǎn)生“二次硬化”現(xiàn)象，但是提高紅硬性的作用不如鎢、鉬明顯。2

48、) 熱處理特點(diǎn)高速鋼的碳及合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)皆較高，屬于萊氏體鋼，鑄態(tài)組織有粗大、魚骨狀的共晶碳化物，分布不均勻，會(huì)使強(qiáng)度下降，脆性增加，并且不能通過熱處理來改變碳化物分布，只有通過鍛造將其去碎，使其均勻分布，鍛后必須緩冷。高速鋼因其化學(xué)成分的特點(diǎn)，其熱處理具有淬火加熱溫度高、回火次數(shù)多等特點(diǎn)。下面以W18Cr4V鋼制造盤形齒輪銑刀)為例，說明其熱處理工藝選用和生產(chǎn)工藝路線的制定。(1) 球化退火 高速鋼鍛造后的硬度很高，只有經(jīng)過退火降低硬度才能進(jìn)行切削加工。一般采用球化退火降低硬度，消除鍛造應(yīng)力，為淬火作組織上的準(zhǔn)備。球化退火后組織為索氏體和均勻分布的合金碳化物所組成(2) 淬火十回火 W18

49、Cr4V鋼盤形齒輪銑刀的淬火回火工藝高速鋼中含大量合金元素，導(dǎo)熱性差。為避免加熱過程產(chǎn)生變形開裂，一般在800840預(yù)熱，截面尺寸較大的零件可在500650多進(jìn)行一次預(yù)熱。合金元素只有溶人高速鋼中才能有效地提高其紅硬性，高速鋼淬火加熱溫度對奧氏體成分的影響如。所以，高速鋼淬火溫度都比較高，一般在1270加熱，但是溫度也不可過高，否則奧氏體晶粒長大明顯，殘余奧氏體量也會(huì)增加。高速鋼淬透性高，一般采用油冷，截面尺寸小的刀具，在空氣中即可淬硬。對于形狀復(fù)雜、要求小變形的刀具，先將其淬人580620的中性鹽浴中分級均溫，然后再空冷，可防止變形、開裂。W18Cr4V鋼淬火組織是馬氏體+殘余奧氏體+粒狀碳

50、化物。其殘余奧氏體量高達(dá)30。為了減少殘余奧氏體，穩(wěn)定組織，消除應(yīng)力，提高紅硬性，高速鋼要進(jìn)行多次回火：W18Cr4V鋼硬度和回火溫度的關(guān)系，隨回火溫度提高，鋼的硬度開始呈下降趨勢，大于300后，硬度反而隨溫度升高而提高，在570C左右達(dá)到最高值。這是因?yàn)闇囟壬?，馬氏體中析出了細(xì)小彌散的特殊碳化物W2C、VC等，造成了第二相的彌散強(qiáng)化效應(yīng)，此外由于部分碳及合金元素從殘余奧氏體中析出，M點(diǎn)升高，鋼在回火冷時(shí)，部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，發(fā)生了“二次淬火”，使硬度升高。以上兩個(gè)因素就是高速鋼回火出現(xiàn)“二次硬化”的根本原因，當(dāng)回火溫度大于560時(shí)，碳化物發(fā)生聚集長大，導(dǎo)致硬度下降。高速鋼淬火后要在

51、560回火三次是因?yàn)橐淮位鼗鸩荒芡耆龤堄鄪W氏體，第一次回火后，殘余奧氏體量由30降為15左右，第二次回火后還有57，第三次回火后殘余奧氏體減少為1一2。而且，后一次回火可消除前一次回火時(shí)馬氏體轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。W18Cr4V鋼淬火十三次回火后組織為回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體。3) 常用高速鋼我國常用高速鋼有鎢系鋼如W18Cr4V，紅硬性和加工性能好，鎢鉬系鋼如W5M。5Cr4V2，耐磨性、熱塑性和韌性較好，但脫碳敏感性較大，而且磨削性能不如鎢系鋼。近年來，我國又開發(fā)出含鈷、鋁等超硬高速鋼，這類鋼能更大限度地溶解合金元素，提高紅硬性，但是脆性較大，有脫碳傾向。常用高速鋼的牌號、成分、

52、 二. 模具鋼用作冷沖壓模、熱鍛壓模、擠壓模、壓鑄模等模具的鋼稱為模具鋼。根據(jù)性質(zhì)和使用條件的不同，可分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。1. 冷作模具鋼冷作模具鋼是用于在室溫下對金屬進(jìn)行變形加工的模具，包括冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模、拉絲模、落料模等。1) 工作條件和性能要求處于工作狀態(tài)的冷作模具承受著強(qiáng)烈的沖擊載荷和摩擦、很大的壓力和彎曲力的作用，主要的失效破壞形式包括磨損、變形和開裂等，因此冷作模具鋼要求具有較高的硬度和耐磨性，良好的韌性和疲勞強(qiáng)度。截面尺寸較大的模具還要求具有較高的淬透性，高精度模具則要求熱處理變形小。2) 化學(xué)成分為保證獲得高硬度和高耐磨性，冷作模具鋼碳的質(zhì)量分

53、數(shù)較高，大多超過1oC，有的甚至高達(dá)20C。鉻是冷作模具鋼中的主要合金元素，能提高淬透性，形成Cr7C3?；?Cr，F(xiàn)e)7C3。等碳化物，能明顯提高鋼的耐磨性。錳可以提高淬透性和強(qiáng)度，鎢、鉬、釩等與碳形成細(xì)小彌散的碳化物，除了進(jìn)一步提高淬透性、耐磨性、細(xì)化晶粒外，還能提高回火穩(wěn)定性、強(qiáng)度和韌性。3) 熱處理特點(diǎn) 冷作模具鋼熱處理的目的是最大限度地滿足其性能要求，以便能正常工作，現(xiàn)以Crl2MoV冷作模具專用鋼制造沖孔落料模為例來分析熱處理工藝方法及制定生產(chǎn)工藝路線。沖孔落料模的示意圖，凸、凹模均要求硬度在(5860)HRC之內(nèi)，要求具有較高的耐磨性、強(qiáng)度和韌性，較小的淬火變形。為此，設(shè)計(jì)其生

54、產(chǎn)工藝路線如下：鍛造一退火一機(jī)加工+淬火+回火+精磨或電火花加工一成品Crl2MoV鋼的組織與性能與高速鋼相類似，合金元素含量較高，鍛后空冷易出現(xiàn)馬氏體組織，一般鍛后都采用緩冷。鋼中有萊氏體組織，可以通過鍛造使其破碎，并均勻分布。鍛后退火工藝與高速鋼的等溫退火工藝相似，退火后硬度小于255HBS，可進(jìn)行機(jī)械加工。Crl2MoV鋼的淬火十回火工藝，淬火溫度較低，低溫回火后鋼的耐磨性和韌性較高，組織為回火馬氏體+殘余奧氏體+合金碳化物，硬度為(5860)HRC。如果要求模具具有較高的紅硬性，能夠在400450條件下工作，則要進(jìn)行“二次硬化法”處理，將淬火加熱溫度提高到11001150，此時(shí)由于鋼中

55、出現(xiàn)了大量的殘余奧氏體，硬度僅為(4250)HRC，但是隨后在510520'C高溫下三次回火，析出了細(xì)小彌散的合金碳化物及殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，產(chǎn)生“二次硬化”現(xiàn)象，硬度回升到(6062)HRC，紅硬性也較好，但是淬火加熱溫度較高，組織粗化會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度和韌性下降。4) 常用冷作模具鋼對于幾何形狀比較簡單、截面尺寸和工作負(fù)荷不太大的模具可用高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼T8A、T10A、T12A和低合金刃具鋼9SiCr、9Mn2V、CrWMn等，它們耐磨性較好，淬火變形不太大。對于形狀復(fù)雜、尺寸和負(fù)荷較大的模具多用Crl2型鋼如Crl2、Crl2MoV鋼或W18Cr4V等，它們淬透性、耐磨性和強(qiáng)度較

56、高，淬火變形較小。常用合金冷作模鋼的牌號、化學(xué)成分、熱處理及用途見表69。2. 熱作模具鋼 熱作模具鋼是用于制造在受熱狀態(tài)下對金屬進(jìn)行變形加工的模具，包括熱鍛模、熱擠壓模、熱鐓模、壓鑄模、高速鍛模等。1) 工作條件和性能要求熱作模具鋼在工作時(shí)經(jīng)常接觸熾熱的金屬，型腔表面溫度高達(dá)400600。金屬在巨大的壓應(yīng)力、張應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和沖擊載荷作用下，與型腔作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損。工作過程中還要反復(fù)受到冷卻介質(zhì)冷卻和熱態(tài)金屬加熱的交替作用，模具工作面出現(xiàn)熱疲勞“龜裂紋”。因此，為使熱作模具正常工作，要求模具用鋼在較高的工作溫度下具有良好的強(qiáng)韌性，較高的硬度、耐磨性、導(dǎo)熱性、抗熱疲勞能力，較高的

57、淬透性和尺寸穩(wěn)定性。 2) 化學(xué)成分熱作模具鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般保持在(o3一o6)C之間，以獲得所需的強(qiáng)度、硬度、耐磨性和韌性，碳含量過高，會(huì)導(dǎo)致韌性和導(dǎo)熱性下降；碳含量過低，強(qiáng)度、硬度、耐磨性難以保證。鉻能提高淬透性和回火穩(wěn)定性；鎳除與鉻共存時(shí)可提高淬透性外，還能提高綜合力學(xué)性能；錳能提高淬透性和強(qiáng)度，但是有使韌性下降的趨勢；鉬、鎢、釩等能產(chǎn)生二次硬化，提高紅硬性、回火穩(wěn)定性、抗熱疲勞性、細(xì)化晶粒，鉬和鎢還能防止第二類回火脆性。3) 熱處理特點(diǎn)熱作模具鋼熱處理的目的主要是提高紅硬性、抗熱疲勞性和綜合力學(xué)性能，最終熱處理一般為淬火斗高溫(或中溫)回火，以獲得均勻的回火索氏體(或回火托氏體)?，F(xiàn)以5CrMnMo鋼制造板牙熱鍛模為例來分析熱處理工藝方法及制定生產(chǎn)工藝路線。板牙熱鍛模的示意圖，要求硬度