第六章合金鋼

1、 教 學(xué) 要 求 主 要 內(nèi) 容 本 章 重 點(diǎn) 本 章 小 結(jié) 習(xí) 題 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章教 學(xué) 要 求 通過學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)了解合金元素在鋼中的通過學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)了解合金元素在鋼中的作用，熟悉合金鋼的分類和編號(hào)方法。作用，熟悉合金鋼的分類和編號(hào)方法。 掌握合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼的化學(xué)成分掌握合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn)、組織和性能特點(diǎn)，以及它特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn)、組織和性能特點(diǎn)，以及它們的應(yīng)用。們的應(yīng)用。 了解特殊性能合金鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)、熱了解特殊性能合金鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn)及應(yīng)用。對(duì)于常用典型鋼種，要求學(xué)處理特點(diǎn)及應(yīng)用。對(duì)于常用典型鋼種，要求學(xué)生會(huì)制定熱處理工藝路線

2、和實(shí)際應(yīng)用。生會(huì)制定熱處理工藝路線和實(shí)際應(yīng)用。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章增刊按一般期刊給予獎(jiǎng)勵(lì)。主 要 內(nèi) 容第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述第二節(jié)第二節(jié) 合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用第三節(jié)第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼第四節(jié)第四節(jié) 合金工具鋼合金工具鋼第五節(jié)第五節(jié) 特殊性能鋼特殊性能鋼 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章本 章 重 點(diǎn) 合金元素在鋼中的作用。合金元素在鋼中的作用。 合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼的化學(xué)成分合金結(jié)構(gòu)鋼和合金工具鋼的化學(xué)成分特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn)、組織和性能特點(diǎn)，以特點(diǎn)、熱處理特點(diǎn)、組織和性能特點(diǎn)，以及它們的應(yīng)用。及它們的應(yīng)用。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章第六章 合 金 鋼 第一節(jié) 概 述 合金鋼為

3、了改善鋼的組織和性能，在碳鋼的基礎(chǔ)上，有目的地加入一些元素而制成的鋼。 加入的元素稱為 合金元素 。常用的合金元素有錳、鉻、鎳、硅、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鈷、鈮、銅、鋁、硼、稀土 (RE) 等。 根據(jù)我國的資源情況，富產(chǎn)的元素有硅、錳、鉬、鎢、釩、硼及稀土元素，而鉻、鎳，特別是鈷稀缺。選用合金鋼時(shí)，應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，優(yōu)先考慮我國資源豐富的鋼種。 與碳鋼相比，合金鋼的性能顯著提高，應(yīng)用日益廣泛，但價(jià)格高于碳鋼。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 一、合金鋼的分類 (一) 按用途分類 1、合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造各種機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。主要包括低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼等

4、。 2、合金工具鋼用于制造各種工具的鋼。主要包括合金刃具鋼、合金模具鋼和合金量具鋼等。 3、特殊性能鋼具有某種特殊物理或化學(xué)性能的鋼。主要包括不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等等。 (二) 按合金元素的總含量分類 1、低合金鋼。合金元素總含量Me 10。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (三) 按正火后的組織分類 將一定截面的試樣 (25mm) ，在靜止空氣中冷卻后，按所得組織可分為珠光體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼和鐵素體鋼等。 二、合金鋼的編號(hào) (一) 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由三部分組成，即“兩位數(shù)字+元素符號(hào)十?dāng)?shù)字”。 前面兩位數(shù)字代表鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬倍；元素符號(hào)代表鋼中所含的合金元素，其后面的數(shù)字

5、表示該元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百倍，當(dāng)其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)Me 1.5時(shí)一般只標(biāo)出元素符號(hào)而不標(biāo)數(shù)字，當(dāng)其Me 1.5、2.5、3.5時(shí)，則在元素符號(hào)后相應(yīng)地標(biāo)出2、3、4。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 例如60Si2Mn鋼，表示平均c = 0.6，平均si 1.5，平均Mn 1.5的合金結(jié)構(gòu)鋼。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)后面加符號(hào)“A”。 （二) 合金工具鋼 合金工具鋼牌號(hào)的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，區(qū)別僅在于碳含量的表示方法不同。當(dāng)平均c1，cr約為12，Mo、V都小于1.5的合金工具鋼。 高速鋼不論其碳含量多少，在牌號(hào)中都不予標(biāo)出，但當(dāng)合金的其它成分相同，僅碳含量不同時(shí)，則在碳含量高的牌號(hào)前冠以“C”字母，

6、如W6M05Cr4V2鋼和CW6M05Cr4V2鋼，前者c =0.80.9，后者 c = 0.951.05，其余成分相同。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (三) 特殊性能鋼 特殊性能鋼的牌號(hào)表示方法與合金工具鋼的基本相同，只是當(dāng)其平均 c 0.03 和 c0.08 時(shí)，在牌號(hào)前分別冠以 “00”及 “0”。 如 0Crl9Ni9 鋼表示平均c0.08，cr 19，Ni 9的不銹鋼。 (四) 滾動(dòng)軸承鋼 高碳高鉻軸承鋼屬于專用鋼，為了表示其用途，在牌號(hào)前加以“G” (“滾”字的漢語拼音首字母) ，鉻含量以其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍來表示，碳的含量不標(biāo)出，其它合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼同。 例如 GCrl5Si

7、Mn 鋼，表示平均c = 1.5，Si 和Mn 都小于1.5 的滾動(dòng)軸承鋼。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章第二節(jié)第二節(jié) 合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用 一、強(qiáng)化鐵素體 大多數(shù)合金元素都能溶于鐵素體，形成合金鐵素體。合金元素 溶人鐵素體后，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，使其強(qiáng)度、硬度升高，塑性和韌性下降。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 二、形成合金碳化物 合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小，可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。 非碳化物形成元素有：鎳、鈷、銅、硅、鋁、氮、硼等。它們不與碳形成碳化物而固溶于鐵的晶格中，或形成其它化合物。 鋼中形成的合金碳化物主要有以下兩類： (1) 合金滲碳體。它是合金元

8、素溶人滲碳體 (置換其中的鐵原子) 所形成的化合物。合金滲碳體與Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)相同，但比Fe3C略為穩(wěn)定，硬度也略高，是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。 (2) 特殊碳化物。它是中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素與碳形成的化合物，其晶格類型與滲碳體完全不同。特殊碳化物，特別是間隙相碳化物，比合金滲碳體具有更高的熔點(diǎn)、硬度與耐磨性，也更穩(wěn)定，不易分解。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 在鋼中存在彌散分布的特殊碳化物時(shí)，將顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度與耐磨性而不降低韌性，這對(duì)提高工具鋼的使用性能極為有利。 三、阻礙奧氏體晶粒長大 強(qiáng)碳化物形成元素釩、鈮、鋯、鈦等容易形成特殊碳化物，鋁在鋼中常以AIN、Al2O3的細(xì)小

9、質(zhì)點(diǎn)存在，它們都彌散地分布在奧氏體晶界上，由于比較穩(wěn)定，不易分解溶入奧氏體，從而對(duì)奧氏體晶粒長大起機(jī)械阻礙作用。因此，合金鋼 (除錳鋼外) 在淬火加熱時(shí)不易過熱，有利于獲得細(xì)馬氏體組織，同時(shí)也有利于提高加熱溫度，使奧氏體中溶入更多的合金元素，以改善鋼的淬透性和性能。這是合金鋼的重要特點(diǎn)之一。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 四、提高鋼的淬透性 合金元素(除鈷外)溶入奧氏體后，都能降低原子擴(kuò)散速度，增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線位置向右移動(dòng) (見圖6-3) ，臨界冷卻速度減 小，從而提高鋼的淬透 性。 注意：若合金元素 未溶人奧氏體，將不能 增加奧氏體的穩(wěn)定性， 因而也就不能提高鋼的 淬透性，反而會(huì)降低

10、鋼 的淬透性。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 五、提高淬火鋼的耐回火性性 耐回火性淬火鋼在回火時(shí)，抵抗軟化(強(qiáng)度，硬度下降)的能力。 淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變都是依靠原子的擴(kuò)散進(jìn)行的。由于合金元素溶人馬氏體，使原子擴(kuò)散速度減慢，因而在回火過程中，馬氏體不易分解，殘余奧氏體不易轉(zhuǎn)變，碳化物不易析出，析出后也不易聚集長大。這就使淬火鋼的強(qiáng)度、硬度下降緩慢，提高了鋼抵抗軟化的能力，即提高了鋼的耐回火性。 合金鋼的耐回火性高于碳鋼，在相同的回火溫度下，合金鋼比相同含碳量的碳鋼具有更高的強(qiáng)度和硬度；在達(dá)到相同硬度的情況下，合金鋼可以在較高的溫度下回火。 高的耐回火性使鋼在較高溫度下仍能保持高的硬度和耐磨性。 鋼在高溫

11、( 550 ) 下保持高硬度 (60HRC) 的能力叫熱硬性。這種性能對(duì)工具鋼具有重要的意義。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼 一、低合金結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分特點(diǎn)是低碳(c 0.20)、低合金元素(一般合金元素總量Me3) ，以錳為主加元素，并輔加以釩、鈦、鈮、硅、銅、磷等，有時(shí)還加入微量稀土元素。 性能特點(diǎn)： 1、具有高的屈服強(qiáng)度與良好的塑性和韌性。其屈服強(qiáng)度比碳鋼提高3050以上，尤其是屈強(qiáng)比 (sb ) 提高得更明顯。 2、良好的焊接性。由于這類鋼的含碳量低，合金元素少，塑性好，不易在焊縫區(qū)產(chǎn)生淬火組織及裂紋，且成分中的碳化物形成元素釩、鈦、鈮可抑制焊縫區(qū)的晶粒長大，故它的

12、焊接性良好。 3、較好的耐蝕性。加入銅、磷，提高了鋼材抵抗海水、大氣、土壤腐蝕的能力。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 低合金結(jié)構(gòu)鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，其組織為鐵素體和珠光體。被廣泛用于橋梁、船舶、車輛、建筑、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道等。 常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能及用途見教材表 6-1。其中16Mn是我國發(fā)展最早、產(chǎn)量最大、各種性能配合較好的鋼材，故應(yīng)用最廣。 二、合金滲碳鋼 滲碳鋼是指經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火后使用的鋼。 它主要用于制造表面承受強(qiáng)烈摩擦和磨損，同時(shí)承受動(dòng)載荷特別是沖擊載荷的機(jī)器零件。這類零件都要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有較高的強(qiáng)度和足夠的韌性。 滲碳鋼可分為碳素滲

13、碳鋼和合金滲碳鋼。 碳素滲碳鋼 (c=0.100.20%) 由于淬透性低，僅能在表面獲得高的硬度，而心部得不到強(qiáng)化，故只適用于較小的滲碳件。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 合金滲碳鋼的平均c一般在0.10.25之間，以保證滲碳件心部有足夠高的塑性與韌性。 合金滲碳鋼的性能特點(diǎn)： 1、滲碳淬火后，滲碳層硬度高，具有優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度； 2、滲碳件心部具有高的韌性和足夠高的強(qiáng)度； 3、具有良好的熱處理工藝性能，在高的滲碳溫度(900950)下奧氏體晶粒不易長大，淬透性也較好。 合金滲碳鋼的熱處理，一般是滲碳后直接淬火和低溫回火。 熱處理后滲碳層的組織由回火馬氏體+粒狀合金碳化物+少量殘余奧氏體組成

14、，表面硬度一般為5864HRC。心部組織與鋼的淬透性及工件截面尺寸有關(guān)，完全淬透時(shí)為低碳回火馬氏體，硬度為4048HRC；多數(shù)情況下，是由托氏體+回火馬氏體+少量鐵素體組成，硬度為2540HRC。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 常用滲碳鋼的牌號(hào)、熱處理、性能和用途見教材表6-2。 20CrMnTi 是應(yīng)用最廣泛的合金滲碳鋼，可用來制造汽車、拖拉機(jī)的變速齒輪。為了節(jié)約鉻，常用 20Mn2B 或 20MnVB 等鋼代替20CrMnTi。 三、合金調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)鋼通常是指經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的鋼，般為中碳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼。它主要用于制造承受多種載荷、受力復(fù)雜的零件，如機(jī)床主軸、連桿、汽車半軸、重要的螺

15、栓和齒輪等。 合金調(diào)質(zhì)鋼的平均c在0.250.50之間。碳含量過低，不易淬硬，回火后達(dá)不到所需硬度；碳含量過高，則韌性不足。主加元素有鉻、鎳、錳、硅、硼等，以增加鋼的淬透性，同時(shí)還強(qiáng)化鐵素體。輔加元素有鉬、鎢、釩、鈦等，主要是防止淬火加熱產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，細(xì)化晶粒和提高回火穩(wěn)定性，進(jìn)一步改善鋼的性能。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 合金調(diào)質(zhì)鋼具有良好的淬透性、熱處理工藝性及良好的綜合力學(xué)性能。 合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理一般為淬火后高溫回火（調(diào)質(zhì))，組織為回火索氏體，具有高的綜合力學(xué)性能。 若零件表層要求有很高的耐磨性，可在調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行表面淬火或化學(xué)熱處理等。 40Cr鋼是典型的合金調(diào)質(zhì)鋼，其強(qiáng)度比40鋼高2

16、0，并有良好的塑性和淬透性，因此被廣泛用于各類機(jī)械設(shè)備的主軸，汽車半軸、連桿及螺栓、齒輪等。 常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)、熱處理、性能及用途見教材中表6-3。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 四、合金彈簧鋼 彈簧鋼是指用來制造各種彈簧和彈性元件的鋼。彈簧是利用其在工作時(shí)產(chǎn)生的彈性變形來吸收能量，以緩和振動(dòng)和沖擊，或依靠彈性儲(chǔ)存能量，以驅(qū)動(dòng)機(jī)件完成規(guī)定的動(dòng)作。因此，要求彈簧材料具有高的彈性極限，尤其要具有高的屈強(qiáng)比，高的疲勞強(qiáng)度以及足夠的塑性和韌性。 合金彈簧鋼的平均c在0.450.70之間，以保證高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度。 彈簧鋼根據(jù)彈簧尺寸和成形方法的不同，其熱處理方法也不同。 1、熱成形彈簧 當(dāng)彈簧絲直徑或

17、鋼板厚度大于1015mm時(shí)，一般采用熱成形。其熱處理是在成形后進(jìn)行淬火和中溫回火，獲得回火托氏體組織，具有高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度，硬度為4045HRC。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 2、冷成形彈簧 對(duì)于直徑小于8-10mm的彈簧，一般采用冷拔鋼絲冷卷而成。 若彈簧鋼絲是退火狀態(tài)的，則冷卷成形后還需淬火和中溫回火； 若彈簧鋼絲是鉛浴索氏體化狀態(tài)或油淬回火狀態(tài)，則在冷卷成形后不需再進(jìn)行淬火和回火處理，只需進(jìn)行一次200-300的去應(yīng)力退火，以消除內(nèi)應(yīng)力，使彈簧定形。 彈簧經(jīng)熱處理后，一般還要進(jìn)行噴丸處理，使表面強(qiáng)化，并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高彈簧的疲勞強(qiáng)度和壽命。 60Si2Mn鋼是應(yīng)用最廣的合金彈

18、簧鋼，被廣泛用于制造汽車、拖拉機(jī)上的板簧、螺旋彈簧及安全閥用彈簧等。 彈簧鋼也可進(jìn)行淬火及低溫回火處理，用以制造高強(qiáng)度的耐磨件，如彈簧夾頭、機(jī)床主軸等。 常用合金彈簧鋼的牌號(hào)、熱處理、性能和用途見教材中表6-4。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 五、五、滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼 滾動(dòng)軸承鋼是用來制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體 (滾針、滾柱、滾珠) 、內(nèi)外套圈的專用鋼。 滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，滾動(dòng)體與內(nèi)、外套圈之間是點(diǎn)接觸或線接觸，接觸應(yīng)力極大；滾動(dòng)或滑動(dòng)摩擦，易使軸承工作表面產(chǎn)生接觸疲勞破壞與磨損，因而要求滾動(dòng)軸承材料具有高的硬度和耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度、足夠的韌性和一定的耐蝕性。 滾動(dòng)軸承鋼是高碳鉻鋼，平均c為0.951

19、.15，以保證軸承鋼具有高的強(qiáng)度、硬度和形成足夠的碳化物以提高耐磨性。 合金元素鉻的作用是提高淬透性，并形成細(xì)小均勻分布的合金滲碳體，以提高鋼的硬度、接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性。在制造大型軸承時(shí)，為了進(jìn)一步提高淬透性，還向鋼中加入硅、錳等合金元素。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 滾動(dòng)軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和低溫回火。 球化退火為預(yù)先熱處理，其目的是降低鋼的硬度以利于切削加工，并為淬火作好組織上的準(zhǔn)備。 淬火和低溫退火是決定軸承鋼性能的最終熱處理，獲得的組織為極細(xì)的回火馬氏體、細(xì)小而均勻分布的粒狀碳化物和少量的殘余奧氏體，硬度為6165HRC。 對(duì)于精密軸承零件，為了保證尺寸的穩(wěn)定性，可在淬火后進(jìn)

20、行一次冷處理，以減少殘余奧氏體的量，然后低溫回火、磨削加工，最后再進(jìn)行一次人工時(shí)效，消除磨削產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸。 GCrl5、GCrl5SiMn鋼是應(yīng)用最多的軸承鋼。前者用作中、小型滾動(dòng)軸承，后者用于較大型滾動(dòng)軸承。 常用滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)、成分、熱處理及用途見教材中表6-5。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章第四節(jié) 合金工具鋼 合金工具鋼按主要用途分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼三大類。 一、合金刃具鋼 合金刃具鋼主要用來制造刀具，如車刀、銑刀、鉆頭、絲錐等。 對(duì)刃具鋼的性能要求是：高的硬度和耐磨性，高的熱硬性，足夠的強(qiáng)度、塑性和韌性。 合金刃具鋼分為低合金刃具鋼和高速鋼兩類。 (一) 低合金刃具鋼

21、低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素的鋼。其c = 0.751.5的范圍內(nèi)，以保證鋼的淬硬性和形成合金碳化物的需要。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 由于合金元素的加入量不大，故鋼的熱硬性仍不太高，一般工作溫度不得高于300。 9SiCr是最常用的低合金刃具鋼，被廣泛用來制造各種薄刃工具，如板牙、絲錐、鉸刀等。 低合金刃具鋼的熱處理與碳素工具鋼基本相同。 刃具毛坯鍛造后的預(yù)先熱處理采用球化退火，切削加工后的最終熱處理采用淬火和低溫回火。 最終熱處理后的組織為細(xì)回火馬氏體、粒狀合金碳化物及少量的殘余奧氏體，一般硬度可達(dá)6065HRC。 常用低合金刃具鋼的牌號(hào)、熱處理、性能及用途見教材中表6-

22、6。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (二) 高速鋼 用高速鋼制作的刃具在使用時(shí)，能以比低合金刃具鋼刀具更高的切削速度進(jìn)行切削，因而被稱為高速鋼。 它的特點(diǎn)是熱硬性高達(dá)600，切削時(shí)能長時(shí)間保持刃口鋒利，故又稱為“鋒鋼”，并且具有高的強(qiáng)度、硬度和淬透性。淬火時(shí)在空氣中冷卻即可得馬氏體組織，因此，又俗稱為“風(fēng)鋼”、“白鋼”。 1高速鋼的成分特點(diǎn) 高速鋼的含碳量較高，c在0.751.60的范圍內(nèi)，高的碳含量是為了在淬火后獲得高碳馬氏體，并保證形成足夠的碳化物，從而保證其高硬度、高的耐磨性和良好的熱硬性。 鉻在高速鋼淬火加熱時(shí)，幾乎全部溶人奧氏體中，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，從而顯著提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性。釩

23、是強(qiáng)碳化物形成元素，其碳化物VC非常穩(wěn)定，極難溶解，硬度極大 (可達(dá)8385HRC) ，從而提高鋼的硬度和耐磨性。未溶的VC能顯著阻礙奧氏體長大。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 2高速鋼的鍛造 高速鋼鑄態(tài)組織中含有大量的魚骨狀碳化物 (見圖6-4)，分布很不均勻，顯著降低了鋼的力學(xué)性能，特別是韌性。而且用熱處理方法不能根本改變碳化物的分布狀態(tài)，只能用反復(fù)鍛造的方法將碳化物 打碎，并使其盡可能均勻分布。 鍛造比最好大于10，鍛后必 須緩冷，以免開裂。 3高速鋼的熱處理 高速鋼的熱處理包括退火、淬火和回火，其特點(diǎn)是退火溫度低，淬火溫度高，回火溫度高且次數(shù)多。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (1) 退火。為了消除坯

24、料在鍛造時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降硬度，細(xì)化晶粒，為切削加工和淬火作準(zhǔn)備，高速鋼在鍛后必須及時(shí)進(jìn)行球化退火。 退火溫度為 Acl+3050，退火后的組織為索氏體和粒狀合金碳化物，硬度為 207255HBW。 (2) 淬火。高速鋼的淬火加熱溫度很高(12001300)，目的是為了使碳化物盡可能多地溶人奧氏體，從而提高淬透性、回火穩(wěn)定性和熱硬性。 由于高速鋼的導(dǎo)熱性較差，故淬火加熱時(shí)必須進(jìn)行一至二次預(yù)熱。如圖6-5所示。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (3) 回火。高速鋼淬火后應(yīng)立即回火，一般在550570回火三次。 在此溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，鎢、鉬、釩的碳化物從馬氏體和殘余奧氏體中析出，呈彌散分布，使鋼的硬度明顯上

25、升；同時(shí)由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，也使硬度上升，從而形成二次硬化，保證了鋼的高硬度、高耐磨性及熱硬性。 進(jìn)行多次回火，其目的是為了逐步減少殘余奧氏體的量和消除內(nèi)應(yīng)力。高速鋼回火后的組織為回火馬氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體，硬度可達(dá)63 66HRC。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 4常用的高速鋼 常用的高速鋼有 W18Cr4V、W6M05Cr4V2 和W9M03Cr4V 三種。 W18Cr4V 是我國發(fā)展最早的高速鋼，其特點(diǎn)是熱硬性較高，過熱敏感性較小，加工性好。 W6M05Cr4V2 鋼是用鉬代替一部分鎢而發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是具有良好的熱塑性，碳化物分布較均勻，耐磨性和韌性也較好，正在逐步取代

26、W18Cr4V 鋼。 W9M03Cr4V 鋼是近幾年發(fā)展起來的通用型高速鋼，具有上述兩種鋼的共同優(yōu)點(diǎn)，比 W18Cr4V 鋼的熱塑性好，比W6M05Cr4V2 鋼的脫碳傾向小，硬度高，因此得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。 常用高速鋼的牌號(hào)、熱處理、硬度及用途見教材中表 6-7。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 二、二、合金模具鋼合金模具鋼 模具鋼可分為冷作模具鋼和熱作模具鋼。 (一) 冷作模具鋼 冷作模具鋼用于制造使金屬在冷態(tài)下產(chǎn)生變形的模具，如冷沖模、冷擠壓模、冷鐓模、拉絲模等。 這些模具在工作中要承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力和強(qiáng)烈的摩擦，要求具有高的硬度 (5862HRC) 和耐磨性，足夠的強(qiáng)度和韌性，同

27、時(shí)要求熱處理變形小。 冷作模具鋼的化學(xué)成分、熱處理特點(diǎn)基本上與刃具鋼相似。對(duì)于小型冷作模具，可用碳素工具鋼和低合金刃具鋼制造。如T10A、9SiCr、CrWMn、9Mn2V 等。 其熱處理一般也是球化退火、淬火和低溫回火。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 對(duì)于大型模具常用 Cr12 型鋼制造。Cr12 型鋼是最常用的冷作鋼，牌號(hào)有 Cr12 和 Cr12MoV 等。 Cr12 型鋼的最終熱處理有兩種方法： 1、低溫淬火和低溫回火法 (一次硬化法) 這種方法可使模具獲得高硬度和高耐磨性，淬火變形小。一般承受較大載荷和形狀復(fù)雜的模具采用此法處理。 2、高溫淬火和高溫 (510520) 多次回火法 (二次硬化

28、法)這種方法能使模具獲得高的熱硬性和耐磨性，但韌性較差。一般承受強(qiáng)烈摩擦，在400450條件下工作的模具適用此法。 Cr12 型鋼經(jīng)淬火及回火后的組織為回火馬氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (二) 熱作模具鋼 熱作模具鋼用于制造在受熱狀態(tài)下對(duì)金屬進(jìn)行變形加工的模具，如熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。 這類模具在工作中除承受較大的沖擊載荷、很大的壓力、彎曲力外，還受到熾熱金屬在模腔中流動(dòng)所產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦力，同時(shí)還受到反復(fù)的加熱和冷卻。因此，要求熱作模具鋼應(yīng)具有高的熱硬性和高溫耐磨性，良好的綜合力學(xué)性能，高的熱疲勞強(qiáng)度和較好的抗氧化能力，同時(shí)還要求具有高的淬透性、導(dǎo)熱性。 熱

29、作模具鋼一般是中碳合金鋼，其c = 0.30.6，以保證鋼具有高強(qiáng)度、高韌性、較高的硬度(3552HRC)和較高的熱疲勞強(qiáng)度。 熱鍛模具鋼的最終熱處理與調(diào)質(zhì)鋼相似，淬火后高溫 (550左右) 回火，以獲得回火索氏體回火托氏體組織。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 熱壓模具鋼的熱處理是淬火后在略高于二次硬化峰值的溫度 (600左右) 回火23次，獲得的組織為回火馬氏體和粒狀碳化物，以保證模具的熱硬性。 制作熱鍛模的典型鋼種有5CrMnMo和5CrNiMo鋼。 制作熱壓模的常用鋼為3Cr2W8V鋼。 三、合金量具鋼 量具在使用過程中經(jīng)常受到磨損和碰撞。因此，要求量具鋼必須具備高硬度 (6265HRC) 、高

30、耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性及足夠的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)還要求熱處理變形小等。 對(duì)于形狀簡單、尺寸較小、精度要求不高的量具(如簡單卡規(guī)、低精度量塊等)，可用碳素工具鋼T10A、T12A制造；或用滲碳鋼(20、15Cr等) 制造，并經(jīng)滲碳淬火處理；或用中碳鋼(50、60鋼等) 制造，并經(jīng)高頻表面淬火處理。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 精度要求高或形狀復(fù)雜的量具，一般用合金工具鋼或滾動(dòng)軸承鋼 (如9SiCr、Cr2、CrWMn、GCrl5等) 制造。 量具的最終熱處理主要是淬火和低溫回火，目的是獲得高硬度和高耐磨性。 對(duì)于精度要求高的量具，為保證尺寸穩(wěn)定性，常在淬火后立即進(jìn)行一次冷處理，以降低組織中的殘余奧氏體量

31、。 在低溫回火后還應(yīng)進(jìn)行一次穩(wěn)定化處理 (100150、2436h) ，以進(jìn)一步穩(wěn)定組織和尺寸，并消除淬火內(nèi)應(yīng)力。 有時(shí)在磨削加工后，還要在120150保溫8h進(jìn)行二次穩(wěn)定化處理，以消除磨削產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，從而進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章第五節(jié) 特殊性能鋼 一、不銹鋼 (一) 馬氏體不銹鋼 這類鋼的c = 0.110.4，cr = 1214，屬于鉻不銹鋼。馬氏體不銹鋼只在氧化性介質(zhì)中耐腐蝕，在非氧化性介質(zhì)中耐蝕性很低，而且隨鋼中含碳量的增多，耐蝕性下降。 鋼中碳含量較低的1Cr13、2Cr13鋼，具有良好的抗大氣、海水、蒸汽等介質(zhì)腐蝕的能力，且有較好的塑性和韌性，用于制造耐腐蝕的結(jié)

32、構(gòu)零件。如汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥和醫(yī)療器械等。碳含量較高的3Cr13、3Cr13Mo鋼，熱處理后硬度可達(dá)50HRC左右，強(qiáng)度也較高，用于制造防銹的醫(yī)用手術(shù)工具及刃具、不銹鋼軸承、彈簧等。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 馬氏體不銹鋼的熱處理：用作高強(qiáng)零件時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，如1Crl3、2Crl3；用作彈性元件時(shí)進(jìn)行淬火和中溫回火處理；用作工具和刃具時(shí)進(jìn)行淬火和低溫回火處理。 (二) 鐵素體不銹鋼 常用鐵素體不銹鋼的c 0.12，cr = 1230，也屬于鉻不銹鋼，典型鋼種是 Cr17 型不銹鋼。 這類鋼由于碳含量降低，鉻含量又較高，使鋼從室溫加熱到高溫 (9601100) ，其組織始終是單相鐵素體，故其耐腐

33、蝕性(對(duì)硝酸、氨水等) 和抗氧化性 (在700以下) 均較好。但其強(qiáng)度低，不能用熱處理強(qiáng)化。因此，主要用于要求較高耐腐蝕性而受力不大的構(gòu)件，如化工設(shè)備中的容器、管道，食品工廠的設(shè)備等。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (三) 奧氏體不銹鋼 奧氏體不銹鋼是應(yīng)用最廣的不銹鋼，典型鋼種是18-8型 不 銹 鋼 ， 屬 于 鉻 鎳 不 銹 鋼 。 這 類 鋼 含 碳 量 很 低(c0.12) ，cr = 1719，Ni = 812。有時(shí)還向鋼中加入鈦、鈮、鉬等，以防晶界腐蝕。 這類鋼在室溫下為單相奧氏體組織，加熱時(shí)沒有相變發(fā)生，故奧氏體不銹鋼具有很好的塑性、韌性和焊接性，強(qiáng)度、硬度低、無磁性，耐腐蝕性和耐熱性很

34、好，但切削加工性較差，易粘刀和產(chǎn)生加工硬化。 這類鋼廣泛用于在強(qiáng)腐蝕介質(zhì) (硝酸、磷酸及堿水溶液等)中工作的設(shè)備、管道、貯槽等，還廣泛用于要求無磁性的儀表、儀器元件等。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 奧氏體不銹鋼鋼的熱處理主要是固溶處理。奧氏體不銹鋼在退火狀態(tài)下是奧氏體和少量的碳化物組織。為了獲得單相奧氏體組織，提高鋼的耐蝕性，并使鋼軟化，將鋼加熱到1100左右，使所有碳化物都溶人奧氏體，然后水淬快冷至室溫，即得單相奧氏體組織。這種處理方法稱為固溶處理。 對(duì)于含鈦或鈮的鋼，在固溶處理后還應(yīng)進(jìn)行穩(wěn)定化處理，以防晶界腐蝕的發(fā)生。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 二、耐熱鋼 在高溫下具有一定的熱穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的鋼稱為

35、耐熱鋼。 按照性能，耐熱鋼可分為： 抗氧化鋼在高溫下具有較好的抗氧化及抗其它介質(zhì)腐蝕的性能； 熱強(qiáng)鋼在高溫時(shí)具有較高的強(qiáng)度和良好的抗氧化、抗腐蝕性能。 按照組織類型，耐熱鋼可分為：珠光體耐熱鋼、鐵素體耐熱鋼、奧氏體耐熱鋼及馬氏體耐熱鋼等。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (一) 珠光體耐熱鋼 珠光體耐熱鋼是低合金耐熱鋼，鋼中含的合金元素總量不超過35。故耐熱性不高。 主要用于工作溫度在600以下，承受載荷不大的耐熱零件，如鍋爐鋼管、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、耐熱緊固件、石油熱裂裝置等。 常用鋼號(hào)有 15CrMo、12CrMoV、35CrMoV 等。這類鋼一般在正火、回火狀態(tài)下使用，組織為細(xì)珠光體或索氏體+部分鐵素體。

36、 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (二) 鐵素體耐熱鋼 鐵素體耐熱鋼的碳含量較低 (c0.20)、鉻含量高(cr11)，并含有一定量的硅、鋁等，以提高鋼的抗氧化能力，加入少量的氮，主要是提高鋼的強(qiáng)度。 這類鋼的抗氧化性能高(鉻含量越高，抗氧化性越高)，但高溫強(qiáng)度仍較低，焊接性較差，主要用于制造工作溫度較高、受力不大的構(gòu)件，如退火爐罩、吊掛、熱交換器、噴嘴、滲碳箱等。 常用鋼號(hào)有0Cr13Al、2Cr25N等。 主要熱處理是退火，其目的是消除鋼在冷加工時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (三) 馬氏體耐熱鋼 馬氏體耐熱鋼含有大量的鉻，并含有鉬、鎢、釩等合金元素，以提高鋼的再結(jié)晶溫度和形成穩(wěn)定的碳化物，

37、加入硅以提高鋼的抗氧化能力和強(qiáng)度。 這類鋼的抗氧化性、熱強(qiáng)性均高，硬度和耐磨性良好，淬透性也很好。廣泛用于制造工作溫度在650以下、承受較大載荷且要求耐磨的零件，如汽輪機(jī)葉片、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣閥等。 常用鋼號(hào)有1Cr13Mo、4Cr9Si2、1Crl2WMoV等。 馬氏體耐熱鋼一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用，組織為回火索氏體。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 (四) 奧氏體耐熱鋼 奧氏體耐熱鋼與奧氏體不銹鋼一樣，含有大量的鉻和鎳，以保證鋼的抗氧化性和高溫強(qiáng)度，并使組織穩(wěn)定。加入鈦、鉬、鎢等元素是為了形成彌散分布的碳化物，以進(jìn)一步提高鋼的高溫強(qiáng)度。 這類鋼的耐熱性優(yōu)于珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼，并具有很好的冷塑性變

38、形性能和焊接性能，塑性、韌性也較好，但切削加工性較差。這類鋼廣泛用于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、航空、艦艇、電爐等工業(yè)部門。如加熱爐管、爐內(nèi)傳送帶、爐內(nèi)支架、汽輪機(jī)葉片、內(nèi)燃機(jī)重負(fù)荷排氣閥等。 常用鋼號(hào)有 0Cr18NillTi、4Cr14Ni14W2Mo 等。 這類鋼與奧氏體不銹鋼一樣，需經(jīng)過固溶處理等才能使用。若零件的工作溫度超過700，則應(yīng)考慮選用鎳基、鐵基、鉬基耐熱合金及陶瓷合金等。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 三、耐磨鋼 耐磨鋼是指在強(qiáng)大沖擊和擠壓條件下才能硬化的高錳鋼，其典型鋼種是ZGMn13型。它的主要成分為c = 0.91.45，Mn = 1114。這種鋼極易產(chǎn)生加工硬化，使切削加工困難。因此

39、，大多數(shù)高錳鋼零件都是鑄造成形的。 高錳鋼的鑄態(tài)組織為奧氏體和粗大的碳化物(沿晶界析出)，力學(xué)性能低，尤其是韌性和耐磨性低。只有使高錳鋼獲得單相奧氏體組織，才能使鋼在使用時(shí)顯示出良好的耐磨性和韌性。 使高錳鋼獲得單相奧氏體組織的方法是“水韌處理”，即將鋼加熱到10501100保溫，使碳化物全部溶人奧氏體，然后在水中快冷以防止碳化物析出，使鋼在室溫下獲得均勻單一的奧氏體組織。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 當(dāng)高錳鋼零件在工作中受到強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大擠壓力作用時(shí)，表面因塑性變形會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，而使表面硬度顯著提高到500550HBW，因而獲得高的耐磨性，心部仍保持原來的高韌性狀態(tài)。 當(dāng)舊表面磨損后，新露

40、出的表面又可在沖擊和摩擦作用下形成新的耐磨層。因此，這種鋼具有很高的耐磨性和抗沖擊能力。 高錳鋼在一般機(jī)器零件的工作條件下并不耐磨。高錳鋼主要用于制造車輛履帶、破碎機(jī)顎板、球磨機(jī)襯板、挖掘機(jī)鏟斗、鐵路道岔、防彈鋼板等。 高錳鋼的牌號(hào)、成分及適用范圍見GB/T56801998。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章小 結(jié) 為了提高碳素鋼的力學(xué)性能、工藝性能或某些特殊的物理、化學(xué)性能，特意加入合金元素所獲得的鋼種，稱為合金鋼。 合金元素的加入，改變了鋼的組織結(jié)構(gòu)和性能，可以提高鋼的淬透性，細(xì)化晶粒，防止回火脆性，提高鋼的回火穩(wěn)定性，增加韌性，提高鋼的耐蝕性或耐熱性。合金鋼常分為合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼。

41、 合金結(jié)構(gòu)鋼用于制造重要的工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件，如齒輪、螺栓、螺桿、軸、彈簧和軸承等。它們的淬透性、強(qiáng)度和韌性優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼，具有較高的硬度、塑性、耐磨性和優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。 機(jī)械制造基礎(chǔ) 第六章 合金工具鋼用于制造尺寸較大、形狀較復(fù)雜的各類刀具、磨具和量具等。它們一般含有較高的碳和合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，不但硬度和耐磨性高于碳素工具鋼，而且還具有更優(yōu)良的淬透性、紅硬性和回火穩(wěn)定性。 特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)或力學(xué)性能的鋼，在機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)用較多的有不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等。 不銹鋼廣泛用于化工設(shè)備、管道、汽輪機(jī)葉片、醫(yī)用器械等。耐熱鋼要求在高溫下具有一定的抗氧化、抗腐蝕性能，又要求高溫強(qiáng)度高。高錳耐磨鋼常