第七章碳素鋼與合金鋼

1、第七章第七章 碳素鋼與合金鋼碳素鋼與合金鋼 鋼是以鐵、碳為主要成分的合金，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般小于2.11%，按化學(xué)成分可以分為碳素鋼（簡稱為碳鋼）與合金鋼兩大類。 第一節(jié)第一節(jié) 鋼的分類與編號鋼的分類與編號 一、鋼的分類一、鋼的分類 1按用途分類 （1）結(jié)構(gòu)鋼 包括建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼兩類。建筑及工程用結(jié)構(gòu)鋼是指用于建筑、橋梁、船舶、鍋爐或其它工程上制造金屬結(jié)構(gòu)的鋼，如碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼等；機(jī)械制造用結(jié)構(gòu)鋼是指用于制造機(jī)械設(shè)備中結(jié)構(gòu)零件的鋼，包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼等。 （2）工具鋼 工具鋼是指用于制造各種工具的鋼，按工具用途不同，可分為刃具鋼、模具鋼

2、和量具鋼。 （3）特殊性能鋼 特殊性能鋼是指用特殊方法生產(chǎn)、具有特殊物理、化學(xué)性能或力學(xué)性能的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼、超高強(qiáng)度鋼等。 2按化學(xué)成分分類 （1）碳素鋼 碳素鋼是指碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%，并含有少量錳、硅、硫、磷等雜質(zhì)元素的鐵碳合金。按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可分為低碳鋼（wC0.25%）、中碳鋼（wC=0.25%0.6%）、高碳鋼（wC0.6%）。 （2）合金鋼 合金鋼是指在碳鋼的基礎(chǔ)上，為了改善鋼的性能，在冶煉時有目的地加入一些元素（稱為合金元素）而獲得的多元合金。按合金元素總的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可分為低合金鋼（wMe5%）、中合金鋼（wMe=5%10%）、高合金鋼（wMe10%）。

3、另外，根據(jù)鋼中主要合金元素種類不同，還可將合金鋼分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳鈦鋼等。 3按質(zhì)量分類 根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)硫、磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少可分為普通質(zhì)量鋼（wS=0.035%0.050%，wP=0.035%0.045%）、優(yōu)質(zhì)鋼（wS0.035%，wP0.035%）、高級優(yōu)質(zhì)鋼（wS=0.020%0.030%，wP=0.025%0.030%）、特級優(yōu)質(zhì)鋼（wS0.015%，wP0.025%）。 4按冶煉時脫氧程度和澆注制度分類 （1）沸騰鋼 沸騰鋼是指脫氧不完全的鋼，澆注時在鋼錠模里產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象，因而得名。其特點是材料利用率高，成本低，組織不致密，力學(xué)性能較低。 （2）鎮(zhèn)靜鋼 鎮(zhèn)靜鋼是指脫氧完全

4、的鋼，澆注時鋼液鎮(zhèn)靜，沒有沸騰現(xiàn)象，故稱為鎮(zhèn)靜鋼。其特點是組織致密，力學(xué)性能較高，質(zhì)量均勻，但成本較高，材料利用率較低。 （3）半鎮(zhèn)靜鋼 它是脫氧程度介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼，澆注時沸騰現(xiàn)象較沸騰鋼弱。其質(zhì)量、成本、材料利用率均介于沸騰鋼與鎮(zhèn)靜鋼之間，生產(chǎn)過程較難控制，故使用量不大。 （4）特殊鎮(zhèn)靜鋼 特殊鎮(zhèn)靜鋼是指采用特殊脫氧工藝冶煉的脫氧完全的鋼，其脫氧程度、質(zhì)量及性能比鎮(zhèn)靜鋼高。 二、鋼的編號二、鋼的編號 1碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由“屈”字漢語拼音的字首Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D）和脫氧方法符號（F、b、Z、TZ）四個部分按順序組成。例如，Q235-AF表示屈服

5、點為235MPa、A級質(zhì)量的沸騰鋼。F、b、Z、TZ依次表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、特殊鎮(zhèn)靜鋼，一般Z和TZ在牌號表示中可省略。 2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾。例如，45表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼按錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，分為普通錳（wMn=0.25%0.80%）和較高錳（wMn=0.70%1.20%）兩組，較高錳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在兩位數(shù)字后面再加符號Mn，如65Mn。如果是沸騰鋼則在兩位數(shù)字后面加符號F，如08F。專用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼在牌號尾部加用途符號，如鍋爐用鋼表示為20g。 3碳素工具鋼

6、 碳素工具鋼的牌號由“碳”字漢語拼音的字首T與數(shù)字組成，數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分之幾。例如，T8表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。如果是高級優(yōu)質(zhì)鋼則在數(shù)字后面加符號A，如T8A。較高錳（wMn=0.40%0.60%）的碳素工具鋼則在數(shù)字后面加符號Mn，如T8Mn、T8MnA。 4鑄造碳鋼 鑄造碳鋼的牌號由“鑄”、“鋼”二字漢語拼音的字首ZG與兩組數(shù)字組成，第一組數(shù)字表示屈服點的數(shù)值（單位為MPa），第二組數(shù)字表示抗拉強(qiáng)度（單位為MPa）。例如，ZG200-400表示最低屈服點為200 MPa，最低抗拉強(qiáng)度為400 MPa的鑄造碳鋼。 5低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)

7、構(gòu)鋼的牌號由“屈”字漢語拼音的字首Q、屈服點數(shù)值、質(zhì)量等級符號（A、B、C、D、E）和脫氧方法符號（F、b、Z、TZ）四個部分按順序組成。例如，Q390A表示屈服點為390MPa、A級質(zhì)量的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。一般Z和TZ在牌號表示中可省略。 6合金結(jié)構(gòu)鋼與合金彈簧鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼與合金彈簧鋼的牌號由兩位數(shù)字、元素符號與數(shù)字組成，前面兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分之幾，元素符號表示鋼中所含合金元素，元素符號后面的數(shù)字則表示該元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百分之幾。合金元素的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%時，一般只標(biāo)明元素符號而不標(biāo)含量；當(dāng)平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%、2.5%、3.5%，時，則在合金元素符號后面分別用

8、數(shù)字2、3、4，表示其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)。例如，40Cr表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%，平均鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%的合金結(jié)構(gòu)鋼。如果是高級優(yōu)質(zhì)鋼則在牌號的后面加符號A，如38CrMoAlA。 7滾動軸承鋼 滾動軸承鋼的牌號由“滾”字漢語拼音的字首G、元素符號Cr和數(shù)字組成，數(shù)字表示鋼中平均鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分之幾。例如，GCr15表示平均鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%的滾動軸承鋼。在滾動軸承鋼的牌號中不表示碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。若含有其它合金元素時，這些合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼的相同，如GCr15SiMn。由于滾動軸承鋼都是高級優(yōu)質(zhì)鋼，所以在牌號后面就不用再加符號A了。 8合金工具鋼 合金工具鋼的牌號也是由數(shù)

9、字、元素符號與數(shù)字組成的，前面的數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分之幾，但當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%時，則不予標(biāo)出。合金元素及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼的相同。例如，9SiCr表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%、平均硅、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于1.5%的合金工具鋼。 對于高速工具鋼，無論其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少，在牌號中均不予表示，如W18Cr4V。 合金工具鋼與高速工具鋼都是高級優(yōu)質(zhì)鋼，在牌號后面也不必再標(biāo)符號A。 9不銹鋼與耐熱鋼 不銹鋼與耐熱鋼的牌號表示方法與合金工具鋼的基本相同，只是當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.08%及0.03%時，在牌號前分別冠以“0”及“00”，如0Cr21Ni5Ti、00Cr30Mo2等。第二節(jié)

10、第二節(jié) 常存雜質(zhì)對鋼的影響常存雜質(zhì)對鋼的影響 一、錳一、錳 錳在鋼中作為雜質(zhì)存在時，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.8%以下，它主要來源于煉鋼的原料生鐵及脫氧劑錳鐵合金。錳有很好的脫氧能力，能將鋼中的FeO還原成鐵，改善鋼的質(zhì)量；錳還能與硫優(yōu)先形成MnS，從而減輕硫的有害作用，降低鋼的脆性，改善鋼的熱加工性能；在室溫下，大部分錳溶于鐵素體中，起固溶強(qiáng)化作用。錳是一種有益雜質(zhì)。 二、硅二、硅 硅在鋼中作為雜質(zhì)存在時，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.4%以下，它主要來源于生鐵及脫氧劑硅鐵合金。硅有較強(qiáng)的脫氧能力，能消除FeO對鋼的不良影響；在室溫下，硅能溶入鐵素體中，起固溶強(qiáng)化作用。硅也是一種有益雜質(zhì)。 三、硫三、硫 硫

11、是由生鐵及燃料帶入到鋼中的雜質(zhì)。固態(tài)下硫在鐵中的溶解度極小，一般是以FeS形式存在于鋼中。由于FeS塑性很差，故硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較多的鋼脆性較大；FeS與Fe能形成低熔點（985）的共晶體，分布于奧氏體晶界上，當(dāng)鋼加熱到約1200進(jìn)行熱加工時，晶界上的共晶體熔化，使鋼材在熱加工過程中沿晶界開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。為了消除硫的有害作用，必須增加鋼中錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。化合物MnS的熔點高（1620），并呈顆粒狀分布，高溫下具有一定的塑性，可避免熱脆現(xiàn)象的產(chǎn)生。 硫化物是非金屬夾雜物，它的存在會降低鋼的力學(xué)性能，并在軋制過程中形成熱加工纖維組織。 通常情況下，硫是有害雜質(zhì)，在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須嚴(yán)格控制。但錳

12、、硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較多的鋼，能形成較多的MnS顆粒，在切削過程中起斷屑作用，可改善鋼的切削加工性能。 四、磷四、磷 磷主要來源于生鐵。一般情況下，鋼中的磷能全部溶入鐵素體中，有強(qiáng)烈的固溶強(qiáng)化現(xiàn)象，使鋼的強(qiáng)度、硬度有所升高，但塑性、韌性顯著降低，這種脆化現(xiàn)象在低溫時更為嚴(yán)重，故稱為冷脆。磷能提高韌脆轉(zhuǎn)變溫度，這對于在高寒地帶或其它低溫條件下工作的結(jié)構(gòu)件有嚴(yán)重的危害性。另外，磷的存在容易引起偏析現(xiàn)象，使鋼在熱軋后出現(xiàn)帶狀組織。 因此，磷也是一種有害雜質(zhì)，在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)也要嚴(yán)格限制。但磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較多時，使鋼的脆性增大，在炮彈用鋼及改善切削加工性能方面是有利的。 五、非金屬夾雜物五、非金屬夾雜物 在煉

13、鋼過程中，少量爐渣、耐火材料、冶煉過程中的一些反應(yīng)物都可能進(jìn)入鋼中，形成非金屬夾雜物。它們的存在會降低鋼的性能，特別是降低鋼的塑性、韌性和疲勞極限，嚴(yán)重時還會使鋼在熱加工與熱處理過程中產(chǎn)生裂紋，或在使用時發(fā)生突然斷裂。非金屬夾雜物也會促使鋼在熱加工過程中形成流線和帶狀組織，造成鋼材性能具有方向性。 另外，鋼在冶煉過程中會溶入一些氣體，如氧氣、氫氣、氮?dú)獾龋鼈儗︿摰男阅芤灿幸欢ǖ挠绊?。第三?jié)第三節(jié) 合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用 鋼在冶煉時，為滿足某種要求而加入的一些元素稱為合金元素。能夠影響鋼的質(zhì)量而又無法完全去除的元素稱為雜質(zhì)元素。合金元素的存在對鋼的相變、組織及性能有很大影響，

14、通過合金化，可以提高或改善鋼的性能。 一、合金元素在鋼中的存在形式一、合金元素在鋼中的存在形式 1形成合金鐵素體 大多數(shù)合金元素都可或多或少地溶入鐵素體中，形成合金鐵素體。溶入鐵素體中的合金元素，由于它們的晶格類型及原子直徑與鐵不同，因此必然引起鐵素體的晶格畸變，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化現(xiàn)象，使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高，如圖71所示。當(dāng)合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過一定數(shù)值后，鐵素體的塑性、韌性將顯著下降，如圖72所示。 可見，與鐵素體有相同晶格類型的合金元素，如鉻、鉬、鎢、釩等強(qiáng)化鐵素體的作用較弱。而晶格類型與鐵素體不同的合金元素，如硅、錳、鎳等強(qiáng)化鐵素體的作用較強(qiáng)。另外，有些合金元素如硅、錳、鉻、鎳等，當(dāng)它們在

15、鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)適當(dāng)時，不僅能強(qiáng)化鐵素體，還能提高或改善鐵素體的韌性。 2形成合金碳化物 合金元素可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩類。碳化物形成元素，按它們與碳原子結(jié)合的能力又分為弱碳化物形成元素，如錳等；中強(qiáng)碳化物形成元素，如鉻、鉬、鎢等；以及強(qiáng)碳化物形成元素，如釩、鈮、鈦、鋯等。 鋼中合金碳化物的類型主要有合金滲碳體和特殊碳化物兩種。合金滲碳體是合金元素溶入滲碳體中所形成的碳化物，它仍具有滲碳體的復(fù)雜晶格。一般，弱碳化物形成元素傾向于形成合金滲碳體，如（Fe、Mn）3C等。而中強(qiáng)碳化物形成元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不多（0.5%3%）時，也傾向于形成合金滲碳體，如（Fe、Cr）3C、（Fe

16、、Mo）3C、（Fe、W）3C等。合金滲碳體的穩(wěn)定性及硬度比滲碳體高，是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。 特殊碳化物是一種與滲碳體晶格類型完全不同的合金碳化物，通常是由中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素所構(gòu)成的碳化物。強(qiáng)碳化物形成元素，在鋼中即使質(zhì)量分?jǐn)?shù)很少，但只要有足夠的碳，就傾向于形成特殊碳化物，如WC、VC、TiC、Mo2C等；中強(qiáng)碳化物形成元素，只有在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較多（5%）時，才傾向于形成特殊碳化物，如Cr23C6、Cr7C3、Fe4W2C等。特殊碳化物（特別是晶體結(jié)構(gòu)簡單的特殊碳化物），具有比合金滲碳體更高的熔點、硬度和耐磨性，并且更穩(wěn)定，不易分解。 合金碳化物的種類、性能、數(shù)量及在鋼中

17、的分布將直接影響鋼的性能和熱處理時的相變。 應(yīng)當(dāng)指出，合金元素在鋼中的存在形式，與合金元素的種類、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、熱處理條件等因素有關(guān)；所有的合金元素都能在熱處理加熱時溶入奧氏體中，形成合金奧氏體，并在淬火后形成合金馬氏體。 二、合金元素對鐵碳相圖的影響二、合金元素對鐵碳相圖的影響 合金元素鉻、鎢、鉬、釩、鈦、鋁、硅等，將使奧氏體相區(qū)縮小，A3和A1溫度升高，S和E點向左上方移動，如圖73所示。隨著這類合金元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增多，奧氏體相區(qū)逐漸縮小并消失，此時，鋼在室溫下的平衡組織就是單相的鐵素體，這種鋼稱為鐵素體鋼。 合金元素鎳、錳、氮、鈷等，將使奧氏體相區(qū)擴(kuò)大，A3和A1溫度下降

18、，S和E點向左下方移動，如圖74所示。隨著這類合金元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增多，奧氏體相區(qū)逐漸擴(kuò)大并一直延展到室溫以下，此時，鋼在室溫下的平衡組織就是穩(wěn)定的單相奧氏體，這種鋼稱為奧氏體鋼。 三、合金元素對鋼的熱處理的影響三、合金元素對鋼的熱處理的影響 1合金元素對鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響 合金鋼的奧氏體化過程與碳鋼的基本相同，但大多數(shù)合金元素（除鎳、鈷外）均減緩?qiáng)W氏體化過程，并且合金元素（除錳外）都能阻止奧氏體晶粒的長大。故合金鋼，特別是含有強(qiáng)碳化物形成元素的合金鋼，在熱處理時為了得到比較均勻且含有足夠數(shù)量合金元素的奧氏體，充分發(fā)揮合金元素的有益作用，就需要更高的加熱溫度與較長的保溫時間，而不易過熱。這有

19、利于提高鋼的淬透性；有利于在淬火后獲得細(xì)小馬氏體、提高鋼的力學(xué)性能；有利于減小淬火時的變形與開裂傾向。 2合金元素對鋼冷卻轉(zhuǎn)變的影響 合金元素（除鈷外）在溶入奧氏體中后，能降低原子的擴(kuò)散速度，使奧氏體的穩(wěn)定性增加，從而使C曲線的位置向右移動，特別是碳化物形成元素不僅使C曲線的位置右移，還改變了C曲線的形狀，如圖75所示。由于合金元素使C曲線位置右移，故降低了鋼的臨界冷卻速度，提高了鋼的淬透性。多種合金元素同時加入對提高淬透性的作用更為明顯。合金鋼的淬透性好，這在實際生產(chǎn)中具有很大意義。 由于合金元素（除鈷、鋁外）在溶入奧氏體中后，會使MS、Mf點降低，增加淬火后鋼中殘留奧氏體的量，所以合金鋼在

20、淬火后，組織中殘留奧氏體的量比碳鋼的多，這對鋼的硬度、淬火變形及尺寸穩(wěn)定性都有較大的影響。 3合金元素對淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響 合金鋼在淬火后，由于馬氏體中含有合金元素，使原子的擴(kuò)散速度減慢，因而在回火過程中，馬氏體不易分解，碳化物不易析出，析出后的碳化物聚集長大困難，所以合金鋼在相同溫度回火后強(qiáng)度、硬度下降的比碳鋼少。這種淬火鋼在回火時抵抗軟化的能力，稱為耐回火性（或回火穩(wěn)定性）。合金鋼的耐回火性高，在實際生產(chǎn)中是有利的。 有些合金元素如鎢、鉬、釩、鈦等，使淬火鋼在回火時出現(xiàn)硬度回升的現(xiàn)象，稱為二次硬化，如圖76所示。這主要是由于含有強(qiáng)碳化物形成元素的鋼淬火后，在回火時會從馬氏體中析出高硬度的

21、特殊碳化物造成的。二次硬化現(xiàn)象對需要高熱硬性的工具鋼具有重要意義。 綜上所述，由于合金元素能強(qiáng)化鐵素體，能形成高硬度、高耐磨性的合金碳化物，能細(xì)化晶粒，能提高鋼的淬透性和耐回火性，所以合金鋼的力學(xué)性能比碳鋼好。但是，合金元素的有益作用只有通過適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍馨l(fā)揮出來。第四節(jié) 結(jié)構(gòu)鋼 工業(yè)上，凡用于制造各種工程結(jié)構(gòu)及各種機(jī)械零件的鋼都稱為結(jié)構(gòu)鋼。工程結(jié)構(gòu)用結(jié)構(gòu)鋼主要用于各種工程結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)，它們大多是碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，冶煉工藝簡單，價格較便宜，使用時一般不進(jìn)行熱處理；機(jī)械零件用結(jié)構(gòu)鋼大多是優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和高級優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼，包括優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金彈簧鋼及滾動軸承鋼等，使用時

22、一般都要進(jìn)行熱處理。 一、工程結(jié)構(gòu)用結(jié)構(gòu)鋼一、工程結(jié)構(gòu)用結(jié)構(gòu)鋼 1碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼中的雜質(zhì)和非金屬夾雜物較多，但由于冶煉容易，工藝性能好，價格便宜，能滿足一般工程結(jié)構(gòu)和普通零件的性能要求，因而應(yīng)用普遍。碳素結(jié)構(gòu)鋼通常軋制成鋼板或各種型材供應(yīng)使用，有時根據(jù)需要可在使用前對其進(jìn)行熱加工或熱處理。這類鋼的牌號、力學(xué)性能及用途舉例見表71。表表71 71 碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、力學(xué)性能及用途碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號、力學(xué)性能及用途牌號質(zhì)量等級脫氧方法s/MPab/ MPa5（%）特點及用途舉例Q195F、b、Z19531543033具有一定的強(qiáng)度、硬度和良好的塑性，用于制造受力不大的零件，如螺釘、螺母、墊圈

23、等，也可用于沖壓件、焊接件及建筑結(jié)構(gòu)件Q215A、B21533545031Q235A、BF、b、Z23537550026C、DZ、TZQ255A、BZ25541055024具有較高的強(qiáng)度，用于制造承受中等載荷作用的零件，如農(nóng)機(jī)具零件、銷釘、小型軸類零件等Q27527549063020 碳素結(jié)構(gòu)鋼一般以熱軋空冷狀態(tài)供應(yīng)，其中Q195和Q275鋼在出廠時同時保證力學(xué)性能和化學(xué)成分，且不分質(zhì)量等級。Q215、Q235和Q255鋼，當(dāng)質(zhì)量等級為A、B時，只保證力學(xué)性能，化學(xué)成分可根據(jù)用戶的要求予以調(diào)整；Q235鋼的質(zhì)量等級為C、D時，則同時保證力學(xué)性能和化學(xué)成分。A級質(zhì)量的Q215、Q235和Q255

24、鋼，一般用于制造不需要熱加工或熱處理的工程結(jié)構(gòu)件及普通零件；B級質(zhì)量的用于制造較重要的機(jī)器零件及船用鋼板。 2低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素形成的，產(chǎn)品既保證力學(xué)性能，又保證化學(xué)成分，以適應(yīng)工程上承載能力強(qiáng)、自重輕的要求。 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.16%0.20%范圍內(nèi)。所含合金元素主要有錳、硅、釩、鈦、鈮、磷、銅等，其作用是強(qiáng)化鐵素體、細(xì)化晶粒。因此，同碳素結(jié)構(gòu)鋼相比，低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼具有較高的強(qiáng)度，良好的塑性、韌性和焊接性能，有一定的耐腐蝕性。 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼大多是在熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，其中Q345鋼使用最廣泛。我

25、國的南京長江大橋、內(nèi)燃機(jī)車、萬噸巨輪、壓力容器及汽車大梁等工程結(jié)構(gòu)中都大量使用了Q345鋼。常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號、力學(xué)性能及用途舉例見表72。表表72 72 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號、力學(xué)性能及用途低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號、力學(xué)性能及用途牌號s/MPab/ MPa5（%）特點及用途舉例Q29529539057023具有良好的塑性、韌性和加工成形性能，用于制造低壓鍋爐、容器、油罐、橋梁、車輛及金屬結(jié)構(gòu)等Q34534547063021具有良好的綜合力學(xué)性能和焊接性能，用于制造船舶、橋梁、車輛、大型容器、大型鋼結(jié)構(gòu)等Q39039049065019具有良好的綜合力學(xué)性能和焊接性能，沖擊韌度較高

26、，用于制造建筑結(jié)構(gòu)、船舶、化工容器、電站設(shè)備等Q42042052068018具有良好的綜合力學(xué)性能和焊接性能，加工成形性能和低溫韌性好， 用于制造橋梁、高壓容器、電站設(shè)備、大型船舶及其他大型焊接結(jié)構(gòu)件等Q46046055072017 3低合金耐候鋼 耐候鋼是指耐大氣腐蝕的鋼，它是在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量銅、磷、鉻、鎳、鉬、鈦、釩等合金元素形成的。 目前，我國使用的耐候鋼又分為焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼兩類。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼具有良好的焊接性能，適于橋梁、建筑及其它要求耐候性的工程結(jié)構(gòu)；高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的耐候性好，適于車輛、建筑、塔架和其它要求高耐候性的工程結(jié)構(gòu)。 4低合金專業(yè)用鋼 為了適應(yīng)某

27、些專業(yè)的特殊需要，在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整化學(xué)成分和工藝方法，形成了一些低合金專業(yè)用鋼，如汽車用低合金鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼等。低合金專業(yè)用鋼的牌號與合金結(jié)構(gòu)鋼牌號的表示方法相同，但增加了表示用途的符號。表表75 75 常用結(jié)構(gòu)鋼中表示用途的符號常用結(jié)構(gòu)鋼中表示用途的符號名稱漢字符號位置名稱漢字符號位置易切削結(jié)構(gòu)鋼易Y牌號頭壓力容器用鋼容R牌號尾耐候鋼耐候NH牌號尾焊接用鋼焊H牌號頭鋼軌鋼軌U牌號頭橋梁用鋼橋q牌號尾鉚螺鋼鉚螺ML牌號頭鍋爐用鋼鍋g牌號尾汽車大梁用鋼梁L牌號尾礦用鋼礦K牌號尾 二、機(jī)械零件用結(jié)構(gòu)鋼二、機(jī)械零件用結(jié)構(gòu)鋼 1優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)

28、碳素結(jié)構(gòu)鋼在出廠時，既保證力學(xué)性能，又保證化學(xué)成分，雜質(zhì)與非金屬夾雜物的數(shù)量少，一般都在熱處理后使用。 08、10鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，塑性好，焊接性能好，主要是制作薄板，冷沖壓件和焊接件。15、20、25鋼屬于滲碳鋼，強(qiáng)度較低，但塑性、韌性較高，冷沖壓性能和焊接性能良好，可以制造螺釘、墊圈、活塞銷、 冷沖壓件和焊接件。這類鋼經(jīng)滲碳、淬火和低溫回火后，可用于制造表面要求高硬度、高耐磨性并承受沖擊載荷作用的零件，如齒輪、小軸等。3055鋼屬于調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)淬火和高溫回火后，具有較高的綜合力學(xué)性能。主要用于制造要求高強(qiáng)度、高塑性、高韌性的重要零件，如齒輪、軸類零件等。其中45鋼在機(jī)械制造中應(yīng)用最廣泛。60

29、85鋼屬于彈簧鋼，經(jīng)淬火和中溫回火后，具有較高的彈性極限、疲勞極限和韌性。主要用于制造尺寸較小的彈簧、彈性零件或耐磨零件。 較高錳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，其性能和用途與對應(yīng)的普通錳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼相同，但淬透性較高。 2合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素形成的，主要用于制造重要的機(jī)械零件。按其用途和熱處理特點可分為合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼和合金彈簧鋼等。 （1）合金滲碳鋼 合金滲碳鋼主要用于制造性能要求較高或截面尺寸較大，且在循環(huán)載荷、沖擊載荷及摩擦條件下工作的零件，如汽車中的變速齒輪、內(nèi)燃機(jī)中的凸輪等。 合金滲碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.10%0.25%范圍內(nèi)，以保證心部有足

30、夠的韌性。加入鉻、錳、鎳、硼等合金元素以提高鋼的淬透性，并在保持良好韌性的條件下提高其強(qiáng)度；加入鉬、鎢、釩、鈦等合金元素以細(xì)化晶粒、提高滲碳層的耐磨性。 對于低、中淬透性滲碳鋼，一般以正火作為預(yù)備熱處理，來改善其切削加工性能；而高淬透性滲碳鋼，一般在鍛造后空冷，再經(jīng)650的高溫回火，以形成回火索氏體來改善切削加工性能。滲碳鋼的最終熱處理通常是滲碳、淬火和低溫（180200）回火，表面硬度可達(dá)5864HRC。 表表77 77 常用滲碳鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途常用滲碳鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途類別牌號熱處理/力學(xué)性能用途舉例滲碳第一次淬火第二次淬火回火s/MPab/ MPa5（%）（

31、%）AKU/J低淬透性15930890空785水2002253752755活塞銷等20Mn2850水油590785104047代替20Cr20Cr880800水油540835104047小齒輪、小軸、凸輪、活塞銷等20MnV880水油590785104055鍋爐、高壓容器等，可代替20Cr中淬透性20CrMn850油735930104547齒輪、軸、摩擦輪、蝸桿等20CrMnTi880油870油8351080104555汽車、拖拉機(jī)變速箱齒輪等20MnVB860油8851080104555高淬透性20Cr2Ni4880油780油10801180104563大型齒輪和軸等18Cr2Ni4WA95

32、0空850空8351180104578 （2）合金調(diào)質(zhì)鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼主要用于制造受力復(fù)雜的重要零件，如機(jī)床的主軸、柴油機(jī)的連桿等。這些零件均在多種載荷作用下工作，既要求有很高的強(qiáng)度，又要求有很好的塑性和韌性，即具有良好的綜合力學(xué)性能。 合金調(diào)質(zhì)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.25%0.50%范圍內(nèi)，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低，強(qiáng)度與硬度不足；碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，則韌性不足。加入錳、硅、鉻、鎳、硼等合金元素以提高鋼的淬透性，并強(qiáng)化鐵素體、改善韌性；加入鉬、鎢、釩、鈦等合金元素以細(xì)化晶粒、提高耐回火性并進(jìn)一步改善鋼的性能。 碳素調(diào)質(zhì)鋼的綜合力學(xué)性能比合金調(diào)質(zhì)鋼低，只適于制造截面尺寸不大、強(qiáng)度要求不高的零件。調(diào)質(zhì)鋼通

33、常也按淬透性大小分為三類。常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途舉例見表78。 對于碳及合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低的調(diào)質(zhì)鋼，一般以正火或退火作為預(yù)備熱處理，來改善組織和切削加工性能；而合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的調(diào)質(zhì)鋼，則采用空冷淬火和高溫回火作為預(yù)備熱處理，來改善切削加工性能。調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理一般是調(diào)質(zhì)處理，有特殊要求時，還可再進(jìn)行表面淬火或滲氮處理。表表78 78 常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途類別牌號熱處理/力學(xué)性能用途舉例淬火回火s/MPab/ MPa5（%）（%）AKU/J低淬透性40840水510空270540173624齒輪、心軸、桿、軸

34、等45840水510空290580153520軋輥、齒輪、軸、曲軸、螺栓、螺母等40Cr850油520水油78598094547軸、齒輪、連桿、螺栓等40MnB850油500水油785980104547代替40Cr制造轉(zhuǎn)向節(jié)、半軸、花鍵軸等40MnVB850油520水油785980104547中淬透性42CrMo850油560水油9301080124563連桿、大齒輪、搖臂等30CrMnSi880油520水油8851080104539砂輪軸、聯(lián)軸器、離合器等38CrMoAlA940油640水油835980145071鏜床鏜桿、蝸桿、高壓閥門、主軸等高淬透性40CrNiMoA850油600水油8

35、35980125578鍛床偏心軸、壓力機(jī)曲軸、耐磨齒輪等40CrMnMo850油600水油785980104563高強(qiáng)度耐磨齒輪、主軸等 （3）合金彈簧鋼 彈簧在工作時依靠其產(chǎn)生大量的彈性變形，在各種機(jī)械中起緩和沖擊、吸收振動和貯存能量的作用。因此，制造彈簧的材料應(yīng)具有高的彈性極限和疲勞極限、高的屈強(qiáng)比及一定的塑性與韌性。 碳素彈簧鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.6%0.9%范圍內(nèi)，而合金彈簧鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.45%0.7%范圍內(nèi)，以保證得到高的彈性極限和疲勞極限。加入錳、硅、鉻等合金元素以提高鋼的淬透性、屈強(qiáng)比、耐回火性及強(qiáng)化鐵素體；加入鉬、鎢、釩等合金元素以細(xì)化晶粒，防止過熱并進(jìn)一步改善

36、鋼的性能。 根據(jù)彈簧尺寸的不同，成形和熱處理方法也不同。對于彈簧絲直徑或彈簧鋼板厚度大于1015mm的螺旋彈簧或板彈簧，一般在熱態(tài)下成形，成形后利用余熱進(jìn)行淬火，然后進(jìn)行中溫（350520）回火，得到回火托氏體，硬度一般為4248HRC。熱處理后的彈簧往往還要進(jìn)行噴丸處理，使其表面強(qiáng)化，并產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高其疲勞極限。對于彈簧絲直徑小于810mm的彈簧，常用冷拉彈簧鋼絲冷繞而成，一般屬于小型螺旋彈簧。由于彈簧鋼絲在生產(chǎn)過程中經(jīng)過鉛浴淬火處理及冷拉加工，已經(jīng)具備了很好的性能，所以冷繞成形后，不再進(jìn)行淬火處理，只需進(jìn)行200300的去應(yīng)力退火，以消除殘余應(yīng)力并使彈簧定形。表表79 79 常用彈

37、簧鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途常用彈簧鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途牌號熱處理/力學(xué)性能用途舉例淬火回火s/MPab/ MPa（%）（%）AKU/J65840油500785980935截面小于15mm的小彈簧等65Mn830油540785980830截面小于20mm的彈簧、閥簧等60Si2Mn870油4801175127552520截面為2530mm的彈簧，如機(jī)車板彈簧、測力彈簧等60Si2CrVA850油410166518656（5）2024截面小于50mm的彈簧，如重型板簧等50CrVA850油50011301275徹 10（5）4024截面為3050mm的彈簧及耐熱彈簧等 3滾動軸

38、承鋼 滾動軸承鋼主要用于制造各種滾動軸承的內(nèi)外套圈及滾動體，也可用于制造各種工具和耐磨零件。因此，滾動軸承鋼應(yīng)具有高的抗壓強(qiáng)度、疲勞極限、硬度、耐磨性及一定的韌性。 應(yīng)用最廣的滾動軸承鋼是高碳鉻鋼。在制造大型滾動軸承時，為了進(jìn)一步提高淬透性，還可加入硅、錳等合金元素。 滾動軸承鋼對硫、磷等雜質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制極高，一般規(guī)定硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)在0.020%以下；磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.027%以下。 我國目前應(yīng)用最多的是GCr15和GCr15SiMn。前者用于制造中、小型滾動軸承；后者用于制造較大型滾動軸承。對于承受很大沖擊或特大型滾動軸承常用合金滲碳鋼制造；而要求耐腐蝕的滾動軸承常用不銹鋼制造。 滾動

39、軸承鋼的預(yù)備熱處理為球化退火；最終熱處理為淬火和低溫回火，硬度可達(dá)6165HRC。對于精密軸承，為保證尺寸穩(wěn)定性，可在淬火后進(jìn)行冷處理（-60-80），以減少殘留奧氏體量，然后再進(jìn)行低溫回火和磨削加工，最后進(jìn)行時效處理（120130保溫1020h），以消除磨削應(yīng)力，進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸。表表710 710 常用滾動軸承鋼的牌號、熱處理及用途常用滾動軸承鋼的牌號、熱處理及用途牌 號熱處理/回火后硬度 HRC用 途 舉 例淬火回火GCr6800820水油1501706264直徑小于10mm的滾珠、滾柱及滾針GCr9810830水油1501706266直徑小于20mm的滾珠、滾柱及滾針GCr9SiMn81

40、0830水油1501606264直徑為2550mm的滾珠、小于22mm的滾柱，壁厚小于12mm、外徑小于250mm的套圈GCr15820840油1501606266GCr15SiMn820840油1502006165直徑大于50mm的滾珠或大于22mm的滾柱，壁厚大于12mm、外徑大于250mm的套圈GSiMnMoV（RE）780820油1601806264代替GCr15SiMn制造汽車、拖拉機(jī)、軋鋼機(jī)上的大型軸承 三、其它結(jié)構(gòu)鋼三、其它結(jié)構(gòu)鋼 1易切削結(jié)構(gòu)鋼 易切削結(jié)構(gòu)鋼是在優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入一種或幾種能改善切削加工性能的合金元素而形成的。這類鋼具有良好的切削加工性能，適合在自動機(jī)床

41、上進(jìn)行高速切削來制造機(jī)械零件。 易切削結(jié)構(gòu)鋼主要用于制造受力較小，不太重要且生產(chǎn)批量較大的標(biāo)準(zhǔn)件，如螺釘、螺母、墊圈、縫紉機(jī)零件等。易切削結(jié)構(gòu)鋼一般不進(jìn)行預(yù)備熱處理，以免降低其切削加工性能，但可以進(jìn)行最終熱處理。 2鑄造碳鋼 在生產(chǎn)中有許多形狀復(fù)雜的大型零件，如水壓機(jī)的橫梁、軋鋼機(jī)的機(jī)架、大型齒輪、鍛錘砧座等，用鍛壓加工方法成形很困難，用鑄鐵制造又無法滿足力學(xué)性能要求，此時可采用鑄造碳鋼以鑄造成形的方法來獲得，稱為鑄鋼件。 3超高強(qiáng)度鋼 超高強(qiáng)度鋼是指抗拉強(qiáng)度在1500MPa以上的合金結(jié)構(gòu)鋼，它是在合金調(diào)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)上，加入多種合金元素進(jìn)行復(fù)合強(qiáng)化形成的，主要用于航空和航天工業(yè)。第五節(jié) 工具鋼

42、制造各種刃具、模具、量具的鋼稱為工具鋼，相應(yīng)地稱為刃具鋼、模具鋼、量具鋼。 工具鋼與結(jié)構(gòu)鋼的主要區(qū)別在于，工具鋼（除熱作模具鋼外）大多屬于過共析鋼；所含合金元素除提高淬透性外，主要是為了提高鋼的硬度和耐磨性，故常采用碳化物形成元素；工具鋼的最終熱處理一般多采用淬火和低溫回火，以保證高硬度與高耐磨性。另外，由于工具鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高，性能較脆，為了改善其塑性和減少淬火變形、開裂傾向，工具鋼的質(zhì)量要求比結(jié)構(gòu)鋼更嚴(yán)。 一、刃具鋼一、刃具鋼 刃具在工作時，要受到復(fù)雜切削力的作用，刃部與切屑之間產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，使刃部溫度升高并磨損，切削量越大，刃部的溫度越高，嚴(yán)重時會使刃部硬度降低，導(dǎo)致喪失切削功能。同

43、時，刃具在工作時還要受到?jīng)_擊與振動。因此，要求刃具鋼應(yīng)具有高的硬度、耐磨性、熱硬性及足夠的強(qiáng)度與韌性，其中熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力。 制造刃具的刃具鋼有碳素工具鋼、低合金刃具鋼和高速工具鋼三類。 1碳素工具鋼 碳素工具鋼是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.65%1.35%范圍內(nèi)的優(yōu)質(zhì)或高級優(yōu)質(zhì)高碳鋼。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高可以保證碳素工具鋼在淬火后有足夠高的硬度。但會使鋼的脆性增大，淬透性下降且淬火開裂傾向增加。因此，對雜質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)限制較嚴(yán)，一般wSi0.35%，wMn0.40%（較高錳的碳素工具鋼除外）。在優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼中wS0.030%，wP0.035%；而在高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼中wS0.020%

44、，wP0.030%。 表713列出了常用碳素工具鋼的牌號及用途。可以看出，各類碳素工具鋼淬火后的硬度相近，但隨碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，鋼中未溶滲碳體數(shù)量增多，耐磨性提高，而韌性降低；高級優(yōu)質(zhì)的比相應(yīng)的優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼有較小的淬火開裂傾向，適于制造形狀稍復(fù)雜的刃具。 碳素工具鋼的預(yù)備熱處理為球化退火，目的是改善切削加工性能，并為淬火作準(zhǔn)備；最終熱處理是淬火和低溫回火，組織為回火馬氏體、粒狀碳化物及少量殘留奧氏體，硬度可達(dá)6065HRC。表表713 713 碳素工具鋼的牌號及用途碳素工具鋼的牌號及用途牌號硬度（退火狀態(tài)） HBS硬度（淬火狀態(tài)） HRC用 途 舉 例T7T7A187800820水62用于制

45、造承受沖擊，要求韌性較好，硬度適當(dāng)?shù)墓ぞ?，如扁鏟、手鉗、大錘、旋具、木工工具等T8T8A187780800水62用于制造承受沖擊，要求硬度較高的工具，如沖頭、壓縮空氣工具、木工工具等，T8Mn和T8MnA淬透性較好，可用于制造截面尺寸較大的工具T8MnT8MnA187780800水62T9T9A192760780水62用于制造硬度要求高，韌性適中的工具，如沖頭、木工工具、鑿巖工具等T10T10A197760780水62用于制造不受劇烈沖擊，硬度和耐磨性要求高的工具，如車刀、刨刀、沖頭、絲錐、鉆頭、手鋸條、小型冷沖模具等T11T11A207760780水62T12T12A207760780水62

46、用于制造不受沖擊，要求高硬度和高耐磨性的工具，如銼刀、刮刀、精車刀、絲錐、量具等，T13和T13A可用于制造耐磨性要求更高的工具，如刮刀、剃刀等T13T13A217760780水62 2低合金刃具鋼 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形成的，主要用于制造切削量不大但形狀復(fù)雜的刃具，也可用于制造冷作模具或量具。 低合金刃具鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.75%1.45%范圍內(nèi)，以保證鋼在淬火后具有高硬度，并能形成適當(dāng)數(shù)量的合金碳化物，以增加耐磨性。加入的合金元素主要有鉻、錳、硅、鎢、釩等，其作用是提高淬透性、耐回火性，細(xì)化晶粒，提高硬度、耐磨性及熱硬性。常用低合金刃具鋼的牌號、熱處理及用途

47、舉例見表714。 低合金刃具鋼的熱處理與碳素工具鋼的基本相同，預(yù)備熱處理為球化退火，最終熱處理為淬火和低溫回火。表表714 714 常用低合金刃具鋼的牌號、熱處理及用途常用低合金刃具鋼的牌號、熱處理及用途牌號熱處理及熱處理后的硬度用 途 舉 例淬火/硬度 HRC回火/硬度 HRCCr2830860油621301506265用于制造車刀、插刀、鉸刀、冷軋輥、樣板、量規(guī)等9SiCr820860油621802006062用于制造耐磨性要求高、切削不劇烈的刀具，如板牙、絲錐、鉆頭、鉸刀、齒輪銑刀、拉刀等，還可用于制造冷沖模具、冷軋輥等CrWMn800830油621401606265用于制造要求淬火變形

48、小、形狀復(fù)雜的刀具，如拉刀、長絲錐等，還可用于制造量規(guī)、冷沖模具、精密絲杠等9Mn2V780810油621502006062用于制造小型冷作模具及要求變形小、耐磨性高的量具、樣板、精密絲杠、磨床主軸等，也可用于制造絲錐、板牙、鉸刀等 3高速工具鋼 高速工具鋼是一種熱硬性、耐磨性很高的高合金工具鋼，其熱硬性可達(dá)600，切削時能長期保持刃口鋒利，故俗稱“鋒鋼”。 高速工具鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.70%1.65%范圍內(nèi)，加入的合金元素主要有鎢、鉬、鉻、釩等，合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%以上。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高是為了保證形成足夠數(shù)量的合金碳化物，以提高鋼的硬度和耐磨性；鎢、鉬是提高耐回火性、耐磨性和熱硬性

49、的主要元素；鉻能明顯提高淬透性，使高速工具鋼在空冷條件下也能形成馬氏體組織；釩能細(xì)化晶粒，并提高鋼的硬度、耐磨性及熱硬性。 高速工具鋼的鑄態(tài)組織如圖所示。高速工具鋼中碳化物分布不均勻，會使刃具的性能降低，造成在使用過程中容易磨損和崩刃。因此，高速工具鋼在出廠時，應(yīng)按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對碳化物的分布情況進(jìn)行檢驗，粗大而分布不均勻的碳化物是不能用熱處理的方法予以消除的，必須通過反復(fù)鍛造，將其擊碎并呈小塊狀均勻分布。高速工具鋼鍛造后一般進(jìn)行等溫退火處理，以消除殘余應(yīng)力，改善切削加工性能，并為淬火作準(zhǔn)備。 高速工具鋼只有經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚聿拍塬@得良好的組織與性能。圖78是高速工具鋼的熱處理工藝曲線。高速工具鋼正常

50、淬火、回火后的組織為極細(xì)的回火馬氏體、粒狀碳化物和少量殘留奧氏體，硬度可達(dá)6366HRC。為進(jìn)一步提高高速工具鋼刃具的切削性能和使用壽命，可在淬火、回火后再進(jìn)行某些化學(xué)熱處理，如滲氮、硫氮共滲等。 常用高速工具鋼中W18Cr4V鋼的熱硬性較高，過熱敏感性較小，磨削性能好，但熱塑性較差，熱加工廢品率較高，故適于制造一般的切削刃具，不適合制造薄刃刃具；W6Mo5Cr4V2鋼中的碳化物細(xì)小均勻，熱塑性好，便于壓力加工，并且熱處理后的韌性與耐磨性較高，但熱硬性稍差，加熱時易脫碳與過熱，故適于制造耐磨性與韌性需要較好配合的刃具，更適宜制造通過扭制、軋制等熱加工成形的薄刃刃具，如齒輪銑刀、插齒刀、麻花鉆等

51、；高生產(chǎn)率型高速工具鋼是用于制造加工高硬度、高強(qiáng)度金屬的刃具材料，它是在通用型高速工具鋼的基礎(chǔ)上加入5%10%的鈷，形成的含鈷高速工具鋼，如W18Cr4V2Co8，硬度可達(dá)6870HRC，熱硬性可達(dá)670，但脆性大，價格貴，一般用于制造特殊刃具。我國根據(jù)資源情況，形成了一種價格便宜、性能與含鈷高速工具鋼相近的高生產(chǎn)率型高速工具鋼，即W6Mo5Cr4V2Al。 二、模具鋼二、模具鋼 根據(jù)工作條件的不同，模具鋼又分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩類。 1冷作模具鋼 冷作模具鋼主要用于制造使金屬在冷態(tài)下成形的模具，如沖裁模、彎曲模、拉深模、冷擠壓模等。冷作模具工作時，金屬要在模具中產(chǎn)生塑性變形，因而受到很

52、大壓力、摩擦或沖擊，其正常的失效形式一般是磨損過度，有時也可能因脆斷、崩刃而提前報廢。因此，冷作模具鋼應(yīng)具有高硬度、高耐磨性及足夠的強(qiáng)度與韌性，同時要求具有高的淬透性和低的淬火變形傾向。 對于形狀簡單、尺寸較小、工作載荷不大的冷作模具可用碳素工具鋼制造，如T8A、T10A、T12A等；而形狀較復(fù)雜、尺寸較大，工作載荷較重、精度要求較高的冷作模具一般用低合金刃具鋼來制造，如9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr2等；對于工作載荷重、耐磨性要求高、淬火變形要求小的冷作模具一般用Cr12型合金工具鋼制造，如Cr12、Cr12MoV等。 Cr12型合金工具鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在1.45%2.30%范

53、圍內(nèi)，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在11%13%范圍內(nèi)。 Cr12型合金工具鋼與高速工具鋼相似，屬于萊氏體鋼，鑄態(tài)下有網(wǎng)狀共晶碳化物存在。在制造模具時，特別是精度要求高、形狀復(fù)雜的模具，必須通過合理的鍛造以消除碳化物分布不均勻性。鍛造后應(yīng)緩慢冷卻，然后再進(jìn)行等溫球化退火處理。 生產(chǎn)上提高Cr12型合金工具鋼硬度的方法有兩種：一種是采用較低的淬火溫度和進(jìn)行低溫回火，可獲得高硬度和高耐磨性，且淬火變形小，大多數(shù)Cr12型合金工具鋼制造的冷作模具均采用此法；另一種是采用較高的淬火溫度和進(jìn)行多次回火，通過二次硬化達(dá)到高硬度、高耐磨性的目的，這種方法可以獲得較高的熱硬性，適于制造在400500條件下工作的模具或還需進(jìn)行

54、低溫氣體氮碳共滲的模具。 另外，滾動軸承鋼、高速工具鋼、高碳中鉻型工具鋼及基體鋼也可用于制造冷作模具。 2熱作模具鋼 熱作模具鋼主要用于制造使金屬在熱態(tài)下成形的模具。使加熱的固態(tài)金屬在壓力下成形的模具稱為熱鍛模具（包括熱擠壓模具）；使液態(tài)金屬在壓力下成形的模具稱為壓鑄模具。熱作模具在工作時，與高溫金屬周期性接觸，反復(fù)受熱和冷卻，在模具的型腔表面容易產(chǎn)生網(wǎng)狀裂紋，這種現(xiàn)象稱為熱疲勞。對于熱鍛模具和熱擠壓模具，還要受到強(qiáng)烈的磨損與沖擊。因此，熱作模具鋼應(yīng)具有足夠的高溫強(qiáng)度和韌性、足夠的耐磨性、一定的硬度、良好的耐熱疲勞性能及高的淬透性，還應(yīng)具有良好的導(dǎo)熱性與抗氧化性。 熱作模具一般采用中碳合金工具

55、鋼制造，其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%0.6%，以保證獲得較高的強(qiáng)度與韌性。加入的合金元素主要有鉻、鎳、錳、硅等，其目的是提高淬透性，強(qiáng)化鐵素體，改善韌性，提高耐回火性和耐熱疲勞性能。 5CrNiMo和5CrMnMo是最常用的熱鍛模具鋼。5CrNiMo鋼具有較高的高溫強(qiáng)度和韌性，耐磨性高，淬透性十分良好，適于制造大型熱鍛模具；5CrMnMo鋼的淬透性和韌性稍低，但價格便宜，適于制造中、小型熱鍛模具。熱擠壓模具和壓鑄模具因與高溫金屬接觸時間更長，應(yīng)具有更高的高溫性能和耐熱疲勞性能，常用3Cr2W8V鋼制造。 熱作模具鋼的最終熱處理一般為調(diào)質(zhì)處理或淬火與中溫回火，以保證足夠的韌性。有些熱作模具還可以采用

56、滲氮、碳氮共滲等化學(xué)熱處理來提高其耐磨性和使用壽命。 三、量具鋼三、量具鋼 量具鋼是指用于制造測量工件尺寸的工具用鋼，應(yīng)具有高硬度、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性及良好的磨削加工性能，形狀復(fù)雜的量具還要求淬火變形小。 制造量具沒有專用鋼材。一般形狀簡單、尺寸較小、精度要求不高的量具可用碳素工具鋼或滲碳鋼制造；高精度、形狀復(fù)雜的量具可用微變形合金工具鋼制造；精密量具可用滾動軸承鋼制造；要求耐腐蝕的量具可用不銹鋼制造。 表表718 718 量具用鋼與熱處理量具用鋼與熱處理量 具 名 稱材 料熱 處 理平樣板、卡規(guī)、大型量具15、20、20Cr滲碳，淬火+低溫回火50、55、60、65調(diào)質(zhì)，表面淬火+低溫

57、回火要求耐腐蝕性的量具3Cr13、4Cr13淬火+低溫回火一般量規(guī)、量塊及卡尺T10A、T12A、9SiCr淬火+低溫回火高精度量規(guī)、塊規(guī)及形狀復(fù)雜的樣板GCr15、CrWMn、9Mn2V 量具鋼的熱處理與刃具鋼基本相同，預(yù)備熱處理為球化退火，最終熱處理為淬火和低溫回火。為了獲得高硬度與高耐磨性，其回火溫度還可低些。對于高精度的量具，為保證其尺寸穩(wěn)定性，可在淬火后立即進(jìn)行冷處理（-70-80），然后再進(jìn)行低溫（150160）回火；低溫回火后還需進(jìn)行時效處理（120130，保溫2436h），以消除殘余應(yīng)力，進(jìn)一步穩(wěn)定組織；并在精磨后再進(jìn)行一次時效處理（120，保溫23h），以消除磨削應(yīng)力。 另外

58、，量具淬火時一般不采用貝氏體等溫淬火或馬氏體分級淬火，淬火加熱溫度也盡可能低一些，以免增加殘留奧氏體量，降低尺寸穩(wěn)定性。第六節(jié) 特殊性能鋼 特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。這類鋼的化學(xué)成分、顯微組織和熱處理都與一般鋼不同，常用的有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等。 一、不銹鋼一、不銹鋼 在腐蝕性介質(zhì)中具有抵抗腐蝕能力的鋼，一般稱為不銹鋼。 1金屬的腐蝕 金屬表面受周圍介質(zhì)作用而引起損壞的過程稱為金屬的腐蝕或銹蝕。腐蝕通常分為電化學(xué)腐蝕和化學(xué)腐蝕兩種類型。金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，稱為電化學(xué)腐蝕，如金屬在酸、堿、鹽的水溶液及海水中的腐蝕，在潮濕空氣中的腐蝕等；而金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所形成的腐蝕稱為化學(xué)腐蝕，如金屬與干