機(jī)自-材-1-10合金鋼

§1-10合金鋼碳鋼(c<2.11%的鐵碳合金)價(jià)格低廉、加工方便，使得其在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，但碳鋼強(qiáng)度和屈強(qiáng)比低，致使構(gòu)件笨重；碳鋼淬透性低，大件不能淬透，致使零件截面性能不均勻，且快速淬火易導(dǎo)致零件產(chǎn)生變形或開(kāi)裂；碳鋼回火穩(wěn)定性差，較難獲得優(yōu)良的綜合力學(xué)性能，且不能滿足耐熱性、耐磨性、耐蝕性等特殊性能的要求。合金鋼是在鐵碳合金的基礎(chǔ)上，特意加入硅、錳、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、妮、鋯、銅、硼等元素，可改善和提高鋼的力學(xué)性能、熱處理性能，并使鋼獲得某些特殊的物理、化學(xué)性能。一、合金元素在鋼中的存在形式1、僅與鐵形成固溶體（硅、銅、鋁、鈷等）2、部分固溶于鐵，部分與碳形成碳化物（錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈮、鋯、鈦等）3、與鋼中的氧、氮、硫形成非金屬夾雜物（Al2O3、AlN、TiN、MnS等）4、合金元素彼此作用形成金屬間化合物（FeSi、Fe2W、Ni3Ti等）5、以游離態(tài)存在二、合金元素的主要作用1、通過(guò)固溶強(qiáng)化，提高鋼的硬度和強(qiáng)度。2、通過(guò)形成特殊的碳化物和金屬間化合物，獲得某些特殊性能，如耐蝕性、耐熱性。3、提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性?！锍鼵o以外的所有合金元素都使C曲線右移。V臨↓使大尺寸零件淬火后也能全部得到M，同時(shí)可用油等低冷卻速度的淬火介質(zhì)，避免變形和開(kāi)裂。4、細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度、塑性和韌性?！锍齅n以外的所有合金元素都能阻礙A晶粒的長(zhǎng)大三、合金鋼的分類和牌號(hào)●按合金量分5%10%低合金鋼中合金鋼高合金鋼合金量●按用途分高合金鋼低合金鋼中合金鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼（高速鋼、量具鋼等）特殊性能鋼(耐磨鋼、耐熱鋼等)●合金鋼牌號(hào)：數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字含碳量合金元素合金百分量★

含碳量無(wú)數(shù)字代表c≥1%1位數(shù)字代表c的千分之幾2位數(shù)字代表c的萬(wàn)分之幾合金工具鋼合金結(jié)構(gòu)鋼★

合金百分量：有元素符號(hào)，但其后無(wú)數(shù)字代表該元素含量<1.5%★合金鋼至少是優(yōu)質(zhì)級(jí)，鋼號(hào)最后有A為高級(jí)優(yōu)質(zhì)級(jí)，鋼號(hào)最后有E為特級(jí)優(yōu)質(zhì)級(jí)。舉例：20CrNi3

為含碳0.2%，含鉻<1.5%，含鎳3%的合金結(jié)構(gòu)鋼

9CrSi

為含碳0.9%，含鉻<1.5%，含硅<1.5%的合金工具鋼四、常用的合金鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

滾動(dòng)軸承鋼●合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金彈簧鋼●合金工具鋼合金工具鋼高速工具鋼刃具鋼模具鋼量具鋼不銹鋼耐磨鋼耐熱鋼●特殊性能鋼1.低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼①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，加入少量合金元素構(gòu)成的。②此類鋼的成分為低碳、低合金的（碳量0.1%~0.2%，合金總量<3%）,主添元素為Mn、Si等。③此類鋼的牌號(hào)為Q＋屈服強(qiáng)度＋質(zhì)量等級(jí)符號(hào)質(zhì)量分A、B、C、D、E五個(gè)等級(jí)（從差到好）。常用牌號(hào)有：Q295A~B、Q345A~E、Q390A~E、Q420A~E、Q460C~E等。④此類鋼主要用于工程建筑、車輛、船舶、油罐、輸油管等。直接在供應(yīng)狀態(tài)下使用(不再熱處理)2.合金滲碳鋼①

滲碳鋼因其主要經(jīng)滲碳+淬火+低溫回火后使用而得名，可獲得“表硬里韌”的性能。②

滲碳鋼成分為低碳、低中合金的（碳量0.1%~0.25%，合金總量<5%）,主添元素為Cr、Mn、

Ni、B等，輔添元素有W、Mo、Ti、V等。③

常用滲碳鋼的牌號(hào)有：15、20、20Cr、20CrMn、

20CrMnTi、20CrNi、20MnB、20Mn2B、20Mn2BTi、18Cr2Ni4WA等。④滲碳鋼主要用于制造汽車或拖拉機(jī)的變速齒輪、凸輪、活塞銷等零件（要求表面具有高硬度、高耐磨性而心部具有高韌性、高強(qiáng)度）。例：汽車變速齒輪，20CrMnTi（典型齒輪用鋼）

★加工工藝路線為：下料→鍛造→正火→加工齒形→滲碳(

930℃

)→預(yù)冷淬火(

830℃

)→低溫回火(

200℃

)→磨齒

★各道熱處理的目的：

正火---屬于預(yù)備熱處理，可消除鍛造后的熱應(yīng)力，同時(shí)降低硬度，以利于切削加工。滲碳---屬于最終熱處理，使零件表面先增碳再淬硬，獲得表層的高硬度、高耐磨性。而心部保留低碳鋼自身的高塑性、高韌性。3.合金調(diào)質(zhì)鋼①

調(diào)質(zhì)鋼因其主要經(jīng)調(diào)質(zhì)處理（淬火+高溫回火）

后使用而得名，可獲得良好的綜合力學(xué)性能。②調(diào)質(zhì)鋼成分為中碳、低中合金的（碳量0.3%~0.5%，合金總量<5%）,主添元素為Cr、Mn、

Ni、B等，輔添元素有W、Mo、Ti、V等。③

常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)有：40、45、40Cr、40CrMnMo、

40CrNiMoA、38CrMoAl（此鋼也是氮化鋼）等。④調(diào)質(zhì)鋼主要用于制造傳動(dòng)軸、曲軸、連桿螺栓、

機(jī)床傳動(dòng)齒輪等承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、拉壓、沖擊等復(fù)雜應(yīng)力的重要零件。例：連桿螺栓，選用材料為40Cr（典型合金調(diào)質(zhì)鋼）★加工工藝路線為：下料→鍛造→退火→粗機(jī)加工→調(diào)質(zhì)（830℃加熱、油淬后525℃回火）→精機(jī)加工★各道熱處理的目的：退火---屬于預(yù)備熱處理，可消除鍛造后的熱應(yīng)力，同時(shí)降低硬度，以利于切削加工。調(diào)質(zhì)---屬于最終熱處理，使零件獲得良好的綜合力學(xué)性能（強(qiáng)、硬、塑、韌均較好）★對(duì)軸、齒輪等傳動(dòng)件在調(diào)質(zhì)后還需進(jìn)行表面淬火或氮化處理，以提高表面硬度和耐磨性。4.合金彈簧鋼①?gòu)椈射撘蚱渲饕糜谥圃旄鞣N彈性零件而得名。經(jīng)熱處理后具有很高的彈性極限、屈強(qiáng)比和疲勞強(qiáng)度以及足夠的塑性、韌性。②彈簧鋼成分為中高碳、低中合金的（碳量0.6%~0.9%，合金總量<5%）,主添元素為Cr、Mn、Si等，輔添元素有W、V等。常用彈簧鋼的牌號(hào)有：60、65、65Mn、60Si2Mn、

60Si2CrVA、65Si2MnWA等。彈簧鋼主要用于制造機(jī)器儀表中的彈簧、汽車板簧等各種彈性零件。按彈簧的加工工藝特點(diǎn)，分為冷成型彈簧和熱成型彈簧兩種。例：汽車板簧，選用材料為60Si2Mn

★加工工藝路線為：扁鋼下料→加熱壓彎成型→淬火→中溫回火→噴丸

A.冷成型彈簧---細(xì)鋼絲(直徑d<10mm)繞制的螺旋彈簧，通過(guò)冷拔（或冷拉）、冷卷成型后不必淬火，只需進(jìn)行定型處理(加熱到250~300℃保溫一段時(shí)間,取出空冷)。B.熱成型彈簧---粗鋼絲(直徑d>10~15mm)繞制的螺旋彈簧或板式彈簧,熱卷、熱彎后進(jìn)行淬火+中溫回火（350～500℃）處理。屬于一種強(qiáng)化表面的手段，可消除或減輕彈簧的表面缺陷，提高屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，延長(zhǎng)使用壽命3~5倍。5.滾動(dòng)軸承鋼①滾動(dòng)軸承鋼是指制造各類滾動(dòng)軸承套圈及滾動(dòng)體的專用鋼。應(yīng)具有高而均勻的硬度、高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度、足夠的沖擊韌度和淬透性以及一定的抗腐蝕能力。②滾動(dòng)軸承鋼一般為高碳低鉻鋼（碳量為0.95%～1.15%，鉻量為0.4%～1.65%）；制造大型軸承時(shí)再添加硅、錳等元素。

常用滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)有：GCr6、GCr9、GCr15、

GCr9SiMn、GCr15SiMn

。(牌號(hào)中的鉻量為千分之幾)制造滾動(dòng)軸承套圈、滾動(dòng)體的工藝路線為：鍛造+球化退火+粗加工+油淬+低溫回火+精加工

*對(duì)精密軸承，淬火后立即進(jìn)行-60～-80℃冷處理，精密磨削加工后再進(jìn)行120℃的時(shí)效處理（5~10h)。6.低合金刃具鋼（低合金工具鋼）①低合金刃具鋼的碳量為0.9%～1.5%，添加Cr、Mn、Si等合金元素。熱處理后具有高的硬度、耐磨性、紅硬性以及足夠的強(qiáng)度和一定的韌性。②常用低合金刃具鋼的牌號(hào)有：9SiCr、9Mn2V、CrWMn等。③低合金刃具鋼的預(yù)備熱處理為球化退火，最終熱處理為油淬+低溫回火④低合金刃具鋼的熱處理特點(diǎn)是淬火變形及開(kāi)裂傾向小。主要用于制造絲錐、板牙、鉸刀以及其它形狀復(fù)雜、要求變形小的刀具。7.高速工具鋼（高速鋼）①高速鋼的碳量為0.7%～1.65%，并加入大量Cr、W、Mo、V等形成高合金鋼。其最突出的優(yōu)點(diǎn)是淬透性好、紅硬性高。②常用的高速鋼牌號(hào)有：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。主要用于制造車刀、銑刀等高速切削的刀具。③高速鋼的坯料必須反復(fù)鍛造，以擊碎萊氏體中粗大的、不均勻的碳化物。④高速鋼的預(yù)備熱處理(鍛后)為球化退火，最終熱處理為鹽浴或油中分級(jí)淬火+三次560℃回火。使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，提高硬度和強(qiáng)度。下圖所示為W18Cr4V盤狀銑刀的淬火+三次回火的工藝曲線：8.模具鋼冷作模具鋼熱作模具鋼①冷作模具鋼用于制造在冷態(tài)下變形的模具（如冷沖模、冷鐓模、拉絲模、冷軋模等）。應(yīng)具有高的硬度和耐磨性、較高的強(qiáng)度和沖擊韌度以及良好的工藝性。②冷作模具鋼的化學(xué)成分和熱處理特點(diǎn)基本上與刃具鋼相同。尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、工作負(fù)荷不大的冷作模具常選用T8A、T10A、T12A、9SiCr、CrWMn等碳素工具鋼和低合金工具鋼；尺寸大、負(fù)荷大、形狀復(fù)雜的冷作模具常選用高碳高鉻的模具鋼，主要是Cr12、Cr12MoV等“Cr12型鋼”。

a)Cr12型鋼的碳量為1.4%～2.3%，鉻量為11%～12%。Cr12型鋼也屬萊氏體鋼，坯料必須反復(fù)鍛造，以擊碎萊氏體中粗大且不均勻的碳化物。

b)

Cr12型鋼的預(yù)備熱處理為球化退火，最終熱處理為淬火+低溫回火。最終組織為回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體。③熱作模具鋼用于制造使金屬熱成型的模具（如熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等）。應(yīng)具有較好的強(qiáng)度、韌性，足夠的耐磨性和硬度，良好的抗熱疲勞性、導(dǎo)熱性、回火穩(wěn)定性及淬透性。

熱作模具鋼的碳量一般為0.5%～0.6%(壓鑄模為0.3%)。常用鋼號(hào)有：5CrMnMo(中小型模具)、

5CrNiMo（大型模具）、3Cr2W8V（壓鑄模）

P20=3Cr2Mo

（C0.33

Cr1.85

Mo0.5

）(注塑模)

⑤熱作模具鋼的坯料同樣要反復(fù)鍛造，使碳化物均勻分布。鍛造后要退火以消除鍛造應(yīng)力、降低硬度，以便于切削加工。最終熱處理為淬火+高溫回火，得到回火索氏體，獲得良好的綜合力學(xué)性能。9.量具鋼①

量具鋼是用來(lái)制造量規(guī)、塊規(guī)、千分尺等各種

測(cè)量工具的鋼。應(yīng)具有高的硬度、耐磨性、尺

寸穩(wěn)定性及一定的韌性。②

量規(guī)、塞規(guī)、樣板等尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度

要求低的量具多選用T10A、T12A等碳素工具鋼。③塊規(guī)、螺紋塞規(guī)、環(huán)規(guī)、樣柱等形狀較為復(fù)雜、精度要求高的量具多選用低合金工具鋼(

9SiCr、9CrWMn、CrWMn

)或滾動(dòng)軸承鋼(

GCr15

)。有時(shí)也用滲碳鋼制作精度不高、耐沖擊的量具或用冷作模具鋼制作精密量具。④制作量具的工藝路線為：鍛造→球化退火→機(jī)加工→粗磨→淬火+低溫回火→精磨→穩(wěn)定化處理(

冷處理+時(shí)效

)→涂油10.不銹鋼①

不銹鋼是指在空氣、酸、堿、鹽的水溶液等腐蝕

介質(zhì)中具有高度化學(xué)穩(wěn)定性的鋼。②

不銹鋼牌號(hào)前的數(shù)字表示碳量的千分之幾，合金

元素的表示方法不變。當(dāng)ωC≤0.03%或0.08％時(shí)，

在牌號(hào)前面分別冠以“00”與“0”。③

常用不銹鋼可分為鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼

和奧氏體不銹鋼。

a)鐵素體不銹鋼的典型牌號(hào)為1Cr17、1Cr17Ti等。材料塑性好、強(qiáng)度低，不能熱處理強(qiáng)化。主要用于化工設(shè)備的容器、管道等。b)馬氏體不銹鋼的典型牌號(hào)為：1Cr13、2Cr13、

3Cr13、4Cr13等，統(tǒng)稱為“Cr13型”不銹鋼。

*1Cr13、2Cr13具有抗大氣等介質(zhì)腐蝕的能力，常作為結(jié)構(gòu)鋼使用，采用淬火+高溫回火（600～700℃），用于制造汽輪機(jī)葉片、鍋爐管附件、螺母、螺栓等。*3Cr13、4Cr13的耐腐蝕性能略差些，但通過(guò)淬火+低溫回火(

200～300℃

)可獲得較高的硬度和耐磨性，常作為工具鋼使用，制造耐蝕耐磨的工具、醫(yī)療工具、量具以及滾動(dòng)軸承等。c)

奧氏體不銹鋼的典型牌號(hào)為：1Cr18Ni9、

1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9、00Cr18Ni9等，統(tǒng)稱為

“18-8型”不銹鋼。*奧氏體不銹鋼通常采用固溶處理方法，即把鋼加熱到1100℃后水冷，以得到單相的奧氏體組織。*奧氏體不銹鋼具有很高的抗蝕性、塑性和韌性，但切削加工性能較差，不能熱