金屬學(xué)與熱處理第2版第十一章課件

第一節(jié)鋼的分類(lèi)和編號(hào)第二節(jié)合金元素在鋼中的作用第三節(jié)工程結(jié)構(gòu)用鋼第四節(jié)機(jī)器零件用鋼第十一章工業(yè)用鋼第五節(jié)工具鋼第六節(jié)特殊性能鋼第一節(jié)鋼的分類(lèi)和編號(hào)第二節(jié)合金元素在鋼中的作用第三節(jié)第一節(jié)鋼的分類(lèi)和編號(hào)

（一）按用途分類(lèi)這是主要的分類(lèi)方法，我國(guó)合金鋼的部頒標(biāo)準(zhǔn)一般都是按用途分類(lèi)編制的。根據(jù)鋼材的用途可以分為三類(lèi)。（1）結(jié)構(gòu)鋼（2）工具鋼（3）特殊性能鋼一、鋼的分類(lèi)第一節(jié)鋼的分類(lèi)和編號(hào)（一）按用途分類(lèi)一、鋼的分鋼的分類(lèi)

按鋼的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大類(lèi)。碳素鋼又分為：①低碳鋼，wC≤0.25%；②中碳鋼，wC=0.25%～0.6%；③高碳鋼，wC＞0.6%。合金鋼也可分為：①低合金鋼，合金元素總含量w≤5%；②中合金鋼，合金元素總含量w=5%～10%；③高合金鋼，合金元素總含量w＞10%。另外，根據(jù)鋼中所含主要合金元素種類(lèi)的不同，也可分為錳鋼、鉻鋼、鉻鎳鋼、硼鋼等。（二）按化學(xué)成分分類(lèi)鋼的分類(lèi)按鋼的化學(xué)成分可分為碳素鋼和合金鋼兩大鋼的分類(lèi)

（1）按平衡狀態(tài)或退火狀態(tài)的組織分類(lèi)可以分為亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼和萊氏體鋼。（2）按正火組織分類(lèi)可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼和奧氏體鋼。（3）按室溫時(shí)的顯微組織分類(lèi)可分為鐵素體鋼、奧氏體鋼和雙相鋼。（三）按顯微組織分類(lèi)鋼的分類(lèi)（1）按平衡狀態(tài)或退火狀態(tài)的組織分類(lèi)可以鋼的分類(lèi)

主要以鋼中有害雜質(zhì)P、S的含量來(lái)分類(lèi)，可分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼和特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼。例如，優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)質(zhì)鋼等級(jí)wP、wS均≤0.035%，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼等級(jí)wP、wS均≤0.030%；合金結(jié)構(gòu)鋼的優(yōu)質(zhì)鋼等級(jí)wP、wS均≤0.035%，高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼等級(jí)wP、wS均≤0.025%。（四）按品質(zhì)分類(lèi)鋼的分類(lèi)主要以鋼中有害雜質(zhì)P、S的含量來(lái)分類(lèi)，

（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼這兩類(lèi)鋼采用表示屈服點(diǎn)的拼音首位字母“Q”+屈服點(diǎn)數(shù)值（單位為MPa）+質(zhì)量等級(jí)+脫氧方法等符號(hào)表示，按順序組成牌號(hào)。例如碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示為Q235AF、Q235BZ等；低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)表示為Q345C、Q345D等。質(zhì)量等級(jí)由A到E，磷、硫含量降低，鋼的質(zhì)量提高。碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)中表示鎮(zhèn)靜鋼的符號(hào)“Z”和表示特殊鎮(zhèn)靜鋼的符號(hào)“TZ”可以省略；低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號(hào)中沒(méi)有表示脫氧方法的符號(hào)。二、鋼的編號(hào)（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼二、鋼的編號(hào)鋼的編號(hào)

牌號(hào)用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾，如45鋼表示鋼中平均含碳量為wC=0.45%，08鋼表示平均含碳量為wC=0.08%。含錳量較高的鋼，須將錳元素標(biāo)出，如平均wC=0.50%、wMn=0.70%～1.00%的鋼，其牌號(hào)為“50Mn”。沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼以及專(zhuān)門(mén)用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)在牌號(hào)后特別標(biāo)出，如“20g”，即平均含碳量為wC=0.20%的鍋爐鋼。（二）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼的編號(hào)牌號(hào)用兩位數(shù)字表示。這兩位數(shù)字表示平均鋼的編號(hào)

在牌號(hào)前加“T”以表示碳素工具鋼，其后跟以表示含碳量的千分之幾的數(shù)字，如平均含碳量wC=0.8%的鋼，其鋼號(hào)為“T8”。含錳量較高者，在牌號(hào)后標(biāo)以“Mn”，如“T8Mn”。高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼在牌號(hào)后加“A”，如“T10A”。（三）碳素工具鋼鋼的編號(hào)在牌號(hào)前加“T”以表示碳素工具鋼，其后鋼的編號(hào)

合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由三部分組成，即“數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字”。前面的兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾，合金元素后面的數(shù)字表示合金元素的平均含量，一般以百分之幾表示，當(dāng)其平均值w＜1.5%時(shí)，牌號(hào)中一般只標(biāo)明元素符號(hào)而不標(biāo)明其含量。若其平均值w≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%……時(shí)，則在元素后面相應(yīng)地標(biāo)出2、3、4……。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在牌號(hào)后面加“A”。如含碳量為wC=0.35%、wSi=1.1%～1.4%、wMn=1.1%～1.4%的鋼，其牌號(hào)為“35SiMn”。（四）合金結(jié)構(gòu)鋼鋼的編號(hào)合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由三部分組成，即“數(shù)字鋼的編號(hào)

合金工具鋼的編號(hào)原則與合金結(jié)構(gòu)鋼大體相同，所不同的只是含碳量的表示方法不同，如平均含碳量wC≥1.0%，則不標(biāo)出含碳量；如平均含碳量wC＜1.0%時(shí)，則在牌號(hào)前以千分之幾表示。如“CrMn”中的wC=1.3%～1.5%；“9Mn2V”中的wC=0.85%～0.95%。（五）合金工具鋼鋼的編號(hào)合金工具鋼的編號(hào)原則與合金結(jié)構(gòu)鋼大體相鋼的編號(hào)

鉻滾動(dòng)軸承鋼牌號(hào)由GCr+數(shù)字組成，數(shù)字表示鉻含量平均值的千分之幾，如“GCr15”，就是鉻的平均含量為wCr=1.5%的滾動(dòng)軸承鋼。（六）鉻滾動(dòng)軸承鋼鋼的編號(hào)鉻滾動(dòng)軸承鋼牌號(hào)由GCr+數(shù)字組成，數(shù)鋼的編號(hào)

不銹鋼與耐熱鋼（珠光體型耐熱鋼除外）的牌號(hào)由“數(shù)字+合金元素符號(hào)+數(shù)字”組成。前面的數(shù)字表示平均含碳量的千分之幾。如“9Cr18”表示含碳量為wC=0.9%。但當(dāng)wC≤0.08%時(shí)，以“0”表示，如0Cr18Ni9；當(dāng)wC≤0.03%時(shí)，以“00”表示，如00Cr19Ni10。（七）不銹鋼與耐熱鋼鋼的編號(hào)不銹鋼與耐熱鋼（珠光體型耐熱鋼除外）的第二節(jié)合金元素在鋼中的作用

它們有以下四種存在形式。（1）溶入鐵素體、奧氏體和馬氏體中，以固溶體的溶質(zhì)形式存在。（2）形成強(qiáng)化相，如形成合金滲碳體、形成元素本身的碳化物或形成金屬化合物。（3）形成非金屬夾雜物，如合金元素與O、N、S作用形成氧化物、氮化物和硫化物等。（4）有些元素如Pb等既不溶于鐵，也不形成化合物，而是在鋼中以游離狀態(tài)存在。在高碳鋼中碳有時(shí)也以自由狀態(tài)（石墨）存在。一、合金元素在鋼中的分布第二節(jié)合金元素在鋼中的作用它們有以下四種存在形式

（一）合金元素與鐵的相互作用合金元素對(duì)鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變有很大影響，主要通過(guò)合金元素在α-Fe和γ-Fe中的固溶度及其對(duì)γ相區(qū)的影響表現(xiàn)出來(lái)，體現(xiàn)為合金元素與鐵構(gòu)成的二元合金相圖的不同類(lèi)型。

1.無(wú)限擴(kuò)大γ相區(qū)型（圖11-1a）

2.有限擴(kuò)大γ相區(qū)型（圖11-1b）

3.封閉γ相區(qū)、無(wú)限擴(kuò)大α相區(qū)型（圖11-1c）

4.封閉γ相區(qū)、有限擴(kuò)大α相區(qū)型（圖11-1d）

5.縮小γ相區(qū)型（圖11-1e）二、合金元素與鐵和碳的相互作用（一）合金元素與鐵的相互作用二、合金元素與鐵和碳的相互合金元素與鐵和碳的相互作用（一）合金元素與鐵的相互作用圖11-1鐵及其他合金元素平衡相圖的類(lèi)型

L—液相α、γ、δ—固溶體相合金元素與鐵和碳的相互作用（一）合金元素與鐵的相互作用圖11合金元素與鐵和碳的相互作用1.非碳化物形成元素這一類(lèi)元素有Ni、Si、Co、Al、Cu等，通常固溶于鐵素體或奧氏體中，起固溶強(qiáng)化作用，有的可形成非金屬夾雜物和金屬間化合物，如Al2O3、AlN、SiO2、FeSi、Ni3Al等。另外，Si的含量高時(shí)，可能使?jié)B碳體分解，使碳游離呈石墨狀態(tài)存在，即有所謂石墨化作用。（二）合金元素與碳的相互作用合金元素與鐵和碳的相互作用1.非碳化物形成元素（二）合金元素與鐵和碳的相互作用2.碳化物形成元素這一類(lèi)元素按與碳的親和力從大到小的次序排列有Zr、Ti、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe等過(guò)渡族元素。合金元素與碳的親和力越大，所形成碳化物的穩(wěn)定性越大。其中，Zr、Ti、Nb、V為強(qiáng)碳化物形成元素，與碳有極強(qiáng)的親和力，只要有足夠的碳，就能形成碳化物，僅在缺少碳的情況下，才以原子狀態(tài)溶入固溶體中；Mn為弱碳化物形成元素，除少量可溶于滲碳體中形成合金滲碳體外，幾乎都溶解于鐵素體和奧氏體中；中強(qiáng)碳化物形成元素為W、Mo、Cr，當(dāng)其含量較少時(shí)，多溶于滲碳體中形成合金滲碳體，當(dāng)其含量較高時(shí)，則可能形成新的碳化物。（二）合金元素與碳的相互作用合金元素與鐵和碳的相互作用2.碳化物形成元素（二）合

（一）合金元素對(duì)Fe-C相圖的影響

1.對(duì)奧氏體相區(qū)的影響加入到鋼中的合金元素，依其對(duì)奧氏體相區(qū)的作用可分為兩類(lèi)。一類(lèi)是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)的元素鋼在室溫下為單相奧氏體組織，稱(chēng)為奧氏體鋼。另一類(lèi)是縮小奧氏體相區(qū)的元素，奧氏體相區(qū)消失，鋼在室溫下為單相鐵素體組織，稱(chēng)為鐵素體鋼。三、合金元素對(duì)相變的影響（一）合金元素對(duì)Fe-C相圖的影響三、合金元素對(duì)相變的合金元素對(duì)相變的影響（一）合金元素對(duì)Fe-C相圖的影響圖11-4合金元素對(duì)共析溫度的影響合金元素對(duì)相變的影響（一）合金元素對(duì)Fe-C相圖的影響圖11合金元素對(duì)相變的影響（一）合金元素對(duì)Fe-C相圖的影響2.對(duì)S點(diǎn)和E點(diǎn)位置的影響幾乎所有的合金元素都使S點(diǎn)和E點(diǎn)左移，即這兩點(diǎn)的含碳量下降。由于S點(diǎn)的左移，使含碳量wC低于0.77%的合金鋼出現(xiàn)過(guò)共析組織而析出碳化物。另外，在退火狀態(tài)下，相同含碳量的合金鋼組織中的珠光體量比碳鋼多，從而使鋼的強(qiáng)度和硬度提高。合金元素對(duì)相變的影響（一）合金元素對(duì)Fe-C相圖的影響合金元素對(duì)相變的影響（二）合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響

合金元素對(duì)鋼奧氏體化過(guò)程的影響表現(xiàn)在兩方面。一方面，為了獲得成分均勻的奧氏體，希望有盡可能多的合金元素溶解于奧氏體中，發(fā)揮其提高淬透性的作用，必須將合金鋼加熱到更高的溫度和保溫更長(zhǎng)的時(shí)間。另一方面，所有的合金元素（Mn、P、C、N除外）都有阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的作用，但作用的強(qiáng)弱程度有所不同。合金元素對(duì)相變的影響（二）合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)相變的影響（三）合金元素對(duì)冷卻時(shí)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響

合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響主要體現(xiàn)為對(duì)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變圖的影響。除Co之外，所有溶入奧氏體中的合金元素均使C曲線(xiàn)右移，其中碳化物形成元素還使C曲線(xiàn)的形狀發(fā)生變化，提高過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，從而提高了鋼的淬透性，這往往是合金化的主要目的之一。合金元素對(duì)相變的影響（三）合金元素對(duì)冷卻時(shí)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影合金元素對(duì)相變的影響（四）合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響

回火過(guò)程是使鋼獲得預(yù)期性能的關(guān)鍵工序，合金元素的主要作用是提高了鋼的耐回火性（即鋼對(duì)回火時(shí)發(fā)生軟化過(guò)程的抵抗能力），使回火過(guò)程各個(gè)階段的轉(zhuǎn)變速度大大減慢，將其推向更高的溫度。合金元素對(duì)相變的影響（四）合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響第三節(jié)工程結(jié)構(gòu)用鋼

工程結(jié)構(gòu)用鋼用于制作各種大型金屬結(jié)構(gòu)，如橋梁、船舶、屋架、車(chē)輛、鍋爐、容器等工程構(gòu)件，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為工程用鋼。一般說(shuō)來(lái)，這些構(gòu)件的工作特點(diǎn)是不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，承受長(zhǎng)期靜載荷；有一定使用溫度要求，如有的（鍋爐）使用溫度可到250℃以上，而有的則在寒帶條件下工作，長(zhǎng)期承受低溫作用；通常在野外（如橋梁）或海水中（如船舶）使用，承受大氣和海水的浸蝕。一、概述第三節(jié)工程結(jié)構(gòu)用鋼工程結(jié)構(gòu)用鋼用于制作各種大型金概述

工程用鋼必須具有良好的工藝性能。為了制成各種構(gòu)件，需要將鋼廠供應(yīng)的棒材、板材、型材、管材、帶材等鋼材先進(jìn)行必要的冷變形，制成各種部件，然后用焊接或鉚接的方法連接起來(lái)，因而要求鋼材必須具有良好的冷變形性和焊接性，構(gòu)件用鋼的化學(xué)成分的設(shè)計(jì)和選擇，首先必須滿(mǎn)足這兩方面的要求，其使用性能的要求往往退居第二位。這一點(diǎn)與其他鋼種的情況有所不同。概述工程用鋼必須具有良好的工藝性能。為了制成各種

（一）屈服現(xiàn)象屈服現(xiàn)象是低碳鋼所具有的力學(xué)性能特點(diǎn)，表現(xiàn)為在其工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)上存在上、下屈服點(diǎn)和屈服平臺(tái)。屈服現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是由于間隙原子C、N所形成的柯氏氣團(tuán)對(duì)位錯(cuò)有很強(qiáng)的釘扎作用，必須在較大的外加應(yīng)力下才能使位錯(cuò)掙脫氣團(tuán)的釘扎而移動(dòng)，這一應(yīng)力值就是應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)上的上屈服點(diǎn)，位錯(cuò)一旦掙脫了氣團(tuán)的釘扎，就可以在較低的應(yīng)力下運(yùn)動(dòng)，這就是下屈服點(diǎn)，此時(shí)試樣繼續(xù)延伸而應(yīng)力保持定值或作微小波動(dòng)，這就是應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)上的屈服齒或屈服平臺(tái)。二、工程結(jié)構(gòu)用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn)（一）屈服現(xiàn)象二、工程結(jié)構(gòu)用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn)工程結(jié)構(gòu)用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn)

構(gòu)件用鋼經(jīng)冷塑性變形后，在室溫放置較長(zhǎng)時(shí)間或稍經(jīng)加熱后，其強(qiáng)度、硬度升高，塑性、韌性下降，這種現(xiàn)象稱(chēng)為應(yīng)變時(shí)效。前已指出，低碳鋼在開(kāi)始塑性變形時(shí)位錯(cuò)掙脫柯氏氣團(tuán)的釘扎而運(yùn)動(dòng)，當(dāng)多數(shù)位錯(cuò)都掙脫柯氏氣團(tuán)后，流變應(yīng)力開(kāi)始增高，產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。（二）應(yīng)變時(shí)效和淬火時(shí)效工程結(jié)構(gòu)用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn)構(gòu)件用鋼經(jīng)冷塑性變形后，在工程結(jié)構(gòu)用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn)

用低碳鋼材制造的各種工程構(gòu)件，室溫下的強(qiáng)度不高，塑性韌性良好，但是當(dāng)溫度降低時(shí)，可能由微孔聚集型的塑性斷裂轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈缘慕饫頂嗔眩@一現(xiàn)象稱(chēng)為冷脆。（三）冷脆傾向性工程結(jié)構(gòu)用鋼的力學(xué)性能特點(diǎn)用低碳鋼材制造的各種工程構(gòu)

（一）對(duì)力學(xué)性能的影響三、合金元素對(duì)工程結(jié)構(gòu)用鋼性能的影響圖11-9合金元素對(duì)鐵素體的固溶強(qiáng)化作用圖11-10合金元素對(duì)鐵素體抗拉強(qiáng)度的影響（一）對(duì)力學(xué)性能的影響三、合金元素對(duì)工程結(jié)構(gòu)用鋼性能合金元素對(duì)工程結(jié)構(gòu)用鋼性能的影響（一）對(duì)力學(xué)性能的影響圖11-11合金元素對(duì)鐵素體屈服強(qiáng)度的影響圖11-12合金元素對(duì)鐵素體斷面收縮率的影響圖11-13合金元素對(duì)鐵素體沖擊韌度的影響合金元素對(duì)工程結(jié)構(gòu)用鋼性能的影響（一）對(duì)力學(xué)性能的影響圖11

（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼易于冶煉，價(jià)格低廉，性能基本滿(mǎn)足一般工程結(jié)構(gòu)的要求，用量約占鋼材總產(chǎn)量的70%～80%。碳素結(jié)構(gòu)鋼含碳量低（wC=0.06%～0.38%），硫、磷含量較高。通常以熱軋空冷狀態(tài)供應(yīng)，其塑性高，焊接性好，使用狀態(tài)下的組織為鐵素體加珠光體。碳素結(jié)構(gòu)鋼常以熱軋板、帶、棒及型鋼使用，適于焊接、鉚接、栓接等。四、常用的工程結(jié)構(gòu)用鋼（一）碳素結(jié)構(gòu)鋼四、常用的工程結(jié)構(gòu)用鋼常用的工程結(jié)構(gòu)用鋼（二）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在含碳量wC≤0.20%的碳素結(jié)構(gòu)鋼基礎(chǔ)上，加入少量的合金元素發(fā)展起來(lái)的，強(qiáng)度高于碳素結(jié)構(gòu)鋼。由于強(qiáng)度高，就可以1t此類(lèi)鋼抵1.2～2.0t碳素結(jié)構(gòu)鋼使用，從而可減輕構(gòu)件重量，提高使用可靠性并節(jié)約鋼材。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼還具有足夠的塑性、低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度以及良好的焊接性能和耐蝕性，目前已廣泛應(yīng)用于建筑、石油、化工、鐵道、船舶、機(jī)車(chē)車(chē)輛、鍋爐容器、農(nóng)機(jī)農(nóng)具等許多部門(mén)。常用的工程結(jié)構(gòu)用鋼（二）低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)

在實(shí)際生產(chǎn)中，有許多形狀復(fù)雜的零件或大型部件難以用壓力加工的方法成形，此時(shí)通常用鑄鋼制造。特別是近年來(lái)鑄造技術(shù)的進(jìn)步，精密鑄造的發(fā)展，鑄鋼件在組織、性能、精度和表面光潔程度等方面都已接近鍛鋼件，可在不經(jīng)切削加工或只需少量切削加工后使用，能大量節(jié)約鋼材和成本，因此鑄鋼得到了更加廣泛的應(yīng)用。五、鑄鋼在實(shí)際生產(chǎn)中，有許多形狀復(fù)雜的零件或大型部件難以用壓鑄鋼

為了進(jìn)一步改善鑄鋼的力學(xué)性能，常在碳素鑄鋼基礎(chǔ)上加入少量Mn、Si、Cr、Ni、Mo、Ti、V等合金元素，制成低合金鑄鋼。當(dāng)要求特殊物理化學(xué)性能時(shí)可采用特殊鑄鋼，如不銹鑄鋼、耐磨鑄鋼及耐熱鑄鋼等。鑄鋼晶粒粗大，偏析嚴(yán)重，鑄造內(nèi)應(yīng)力大及易形成魏氏組織，使塑性和韌性顯著下降。為了消除或減輕這些鑄鋼組織中的缺陷，應(yīng)進(jìn)行完全退火或正火，以消除魏氏組織、細(xì)化晶粒，消除鑄造內(nèi)應(yīng)力，改善鑄鋼的力學(xué)性能。此外，對(duì)某些局部表面要求耐磨的中碳鋼鑄件，可采用局部表面淬火，如鑄鋼大齒輪，可逐齒進(jìn)行火焰淬火。較小的中碳鑄鋼件，可采用調(diào)質(zhì)以改善其力學(xué)性能。鑄鋼為了進(jìn)一步改善鑄鋼的力學(xué)性能，常在碳素鑄鋼基第四節(jié)機(jī)器零件用鋼

機(jī)器零件用鋼是指用于制造各種機(jī)器零件，如軸類(lèi)零件、齒輪、彈簧和軸承等所用的鋼種，也稱(chēng)為機(jī)械結(jié)構(gòu)用鋼。機(jī)器零件在工作時(shí)承受拉伸、壓縮、剪切、扭轉(zhuǎn)、沖擊、振動(dòng)、摩擦等一種力的作用，或幾種力的同時(shí)作用，在零件的截面上產(chǎn)生拉、壓、切等應(yīng)力。這些應(yīng)力值可以是恒定的或變化的；在方向上可以是單向的或反復(fù)的；在加載方式上可以是逐漸的或驟然的。機(jī)器零件工作環(huán)境也很復(fù)雜，有的在高溫，有的在低溫，有的還受腐蝕介質(zhì)的作用。一、概述第四節(jié)機(jī)器零件用鋼機(jī)器零件用鋼是指用于制造各種機(jī)概述

機(jī)器零件損傷及失效方式也各不相同。一般說(shuō)來(lái)，根據(jù)機(jī)器零件的工作條件，對(duì)力學(xué)性能提出以下要求：

1）要求機(jī)器零件用鋼有較高的疲勞強(qiáng)度。

2）要求機(jī)器零件用鋼要具有高的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度以及較高的斷裂抗力。

3）要求機(jī)器零件用鋼具有良好的耐磨性及接觸疲勞強(qiáng)度。

4）要求機(jī)器零件用鋼應(yīng)具有較高的韌性，以降低缺口敏感性。概述機(jī)器零件損傷及失效方式也各不相同。一般說(shuō)來(lái)，

機(jī)器零件用鋼中加入的合金元素主要有Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、Ti、B和Al等數(shù)種，或者是單獨(dú)加入，或者是幾種同時(shí)加入。它們?cè)阡撝械闹饕饔檬牵禾岣咪摰拇阃感裕唤档弯摰倪^(guò)熱敏感性；提高耐回火性；抑制第二類(lèi)回火脆性；改善鋼中非金屬夾雜物的形態(tài)和提高鋼的工藝性能等。其中有些內(nèi)容前面已經(jīng)作過(guò)介紹，現(xiàn)只就以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。二、機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)機(jī)器零件用鋼中加入的合金元素主要有Cr、Mn、Si、機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)

淬透性雖是一種熱處理工藝性能，但是，合金元素可以通過(guò)提高鋼的淬透性而影響鋼的力學(xué)性能。如前所述，馬氏體相變及其隨后的回火是綜合利用了固溶強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化，獲得馬氏體已成為鋼的最重要強(qiáng)化手段。在相同硬度的條件下，淬火回火鋼的σ0.2、δ、ψ遠(yuǎn)高于未淬透（或未淬火）的鋼，前者的沖擊韌度（圖11-14）和疲勞強(qiáng)度（圖11-15）也顯著優(yōu)于后者。（一）提高鋼的淬透性機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)淬透性雖是一種熱處理工藝性能機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)（一）提高鋼的淬透性圖11-14鋼的組織對(duì)沖擊韌度的影響（35CrNiMo鋼淬火回火到σb=880MPa）圖11-15鋼的組織對(duì)淬火回火后鋼的疲勞強(qiáng)度的影響（全部試樣都熱處理到36HRC）機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)（一）提高鋼的淬透性圖11-14機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)

碳是機(jī)器零件用鋼中的最重要的元素，它不但直接決定了馬氏體的硬度，而且對(duì)馬氏體的形態(tài)及其回火后的性能都有很大影響?；鼗鹗菬崽幚淼淖詈笠坏拦ば?，回火溫度的確定就決定了鋼的最后組織狀態(tài)，因此從這一意義上來(lái)說(shuō)，回火工藝在某種程度上決定了零件的使用性能和壽命。（二）含碳量的選擇和回火溫度的確定機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)碳是機(jī)器零件用鋼中的最重要的機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)

鋼的切削加工性能是一種重要的工藝性能，對(duì)于大生產(chǎn)顯得尤為重要，有時(shí)為了提高切削速度，發(fā)揮自動(dòng)機(jī)床的加工能力，延長(zhǎng)刀具使用壽命，常常不得不犧牲一部分使用性能而保證鋼材的切削加工性能。（三）提高鋼的切削加工性機(jī)器零件用鋼的合金化特點(diǎn)鋼的切削加工性能是一種重要的

（一）滲碳鋼的工作條件及對(duì)性能的要求現(xiàn)以齒輪為例分析其工作條件及對(duì)使用性能的要求

1）齒輪工作時(shí)，從嚙合點(diǎn)到齒根的整個(gè)齒面上均受脈動(dòng)的彎曲應(yīng)力作用，而在齒根危險(xiǎn)斷面上造成最大的彎曲應(yīng)力。在脈動(dòng)彎曲應(yīng)力作用下，可使齒輪產(chǎn)生彎曲疲勞破壞。破壞形式是斷齒。三、滲碳鋼（一）滲碳鋼的工作條件及對(duì)性能的要求三、滲碳鋼滲碳鋼2）齒輪工作時(shí)，通過(guò)齒面接觸傳遞動(dòng)力。在接觸應(yīng)力的反復(fù)作用下，會(huì)使工作齒面產(chǎn)生接觸疲勞破壞。破壞形式主要有麻點(diǎn)剝落與硬化層剝落兩種。

3）齒輪工作時(shí)，兩齒面相對(duì)運(yùn)動(dòng)（包括滾動(dòng)與滑動(dòng)），產(chǎn)生摩擦力，因而要求齒面有較高的耐磨性。

4）齒輪工作時(shí)，有時(shí)還會(huì)承受強(qiáng)烈的沖擊載荷，要求齒輪有較高的強(qiáng)韌性。（一）滲碳鋼的工作條件及對(duì)性能的要求滲碳鋼2）齒輪工作時(shí)，通過(guò)齒面接觸傳遞動(dòng)力。滲碳鋼1.低碳含碳量一般為wC=0.10%～0.25％。滲碳鋼的含碳量實(shí)際上是滲碳零件心部的含碳量，這對(duì)于保證心部有足夠的塑性和韌性是十分必要的。若含碳量過(guò)低，表面的滲碳層易于剝落；含碳量過(guò)高，則心部的塑性和韌性下降，并使表層的壓應(yīng)力減少，從而降低彎曲疲勞強(qiáng)度。（二）滲碳鋼的化學(xué)成分滲碳鋼1.低碳（二）滲碳鋼的化學(xué)成分滲碳鋼2.加入提高淬透性的合金元素提高心部的強(qiáng)度將提高齒輪的承載能力，并防止?jié)B層剝落。而心部的強(qiáng)度則取決于鋼中含碳量及淬透性。當(dāng)淬透性足夠時(shí)，心部得到全部位錯(cuò)馬氏體組織；如淬透性不足，則出現(xiàn)非馬氏體組織。常加入的合金元素有Cr、Mn、Ni、B、Mo、W和Si等。Ni對(duì)滲層和心部的韌性和強(qiáng)度都十分有利，因而高級(jí)滲碳鋼中都含有較多的Ni。（二）滲碳鋼的化學(xué)成分滲碳鋼2.加入提高淬透性的合金元素（二）滲碳滲碳鋼3.加入阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素滲碳工藝是在910～930℃高溫下進(jìn)行的，為了阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，滲碳鋼用以鋁脫氧的本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。Mn在鋼中有促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向，所以在含Mn滲碳鋼中常加入少量的V、Ti等阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素。（二）滲碳鋼的化學(xué)成分滲碳鋼3.加入阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素（二）滲碳鋼

1.低淬透性滲碳鋼

其強(qiáng)度級(jí)別σb在800MPa以下，又稱(chēng)為低強(qiáng)度滲碳鋼。常用的有15、20、20Mn2、20MnV、15Cr等。由于這類(lèi)鋼的淬透性低，因此只適用于對(duì)心部強(qiáng)度要求不高的小型滲碳件，如套筒、鏈條、活塞銷(xiāo)等。（三）常用的滲碳鋼滲碳鋼1.低淬透性滲碳鋼（三）常用的滲碳鋼滲碳鋼

2.中淬透性滲碳鋼

其強(qiáng)度級(jí)別σb在800～1200MPa范圍內(nèi)，又稱(chēng)為中強(qiáng)度滲碳鋼。常用的有20CrMnTi、20MnVB、20MnTiB等。這類(lèi)鋼的淬透性與心部的強(qiáng)度均較高，可用于制造一般機(jī)器中較為重要的滲碳件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的齒輪及活塞銷(xiāo)等。（三）常用的滲碳鋼滲碳鋼2.中淬透性滲碳鋼（三）常用的滲碳鋼滲碳鋼

3.高淬透性滲碳鋼其強(qiáng)度級(jí)別σb在1200MPa以上，又稱(chēng)高強(qiáng)度滲碳鋼。常用的有20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等。由于具有很高的淬透性，心部強(qiáng)度很高，因此這類(lèi)鋼可用于制造截面較大的重負(fù)荷滲碳件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪、曲軸、坦克齒輪等。（三）常用的滲碳鋼滲碳鋼3.高淬透性滲碳鋼（三）常用的滲碳鋼滲碳鋼

滲碳鋼的熱處理一般是滲碳后進(jìn)行淬火及低溫回火，以獲得高硬度的表層及強(qiáng)而韌的心部。根據(jù)鋼的成分的差異，常用的熱處理方法有以下幾種。

1.滲碳后預(yù)冷直接淬火及低溫回火

2.一次淬火

3.兩次淬火（四）滲碳鋼的熱處理滲碳鋼滲碳鋼的熱處理一般是滲碳后進(jìn)行淬火及低

（一）調(diào)質(zhì)鋼的工作條件及對(duì)性能的要求經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的結(jié)構(gòu)鋼稱(chēng)為調(diào)質(zhì)鋼。許多機(jī)器設(shè)備上的重要零件如機(jī)床主軸、汽車(chē)拖拉機(jī)的后橋半軸、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、連桿、高強(qiáng)度螺栓等，都是在多種應(yīng)力負(fù)荷下工作的，受力情況比較復(fù)雜，要求具有比較全面的力學(xué)性能——不但要有很高的強(qiáng)度，而且要求有良好的塑性和韌性，即要求良好的綜合力學(xué)性能，才能承受較大的工作應(yīng)力，防止由于突然過(guò)載等偶然原因造成的破壞。四、調(diào)質(zhì)鋼（一）調(diào)質(zhì)鋼的工作條件及對(duì)性能的要求四、調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼

1.中碳含碳量一般為wC=0.25%～0.45%，以保證有足夠的碳化物起彌散強(qiáng)化作用。但是碳是不利于調(diào)質(zhì)鋼沖擊韌度的元素，故在選擇鋼中含碳量時(shí)，在滿(mǎn)足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)將其限制在較低的范圍內(nèi)，從而提高鋼的韌性，增加零件工作時(shí)的安全可靠性。（二）調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分調(diào)質(zhì)鋼1.中碳（二）調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分調(diào)質(zhì)鋼

2.加入提高淬透性的合金元素對(duì)調(diào)質(zhì)鋼而言，合金化的主要著眼點(diǎn)是提高鋼的淬透性。在設(shè)計(jì)鋼的成分時(shí)，必須保證鋼有足夠的淬透性，只有淬火得到馬氏體，才能使鋼具有良好的綜合力學(xué)性能。如果淬透性不足，淬火后得到了非馬氏體組織，則鋼的σ0.2、δ、ψ、aK等性能將顯著下降。調(diào)質(zhì)鋼中常用的提高淬透性的元素有Mn、Si、Cr、Ni、B等。（二）調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分調(diào)質(zhì)鋼2.加入提高淬透性的合金元素（二）調(diào)調(diào)質(zhì)鋼

3.加入防止第二類(lèi)回火脆性的元素

調(diào)質(zhì)鋼的回火溫度正好處于第二類(lèi)回火脆溫度范圍內(nèi)，鋼中含有Mn、Cr、Ni、B元素時(shí)，會(huì)增大回火脆性的敏感性，除了回火后快速冷卻外，可加入抑制回火脆性的元素Mo和W。

4.加入細(xì)化奧氏體晶粒的元素回火索氏體中的鐵素體晶粒越細(xì)小，則鋼的強(qiáng)韌性越好，為了細(xì)化鐵素體晶粒，首先必須先細(xì)化奧氏體晶粒，常用的元素有W、Mo、V、Al等。（二）調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分調(diào)質(zhì)鋼3.加入防止第二類(lèi)回火脆性的元素（二調(diào)質(zhì)鋼1.低淬透性調(diào)質(zhì)鋼這類(lèi)鋼的油淬臨界直徑最大為30～40mm，典型鋼種有45、40Cr等。45鋼是比較便宜的鋼種，淬透性低，用于對(duì)力學(xué)性能要求不高的零件，40Cr鋼有較高的力學(xué)性能和工藝性能，應(yīng)用十分廣泛，可用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)上的連桿、螺栓、傳動(dòng)軸及機(jī)床主軸等零件。

2.中淬透性調(diào)質(zhì)鋼這類(lèi)鋼的油淬臨界直徑為40～60mm，典型鋼種有40CrMn、35CrMo等。由于淬透性較好，可用以制造截面尺寸較大的中型甚至大型零件，如曲軸、齒輪、連桿等。（三）常用調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼1.低淬透性調(diào)質(zhì)鋼（三）常用調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼3.高淬透性調(diào)質(zhì)鋼這類(lèi)鋼的油淬臨界直徑在60mm以上，大多含有Ni、Cr等元素。為了防止回火脆性，鋼中還含有Mo，如40CrNiMo等，用于制造大截面承受重載荷的重要零件，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸等。（三）常用調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼3.高淬透性調(diào)質(zhì)鋼（三）常用調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼1.預(yù)備熱處理調(diào)質(zhì)鋼經(jīng)熱加工之后，必須經(jīng)過(guò)預(yù)備熱處理以降低硬度，便于切削加工，消除熱加工時(shí)造成的組織缺陷（如帶狀組織）、細(xì)化晶粒、改善組織，為最終熱處理做好準(zhǔn)備。對(duì)于合金元素含量較低的鋼，可進(jìn)行正火或退火處理；對(duì)于合金元素含量較高的鋼，正火處理后可能得到馬氏體組織，尚需再在Ac1以下進(jìn)行高溫回火，使其組織轉(zhuǎn)變?yōu)榱钪楣怏w，降低硬度，便于切削加工。（四）調(diào)質(zhì)鋼的熱處理調(diào)質(zhì)鋼1.預(yù)備熱處理（四）調(diào)質(zhì)鋼的熱處理調(diào)質(zhì)鋼2.最終熱處理調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理是淬火加高溫回火。合金鋼的淬透性比較高，可以采用較慢的冷卻速度淬火，一般都用油淬，以避免出現(xiàn)熱處理缺陷，調(diào)質(zhì)鋼的最終性能取決于回火溫度，當(dāng)要求強(qiáng)度較高時(shí)，采用較低的回火溫度，反之選用較高的回火溫度?；鼗饻囟确秶话銥?00～650℃。（四）調(diào)質(zhì)鋼的熱處理調(diào)質(zhì)鋼2.最終熱處理（四）調(diào)質(zhì)鋼的熱處理調(diào)質(zhì)鋼

如前所述，低碳馬氏體分布著大量的位錯(cuò)，它不但強(qiáng)度高，塑性、韌性也好，缺口敏感性小，如將常用的滲碳鋼和低合金高強(qiáng)度鋼經(jīng)淬火獲得低碳馬氏體并低溫回火后，其力學(xué)性能在許多方面優(yōu)于調(diào)質(zhì)鋼，可滿(mǎn)足不少機(jī)器零件的使用性能要求。（五）低碳馬氏體鋼調(diào)質(zhì)鋼如前所述，低碳馬氏體分布著大量的位錯(cuò)，

（一）彈簧的工作條件及對(duì)性能要求彈簧鋼是指用于制造各種彈簧的鋼種。在各種機(jī)器設(shè)備中，彈簧的主要作用是吸收沖擊能量，緩和機(jī)械振動(dòng)和沖擊。例如用于汽車(chē)拖拉機(jī)和機(jī)車(chē)上的板彈簧，它們除了承受車(chē)廂及載物的巨大重量外，還要承受因地面不平所引起的沖擊載荷和振動(dòng)，使汽車(chē)、火車(chē)等車(chē)輛運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，以免某些零件因受沖擊而過(guò)早地破壞。此外，彈簧還可儲(chǔ)存能量使其他機(jī)件完成事先規(guī)定的動(dòng)作，如氣閥彈簧、高壓油泵上的柱塞簧及噴嘴簧等，可以保證機(jī)器和儀表的正常工作。五、彈簧鋼（一）彈簧的工作條件及對(duì)性能要求五、彈簧鋼彈簧鋼

根據(jù)以上的工作條件，彈簧鋼應(yīng)具有以下性能：

1）高的彈性極限或屈服極限和高的屈強(qiáng)比（σ0.2/σb），以保證彈簧有足夠高的彈性變形能力，并能承受大的載荷。

2）高的疲勞極限，以保證彈簧在長(zhǎng)期的振動(dòng)和交變應(yīng)力作用下不產(chǎn)生疲勞破壞。

3）為了滿(mǎn)足成形的需要和可能承受的沖擊載荷，彈簧鋼應(yīng)具有一定的塑性和韌性。此外，一些在高溫及易蝕條件下工作的彈簧，還應(yīng)具有良好的耐熱性和耐蝕性。（一）彈簧的工作條件及對(duì)性能要求彈簧鋼根據(jù)以上的工作條件，彈簧鋼應(yīng)具有以下性彈簧鋼

由于彈簧鋼的性能要求以強(qiáng)度為主，因此它的化學(xué)成分有以下特點(diǎn)。

1.中、高碳目的是提高彈性極限和屈服極限。通常碳素彈簧鋼的含碳量wC=0.60%～0.90%，合金彈簧鋼wC=0.50%～0.60%。（二）彈簧鋼的化學(xué)成分彈簧鋼由于彈簧鋼的性能要求以強(qiáng)度為主，因此它彈簧鋼2.加入Si、MnSi和Mn是彈簧鋼中經(jīng)常應(yīng)用的合金元素，目的是提高淬透性，強(qiáng)化鐵素體（固溶強(qiáng)化），提高鋼的耐回火性。Si還可提高屈強(qiáng)比，但含硅量高時(shí)有石墨化傾向，加熱時(shí)使鋼易于脫碳；Mn增大鋼的過(guò)熱傾向。

3.加入Cr、V、W

為了克服Si-Mn鋼的缺點(diǎn)，加入這些碳化物形成元素，它們可以防止鋼的過(guò)熱和脫碳，提高淬透性（主要是Cr），V和W可以細(xì)化晶粒，并可保證鋼在高溫下仍具有較高的彈性極限和屈服極限。（二）彈簧鋼的化學(xué)成分彈簧鋼2.加入Si、Mn（二）彈簧鋼的化學(xué)成彈簧鋼

碳素彈簧鋼用于制造小截面（直徑＜12～15mm）彈簧，用冷拔鋼絲和冷成形法制成。合金彈簧鋼一般以Si-Mn鋼為基本類(lèi)型，其中的65Mn鋼的價(jià)格低廉，淬透性顯著優(yōu)于碳素彈簧鋼，可以制造尺寸為8～15mm的小型彈簧，如各種小尺寸的扁簧和座墊彈簧、彈簧發(fā)條等；60Si2Mn鋼用于制造厚度為10～12mm的板簧和直徑為25～30mm的螺旋彈簧，油冷即可淬透，力學(xué)性能顯著優(yōu)于65Mn，常用于制造汽車(chē)、拖拉機(jī)和機(jī)車(chē)上的減振板簧和螺旋彈簧、汽車(chē)安全閥簧以及要求承受高應(yīng)力的彈簧，但其工作溫度不能超過(guò)250℃。當(dāng)工作溫度在250℃以上時(shí)，可以采用50CrV鋼，它具有良好的力學(xué)性能，于300℃以下工作時(shí)彈性不減，內(nèi)燃機(jī)的氣閥彈簧就用這種鋼制造。（三）常用的彈簧鋼彈簧鋼碳素彈簧鋼用于制造小截面（直徑＜12～彈簧鋼1.熱成形彈簧扁鋼剪斷→熱卷成形后淬火并中溫回火→噴丸→裝配。在淬火加熱時(shí)，為了防止氧化和脫碳，應(yīng)盡量采用快速加熱，最好是在鹽爐或帶有保護(hù)性氣氛的爐中進(jìn)行，淬火后盡量快回火，以防延遲斷裂。對(duì)于含Si彈簧鋼來(lái)說(shuō)，回火溫度一般為400--450℃，其組織為回火托氏體。此時(shí)的馬氏體已充分分解，分解出的滲碳體以細(xì)小顆粒狀分布在α相基體上；α相的回復(fù)過(guò)程也已充分進(jìn)行，開(kāi)始多邊化，但亞結(jié)構(gòu)尚未長(zhǎng)大；鋼中的殘留奧氏體已經(jīng)分解，內(nèi)應(yīng)力已大幅度下降。鋼的彈性極限達(dá)到了最高值。（四）彈簧的成形及熱處理彈簧鋼1.熱成形彈簧（四）彈簧的成形及熱處理彈簧鋼2.冷成形彈簧對(duì)于直徑較細(xì)或厚度較薄的彈簧，可以先進(jìn)行強(qiáng)化處理（冷變形強(qiáng)化或熱處理強(qiáng)化），然后卷制成形，最后進(jìn)行回火和穩(wěn)定尺寸。根據(jù)強(qiáng)化方式的不同，可以分為以下三種情況。（1）鉛淬冷拔鋼絲（2）冷拔鋼絲（3）淬火回火鋼（四）彈簧的成形及熱處理彈簧鋼2.冷成形彈簧（四）彈簧的成形及熱處理

（一）滾動(dòng)軸承的工作條件及對(duì)性能的要求用于制造滾動(dòng)軸承套圈和滾動(dòng)體的專(zhuān)用鋼稱(chēng)為滾動(dòng)軸承鋼，分為高碳鉻軸承鋼、滲碳軸承鋼、不銹軸承鋼及高溫軸承鋼。其中高碳鉻軸承鋼屬于高碳鋼，除了制作滾動(dòng)軸承外，還廣泛用于制造各類(lèi)工具和耐磨零件。軸承元件的工作條件非常復(fù)雜和苛刻，因此對(duì)軸承鋼的性能要求非常嚴(yán)格，主要有以下幾個(gè)方面：六、滾動(dòng)軸承鋼（一）滾動(dòng)軸承的工作條件及對(duì)性能的要求六、滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼

軸承元件的工作條件非常復(fù)雜和苛刻，因此對(duì)軸承鋼的性能要求非常嚴(yán)格，主要有以下幾個(gè)方面：（1）很高的強(qiáng)度與硬度

（2）很高的接觸疲勞強(qiáng)度

（3）很高的耐磨性（一）滾動(dòng)軸承的工作條件及對(duì)性能的要求滾動(dòng)軸承鋼軸承元件的工作條件非常復(fù)雜和苛刻，因此對(duì)軸滾動(dòng)軸承鋼1.高碳軸承鋼中含碳量為wC=0.95%～1.10%，以保證鋼有高的硬度及耐磨性。決定鋼硬度的主要因素是馬氏體中的含碳量，只有含碳量足夠高時(shí)，才能保證馬氏體的高硬度，此外，碳還要形成一部分高硬度的碳化物，進(jìn)一步提高鋼的硬度和耐磨性。（二）高碳鉻軸承鋼的化學(xué)成分滾動(dòng)軸承鋼1.高碳（二）高碳鉻軸承鋼的化學(xué)成分滾動(dòng)軸承鋼

2.Cr、Si、Mn、Mo

常用的軸承鋼以Cr為主要合金化元素，Cr一方面可以提高淬透性，另一方面還可以形成合金滲碳體，使鋼中的碳化物非常細(xì)小均勻，從而大大提高鋼的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度。Cr還可提高鋼的耐蝕性。鋼中Cr的含量不能太多，如若wCr＞1.65%，則將增加殘留奧氏體的數(shù)量，降低硬度及尺寸穩(wěn)定性。另外，Cr的含量過(guò)高，還會(huì)增加碳化物的不均勻性，降低鋼的韌性和疲勞強(qiáng)度。因此，Cr的含量一般控制在wCr=1.65%以下。制造大型軸承時(shí)，可進(jìn)一步加入Si、Mn、Mo，以提高鋼的淬透性和強(qiáng)度。（二）高碳鉻軸承鋼的化學(xué)成分滾動(dòng)軸承鋼2.Cr、Si、Mn、Mo（二）高碳鉻軸承滾動(dòng)軸承鋼

3.高的冶金質(zhì)量

由于軸承的接觸疲勞性能對(duì)鋼材的微小缺陷十分敏感，所以非金屬夾雜物對(duì)鋼的使用壽命有很大影響。非金屬夾雜物的種類(lèi)、尺寸大小及形狀不同，則影響的大小也不同。危害最大的是氧化物，其次為硫化物和硅酸鹽，它們的多少主要取決于冶煉質(zhì)量及鑄錠操作，因此在冶煉和澆注時(shí)必須嚴(yán)格控制其數(shù)量。通常使wS＜0.02%、wP＜0.027%。近年來(lái)廣泛應(yīng)用真空高頻熔煉、自耗電極真空電弧熔煉以及真空脫氧處理，取得了顯著效果。（二）高碳鉻軸承鋼的化學(xué)成分滾動(dòng)軸承鋼3.高的冶金質(zhì)量（二）高碳鉻軸承鋼的化學(xué)成滾動(dòng)軸承鋼

高碳鉻軸承鋼常用的是GCr15。軸承鋼的熱處理包括兩個(gè)環(huán)節(jié)，首先是進(jìn)行球化退火處理。球化退火的目的：一是降低硬度（GCr15鋼的硬度降至179～207HBW），以利于切削加工；二是獲得均勻分布的細(xì)粒狀珠光體，為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。然后以10～30℃/h的速度冷卻至600℃出爐空冷。若冷速太快，碳化物比較細(xì)小彌散，硬度較高，太慢則碳化物聚集長(zhǎng)大，硬度較低。（三）高碳鉻軸承鋼的牌號(hào)及熱處理滾動(dòng)軸承鋼高碳鉻軸承鋼常用的是GCr15。軸承鋼的熱第五節(jié)工具鋼

工具鋼是用以制造各種加工工具的鋼種。根據(jù)用途不同，分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼三大類(lèi)。按照化學(xué)成分不同，工具鋼可分為碳素工具鋼、合金工具鋼和高速鋼三類(lèi)。一、概述第五節(jié)工具鋼工具鋼是用以制造各種加工工具

（一）刃具鋼的工作條件及性能要求刃具鋼是用來(lái)制造各種切削加工工具的鋼種。車(chē)刀、銑刀、刨刀、鉆頭、絲錐、板牙等刃具在切削過(guò)程中，刀刃與工件表面金屬相互作用使切屑產(chǎn)生變形與斷裂，并從整體上剝離下來(lái)。故刀刃本身承受彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切應(yīng)力和沖擊、振動(dòng)負(fù)荷，同時(shí)還要受到工件和切屑的強(qiáng)烈摩擦作用。由于切屑層金屬變形以及刃具與工件、切屑的摩擦產(chǎn)生大量切削熱，使刃具溫度升高，有時(shí)高達(dá)600℃左右。刃具的失效形式有卷刃、崩刃和折斷等，但最普遍的失效形式是磨損。二、刃具鋼（一）刃具鋼的工作條件及性能要求二、刃具鋼刃具鋼

為了防止刃具卷刃，刃具鋼必須具有很高的硬度，為此刃具鋼應(yīng)具備以高碳馬氏體為基的組織。為了延長(zhǎng)刃具的使用壽命，刃具鋼應(yīng)有足夠的耐磨性。為了防止刃具在切削過(guò)程中因溫度升高而使硬度下降，刃具鋼必須具有高的熱硬性。若在馬氏體基體上分布著穩(wěn)定性高、彌散度大的特殊碳化物顆粒，則既能顯著提高刃具鋼的耐磨性，又能保證刃具鋼具有足夠的熱硬性。為了防止刃具由于沖擊、振動(dòng)負(fù)荷的作用而發(fā)生崩刃或折斷，刃具鋼還必須具有足夠的塑性和韌性。（一）刃具鋼的工作條件及性能要求刃具鋼為了防止刃具卷刃，刃具鋼必須具有很高的刃具鋼

碳素工具鋼是wC=0.65%～1.35％的高碳鋼。因其生產(chǎn)成本低，冷、熱加工性能好，熱處理工藝簡(jiǎn)單，熱處理后有相當(dāng)高的硬度，切削熱不大時(shí)亦具有較好的耐磨性。因此碳素工具鋼在生產(chǎn)上獲得廣泛的應(yīng)用。（二）碳素工具鋼刃具鋼碳素工具鋼是wC=0.65%～1.35刃具鋼

低合金刃具鋼是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入Cr、Mn、Si、W、V等元素形成的合金工具鋼。低合金刃具鋼的含碳量wC=0.75%～1.45%，以保證形成適量的碳化物，使鋼在淬火加低溫回火后獲得高硬度和高耐磨性。（三）低合金刃具鋼刃具鋼低合金刃具鋼是在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入C刃具鋼

高速鋼是由大量W、Mo、Cr、Co、V等元素組成的高碳、高合金鋼。它是適應(yīng)高速切削的需要而發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)刃具鋼。

高速鋼的主要性能特點(diǎn)是具有很高的熱硬性，鋼在淬火并回火后的硬度一般高于63HRC，高的可達(dá)68～70HRC，后者通常稱(chēng)為超硬型高速鋼。（四）高速鋼刃具鋼高速鋼是由大量W、Mo、Cr、Co、V刃具鋼

1.高速鋼的化學(xué)成分

常用高速鋼是含有大量多種合金元素的高碳鋼。各種高速鋼的化學(xué)成分均在C、W、Mo、Cr、V、Co等多種元素中變動(dòng)。（四）高速鋼刃具鋼1.高速鋼的化學(xué)成分（四）高速鋼刃具鋼

2.高速鋼的鑄態(tài)組織及其壓力加工

（四）高速鋼圖11-22W18Cr4V鋼鑄態(tài)組織刃具鋼2.高速鋼的鑄態(tài)組織及其壓力加工（四）刃具鋼

高速鋼鑄態(tài)組織和化學(xué)成分是極不均勻的，尤其是處于晶界處的魚(yú)骨狀的共晶萊氏體硬度很高（約65～67HRC），脆性很大。因此，高速鋼通常不能直接在鑄態(tài)下使用。鑄態(tài)組織的這種不均勻性不能用熱處理方法改變，只有經(jīng)熱壓力加工（鍛造或軋制）才能打碎粗大的共晶碳化物并使之在鋼中均勻分布。

（四）高速鋼刃具鋼高速鋼鑄態(tài)組織和化學(xué)成分是極不均勻的，刃具鋼

3.高速鋼的熱處理（1）高速鋼的退火高速鋼鍛、軋后應(yīng)進(jìn)行退火，其目的是降低硬度，以利切削加工；同時(shí)也使碳化物形成均勻分布的顆粒，為淬火作組織準(zhǔn)備。退火工藝分普通退火和等溫退火兩種。（四）高速鋼刃具鋼3.高速鋼的熱處理（四）高速鋼刃具鋼

（2）高速鋼的淬火高速鋼淬火加熱的最大特點(diǎn)是奧氏體化溫度很高。如果加熱溫度不夠高，雖然珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，但此時(shí)奧氏體中碳和合金元素的含量很低。（3）高速鋼的回火高速鋼淬火加熱后的奧氏體中含有大量碳和合金元素，Ms和Mf點(diǎn)顯著降低，淬火后鋼中保留著大量殘留奧氏體，影響尺寸穩(wěn)定性。（四）高速鋼刃具鋼（2）高速鋼的淬火高速鋼淬火加熱的最

（一）冷作模具鋼

1.冷作模具鋼的工作條件及性能要求冷作模具鋼是指在常溫下使金屬變形的模具用鋼，例如切邊模、冷沖模、冷鐓模、拉絲模、擠壓模、搓絲模、彎曲模等。冷作模具的工作條件和刃具有些相似，但因被加工材料在冷態(tài)下變形，故變形抗力很大，例如沖裁模在工作時(shí)承受很大的沖壓力；冷鐓模和冷擠壓模在工作時(shí)承受巨大的擠壓力；凹模則承受巨大的張力。三、模具鋼（一）冷作模具鋼三、模具鋼模具鋼

金屬在變形時(shí)，模具工作面與工件之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦作用，這就要求模具必須具有高的強(qiáng)度、高的硬度、高的耐磨性以及足夠的韌性。此外，模具鋼還應(yīng)具備良好的工藝性能，最重要的是淬透性要高，淬火變形和開(kāi)裂傾向要小。與刃具鋼相比，冷作模具鋼應(yīng)當(dāng)要求更高的淬透性、耐磨性和韌性，而熱硬性的要求可低些，一般冷作模具工作時(shí)溫度不會(huì)超過(guò)200～300℃。（一）冷作模具鋼模具鋼金屬在變形時(shí)，模具工作面與工件之間產(chǎn)生模具鋼2.冷作模具鋼合金化及其鋼種選擇冷作模具鋼的基本性能要求是高硬度和高耐磨性，故一般應(yīng)是高碳鋼。在沖擊條件下工作的高強(qiáng)韌模具鋼要求wC為0.55%～0.70%，而要求高硬度、高耐磨性的冷作模具鋼的wC為0.85%～2.3%，都屬于過(guò)共析鋼。冷模具鋼中加入W、Mo、V等元素能形成彌散的特殊碳化物，產(chǎn)生二次硬化效應(yīng)，并能阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，起細(xì)化晶粒作用。因此能顯著提高冷模具鋼的耐磨性、強(qiáng)韌性并減小鋼的過(guò)熱傾向。Cr和Mn的主要作用是提高鋼的淬透性，減小工件的淬火變形。Si可強(qiáng)烈提高鋼的變形抗力和沖擊疲勞抗力。（一）冷作模具鋼模具鋼2.冷作模具鋼合金化及其鋼種選擇（一）模具鋼

對(duì)于工作中承受很重沖擊載荷的冷沖、冷擠壓模具，需要很高的強(qiáng)度和韌性，通常采用降碳高速鋼和基體鋼。尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、負(fù)荷輕的冷作模具可選用T7A、T8A、T10A、T12A等碳素工具鋼制造。有些大型簡(jiǎn)單切邊模，也可選用T8A、T10A、T12A等碳素工具鋼制造。這類(lèi)鋼淬透性低，其中以T10A鋼應(yīng)用最普遍。尺寸較大、形狀復(fù)雜、淬透性要求較高的冷作模具，一般選用9SiCr、9Mn2V、CrWMn等高碳低合金刃具鋼或GCr15軸承鋼。尺寸大、形狀復(fù)雜、負(fù)荷重、變形要求嚴(yán)的冷作模具，須采用中合金或高合金模具鋼。（一）冷作模具鋼模具鋼對(duì)于工作中承受很重沖擊載荷的冷沖、冷擠模具鋼3.典型冷作模具鋼及其熱處理用作冷作模具的碳素工具鋼、低合金刃具鋼及軸承鋼，其典型鋼種及熱處理已在前面介紹過(guò)，這里不作重復(fù)。下面僅就Cr12型冷作模具鋼及其代用鋼種進(jìn)行討論。

Cr12型冷作模具鋼屬于高碳高鉻鋼，代表鋼種為Cr12、Cr12MoV、Cr12Mo1V1，也包括Cr4W2MoV、Cr5Mo1V等鋼。這類(lèi)鋼的共同特點(diǎn)是具有高的淬透性、耐磨性、熱硬性和抗壓強(qiáng)度。由于淬火鋼中高硬度的碳化物熱膨脹系數(shù)小，殘留奧氏體數(shù)量多，故Cr12型鋼熱處理變形很小。因此，Cr12型鋼屬于高耐磨、微變形的冷作模具鋼，它是冷沖裁模、冷鐓模的主要材料。（一）冷作模具鋼模具鋼3.典型冷作模具鋼及其熱處理（一）冷作模具鋼

1.熱作模具鋼的工作條件及性能要求熱作模具工作時(shí)與熱金屬相接觸，模膛表面會(huì)受熱升溫至300～400℃、500～800℃，甚至高達(dá)千度以上。因此，熱作模具鋼應(yīng)具有足夠的高溫硬度和高溫強(qiáng)度，即要求鋼具有高的耐回火性。熱作模具在工作時(shí)還承受很大的沖擊力和較大的摩擦、磨損，因此熱作模具鋼必須具備良好的耐磨性和一定的韌性。熱作模具在每次使熱金屬成形之后需用水、油或空氣冷卻，模腔表面金屬由于反復(fù)急冷急熱產(chǎn)生交變熱應(yīng)力作用而引起的龜裂現(xiàn)象稱(chēng)為熱疲勞。因此，熱作模具鋼應(yīng)當(dāng)具有高的抗熱疲勞性能和抗氧化能力。對(duì)于尺寸較大的熱作模具，為使整個(gè)截面性能均勻，熱作模具鋼還應(yīng)具有高的淬透性和較小的熱處理變形。（二）熱作模具鋼模具鋼1.熱作模具鋼的工作條件及性能要求（二模具鋼2.典型熱作模具鋼及其熱處理熱鍛模是在高溫下通過(guò)沖擊壓力迫使金屬成形的熱作模具，在工作過(guò)程中承受較大的沖擊負(fù)荷和較高的單位壓力。5CrNiMo和5CrMnMo是常用的熱鍛模用鋼，屬于中碳低合金鋼。（二）熱作模具鋼模具鋼2.典型熱作模具鋼及其熱處理（二）熱作模具鋼

含碳量wC為0.5%～0.6%既保證淬火后獲得一定的硬度，同時(shí)也具有良好的淬透性和導(dǎo)熱性。加入Cr（wC=1%）可提高鋼的淬透性、沖擊韌度和耐回火性。Ni能顯著提高鋼的強(qiáng)度、韌性和淬透性。Mo能細(xì)化晶粒，提高韌性、耐回火性，減小過(guò)熱傾向和回火脆性。（二）熱作模具鋼模具鋼含碳量wC為0.5%～0.6%既保證淬

（一）量具鋼的工作條件及性能要求量具鋼是用以制造卡尺、千分尺、塊規(guī)等各種度量工具的鋼種。量具在使用和存放過(guò)程中保持其尺寸精度是量具鋼最基本的性能要求。為此，量具鋼必須具有高的尺寸穩(wěn)定性。四、量具鋼（一）量具鋼的工作條件及性能要求四、量具鋼量具鋼

形狀簡(jiǎn)單、精度要求不高的量具可選用碳素工具鋼。精度要求較高的量具（如塊規(guī)、塞規(guī)等），通常選用高碳低合金工具鋼。對(duì)于形狀簡(jiǎn)單、精度不高