1、1,第6章 工业用钢第一节 钢的分类与编号 一 、钢的分类 钢的种类繁多，为了便于生产，可按以下几种方法分类。1、按化学成分分类有：碳素钢和合金钢两大类碳钢：含碳量0.0218%2.11%的铁碳合金也称为碳素钢。合金钢：是指在碳钢的基础上加入一定量的合金元素的铁基合金。,2,（1）碳素钢根据含碳量分为1)低碳钢 0.08 wc 0.25。塑性好；多用作冲压、焊接和渗碳工件。 2)中碳钢 0.25% wc 0.60。强度和韧度均较高，热处理后有良好的综合性力学性能，多用作要求良好强度、韧度的各种重要结构零件。 3)高碳钢 0.60 wc 1.4。硬度较高，多用作工具、模具、量具等工件。(2)合金
2、钢根据含合金元素总量分为：1）低合金钢WMe5%2）中合金钢WMe=5%10%3）高合金钢WMe10%,3,不同合金元素对钢的影响不同各类钢中Me规定质量分数的界限值不同,4,2按质量分类质量划分主要按有害杂质元素硫和磷的含量来分,3按用途分类：结构钢（碳素结构钢、合金结构钢）、工具钢（碳素工具钢、合金工具钢）。(1)结构钢分为工程用钢 和机器用钢1)工程用钢用于建筑、桥梁、船舶、车辆等。2)机器用钢包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢和耐磨钢。(2)工具钢包括模具钢、刃具钢和量具钢。(3)特殊性能钢括锅炉钢，船用钢、易切削钢、不锈钢、耐热钢等。,5,4按冶炼方法分类（1）根据冶炼所用炼钢炉
3、不同分为 平炉钢、转炉钢和电炉钢。（2）根据冶炼时的脱氧程度不同分为 1）沸腾钢： 在冶炼时脱氧不充分，浇注时碳与氧反应发生沸腾，这类钢一般为低碳钢，其塑性好、成本低、成材率高，但不致密，主要用于制造用量大的冷冲压零件，如汽车外壳、仪器仪表外壳等。2）镇静钢：镇静钢脱氧完全，组织致密，成分较均匀，性能较好。优质钢和高级优质钢多为镇静钢，通常不再标注镇静钢代号。 3）半镇静钢：半镇静钢脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间。 性能也介于二者之间。5按金相组织分类1） 按退火组织可将钢分为亚共析钢、共析钢和过共析钢。2）按正火组织可将钢分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、铁索体钢、奥氏体钢和莱氏体钢等。,6
4、,二、 钢的编号 1、钢铁产品牌号表示方法 我国钢的牌号一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。 采用汉语拼音字母表示钢产品的名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取第一个字母。采用汉语拼音字母，原则上只取一个，一般不超过两个。常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号见下表。,7,常用钢产品的名称，用途、特性和工艺方法表示符号(GBT2212000) ,8,(1)碳素结构钢和低合金高强度结构钢 这两类钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”，屈服点数值(单位为MPa)和规定的质量等级、脱氧方法等符号表示，按顺序组成牌号。例如碳素结构钢牌号表
5、示为Q235AF、Q235BZ等；低合金高强度结构钢牌号表示为Q345C、Q345D等。 质量等级由A到E，磷、硫含量降低，质量提高。碳素结构钢牌号中表示镇静钢的符号“Z”和表示特殊镇静钢的符号“TZ”可以省略，低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌号中没有表示脱氧方法的符号。低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字(表示平均含碳量的万分之几)和化学元素符号，按顺序表示，如16Mn等。,9,(2)优质碳素结构钢 牌号以两位数字表示，表示钢的平均含碳量的万分数。沸腾钢和半镇静钢在牌号尾部分别加符号“F”和“b”。1）含碳量为008的沸腾钢，牌号为“08F”。2）含碳量为010的半
6、镇静钢，牌号为“10b”。3）平均含碳量为045的镇静钢，镇静钢一般不标符号，牌号为“45”。 4）钢的含锰量为070100时，在牌号后加锰元素符号，如“50Mn”。高级优质钢在牌号后加字母“A”。特级优质钢在牌号后加字母“E”，如“45E”。 (3)合金结构钢和合金弹簧钢 牌号由平均含碳量的万分数的两位数字加上带有百分数含量数字的合金元素符号组成。当合金元素的平均含量小于150时，只标元素符号，不标含量；当合金元素的平均含量为150249、250349时，四舍五入在相应的合金元素符号后标2、3、等数字。如30CrMnSi、20CrNi3等。,10,(4)工具钢 碳素工具钢 碳素工具钢的牌号由
7、字母“T”与其后的数字组成，如“T9”。高级优质钢在牌号后加字母“A”，如“T10A”。 合金工具钢和高速工具钢高合金工具钢一般不标明含碳量数字。如“Cr12MoV”(平均含碳量为160)、“W6Mo5Cr4V2”(平均含碳量为085)。低合金工具钢的含碳量小于100时，含碳量用一位数字标明，表示平均含碳量的千分之几,如“8MnSi。 平均含铬量小于1的合金工具钢，在含铬量(以千分之一为单位)前加数字“0”，如“Cr06”。(5)轴承钢1）高碳铬轴承钢的牌号以字母“G”打头，牌号中不标明含碳量，铬含量以千分之一为单位，如GCr15的平均含铬量为15。2）渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同
8、，仅在牌号头部加字母“G”，如“G20CrNiMo”。,11,(6)不锈钢和耐热钢牌号由含碳量以千分数为单位与合金元素的符号及含量的百分数为单位组成。合金元素含量表示方法同合金结构钢。含碳量的表示方法1）当平均含碳量 100时，用两位数字表示，如“11Cr17”(平均含碳量为110)；2）当100平均含碳量 01时，用一位数字表示，如“2Crl3”(平均含碳量为020)；3）当含碳量上限含碳量上限001时(超低碳)，以“03”表示，如“03Crl9Nil0”(含碳量上限为003)；5）当含碳量上限(001时(极低碳)，以“01”表示，如“01Cr19Ni11”(含碳量上限为001)。,12,(
9、7)铸钢1） 以强度为主要特征的铸钢牌号为ZG ( 铸钢)加上最低屈服强度值 再加上 最低抗拉强度值。单位均为MPa，如“ZG200-400”。2）以化学成分为主要特征的铸钢牌号为“ZG”加上平均含碳量的万分数， ZG 45。3）合金铸钢牌号为“ZG”加上平均含碳量的万分数在两位数字后再加上带有百分含量数字的元素符号。当合金元素含量为0914时，除锰只标符号不标含量外，其他元素需在符号后标注数字1；当合金元素平均含量大于15时，标注方法同合金结构钢，如“ZG15Cr1Mo1V”、“ZG20Crl3”。,13,2钢铁及合金牌号统一数字代号体系国标GBT1761561998对钢铁及合金产品牌号规定
10、了统一数字代号，与现行的GBT221200(钢铁产品牌号表示方法)等同时并用。统一数字代号有利于现代化的数据处理设备进行存储和检索，便于生产和使用。 统一数字代号由固定的6位符号组成，左边第1位用大写的拉丁字母作前缀(“1和0”除外)，后接5位阿拉伯数字。每个统一数字代号只适用于一个产品牌号。 统一数字代号的结构形式如下：,大写拉丁字母，代表不同的钢铁及合金类型,第1位阿拉伯数字代表各 类型钢铁及合金细分类,第25位阿拉伯数字代表不同分类内的编组和同一编组内不同牌号的区别顺序号(各类型材料编组不同),X X XXXX,14,15,第二节 钢中杂质与合金元素一、 杂质元素对钢性能的影响实际使用的
11、碳钢含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质元素，对钢的性能有一定的影响。1、锰的影响 锰来自于生铁和脱氧剂，在钢中是一种有益的元素，其含量一般在0.8%以下。（1）溶入铁素体中形成固溶体，产生固溶强化；（2）少部分的锰则溶于Fe3C，形成合金渗碳体；（3）增加组织中珠光体的相对量，并使其变细；（4）与硫形成MnS，以减轻硫的有害作用。（5）能把FeO还原成铁,16,2硅的影响 硅也是来自于生铁和脱氧剂，是一种有益的元素，其含量一般在0.4%以下。硅和锰一样能溶入铁素体中，产生固溶强化，使钢的强度、硬度提高，但使塑性和韧性降低。当硅含量不多，在碳钢中仅作为少量杂质存在时，对钢的性能影响亦不显著。3硫的影
12、响 硫是一种有害的元素。（1）来源：生铁和燃料带入。（2）硫在钢中存在形式：不溶于铁，而与铁化合形成化合物FeS；FeS与Fe能形成低熔点共晶体，熔点仅985，且分布在奥氏体的晶界上。（3）热脆性：当钢材在10001200进行压力加工时，共晶体已经熔化，并使晶粒脱开，钢材变脆，这种现象称为热脆性。因此，钢中硫的含量必须严格控制。（4）消除硫影响的措施：在钢中增加锰含量，使之与硫形成MnS(熔点1620)，可消除硫的有害作用，避免热脆现象。,17,4磷的影响磷是由生铁带入钢中的有害杂质元素。能全部溶入铁素体，使钢的强度、硬度有所提高。使室温下钢的塑性、韧性急剧降低，使钢变脆。这种情况在低温时更为
13、严重，因此称为冷脆性。所以，钢中的磷含量也应严格控制。 5气体元素的影响（1）氮 室温下氮在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和的氮在常温放置过程中会以Fe2N、Fe4N形式析出而使钢变脆，称为时效脆化。在钢中加入Ti、V、Al等元素可使氮以这些元素氮化物的形式被固定，从而消除时效倾向。（2） 氧 在钢中主要以氧化物夹杂的形式存在，氧化物夹杂与基体的结合力弱，不易变形，易成为疲劳裂纹源。（3）氢 常温下氢在钢中的溶解度很低。当氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高的内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称为白点或发裂。,18,二、合金元素在钢中的主要作用在合金钢
14、中，经常加入的合金元素有锰(Mn)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼（Mo）、钨(W)、钒(V)、钛(Ti)、铌(Nb)、锆（Zr）、稀土元素等。合金元素在钢中的作用是非常复杂的，现在对它的认识还很不全面。下面着重分折合金元素对钢的力学性能、Fe-Fe3C相图以及钢的热处理的影响。,19,1、合金元素对钢中基本相的影响在退火、正火及调质状态下，碳钢中的基本相均为铁素体和渗碳体。加入的少量合金元素一部分溶于铁素体内形成合金铁素体，而另一部分溶于渗碳体内形成合金渗碳体。（1）Ni、Si、A1、Co等非碳化物形成元素，与碳的亲和力很弱，基本上都溶于铁素体内，以合金铁素体的形式存在；（2）Cr、
15、W、Mo、V、Nb等碳化物形成元素，与碳的亲合力较强，大多置换渗碳体内的铁原子而形成合金渗碳体，如（Fe,Cr）3C、（Fe,W）3C等。,20,2、合金元素对钢力学性能的影响（1）溶于铁素体的合金元素起固溶强化作用。如图，Mn、Si、固溶强化作用显著，但是含量大于一定值时韧性急剧下降。而Cr、Ni在适当的含量内不但提高铁素体的硬度，而切还可提高其韧性。因此应控制钢中合金元素的含量。,21,（2）形成碳化物渗碳体是一种稳定性较低的碳化物，因为渗碳体中Fe与C的亲和力最弱。合金元素的溶于生成合金渗碳体（Fe，Cr）3C，可以增强Fe与C的亲和力，提高其稳定性。较难溶于奥氏体，不易聚集长大。当合金
16、元素超过一定数时，除生成渗碳体型碳化物以外，还可生成稳定性较高的合金碳化物。如Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C等和稳定性更高的特殊碳化物。如WC、MoC、W2C、VC、TiC等。稳定性愈高的碳化物愈难溶于奥氏体，且不易聚集长大，其熔点和硬度愈高。当这些碳化物数量增多、且弥散分布时，能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性，但塑性和韧性会有所下降。,22,3、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 (1)对奥氏体相区的影响1）扩大奥氏体相区的元素Ni、Co、Mn、N等，这些元素使A1线、A3点下降，A4点上升。当含量足够高(如Mn含量大于13或Ni含量大于9)时，A3点降到零度以下，因而室温
17、下钢具有单相奥氏体组织，称为奥氏体钢。,扩大区并与-Fe无限互溶的Fe-Me相图,扩大区并与-Fe有限互溶的Fe-Me相图,23,2）缩小奥氏体相区的元素Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等，这些元素使A1线、A3点上升，A4点下降。当含量足够高（如Cr含量大于13）时，奥氏体相区基本消失，室温下钢具有单相铁素体组织，称为铁素体钢。,缩小并封闭区与-Fe无限互溶 的Fe-Me相图,缩小并封闭区与-Fe有限互溶 的Fe-Me相图,缩小区的Fe-Me相图,24,(2)对S点和E点位置的影响 几乎所有合金元素都使E点和S点左移，即这两点的含碳量下降。由于S点的左移，使碳含量低于077的合金钢出现过共析
18、组织(如4Cr13)，在退火状态下，相同含碳量的合金钢组织中的珠光体量比碳钢多，从而使钢的强度和硬度提高。同样，由于E点的左移，使碳含量低于211的合金钢出现共晶组织，成为莱氏体钢，如W18Cr4V(含碳量为0708)。,下图分别为锰和铬对奥氏体相区的影响。,25,4、 合金元素对钢热处理的影响（1）合金元素对奥氏体形成速度的影响1）非碳化物形成元素Co和Ni能提高碳在奥氏体中的扩散速度，从而增大奥氏体的形成速度。2）碳化物形成元素Cr、Mo、W、To、V等与碳有较强的亲和力，显著减慢了碳在奥氏体中的扩散速度，使奥氏体的形成速度大大降低。热处理时提高淬火加热温度或延长保温时间，保证奥氏体化，是
19、提高钢淬透性的有效方法。3）其它元素如Si、Al对碳在奥氏体中的扩散速度影响不大，对奥氏体的形成速度几乎没有影响。（2）合金元素对奥氏体晶粒的影响1）C、P、Mn会造成奥氏体晶粒的粗大化；热处理时应严格控制加热温度和保温时间。2）Al、Zr、Nb、V等形成细小稳定的碳化物质点，强烈阻碍晶界的移动（V的作用可以保持到1150，Ti、Zr、Nb的作用可保持到1200），使奥氏体保持细小的晶粒状态。,26,（3）合金元素对过冷奥氏体转变的影响1）对C曲线和淬透性的影响除Co以外，凡溶入奥氏体合金元素均会增加稳定性，不同程度地延缓珠光体和贝氏体相变，使C曲线右移，提高淬透性，降低淬火冷却速度，减小变形
20、和开裂倾向。其中以碳化物形成元素的影响较为显著。如果残存有未溶的碳化物微粒，将起到相反的影响。,27,碳化物形成元素较多时，还会使钢的C曲线形状发生变化，甚至出现两组C曲线。随着合金元素种类的不同，C曲线还会呈现出其它形状 。,28,除Co和以Al外，大多数合金元素总是不同程度地降低马氏体转变温度，并增加残余奥氏体量，如图示。残余奥氏体对钢的性能不利，可通过冷处理和回火处理降低影响。,合金元素对马氏体开始转变 合金元素对残余奥氏体量的影响,29,（4）合金元素对回火转变的影响1）提高回火稳定性合金元素能使淬火钢在回火过程中的组织分解和转变速度减慢，增加回火抗力，提高回火稳定性，从而使钢的硬度随
21、回火温度的升高而下降的程度减弱。因此，回火温度相同时合金钢的硬度、强度比碳钢的高。2） 产生二次硬化 含有高W、Mo、Cr、V等元素的钢在淬火后回火加热时，由于析出细小弥散这些元素的碳化物以及回火冷却时残余奥氏体转变为马氏体，使钢的硬度增加，这种现象称为二次硬化。二次硬化使钢具有热硬性，这对于工具钢是非常重要的。3）防止第二类回火脆性 在钢中加入W、Mo可防止第二类回火脆性，这对于需调质处理后使用的大型件有着重要意义。,30,第三节：结构钢 结构钢按用途可分为工程用钢和机器用钢两大类。工程用钢主要是用于各种工程结构，包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢，这类钢冶炼简便、成本低、用量大，一般不进行
22、热处理，而机器用钢大多采用优质碳素结构钢和合金结构钢，它们一般都经过热处理后使用。 一、碳素结构钢1、 碳素结构钢原称普通碳素结构钢1988年国家标准修订后，增加了C、D质量等级的优质钢。（1）碳素结构钢特点：含碳量低(006038)，硫、磷含量较高。这类钢通常在热轧空冷状态下使用，其塑性高，可焊性好，使用状态下的组织为铁素体加珠光体。碳素结构钢常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70，适合于焊接、铆接、栓接等。,31,（2）碳素结构钢的牌号、成分及性能,32,（3）碳素结构钢性能特点与用途,33,2优质碳素结构钢 这类钢中有害杂质元素硫、磷含量较低，主要用于制造重要的机械零件，一
23、般都要经过热处理之后使用。（1）牌号、化学成分和力学性能,34,35,(2)用途由表可见，优质碳素结构钢随含碳量的增加，其强度、硬度提高，塑性、韧性降低。不同牌号的优质碳素结构钢具有不同的性能特点及用途。1) 08F钢是一种含碳量很低，强度很低，塑性很好。一般由钢厂轧成薄钢板或钢带供应，主要用于制造冷冲压件，如外壳、容器、罩子等。2) 1025钢属低碳钢，强度、硬度低，塑性、韧性好，并具有良好的冷冲压性能和焊接性能。常用于制造冷冲压件和焊接构件，以及受力不大、韧性要求高的机械零件，如螺栓、螺钉、螺母、轴套、法兰盘、焊接容器等。还可用作尺寸不大，形状简单的渗碳件。3) 3055钢属中碳钢，经调质
24、处理后，具有良好的综合力学性能，主要用于制造齿轮、连杆、轴类零件等，其中以45钢应用最广。4) 60、65钢属高碳钢，经适当热处理后，有较高的强度和弹性，主要用于制作弹性零件和耐磨零件，如弹簧、弹簧垫圈、轧辊等。,36,3、碳素铸钢 形状复杂的零件，工艺上难以用锻压的方法进行生产，性能上用力学性能较低的铸铁材料又难以满足要求，工程上常采用碳素钢铸造，其碳的质量分数一般为0.150.60%。,37,二、 合金结构钢1、合金结构钢：是在碳素结构钢的基础上适当地加入一种或多种合金元素，提高其使用性能的钢。例如Cr、Mn、Si、Ni、Mo、W、V、Ti等。合金元素除了保证有较高的强度或较好的韧性外，另
25、一重要作用是提高钢的淬透性，使机械零件在整个截面上得到均匀一致的、良好的综合力学性能，在具有高强度的同时又有足够的韧性。2、合金结构钢分类：主要包括低合金结构钢、调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。,38,（一）低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入小量合金元素，一般在3%以下，主要起细化晶粒和提高强度的作用。这类钢的强度显著高于相同碳含量的碳素钢，所以常称其为低合金高强度钢。1、性能特点（1）具有较好的韧性、塑性以及良好的焊接性。最初用于桥梁、车辆和船舶等行业，现在它的应用范围已经扩大到锅炉、高压容器，油管、大型钢结构以及汽车、拖拉机、挖土机械等产品方面。（2）具有良好的力学性能，较高的
26、屈服强度，减轻结构重量，节约用材。例如低合金结构钢的s=300400MPa。而碳素结构钢（Q235钢）的s=240260 MPa，可在相同载荷条件下使结构件重量减轻2030%。,39,（3）具有良好的塑性（20%），便于冲压成型。（4）具有低的冷脆临界温度和良好的耐蚀性。这对在高寒地区等环境较差地区使用的构件及运输工具，具有十分重要的意义。2成分特点 （1）低碳：含碳量02，以满足对塑性、韧性、可焊性及冷加工性能的要求； （2）低合金：主加合金元素为锰，因为锰的资源丰富，对铁素体具有明显的固溶强化作用。锰还能降低钢的冷脆转变温度，使组织中的珠光体相对量增加，从而进一步提高强度。钢中加入少量的V
27、、Ti、Nb等元素可细化晶粒、提高钢的韧性。加入稀土元素RE可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。 3热处理特点： 这类钢大多在热轧状态下使用，组织为铁素体加珠光体。考虑到零件加工特点，有时也可在正火及正火加回火状态下使用。,40,低合金强度结构钢的化学应和力学性能（GB/T1591-1994）表中的屈服点为直径16mm时的值,41,武汉长江大桥,Q235(A3)钢制造，主跨跨度为128m,42,南京长江大桥,Q345(16Mn)钢制造，主跨跨度为160m,43,九江长江大桥,Q420(15MnVNi)钢制造，主跨跨度为216m,44,4典型钢种及用途 ， Q345(16Mn)是应用最广、用
28、量最大的低合金高强度结构钢，其综合性能好，广泛用于制造石油化工设备、船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。Q390钢含有V、Ti、Nb，其强度高，可用于制造高压容器等。Q460钢含有Mo和B，正火后组织为贝氏体，强度高，可用于制造石化工业中温高压容器等。,新旧低合金结构钢标准牌号对照及用途,45,（二）合金渗碳钢 渗碳钢是经渗碳后使用的钢种，主要用于制造要求高耐磨性、承受高接触应力和冲击载荷的重要零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮，内燃机凸轮轴、活塞销等。 1、性能要求（1）表面具有高硬度和高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧；（2）具有良好的热处理工艺性能，如高的淬透性和渗碳能力，在高的渗碳温
29、度下，奥氏体晶粒长大倾向小以便于渗碳后直接淬火。 2化学成分特点（1）含碳量：一般为01025，以保证心部有足够的塑性和韧性，含碳量高则心部韧性下降。（2）合金元素：主加元素为Cr、Mn、Ni、B等，它们的主要作用是提高钢的淬透性，从而提高心部的强度和韧性；辅加元素为W、Mo、V、Ti等强碳化物形成元素，这些元素通过形成稳定的碳化物来细化奥氏体晶粒，同时还能提高渗碳层的耐磨性。,46,3热处理和组织特点 渗碳件一般的工艺路线为： 下料锻造正火机加工 渗碳淬火+低温回火磨削 表面是高碳回火马氏体加颗粒状碳化物及少量残余奥氏体(硬度达58HRC62HRC)； 心部是低碳回火马氏体加铁素体(淬透)或
30、铁素体加托氏体(未淬透)。,图 渗碳后常用热处理工艺 1直接淬火法；2一次淬火法；3二次淬火法,活塞销( 20Cr ),47,常用渗碳钢的牌号、化学成分、热处理、性能及用途见表6,48,4、常用钢种（1）低淬透性(低强度)渗碳钢(D0水2035mm，WMe2%,b800MPa） 常用钢种有20(U20202)、20Cr(A20202)等，其淬透性低，只适用于受力不大、对心部强度要求不高的小型、耐磨渗碳件，如套筒、活塞销等。（2）中淬透性(中强度)渗碳钢(D0油2560mm，WMe=25%，b=8001200MPa) 常用钢种有20CrMnTi(A26202)等，这类钢的淬透性与心部强度均较高，
31、可用于制造一般机器中较为重要的渗碳件，如汽车、拖拉机变速齿轮及活塞销等。因含有Ti或V等阻碍A晶粒长大的元素，所以渗碳时过热倾向较小，可在渗碳后预冷至860左右直接淬火、然后低温回火。（3）高淬透性(高强度)渗碳钢(D0油100mm，WMe，b1200MPa) 常用钢种有18Cr2Ni4WA(A52183)等。由于具有很高的淬透性、心部强度很高，因此这类钢可用于制造截面较大的重负荷渗碳件，如航空发动机变速齿轮、轴等。,49,（四）合金调质钢1、调质钢:是指经过调质处理后使用的含碳量为0.25%0.50%的碳素结构钢和合金结构钢，含碳量低则强度不够，含碳量高则韧性不足。2、调质钢组织:为回火索氏
32、体。3、调质钢的性能：具有高的强度、良好的塑性与韧性，即具有良好的综合力学性能。4、调质钢用途：常用于制造汽车、拖拉机、机床及其它要求具有良好综合力学性能的各种重要零件，如柴油机连杆、螺栓、汽车底盘上的半轴以及机床主轴等。5、合金元素：主加元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。主要作用是提高淬透性，其次是强化基体铁素体(除B之外)。辅加元素为W、Mo、V等，强碳化物形成元素V的主要作用是细化晶粒，而W、Mo的主要作用是防止第二类回火脆性。几乎所有合金元素都可提高调质钢的耐回火性。,50,6热处理 调质件一般的工艺路线为 下料+锻造退火+粗机加工调质+精机加工 预备热处理采用退火(或正火)，其目的是
33、调整硬度，便于切削加工，改善锻造组织，消除缺陷，细化晶粒，为淬火做组织准备。 最终热处理为淬火加高温回火(调质)，回火温度的选择取决于调质件的硬度要求。为防止第二类回火脆性，回火后采用快冷(水冷或油冷)，最终热处理后的使用状态下组织为回火索氏体。当调质件还有高耐磨性和高耐疲劳性能要求时，可在调质后进行表面淬火或氮化处理，这样在得到表面高耐磨性硬化层的同时，心部仍保持综合力学性能高的回火索氏体组织。 近年来，利用低碳钢和低碳合金钢经淬火加低温回火处理，得到强度和韧性配合较好的低碳马氏体来代替中碳的调质钢。在石油、矿山、汽车工业上得到广泛应用，如用15MnVB代替40Gr制造汽车连杆螺栓等，效果很
34、好。,51,7、典型钢种 根据淬透性不同，可将调质钢分为3类。（1）低淬透性调质钢：这类钢的油中临界直径为3040mm，常用钢种为45、40Cr等，用于制造尺寸较小的齿轮、轴、螺栓等。（2）中淬透性调质钢：这类钢的油中临界直径为4060m，常用钢种为40CrNi，用于制造截面较大的零件，如曲轴、连杆等。（3）高淬透性调质钢：这类钢的油中临界直径为60100mm，常用钢种为40CrNiMo，用于制造大截面、重载荷的零件，如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴等。,52,常用调质钢钢号及成分举例,53,常用合金调质钢的调质处理及力学性能指标,54,各种调质钢的性能特点和用途,55,56,（五）合金弹簧钢
35、 1、弹簧钢：用于制造各种弹簧或类似性能的结构件。2、作用：主要利用弹性变形时所储存的能量来起到缓和机械上的震动和冲击作用 。 3、性能要求（1）具有高的弹性极限，高的抗拉强度、高的屈强比(s b)，高的疲劳强度（尤其是缺口疲劳强度）以保证承受大的弹性变形和较高的载荷；（2）具有高的疲劳强度，以承受交变载荷的作用（3）有足够的塑性、韧性以及良好的表面质量，同时还要求有较好的淬透性和低的脱碳敏感性，在冷热状态下容易绕卷成型。,57,4、化学成分（1）碳素弹簧钢的含碳量为0609，（如65、75钢等）的淬透性较差，其截面尺寸超过1215mm在油中就不能淬透，若用水淬，则容易产生裂纹。因此，对于截面
36、尺寸较大，承受较重负荷的弹簧都由合金弹簧钢制造。（2）合金弹簧钢的含碳量为 04507。合金元素有Si、Mn、Cr、W、V等，主要作用是提高钢的淬透性和回火稳定性，强化铁素体和细化晶粒，有效地改善弹簧钢的力学性能，提高弹性极限、屈强比。其中Cr、W、V还有利于提高弹簧钢的高温强度，但Si 的加入，使钢再加热时容易脱碳，使疲劳强度大为下降，因此在热处理时应注意防止脱碳。,58,3加工及热处理特点（1）冷成型弹簧 对于钢丝直径小于10mm的弹簧，通过冷拔(或冷拉)、冷卷成型。冷卷后的弹簧不必进行淬火处理，只需进行一次消除内应力和稳定尺寸的定型处理，即加热到 250300，保温一段时间，从炉内取出空
37、冷即可使用。钢丝的直径越小，则强化效果越好， 强度越高，强度极限可达1600MPa以上，而且表面质量很好。这类钢丝主要是65、65Mn等碳素弹簧钢丝，冷卷后进行去应力退火。（2）热成型弹簧 通常是在热卷簧后进行淬火加中温回火(350500C)处理，得到回火 托氏体组织，其硬度可达40HRC45HRC，从而在保证得到高的屈服强度的条件下又具有足 够的韧性。,59,弹簧钢的化学成分、热处理及力学性能,60,4、典型钢种（1）Si、Mn弹簧钢 代表性钢种为65Mn、60Si2Mn，这类钢价格较低，性能高于碳素弹簧 钢，主要用于制造较大截面弹簧，如汽车、拖拉机的板簧、螺旋弹簧等。（2）Cr、V弹簧钢 典型钢种为50CrV，这类钢淬透性高，用于大截面、大载荷、耐热的弹 簧，如阀门弹簧、高速柴油机的气门弹簧等。 弹簧的表面质量对使用寿命影响很大，若弹簧表面有缺陷，就容易造成应力集中，从而降低疲劳强度。通常采用喷丸处理进行表面强化，使表面产生压应力，消除或减轻弹簧的表面缺陷，以便提高弹簧钢的屈服强度和疲劳强度。例如用于汽车板簧的60Si2Mn，经喷丸处 理后，使用寿命可提高35倍。,
