机械工程材料fan8工业用钢

1、机械工程材料机械工程材料工业用钢工业用钢河北工业大学材料学院河北工业大学材料学院范永哲范永哲E-mail: Tel: 022-6020 45271 钢的分类及编号钢的分类及编号n一钢的分类一钢的分类n（一）按（一）按用途用途划分划分n 1结构钢结构钢 机械零件和工程用钢。机械零件和工程用钢。 n 2工具钢工具钢 刃具、模具、量具用钢刃具、模具、量具用钢n 3特殊性能钢特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。不锈钢、耐热钢、耐磨钢。1碳素钢碳素钢 （1） 低碳钢低碳钢 C 0.25 （2） 中碳钢中碳钢 0.25 C 0.6 （3） 高碳钢高碳钢 C 0.62合金钢合金钢 （1）低合金钢）低合金钢

2、M总总 5 （ M总总为合金元素总量为合金元素总量 ） （2）中合金钢）中合金钢 5 M总总 10 （3）高合金钢）高合金钢 M总总 10（二）按化学成分划分（二）按化学成分划分1普通钢普通钢 P 0.045 ，S 0.055 2优优质钢质钢 P、S均均 0.0403高级优质钢高级优质钢 P 0.035 ，S 0.030（三）按钢的质量划分（三）按钢的质量划分碳（素）钢分类碳（素）钢分类n1、普通碳素结构钢、普通碳素结构钢n2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢n3、碳素工具钢、碳素工具钢n4、铸造碳钢、铸造碳钢（一）普通碳素结构钢（一）普通碳素结构钢n钢号：钢号：Q195、Q215、Q235、Q

3、255、Q275五个强度级别五个强度级别 n 牌号：牌号：Q+数字数字-质量等级质量等级脱氧方法脱氧方法n质量分质量分A、B、C、D级，级，D级级S、P含量含量最低最低。n 1“Q”字表示屈服强度之义。字表示屈服强度之义。Q195表示屈服强度为表示屈服强度为195Mpa 。n 2. A、B、C、D表示钢材质量等级不同。表示钢材质量等级不同。A表示表示P、S质量分质量分 数最高，数最高，D表示表示P、S质量分数最低。质量分数最低。n 3“F”表示沸腾钢，表示沸腾钢，“b”表示半镇静钢，不标注表示半镇静钢，不标注“F”、“b”者为镇静钢。者为镇静钢。n如：如：Q235-A.F表示屈服强度表示屈服强

4、度235MPa的的A级沸腾钢。含碳量较级沸腾钢。含碳量较低，一般为低，一般为0.060.38C。sb5牌号牌号等等级级化学成分化学成分 w /% s b 用用 途途CSPMPMP%Q195-0.06-0.120.0500.045195315-39033塑性好，有一定的强度，通常塑性好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，轧制成钢筋、钢板、钢管等，用于制造受力不大的零件，如用于制造受力不大的零件，如普通螺钉、螺母、垫圈等，及普通螺钉、螺母、垫圈等，及焊接件、冲压件、桥梁建设等焊接件、冲压件、桥梁建设等金属结构件金属结构件Q215A0.09-0.150.0500.045215335-410

5、31B0.045Q235A0.14-0.220.0500.045235375-46026B0.12-0.200.045C0.180.0400.040可用于重要的焊接件可用于重要的焊接件D0.170.0350.035Q255A0.18-0.280.0500.045255410-51024强度较高，用于制造承受中等强度较高，用于制造承受中等载荷的零件，如小轴、销子、载荷的零件，如小轴、销子、连杆等。连杆等。B0.045Q275-0.28-0.380.0500.045275490-61020sss普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能及用途普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能及用途 普通碳素结

6、构钢普通碳素结构钢-应用应用n含含碳碳量较低，一般在量较低，一般在0.06%-0.38%范围内；范围内；n焊接性能、塑性、韧性好；焊接性能、塑性、韧性好；n价格低；价格低；n通常轧制成钢板、钢带、型钢、棒钢等各种型材，通常轧制成钢板、钢带、型钢、棒钢等各种型材，用于桥梁、建筑等工程构件和要求不高的机械零件。用于桥梁、建筑等工程构件和要求不高的机械零件。 n这类钢主要保证机械性能，一般在热轧供应状态下这类钢主要保证机械性能，一般在热轧供应状态下直接使用，直接使用，很少再进行热处理很少再进行热处理。但对某些零件，也。但对某些零件，也需正火、调质、渗碳等处理。需正火、调质、渗碳等处理。 （二）优质碳

7、素结构钢（二）优质碳素结构钢n钢号钢号:08F, 10F, 15F, 08, 10, 15,20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85(间隔）及15Mn, 20Mn, 25Mn, 30Mn, 35Mn, 40Mn, 45Mn, 50Mn, 55Mn, 60Mn, 65Mn, 70 Mnn牌号是两位数字，表示钢的平均含碳碳量，单位是万分之一。如钢号45，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。若钢中锰含量锰含量较高，则在钢号后附以符号“Mn”，如45Mn等。 n含Mn为0.350.6适将Mn标出。n专门用钢专门用钢在钢号后加字母。如20g钢为锅炉用钢n

8、优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件制造各种机器零件，使用前一般都使用前一般都要进行热处理。要进行热处理。 （三）碳素工具钢（三）碳素工具钢n钢号钢号：T7, T8, T9, T10, T11, T12, T13n含碳量：含碳量：在0.65-1.35%之间，以千分之一表示含碳量，T8钢为C0.8n为“碳”字n含Mn为0.350.60时将Mn标出。如T8Mn钢。n碳素工具钢都是优质钢。n钢号后的“A”字表示高级优质钢。如T8A碳素工具钢碳素工具钢-应用应用n碳素工具钢用来制造各种量具、刃具、模具等。碳素工具钢用来制造各种量具、刃具、模具等。nT7、T8硬度高、韧性较高，可制造冲头，凿子、硬度高

9、、韧性较高，可制造冲头，凿子、锤子等锤子等工具工具。nT9、T10、T11硬度更高，韧性适中，制造钻头、硬度更高，韧性适中，制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具刃具及冷作模具等。等。nT12、T13硬度很高、韧性较低制作锉刀，刮刀等硬度很高、韧性较低制作锉刀，刮刀等刃具刃具及量规、样套等及量规、样套等量具量具。碳素工具钢。碳素工具钢使用前都使用前都要进行热处理。要进行热处理。 （四）铸造碳钢（四）铸造碳钢 n铸钢有两种编号方法。铸钢有两种编号方法。n机器零件用铸造碳钢机器零件用铸造碳钢的牌号由的牌号由“ZG”碳钢碳钢的牌号组成。例如，的牌号组成。例如，ZG45、ZG

10、15等。等。n工程用铸钢工程用铸钢的牌号由的牌号由“ZG”（“铸钢铸钢”的汉的汉语拼音字首）、最小的屈服强度值、最小的语拼音字首）、最小的屈服强度值、最小的抗拉强度值组成。例如抗拉强度值组成。例如ZG200-400表示表示屈服屈服强度为强度为200MPa、抗拉抗拉强度为强度为400MPa的工程的工程用铸钢。用铸钢。 合金钢合金钢n1、合金结构钢、合金结构钢n2、合金工具钢、合金工具钢n3、特殊性能钢、特殊性能钢合金结构钢编号规则合金结构钢编号规则钢号由三部分组成：数字钢号由三部分组成：数字+元素元素+数字数字钢号前的钢号前的两位数字两位数字表示平均含碳量，以万分之几表示。表示平均含碳量，以万分

11、之几表示。合金元素以汉字或化学元素符号表示；合金元素以汉字或化学元素符号表示；合金元素后的数字表示含合金元素量（合金元素后的数字表示含合金元素量（M），以百分之几），以百分之几表示；如果平均表示；如果平均M1.5时一般不标明含量数字；如果时一般不标明含量数字；如果M1.5、2.5%、3.5%、4.5%时分别标以时分别标以2、3、4、5如如36Mn2Si:平均约平均约0.36%C, 1.5-1.8%Mn, 0.4-0.7%Si;合金结构钢均是优质钢，若是高级优质钢，在钢号后加以合金结构钢均是优质钢，若是高级优质钢，在钢号后加以“A”字。字。例如：例如：38CrMoAlA钢钢0.38C、含、含Cr

12、、Mo、Al均均1.0。如。如CrMn钢，平均碳含量约钢，平均碳含量约1.3-1.5%;含含C1.0时，以千分之几（一位数字）表示含时，以千分之几（一位数字）表示含碳量。如碳量。如9CrSi钢，钢，C0.9。9Mn2V：0.85-0.95%C, 1.7-2.0%Mn, 0.1-0.25%V合金元素合金元素以百分之几表示，方法与合金结构钢相同。以百分之几表示，方法与合金结构钢相同。 特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢，如不锈钢、耐热钢，与工具钢表示碳特殊性能钢，如不锈钢、耐热钢，与工具钢表示碳含量方法相同，也以千分之一为单位的一位数字表含量方法相同，也以千分之一为单位的一位数字表示碳含量。示碳含量。

13、以百分之一表示含合金元素量。以百分之一表示含合金元素量。1Cr18Ni9Ti钢钢C0.1、Cr 18、Ni 9、Ti1.5%但若含碳量但若含碳量0.03%0.03%及及 0.080.08的钢，在钢号前分别的钢，在钢号前分别冠以冠以“00”00”及及“0”0”。如。如00Cr18Ni10, 0Cr1800Cr18Ni10, 0Cr18 特例特例铬滚动轴承钢铬滚动轴承钢：在钢号前注明：在钢号前注明“滚滚”或或“G”，其后，其后为为Cr+数字。数字表示含数字。数字表示含Cr量的千分之几。例如，量的千分之几。例如， GCr15钢，钢， Cr为为1.5。低低Cr工具钢工具钢（小于（小于1%)，以千分之几

14、表示，以千分之几表示Cr含量，含量，并在数字前加并在数字前加“0”以示区别，如平均含以示区别，如平均含Cr量为量为0.6%的低的低Cr工具钢的钢号为工具钢的钢号为Cr06；在在高速钢高速钢的钢号中，一般不标出含碳量，只标出合的钢号中，一般不标出含碳量，只标出合金元素平均含量的百分之几。如金元素平均含量的百分之几。如W18Cr4V, 0.7-0.8%C；W6Mo5Cr4V2，含，含0.8-0.9%C.（一）固溶态形式固溶于（一）固溶态形式固溶于F、A、M中中, 如：如：Si、Mn、Ni等非碳化物元素。等非碳化物元素。（二）形成金属化合物（二）形成金属化合物WC、VC、TiC等间等间 隙相；隙相；

15、Fe3C、Cr7C3等间隙化合物等间隙化合物（三）合金元素溶入（三）合金元素溶入Fe3C可形成特殊碳化物可形成特殊碳化物 或合金渗碳体。或合金渗碳体。合金渗碳体合金渗碳体(Fe，Cr)3 C 、(Fe，Mn)3 C特殊碳化物特殊碳化物(Fe，Cr)7 C3 、 (Fe，Cr)23 C6一、合金元素在钢中的分布一、合金元素在钢中的分布2 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用二合金元素与二合金元素与Fe的作用的作用除除Pb外，合金元素均可与外，合金元素均可与Fe形成合金形成合金F或合金或合金A。1、扩大扩大相区的合金元素相区的合金元素（A稳定化元素）：稳定化元素）：A3点点A4点点完全扩大完全

16、扩大区的元素：区的元素：Mn, Ni, Co（能与（能与- Fe形成无限固溶体；形成无限固溶体； 如如1Cr18Ni9Ti钢，高温、低温都是钢，高温、低温都是A组织（组织（A3点降到室温以点降到室温以下）下）部分扩大部分扩大区的元素：区的元素：C, N, Cu（部分溶于（部分溶于- Fe，在，在a-Fe中的中的溶解度更小）溶解度更小）2、缩小缩小相区的合金元素相区的合金元素（扩大（扩大F，称铁素体稳定化元素），称铁素体稳定化元素） A3,A1完全封闭完全封闭相区的元素：相区的元素：Cr, Mo, W, V, Ti, Al, Si ，A3点与点与A4点重合。如点重合。如1Cr17Ti为为F不锈钢

17、不锈钢部分缩小部分缩小相区的元素：相区的元素：B, Nb, Zr等。等。 三合金元素与碳的相互作用三合金元素与碳的相互作用n1、非碳化物元素、非碳化物元素Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等，等，一般为固溶态形式存在于一般为固溶态形式存在于F和和A中中. n2、碳化物元素、碳化物元素(与碳的亲合力由左向右增强与碳的亲合力由左向右增强)n Mn 、Cr 、Mo、W、V、Nb、Zr、TinMn与与C的亲合力较弱，少部分溶于的亲合力较弱，少部分溶于Fe3C中，大部分中，大部分溶于溶于F或或A中；中；nCr, Mo, W，含量低时，形成合金渗碳体；含量高时，含量低时，形成合金渗碳体；含量高时，形成合

18、金碳化物；形成合金碳化物；nV, Nb, Zr, Ti ：形成特殊碳化物，稳定性最高。：形成特殊碳化物，稳定性最高。（一）扩大（一）扩大A相区的元素使相区的元素使A3线线A1线线；缩小；缩小A相区相区的元素使的元素使A3线线A1线线。（二）扩大（二）扩大A相区的元素使相区的元素使S点点，缩小，缩小A相区的元相区的元素使素使S点点；所有合金元素均使；所有合金元素均使S点点左移左移。 如：如：4Cr13钢，钢，3Cr2W8V钢都属于钢都属于过共析钢过共析钢；40钢钢与与40Cr钢，退火后的组织性能，钢，退火后的组织性能，40Cr钢的强钢的强度、硬度均比度、硬度均比40钢高，原因是钢高，原因是40C

19、r钢组织中的钢组织中的P大于大于40钢。（钢。（S点左移的结果）点左移的结果） 四四. 合金元素对合金元素对FeC相图的影响相图的影响n（一）强碳化物元素（一）强碳化物元素Ti、V、Zr、Nb、W、Mo等等阻止阻止A晶粒粗化（碳化物阻止晶界迁移），因此可晶粒粗化（碳化物阻止晶界迁移），因此可以细化晶粒。以细化晶粒。n如：如：W18Cr4V钢，钢，1280加热，晶粒度加热，晶粒度9级级n（二）非碳化物元素，（二）非碳化物元素，Si, Ni, Cu对晶粒长大影响不对晶粒长大影响不大；而大；而Mn，使，使 A1,加热易于过热，促进晶粒长大。加热易于过热，促进晶粒长大。n如：如：T8Mn钢加热非常易于

20、过热。钢加热非常易于过热。五合金元素对加热相变的影响五合金元素对加热相变的影响（影响奥氏体晶粒度）（影响奥氏体晶粒度）（一）合金元素对（一）合金元素对C曲线的影响除曲线的影响除Co元素外元素外固溶固溶于于A中的合金元素中的合金元素都使都使C曲线右移（推迟曲线右移（推迟P和和B转变），转变），vk 提高了钢的淬透性。提高了钢的淬透性。（二）合金元素对（二）合金元素对M相变的影响除相变的影响除Co，Al元素外，元素外，固溶于固溶于A中的合金元素中的合金元素，均使，均使Ms，同时使组，同时使组织中的织中的M条条，M片片六合金元素对冷却相变的影响六合金元素对冷却相变的影响 (对对P、B、M转变）转变）

21、(三）对淬火钢回火转变的影响三）对淬火钢回火转变的影响n、提高回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为、提高回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为回火稳定性。回火稳定性。 Me推迟推迟M分解和分解和A的转变；提高的转变；提高F再结晶温度；再结晶温度；使碳化物难以聚集长大，提高了回火软化的抗力。使碳化物难以聚集长大，提高了回火软化的抗力。n、产生、产生二次硬化二次硬化：一些：一些Mo, W, V含量较高的钢在回火时，含量较高的钢在回火时，硬度不是随回火温度的升高单调降低，而是到某一温度（约硬度不是随回火温度的升高单调降低，而是到某一温度（约400度）后反而开始增大，并在另一更高温度（一

22、般为度）后反而开始增大，并在另一更高温度（一般为550度）度）达到峰值，这种现象称为回火过程中的二次硬化。达到峰值，这种现象称为回火过程中的二次硬化。n产生原因产生原因：（：（1）“二次淬火二次淬火”，AM; (2)沉淀硬化，回火沉淀硬化，回火时在时在450度以上渗碳体溶解，开始析出弥散稳定的度以上渗碳体溶解，开始析出弥散稳定的Mo2C, W2C, VC ,使钢的硬度升高。使钢的硬度升高。n3、回火脆性：、回火脆性：n第一类回火脆性：第一类回火脆性：Cr, Mn, Ni促进脆性；促进脆性；Mo, W, V, Al减弱脆减弱脆性；性；Si使回火脆性温度提高使回火脆性温度提高;n第二类回火脆性：第

23、二类回火脆性：Mn, Si, Cr, Al, V, P, Cu增加脆性；增加脆性；Ti, Nb, Zr不改变脆性倾向；不改变脆性倾向；Mo, W减小脆性。减小脆性。七、对钢性能的影响七、对钢性能的影响n钢的强化机制：固溶强化；细晶强化；第二相强化；钢的强化机制：固溶强化；细晶强化；第二相强化；位错强化位错强化n淬火：淬火：1）淬火马氏体中溶有过饱和的碳和合金元素）淬火马氏体中溶有过饱和的碳和合金元素固溶强化；固溶强化；2）M形成时产生高密度位错位错强形成时产生高密度位错位错强化；化；3）AM形成细小的形成细小的M束细晶强化。束细晶强化。n回火：回火：1）析出细碳化物粒子第二相强化，）析出细碳化

24、物粒子第二相强化，2）同）同时保留了上面的三种强化。时保留了上面的三种强化。合金元素对钢的韧性的影响合金元素对钢的韧性的影响 n（1）细化晶粒细化晶粒 钢中加入少量钢中加入少量Ti、V、Nb、Al，会形成，会形成TiC、VC、NbC、AlN等细小稳定的化合物粒子，阻碍奥氏体晶粒长大，使等细小稳定的化合物粒子，阻碍奥氏体晶粒长大，使钢的晶粒细化，增多的晶界面积，能增大裂纹扩展的阻力，提高钢的晶粒细化，增多的晶界面积，能增大裂纹扩展的阻力，提高钢的韧性。钢的韧性。n（2）改善基体的韧性改善基体的韧性 某些置换元素如镍，溶入铁素体中能改变某些置换元素如镍，溶入铁素体中能改变位错运动特点，使其容易绕过

25、某些障碍，避免产生大的应力集中，位错运动特点，使其容易绕过某些障碍，避免产生大的应力集中，减小基本断裂的几率。减小基本断裂的几率。n（3）提高回火稳定性提高回火稳定性 高的回火稳定性可以使钢在保持高硬度的高的回火稳定性可以使钢在保持高硬度的前提下，使用较高的回火温度，降低间隙固溶程度和位错密度，前提下，使用较高的回火温度，降低间隙固溶程度和位错密度，减轻其脆化作用。减轻其脆化作用。n（4）细化碳化物细化碳化物 粗在的碳化物对强度和韧性不利。在组织为铁粗在的碳化物对强度和韧性不利。在组织为铁素体和珠光体的钢中，锰对碳化物的作用最有效。一般，含铬的素体和珠光体的钢中，锰对碳化物的作用最有效。一般，

26、含铬的渗碳体和铬、钒的碳化物都很均匀细小，对钢的韧性有利。渗碳体和铬、钒的碳化物都很均匀细小，对钢的韧性有利。n（5）控制非金属夹杂和杂质元素控制非金属夹杂和杂质元素：钼、钨能抑制杂质元素的晶界：钼、钨能抑制杂质元素的晶界富集，可消除或减轻钢的回火脆性；稀土元素能有效地脱氧、去富集，可消除或减轻钢的回火脆性；稀土元素能有效地脱氧、去硫、去氢及改善非金属夹杂物的形态，使其在钢中呈粒状分布，硫、去氢及改善非金属夹杂物的形态，使其在钢中呈粒状分布，改善钢的韧性。改善钢的韧性。 （一）钢号：（一）钢号：Q195 、 Q215、Q235-A.F钢、钢、Q235-A.b钢、钢、Q235-C钢、钢、Q255

27、、 Q275等等 （二）性能与用途：（二）性能与用途： 1） Q195、Q215、Q235、Q235B等钢塑性较好，有一定等钢塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管，用于桥梁、的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管，用于桥梁、建筑物等构件。建筑物等构件。 2） Q235C、Q235D钢可用于重要的焊接件。钢可用于重要的焊接件。 3） Q235、Q275钢强度较高，可轧制成型钢或钢板。钢强度较高，可轧制成型钢或钢板。一一.普通碳素结构钢普通碳素结构钢3 结构钢结构钢（一）钢号：（一）钢号：Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等等 （二）成分特点：（二）成分特点： 1低碳。由于

28、韧性、焊接性能和冷成形性能要求高，故含碳低碳。由于韧性、焊接性能和冷成形性能要求高，故含碳量量0.2% 2主加元素为主加元素为Mn，产生固溶强化效应；还有少量，产生固溶强化效应；还有少量Nb、Ti、V等元素等元素,在钢中形成细碳化物或碳氮化物，阻碍在钢中形成细碳化物或碳氮化物，阻碍A晶粒的长大。晶粒的长大。（三）性能与用途：（三）性能与用途：1.性能高强度、高韧性、良好的焊接性及冷成形性和耐蚀性。性能高强度、高韧性、良好的焊接性及冷成形性和耐蚀性。2.用途用途1）低强度钢）低强度钢16Mn钢制造工程结构，可使重量减轻钢制造工程结构，可使重量减轻2030。2）中级别强度钢）中级别强度钢15MnV

29、N钢用于桥梁、船舶、锅炉等大型结钢用于桥梁、船舶、锅炉等大型结构件。构件。 (四）热处理；热轧空冷使用，四）热处理；热轧空冷使用，s500MPa,s500MPa,组织组织: :细晶粒的细晶粒的F+P; F+P; s s500MPa,500MPa,组织组织:B:B二普通低合金结构钢（普低钢）二普通低合金结构钢（普低钢）三、优质结构钢1、钢号：、钢号：1）低淬透性：）低淬透性：15, 20Mn2, 20Cr, 20MnV, 20CrV 2)中淬透性：中淬透性：20CrMn, 20CrMnTi, 20Mn2TiB, 20SiMnVB 3)高淬透性：高淬透性：18Cr2Ni4WA, 20Cr2Ni4A

30、, 15CrMn2SiMo2、渗碳钢的成分特点：、渗碳钢的成分特点： 低低 碳：一般为碳：一般为0.10.25。 低合金：合金元素的作用低合金：合金元素的作用Cr、Mn、Ni等主要是提高钢的淬透性。等主要是提高钢的淬透性。W、Mo、Ti主要是形成稳定的合金碳化物，抑制钢在渗碳过主要是形成稳定的合金碳化物，抑制钢在渗碳过程中晶粒长大，增加渗碳层硬度，提高耐磨性。程中晶粒长大，增加渗碳层硬度，提高耐磨性。 如：如：20、20Cr 、18CrMnTi、20CrMnTi等钢。等钢。3、用途：、用途：用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机的凸轮轴、活塞轴等用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机的凸轮

31、轴、活塞轴等1）表面耐磨的耐接触疲劳抗力；）表面耐磨的耐接触疲劳抗力；2）心部有高的韧性和足够高的强度，承受交变载荷的冲击；）心部有高的韧性和足够高的强度，承受交变载荷的冲击；3） 有良好的热处理工艺性能。有良好的热处理工艺性能。（一）渗碳钢（一）渗碳钢渗碳钢的热处理渗碳钢的热处理C渗碳后表层含碳量为渗碳后表层含碳量为1.0C左右。左右。C 热处理一般为：热处理一般为： 加热淬火（表层的加热淬火（表层的Ac1以上）低温回火（以上）低温回火（160） 渗层：渗层：0.51.2mm . 渗碳温度：渗碳温度：900930渗碳后组织：渗碳后组织： 表层表层M回火隐晶回火隐晶碳化物碳化物A少，少，606

32、2HRC 心部完全淬透：心部完全淬透：M回火条回火条+F，40-48HRC -不完全淬透：屈氏体不完全淬透：屈氏体+少量少量M回火回火+少量少量F，25-40HRC常用渗碳钢类齿轮材料及热处理要求常用渗碳钢类齿轮材料及热处理要求 n常见的齿轮失效形式是轮齿折断和齿面损伤常见的齿轮失效形式是轮齿折断和齿面损伤 举例汽车后桥圆锥主动齿轮举例汽车后桥圆锥主动齿轮 n技术要求：心部硬度要求技术要求：心部硬度要求30-45HRC，齿面硬度要求，齿面硬度要求58-62HRC。n选材：一般选用淬透性较好的选材：一般选用淬透性较好的20CrMnTi钢，油中淬火钢，油中淬火30-40mm能淬透。能淬透。钢中含有

33、钢中含有Ti，对过热不敏感，在渗碳后可直接缓冷淬火，变形较小，价格，对过热不敏感，在渗碳后可直接缓冷淬火，变形较小，价格不贵，适宜批量生产。不贵，适宜批量生产。n采用的加工采用的加工工艺路线工艺路线是：下料是：下料锻造（模锻）锻造（模锻）正火正火切削加工（留磨量）切削加工（留磨量）局部镀铜（或涂及渗剂）局部镀铜（或涂及渗剂）渗碳、淬火低温回火渗碳、淬火低温回火喷丸喷丸磨削加工磨削加工零件。零件。n当齿轮批量生产时，应采用当齿轮批量生产时，应采用模锻模锻以提高生产效率，节约金属材料。以提高生产效率，节约金属材料。n正火正火处理的目的是消除锻造应力、均匀细化组织、调整硬度，利于切削加处理的目的是消

34、除锻造应力、均匀细化组织、调整硬度，利于切削加工。工。n渗碳前对一些不需要有较高的力学性能，而且还需要渗碳淬火后切削加工渗碳前对一些不需要有较高的力学性能，而且还需要渗碳淬火后切削加工的部位，如轮盘、轮毂孔、工艺孔、花键（孔）等，要进行局部镀铜（或的部位，如轮盘、轮毂孔、工艺孔、花键（孔）等，要进行局部镀铜（或涂防渗剂）涂防渗剂）防渗处理防渗处理。n渗碳渗碳是为了提高齿面的硬度、耐磨性和接触疲劳强度。是为了提高齿面的硬度、耐磨性和接触疲劳强度。n一般要求表面一般要求表面wC=0.8-1.05%，渗层深度，渗层深度0.8-1.3mm。n喷丸喷丸处理可去除热处理后的氧化皮，及增大表层压应力，提高齿

35、面的接触处理可去除热处理后的氧化皮，及增大表层压应力，提高齿面的接触疲劳强度。疲劳强度。 1成分特点成分特点 中碳：中碳：C0.250.5；合金元素：；合金元素：Cr、Mn、Si、Ni、B-提高淬透性；提高淬透性；Mo、W-细化晶粒，降低第细化晶粒，降低第类回火脆性。类回火脆性。 2调质钢的热处理调质钢的热处理（1）热处理：淬火高温回火（调质处理）热处理：淬火高温回火（调质处理）（2）热处理后组织）热处理后组织:S回回（F）在）在F基体上均匀分布细粒状基体上均匀分布细粒状（3）性能：强度、硬度高；塑性、韧性好，综合机械性好。）性能：强度、硬度高；塑性、韧性好，综合机械性好。 3调质钢及其应用调

36、质钢及其应用（1）低淬透性钢）低淬透性钢45、40Cr、40MnB、40MnVB，油淬透性最，油淬透性最大直径大直径d3040mm。用于汽车、拖拉机连杆、螺栓等。用于汽车、拖拉机连杆、螺栓等。 （2）中淬透性钢）中淬透性钢 35CrMo、38CrSi、40CrMn等，等，d4060mm，用于尺寸较大的中、大型零件如曲轴、齿轮等。，用于尺寸较大的中、大型零件如曲轴、齿轮等。 （3）高淬透性钢）高淬透性钢38CrMoAlA, 37CrNi3, 40CrNiMo、40CrMnMo等等, d60100mm用于航空发动机主轴。用于航空发动机主轴。（二）调质钢（二）调质钢轴类零件轴类零件n轴类零件应具有如

37、下的性能：具有高的强度、足够的刚度及良好轴类零件应具有如下的性能：具有高的强度、足够的刚度及良好的韧性，以防止断裂和过量变形；具有高的疲劳极限，防止过早的韧性，以防止断裂和过量变形；具有高的疲劳极限，防止过早的疲劳断裂；在相对运动的摩擦部位，如轴颈、花键等处，应具的疲劳断裂；在相对运动的摩擦部位，如轴颈、花键等处，应具有高的硬度和耐磨性。有高的硬度和耐磨性。n制造轴类零件一般是以锻件或轧制型材为毛坯。根据承载能力大制造轴类零件一般是以锻件或轧制型材为毛坯。根据承载能力大小选用适当的材料。小选用适当的材料。n轻载、低速、不重要的轴，可选用轻载、低速、不重要的轴，可选用Q235、Q255、Q275

38、等普通等普通碳素结构钢，这类钢通常不进行热处理。碳素结构钢，这类钢通常不进行热处理。n受中等载荷而精度要求不高的轴类零件，常用优质碳素结构钢，受中等载荷而精度要求不高的轴类零件，常用优质碳素结构钢，如如35、40、45、50钢，其中钢，其中45钢应用最多。为改善其力学性能，钢应用最多。为改善其力学性能，一般进行正火、调质处理。为提高表面的耐磨性，还可进行表面一般进行正火、调质处理。为提高表面的耐磨性，还可进行表面淬火。淬火。n对于受较大载荷或要求精度高的轴，以及处于高、低温等恶劣对于受较大载荷或要求精度高的轴，以及处于高、低温等恶劣条件下工作的轴，应选用合金钢，常用的有条件下工作的轴，应选用合

39、金钢，常用的有40Cr、40CrNi、40MnB、38CrMoAl、20CrMnTi、12CrNi3、9Mn2V、20Cr、GCr15等。根据选材可以进行不同的热处理，包括调质、表面淬等。根据选材可以进行不同的热处理，包括调质、表面淬火、渗碳、渗氮等，以充分发挥合金钢的性能潜力。火、渗碳、渗氮等，以充分发挥合金钢的性能潜力。 举例曲轴举例曲轴n内燃机曲轴，其功用是承受连杆传来的力，并由此造成绕其内燃机曲轴，其功用是承受连杆传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩。在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离本身轴线的力矩。在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作

40、用，使心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。因此要求曲轴具有足够的刚度和曲轴承受弯曲与扭转载荷。因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好。强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好。n曲轴要求用强度、冲击韧性和耐磨性都比较高的材料制造。曲轴要求用强度、冲击韧性和耐磨性都比较高的材料制造。中小功率内燃机曲轴最常用的材料是中小功率内燃机曲轴最常用的材料是45、40Cr、45Mn2等。等。对于高速大功率曲轴，一般采用合金调质钢如对于高速大功率曲轴，一般采用合金调质钢如35CrMo、50CrMo等作为曲轴材料。等作为曲轴材料。n曲轴加工工艺路线为：下

41、料曲轴加工工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗加工（留调质粗加工（留调质余量）余量）调质调质精加工（留磨削余量）精加工（留磨削余量）中频感应加热表面中频感应加热表面淬火、低温回火淬火、低温回火精磨。精磨。n轴颈和曲柄销表面中频感应加热淬火，硬化层较深，可达轴颈和曲柄销表面中频感应加热淬火，硬化层较深，可达3-4.5mm。常用调质钢类齿轮材料及热处理要求常用调质钢类齿轮材料及热处理要求 碳钢：碳钢：65，75，85含含Si, Mn钢钢: 65Mn, 50Si2Mn, 60Si2Mn, 70SiMnA, 55MnSi, 60MnSi含含Cr, V, W钢：钢：60Si2CrA, 60Si2CrVA,

42、 65Si2MnWA, 50CrVA, 50CrMnVA典型钢：典型钢：65：0.62-0.70%C； 65Mn: 0.62-0.70C, 0.90-1.20%Mn; 60Si2Mn: 0.57-0.65%C, 1.50-2.00%C, 0.60-0.90%Mn成分特点，中高成分特点，中高C：0.600.75C碳素弹簧钢；碳素弹簧钢； 0.450.70C的合金弹簧钢。的合金弹簧钢。 合元作用：合元作用：Si、Mn提高淬透性，提高屈服强度提高淬透性，提高屈服强度; Si易脱碳，易脱碳，Mn易过热。易过热。2. 用途：制造各种弹簧和弹性元件；用途：制造各种弹簧和弹性元件；性能要求：性能要求：1）高

43、的弹性极限，高的屈服强度；）高的弹性极限，高的屈服强度；2）高的疲劳极）高的疲劳极限；限；3）足够高的塑性和韧性，避免冲击时发生脆断。）足够高的塑性和韧性，避免冲击时发生脆断。（三）弹簧钢（三）弹簧钢弹簧钢的热处理弹簧钢的热处理1）热处理淬火（）热处理淬火（Ac3以上）以上） 中温回火中温回火 （400450） 冷卷弹簧（冷卷弹簧（ 1015mm）：先热卷成型（在）：先热卷成型（在A相区）相区）油淬油淬 中温回火（中温回火（450550）去应力退火去应力退火（200300） 2）组织及性能）组织及性能 组织：组织：T回回（F）：在）：在F基体上分布微细粒状基体上分布微细粒状 。 性能：高弹性极

44、限、高疲劳极限、足够的塑性和韧性能：高弹性极限、高疲劳极限、足够的塑性和韧 性，硬度性，硬度3952HRC。钢号：钢号：GCr6, GCr9, GCr9SiMn, GCr15, GCr15SiMn, GMnMoVRe, GSiMoMnV典型钢号：典型钢号：GCr15: 0.95-1.05%C, 1.30-1.65%Cr成分特点：高碳成分特点：高碳C0.951.15；低；低Cr=0.4-1.65 Cr：提高淬透性（固溶态），形成细密的碳化物，提高耐：提高淬透性（固溶态），形成细密的碳化物，提高耐磨性和接触疲劳强度；磨性和接触疲劳强度；Si, Mn提高淬透性；提高淬透性；V：提高耐磨性，防止过热。

45、：提高耐磨性，防止过热。用途：制造滚动轴承用途：制造滚动轴承热处理：球化退火热处理：球化退火淬油（淬油（AC1）(820840)+低温回火低温回火（160） 球化退火：球状球化退火：球状P和细粒状碳化物；降低硬度，利于切削；和细粒状碳化物；降低硬度，利于切削；组织：组织：M回火隐晶回火隐晶M 合金碳化物合金碳化物A少少（花脸型组织）（花脸型组织）性能：高硬度（性能：高硬度（6266HRC）、高耐磨、一定的韧性和塑性。）、高耐磨、一定的韧性和塑性。应用可用于微型、小型、中型、大型和特大型轴承的滚动应用可用于微型、小型、中型、大型和特大型轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈；精密量具、冷冲模

46、、体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈；精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。机床丝杠等耐磨件。（四) 轴承钢（五）（五） 易切削钢易切削钢 n在钢中附加某一种或某几种元素，使它成为容易被切削加工在钢中附加某一种或某几种元素，使它成为容易被切削加工的钢，这类钢称为易切削钢。的钢，这类钢称为易切削钢。n目前常用的附加元素有目前常用的附加元素有硫、铅、钙硫、铅、钙、磷等。它们利用自身或、磷等。它们利用自身或与其它元素形成夹杂物，与其它元素形成夹杂物， 比如比如(Mn，Fe)S，降低材料的塑性，降低材料的塑性，使切屑易断，从而改善钢的切削加工性。使切屑易断，从而改善钢的切削加工性。n易切钢中含硫量限定在易

47、切钢中含硫量限定在0.08-0.30%范围内，同时适当提高含范围内，同时适当提高含锰量锰量(0.66-1.55%)与它配合。过高，会导致热脆。与它配合。过高，会导致热脆。n铅在钢中孤立地呈细小颗粒铅在钢中孤立地呈细小颗粒(34m)均匀分布时能改善切削加工均匀分布时能改善切削加工性。铅含量在性。铅含量在0.15-0.25%范围，过多时引起偏析。范围，过多时引起偏析。n钙钙(0.0010.005%) 在钢中能形成高熔点的钙在钢中能形成高熔点的钙铝铝硅的复合硅的复合氧化物氧化物(钙铝硅酸盐钙铝硅酸盐)附在刀具上，形成薄而具有减摩作用的保附在刀具上，形成薄而具有减摩作用的保护膜，从而防止刀具磨损。护膜

48、，从而防止刀具磨损。n易切钢的钢号是在普通钢号前冠以易切钢的钢号是在普通钢号前冠以“易易”或或“Y”，以区别于，以区别于非易切钢。例如易非易切钢。例如易12、易、易20、40锰或锰或Y12、Y20、Y40Mn、T10Pb、Y40CrSCa等。等。一一 刃具钢：刃具钢：车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工具车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工具 称为刃具刃具4 工工 具具 钢刃具、模具、量具钢刃具、模具、量具（一）刃具钢的工作条件和性能（一）刃具钢的工作条件和性能n 1工作条件：刃具切削时与切屑发生强烈摩擦刃口温度高；工作条件：刃具切削时与切屑发生强烈摩擦刃口温度高；刃具还承受一定的冲击和震

49、动；刃具还承受一定的冲击和震动；n刃具的主要失效形式是刃部的磨损、折断或崩刃及刃部软化刃具的主要失效形式是刃部的磨损、折断或崩刃及刃部软化等。等。n2、性能：刃具钢应具备高硬度、高耐磨性、较高的热硬性和、性能：刃具钢应具备高硬度、高耐磨性、较高的热硬性和足够的强度和韧性。硬度应足够的强度和韧性。硬度应60HRC。n高红硬性：高红硬性：刃具切削加工时，必须保证刃口硬度不随温度升刃具切削加工时，必须保证刃口硬度不随温度升高而明显降低。钢在高温（高而明显降低。钢在高温（550）下保持高硬度（）下保持高硬度（60HRC）的能力叫热硬性（亦称红硬性）。热硬性主要取决于钢的回的能力叫热硬性（亦称红硬性）。

50、热硬性主要取决于钢的回火稳定性。回火稳定性越高，碳化物越不易聚集，热硬性越火稳定性。回火稳定性越高，碳化物越不易聚集，热硬性越好。足够的强度和韧性，以防刃具受冲击或震动时折断或崩好。足够的强度和韧性，以防刃具受冲击或震动时折断或崩刃。刃。（二）碳素刃具钢（二）碳素刃具钢成分：成分：T7T12A钢，钢， 0.61.3C用途：用途：由于碳素工具钢淬透性相对较低、回火由于碳素工具钢淬透性相对较低、回火稳定性差、热硬性差（稳定性差、热硬性差（60图图5 T12钢正常淬火钢正常淬火180回火组织回火组织图图4 T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织（三）（三） 低合金刃具钢（低合金刃具钢（M总总56HRC）

51、和高耐磨性；高的组织）和高耐磨性；高的组织稳定性，尺寸不发生变化；热处理变形小和较好的加工工艺性。稳定性，尺寸不发生变化；热处理变形小和较好的加工工艺性。n成分特点：成分特点：n(1)高碳高碳 含碳量为含碳量为0.90-1.5%，以保证高硬度和耐磨性；，以保证高硬度和耐磨性；n(2)加入合金元素加入合金元素Cr、W、Mn等提高淬透性，减小淬火变形。这些合金等提高淬透性，减小淬火变形。这些合金元素还可以形成合金渗碳体，提高钢的硬度和耐磨性。元素还可以形成合金渗碳体，提高钢的硬度和耐磨性。n量具用钢：量具没有专用钢。量具用钢：量具没有专用钢。n一般对于要求高精度、高耐磨性、尺寸稳定、淬火变形小、硬

52、度均匀及一般对于要求高精度、高耐磨性、尺寸稳定、淬火变形小、硬度均匀及尺寸较大的量具，常选用含尺寸较大的量具，常选用含Cr、W、Mn等元素的低合金工具钢或铬轴等元素的低合金工具钢或铬轴承钢；承钢；n对于高硬度、高表面光洁度及尺寸不大的量具或量具零件，可选用碳素对于高硬度、高表面光洁度及尺寸不大的量具或量具零件，可选用碳素工具钢；工具钢；n要求中等硬度及一定强度和韧性的量具结构件，可选用优质中碳结构钢；要求中等硬度及一定强度和韧性的量具结构件，可选用优质中碳结构钢；n尺寸小、形状简单、精度较低的量具，可选用高碳钢或渗碳钢；弹性零尺寸小、形状简单、精度较低的量具，可选用高碳钢或渗碳钢；弹性零件则用

53、弹簧钢件则用弹簧钢 量具用钢选用量具用钢选用 量具钢热处理：关键在于减少热处理变形和提高尺寸稳定性。量具钢热处理：关键在于减少热处理变形和提高尺寸稳定性。（1）在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度，以减少残）在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度，以减少残留奥氏体量。留奥氏体量。（2）淬火后立即进行）淬火后立即进行-70-80的冷处理，使残留奥氏体尽的冷处理，使残留奥氏体尽可能地转变为马氏体，然后再进行低温回火处理。可能地转变为马氏体，然后再进行低温回火处理。（3）精度要求高的量具，在淬火、冷处理和低温回火后，）精度要求高的量具，在淬火、冷处理和低温回火后，尚需进行尚需进行120-130，几小时

54、至几十小时的，几小时至几十小时的时效处理时效处理，降低马，降低马氏体正方度、稳定残留奥氏体和消除残留应力。为了去除磨氏体正方度、稳定残留奥氏体和消除残留应力。为了去除磨削加工中所产生的应力，有时还要在磨削加工后进行削加工中所产生的应力，有时还要在磨削加工后进行120-130、保温、保温8小时的时效处理，甚至要反复进行多次。小时的时效处理，甚至要反复进行多次。 5 特殊性能钢特殊性能钢n一、金属腐蚀的概念一、金属腐蚀的概念 n腐蚀一般包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。腐蚀一般包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。n金属在非电解质中同介质发生化学反应而破坏的过程，称为金属在非电解质中同介质发生化学反应而破坏的

55、过程，称为化学腐蚀化学腐蚀，腐蚀过程中不产生电流，如钢在高温下的氧化、，腐蚀过程中不产生电流，如钢在高温下的氧化、脱碳，在石油、燃气中的腐蚀等。脱碳，在石油、燃气中的腐蚀等。n金属在电解质溶液中发生原电池作用而破坏的过程，称为金属在电解质溶液中发生原电池作用而破坏的过程，称为电电化学腐蚀化学腐蚀，腐蚀过程中有电流产生。在通常情况下，金属材，腐蚀过程中有电流产生。在通常情况下，金属材料的腐蚀一般以电化学腐蚀为主。料的腐蚀一般以电化学腐蚀为主。 n从电化学腐蚀原理看，若要提高金属的耐蚀性，应采取措施：从电化学腐蚀原理看，若要提高金属的耐蚀性，应采取措施：n（1）可能使金属具有均匀的）可能使金属具有

56、均匀的单相组织单相组织，并且有较高的电极电，并且有较高的电极电位；位；n（2）减小两极之间的电极电位差，尽可能提高基体（阳极）减小两极之间的电极电位差，尽可能提高基体（阳极）的的电极电位电极电位；n（3）在金属表面形成致密、稳定的保护膜，以减小甚至）在金属表面形成致密、稳定的保护膜，以减小甚至阻断阻断腐蚀电流，使金属腐蚀电流，使金属“钝化钝化”。 不锈钢与耐酸钢不锈钢与耐酸钢n不锈钢指在空气中不生锈的钢。不锈钢指在空气中不生锈的钢。n耐酸钢指在某种酸中耐蚀，并不适用于所有的酸。耐酸钢指在某种酸中耐蚀，并不适用于所有的酸。n复相钢易腐蚀原理：由于两相电极电位不同，在钢复相钢易腐蚀原理：由于两相电

57、极电位不同，在钢表面易于吸附一层水膜与空气中的表面易于吸附一层水膜与空气中的CO2作用形成作用形成H2CO3 ,碳酸作为电解液。电极电位不同的两相构碳酸作为电解液。电极电位不同的两相构成一个微电池，在碳酸的作用下成一个微电池，在碳酸的作用下电位低的一相（固电位低的一相（固溶体）作阳极，易腐蚀溶体）作阳极，易腐蚀；电位高的一相（金属化合；电位高的一相（金属化合物）作阴极，不易腐蚀，即为双相钢的电化学腐蚀。物）作阴极，不易腐蚀，即为双相钢的电化学腐蚀。合金化特点合金化特点n低碳：低碳： 耐蚀性要求越高，碳含量应越低。碳与合金元素形成碳化物，耐蚀性要求越高，碳含量应越低。碳与合金元素形成碳化物，降低

58、有效浓度。降低有效浓度。 n合金元素：合金元素：Cr、Ni、Ti、Mo、V、Nb等。等。nCr是决定不锈钢抗腐蚀性能好坏的最主要元素。（是决定不锈钢抗腐蚀性能好坏的最主要元素。（1）固溶在铁中的）固溶在铁中的Cr超过超过13%后，铁的电极电位由后，铁的电极电位由-0.56V突然升高至突然升高至+0.12V。（。（2）Cr在在氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜氧化性介质中极易钝化，生成致密的氧化膜Cr2O3，提高钢的耐蚀性。，提高钢的耐蚀性。（3）Cr是缩小奥氏体区域的元素，当含是缩小奥氏体区域的元素，当含Cr量较高（量较高（12.7%）时能使）时能使钢呈单一的铁素体组织。钢呈单一的铁素体组

59、织。n但当铬与碳形成的碳化物偏聚在晶界上时，会使晶界附近的基体严重但当铬与碳形成的碳化物偏聚在晶界上时，会使晶界附近的基体严重贫铬，当铬贫化到耐蚀性所必需的最低含量以下（贫铬，当铬贫化到耐蚀性所必需的最低含量以下（15；当；当Cr12.7时可形成时可形成F单相钢单相钢n 2F不锈钢特性、应用及热处理：不锈钢特性、应用及热处理：n耐蚀性好耐蚀性好-在氧化性酸中具有良好的耐在氧化性酸中具有良好的耐 蚀性及抗氧化性能。蚀性及抗氧化性能。广泛应用于广泛应用于HNO3、氮肥、磷肥等工业。、氮肥、磷肥等工业。 nF不锈钢晶粒粗大，韧性低，且具有不锈钢晶粒粗大，韧性低，且具有“475脆性脆性”-475加加热

60、时，热时，F内的内的Cr趋于有序化，形成富趋于有序化，形成富Cr的的F，并产生晶格畸，并产生晶格畸变，使变形困难，增大了变，使变形困难，增大了F的脆性使耐蚀性降低（含的脆性使耐蚀性降低（含Cr）。）。n F不锈钢在正火或退火状态下使用。不锈钢在正火或退火状态下使用。 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢n又称铬镍不锈钢，也称为又称铬镍不锈钢，也称为18-8型不锈钢，有型不锈钢，有0Cr18Ni9 、1Cr18Ni9 、0Cr18Ni9Ti 、1Cr18Ni9Ti 。 n1成分特点：含成分特点：含0.1C，Cr18，Ni9；当；当Cr18, Ni9时可得到单相时可得到单相A不锈钢。不锈钢。Ni1.5时可时可