工程材料-过控-4-钢的合金化对组织和性能的影响

工程材料海洋科学与技术学院贾非DalianUniversityofTechnology第4章

钢的合金化对组织和性能的影响*

主要内容合金元素在钢中的存在形式和作用合金元素对钢热处理的影响

合金元素对Fe-Fe3C相图的影响

合金元素对加热和冷却转变的影响

合金元素对回火转变的影响合金元素对钢加工性能的影响钢中杂质对性能的影响钢的分类简介碳钢的分类与牌号

合金钢的分类*合金钢的概念所谓的合金钢，就是为了改善钢的性能，特意地加入一些合金元素的钢。常用的合金元素：Cr、Mn、Ni、Co、Cu、Si、Al、B、W、M。V、Ti、Nb、Zn及稀土Re。合金钢发展合金钢的原因碳钢还存在着以下几个主要缺点，使它的应用受到一定限制。（1）碳钢的淬透性低碳钢制成的零件尺寸不能太大，否则淬不透，出现内外性能不均，对于一些大型的机械零件，（要求内外性能均匀），就不能采用碳钢制作，如发电机转子，汽轮机叶片，汽车、拖拉机的连杆螺栓等。合金钢（2）回火抗力差碳钢淬火后，只有经低温回火才能保持高硬度，若其回火温度超过200℃，其硬度就显著下降。即回火抗力差，不能在较高的温度下保持高硬度，因此对于要求耐磨，切削速度较高，刃部受热超过200℃的刀具就不能采用碳钢制作。（3）碳钢不能满足一些特殊性能的要求如耐热性、耐腐蚀性、耐低温性（低温下高韧性）为了弥补碳钢的不足，满足上述条件的要求，目前工业上广泛发展和使用了合金钢材料。发展合金钢的原因1）合金元素在钢中的主要存在形式：

合金元素加入钢中,与铁形成固溶体，或与碳形成碳化物，少量存在于夹杂物中，在高合金钢中还可能形成金属间化合物。（1）形成固溶体（2）形成碳化物（3）游离状态合金元素在钢中的存在形式和作用合金钢（1）形成固溶体几乎所有的合金元素(除Pb外)都可溶于铁中,形成合金铁素体或合金奥氏体。通常与碳的亲和力很弱合金元素，主要固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中，而不形成碳化物，如：Ni、Si、Al、Co……。合金元素在钢中的存在形式和作用（2）形成碳化物碳化物形成元素可形成合金渗碳体和特殊碳化物.A合金渗碳体B特殊碳化物A合金渗碳体

合金元素与碳的亲合力较弱，它们大部分是固溶于铁素体、奥氏体、马氏体中，而少部分固溶于渗碳体中形成合金渗碳体，如（Fe，Mn）3C。

合金元素在钢中的存在形式和作用B特殊碳化物合金元素与碳的亲合力很强，主要以特殊碳化物形式存在，如V、Ti、Nb、Zr。特殊碳化物熔点、硬度、耐磨性最高，稳定性最高。合金元素（Cr、Mo、W）与碳的亲合力较强，含量较少时，它们主要固溶于渗碳体中，含量较高时，才能形成特殊碳化物,如：Cr23C6、WC、MoC、Cr7C6。与碳作用形成合金碳化物Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱强

弱碳化物元素:Fe、Mn。

中强碳化物元素:Cr、Mo、W。

强碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。合金元素在钢中的存在形式和作用（3）游离状态对于固态下不溶于铁或在铁中溶解度很小的少数元素，如Pb、Cu（＞0.8)等，常以游离态存在。合金元素在钢中的存在形式和作用合金元素对钢的热处理的影响合金元素对Fe-Fe3C相图的影响合金元素对钢的热处理的影响钢的合金化对组织和性能的影响（1）改变A相区扩大A相区元素缩小A相区元素——使A1，A3，Acm线↓——使A1，A3，Acm线↑（2）改变S、E点位置多数元素使S点左移——<0.77%C的钢中可能出现过共析组织多数元素使E点左移——<2.11%C的钢中可能出现莱氏体组织合金元素对铁碳相图的影响①扩大γ相区使A3点(γ-Feα-Fe的转变点)下降,A4点(γ-Fe的转变点)上升,从而扩大γ-相的存在范围。完全扩大γ相区元素(室温下单相A)Mn，Ni；1Cr18Ni9（奥氏体不锈钢）和ZGMn13（高锰钢）部分扩大γ相区的元素

C、N、Cu下页合金元素对铁碳相图的影响扩大γ相区示意图合金元素对铁碳相图的影响②缩小γ相区使A3点上升,A4点下降(铬除外,铬含量小于7%时,A3点下降;大于7%后,A3点迅速上升),从而缩小γ相区存在的范围,使铁素体稳定区域扩大。完全封闭γ相区的元素(如Cr、Mo、W、V、Ti、Al、Si等)。如Cr17、Cr25、Cr28等铬不锈钢均属铁素体钢。部分缩小γ相区的元素(如B、Nb、Zr等)。合金元素对铁碳相图的影响缩小γ相区示意图合金元素对铁碳相图的影响(2)使S、E点左移无论是扩大γ区的合金元素，还是缩小γ区的合金均使E点和S点左移，即降低共析点的含碳量及碳在奥氏体中的最大溶解度。因此使相同含碳量的碳钢和合金钢具有不同的显微组织。如含碳0.4%的碳钢具有亚共析组织，而含C0.4%，13%Cr的合金钢则具有过共析组织。因为此时的共析成分已不再是0.77%，而是变为0.3%C了，另外，由于E点的左移，使含碳量远低于2.11%C的合金钢中出现莱氏体。如18%W的高速工具钢，含0.70-0.80%C，其铸态组织中出现了莱氏体。

合金元素对铁碳相图的影响Mn、Cr元素对S、E点的影响图合金元素对铁碳相图的影响

合金元素对S点成分的影响合金元素对铁碳相图的影响(3)对A１线的影响扩大γ相区元素，使A1下降缩小γ相区元素，使A1上升临界温度的位置是制订热处理工艺和其它热加工工艺的重要依据。由于合金元素的加入，改变了临界温度的位置，因而合金钢的热处理及其它热加工工艺参数都与碳钢明显不同。

返回合金元素对铁碳相图的影响合金元素对A1线的影响合金元素对铁碳相图的影响2.合金元素对钢的热处理的影响（1）对钢加热时奥氏体形成的影响（2）对过冷奥氏体的转变的影响（3）对淬火钢回火的影响钢的合金化对组织和性能的影响1对加热的影响多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大合金钢需要加热温度，保温时间——保证A均匀化↑

↑

对冷却的影响多数元素溶入A后→过冷A稳定性→

Vc→

淬透性

Ms点→

残余A量

（看后图）↑↓↑↑↓合金钢可以制造大截面的零件，淬火不易变形3对回火的影响

①回火稳定性→抗回火软化的能力

②产生二次硬化↑↑℃

HRC合金元素对热处理的影响（1）对钢加热时奥氏体形成的影响对奥氏体形成速度的影响

对奥氏体晶粒大小的影响合金元素对热处理的影响钢加热时对奥氏体形成速度的影响

奥氏体化过程包括奥氏体的形成，剩余碳化物的溶解和奥氏体成分均匀化，均是由合金元素和碳的扩散所控制。非碳化物形成元素：Co和Ni提高碳在奥氏体中扩散速度，加速奥氏体的形成。Si、Al、Mn等元素，对C的扩散速度影响不大。因而对奥氏体的形成速度影响不大。碳化物形成元素：Cr、W、Nb、Mo、Ti、V阻碍C的扩散，缓减奥氏体的形成速度。合金元素的扩散能力远比碳小，因此，要获得均匀的奥氏体，合金钢的加热温度应比碳钢高，保温时间应比碳钢长。

合金元素对热处理的影响钢加热时对奥氏体晶粒大小的影响碳化物形成元素：Ti、V、Nb、Zr……阻碍晶粒长大非碳化物形成元素：Cu、Si、Ni……阻止晶粒长大的作用不大；Mn、P、B促进晶粒长大。合金元素对热处理的影响（2）对过冷奥氏体的转变的影响实质上是对C曲线的影响除Co以外，大多数合金元素都增加奥氏体的稳定性，使C曲线右移，且：非碳化物形成元素Al、Ni、Si、Cu等不改变C曲线的形状，只使其右移；碳化物形成元素Mn、Cr、Mo、W等除使C曲线右移外，还改变其形状。合金元素对热处理的影响合金元素对C曲线的影响碳化物形成元素Cr、Mo、W、V等将C曲线分裂为珠光体转变和贝氏体转变两个C曲线，并在此二曲线之间出现一个过冷奥氏体的稳定区．合金元素对热处理的影响对过冷奥氏体的转变影响的实际意义合金元素使C曲线位置和形状的改变，有重要的实际意义，由于合金元素使C曲线右移，因而使淬火的临界冷却速度降低，提高了钢的淬透性，这样就可采用较小的冷却速度，甚至在空气中冷却就能得到马氏体，从而避免了由于冷却速度过大而引起的变形和开裂。另一方面由于形状的改变，使某些钢28CrMoNiVB采取空冷便得贝氏体组织，具有良好的综合机械性能，就不用采取等温淬火。返回合金元素对热处理的影响（3）对淬火钢回火的影响(1)提高回火稳定性

(2)产生二次硬化现象(3)增大回火脆性

合金元素对热处理的影响(1)提高回火稳定性合金元素固溶于马氏体中，减慢了碳的扩散，从而减慢了马氏体及残余奥氏体的分解过程和阻碍碳化物析出，聚集长大，因而在回火过程中合金钢的软化速度比碳钢慢，即合金钢具有较高的回火抗力，在较高的回火温度下仍保持较高的硬度。即在回火温度相同时，合金钢的硬度及强度比相同含碳量的碳钢高，而回火至相同硬度时，合金钢的回火温度高，内应力的消除比较彻底，因此，其塑性和韧性比碳钢好。

合金元素对热处理的影响(2)产生二次硬化现象若钢中Cr、W、Mo、V等元素超过一定量时，除了提高回火抗力外，在400℃以上还会形成弥散分布的特殊碳化物，使硬度重新升高，直到500～600℃硬度达最高值，出现所谓的二次硬化现象。600℃以后硬度下降是由于这些弥散分布的碳化物聚集长大的结果。二次硬化现象对高合金工具钢十分重要，通过500～600℃回火可使其硬度比淬火态硬度高HRC5以上。合金元素对热处理的影响Mo对钢(0.35%C)淬火回火后硬度的影响合金元素对热处理的影响(3)增大回火脆性第一类回火脆性第二类回火脆性第二类回火脆性的消除方法合金元素对热处理的影响第一类回火脆性第一类回火脆性：结构钢回火时在250-400℃出现的冲击韧性下降的现象。无论是在碳钢还是合金钢中均会出现，它与钢的成分和冷却速度无关，即使加入合金元素及回火后快冷或重新加热到此温度范围内回火，都无法避免，又称“不可逆回火脆性”。但合金元素可使第一类回火脆性的温度范围移向较高的温度。一般认为这类回火脆性的产生与马氏体，残余奥氏体的分解及Fe3C析出有关，防止方法就是避开这一温度范围回火。合金元素对热处理的影响第二类回火脆性第二类回火脆性：500-650℃回火后缓慢冷却出现的冲击韧性下降现象。这类回火脆性如果在回火时快冷就不会出现，另外，如果脆性已经发生，只要再加热到原来的回火温度重新回火并快冷，则可完全消除，因这类回火脆性又称为“可逆回火脆性”。合金元素对热处理的影响Cr-Ni钢的回火脆性示意图合金元素对热处理的影响第二类回火脆性的消除方法并非所有的钢都有第二类回火脆性，它只在含Cr、Mn或Cr-Ni、Cr-Si的合金钢中出现，发生了这类回火脆性的钢不仅室温下的冲击韧性低且韧脆转化温度高，因此必须设法防止或避免。产生原因是P、Mn、S、Si等元素在晶界偏聚。消除方法：（1）自回火温度快冷消除P、MnS、Si元素的偏聚。（2）在钢中加入0.2-0.3%Mo或0.4-0.8%W来减缓偏聚过程发生，从而消除或减轻回火脆性。

合金元素对热处理的影响钢中杂质对钢性能的影响基本元素：Fe、C合金元素：为改善钢的性能而有意加入杂质元素：无法去除的有害元素残留元素：为去除杂质元素而加入的元素

冷脆性——有害矿石中P

热脆性——有害矿石中S

溶入F→

固溶强化——有益炼钢时残留Mn

溶入F→

固溶强化——有益炼钢时残留Si作用来源钢的合金化对组织和性能的影响Mn

—

脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。 但生成的MnS夹杂在钢中，影响钢的性 能。Si—

有很强的固溶强化作用,能脱氧。但生成的SiO2夹杂在钢中，影响钢的性能。1.有益元素钢中杂质对钢性能的影响2.有害元素:

P

—

有很强的固溶强化作用,低温韧性差(冷脆)。

S

—

能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂)。钢中杂质对钢性能的影响硫

钢中的硫来源于炼钢时的生铁和燃料。

硫不溶于铁，而与铁生成熔点为1190℃左右的FeS，且FeS常与Fe一起形成低熔点(约989℃)的共晶体，分布在奥氏体晶界上。当钢进行热加工时(如在900～1200℃锻造或轧制、焊接等)，共晶体将熔化，使钢的强度尤其是韧性大大下降而产生脆性开裂，这种现象称为热脆。因此，必须严格控制钢中的硫质量分数。热脆的减轻或防止措施有二：采用精炼方法降低钢中的硫质量分数，但会增加钢的生产成本；通过适当增加钢中的锰质量分数，使s与Mn优先生成高熔点的MnS，从而避免热脆，这是降低硫的有害作用的主要手段。钢中杂质对钢性能的影响磷钢中的磷来源于炼钢时的生铁。磷主要溶于铁素体中，它虽然有明显提高强度、硬度的作用，但也剧烈地降低了钢的塑性、韧性、尤其是低温韧性，并使冷脆转化温度升高；此外，过多的磷也会生成极脆的Fe3P化合物，且易偏析于晶界上而增加脆性，这种现象称为冷脆。因此，必须严格控制钢中磷质量分数。钢中杂质对钢性能的影响3.气体元素:N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效倾向。

O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。

H：原子态的过饱和氢时将降低韧性,引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。钢中白点钢中杂质对钢性能的影响钢中气体

溶解于钢中的氢和氮的通称。有的把溶解于钢中的氧也看作钢中气体，但氧在钢凝固时大多成为非金属夹杂物析出，所以对钢中氧的问题往往和非金属夹杂问题一并考虑，而不归入钢中气体范畴来研究。钢中气体常造成钢的一些缺陷如白点、气孔、裂纹等，氮还促使低碳钢发生时效硬化和蓝脆，所以在炼钢时要尽量降低钢中气体。只有极特殊情况下，利用氮能扩大奥氏体区这一特点，把氮作为奥氏体化合金元素来利用，例如锰氮奥氏体不锈钢。蓝脆：钢在300℃上下时，由于应变时效，其塑性及韧性降低或基本上消失的现象。

钢中杂质对钢性能的影响

氢和氮在大气中都以双原子的气体存在，高温下则都分解成单原子溶解。气体接触到固态或液态的表面后产生物理吸附，当气体和钢的表面分子结合力大于气体内部分子的结合力时发生化学吸附，吸附的分子可以分解成原子，由钢的表面扩散到内部。

钢中杂质对钢性能的影响钢中气体很易偏析，氢气的偏析最大，对钢品质的影响也最严重，是形成钢中白点、发纹、气孔等缺陷的主要原因。微孔隙中的氢在低温时产生很大的氢气分压力，致使孔隙周边钢中溶解了大量的氢，故钢的韧性显著降低，再加上低温时钢本身的相变应力，使钢产生不同方位的细微裂纹，在轧制、锻造材的纵向断口上呈现白点。钢中杂质对钢性能的影响在炉内生成的H2O气分压力与使用原材料的干燥程度、炉衬使用次数等因素有关。高温下H2O的分解反应H2O=H2+1/2O2

lgK=-3130/T+3.04

钢的分类简介一、碳钢的分类与牌号钢的合金化对组织和性能的影响碳素钢的编号及用途1.碳素结构钢:

Q

235

—

A

·

F沸腾钢A等级235MPa屈服强度普通碳素结构钢一般都在供货状态下使用，不作热处理。钢的分类简介2.优质碳素结构钢*45---Wc=45%00*较高锰质量分数的优质碳素结构钢

45Mn---Wc=45%00;WMn=0.7%～1.0%优质碳素结构钢制作的零部件一般都使要经过热处理后使用。钢的分类简介3.碳素工具钢T12A高级优质Wc=12%0碳素工具钢碳素工具钢一般都是优质钢，如果是高级优质钢，则在钢号后加“A”。钢的分类简介4.铸造碳钢ZG200-400σb≥400MPaσs≥200MPa铸钢钢的分类简介二、合金钢的分类钢的分类简介合金结构钢用数字+化学元素+数字的方法表示前面的数字表示钢的平均含碳量的万分数，合金元素用汉字或化学符合表示，其后面的数字表示合金元素含量，一般以平均含量的百分数表示，当合金元素含量小于1.5%时，牌号中只标明元素而不标明含量，如果平均含量等于或大于1.5%、2.5%、3.5%……时，相应地以2、3、4等表示，如含0.37～0.44%C，0.8～1.10%Cr的钢40Cr，含0.57～0.65%C，1.5～2.0%Si，0.6～0.9%Mn的钢用60Si2Mn表示，对于滚珠轴承钢，在钢号前注明“滚”或“G”，后面的数字则表示铬含量的千分数，如GCr15的平均含Cr量1.5%（含C%为1%左右）含S、P量较低（S＜0.02%,P＜0.03%）的高级优质钢，则在钢号加“高”或“A”。易切削钢，在钢号前加“易”或“Y”如Y12（Mn、Si、C、P）

钢的分类简介合金工具钢与合金结构钢大致相同，但含碳量的表示方法不同。含碳量：平均含量≥1.0%时不标出；＜1.0%时用千分之几表示。高速钢例外，其平均含碳量＜1.0%时也不标出。合金元素表示方法与结构钢相同。如：（1）CrMn表示平均含量≥1.0%，Cr、Mn平均含量均＜1.5%合金工具钢。（2）9SiCr表示平均含量≥0.9%，Si、Cr平均含量均＜1.5%合金工具钢。（3）W18Cr4V含碳量为0.70～0.80%，W、Cr、V分别为18%、4%＜1.5%的高速钢。钢的分类简介特殊性能钢

其含碳量的表示方法与合金工具钢相同，即≥1.0%时不标出，＜1.0%时以千分之几表示，而合金元素用百分数表示。如9Cr18平均含碳0.9%Cr18%Mn13含碳量＞1.0%Mn13%但如果含碳量≤0.03%及≤0.08%时，在钢号前分别定拟“00”及“0”表示，如：00Cr18Ni10：含≤0.03%18%Cr10%Ni0Cr18：含≤0.08%18%Cr钢的分类简介结构钢对结构钢的性能要求为：使用性能以强韧性为主。工艺性能以可焊性、淬透性为主。合金结构钢除少量为中高合金钢外，都是低合金钢.铜陵长江公路大桥工业用钢1、成分：<0.4%C,P、S量及非金属夹杂较多.2、性能：可焊性、塑性好。3、热处理：不进行专门热处理，热轧空冷态下使用。4、使用状态下组织：F+P一、碳素结构钢螺纹钢圆钢结构钢5、用途常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总量的70%。用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。热轧钢板螺纹钢黄河小浪底枢纽工程碳素结构钢1、性能要求⑴高强度及足够韧性。⑵良好的焊接性能。⑶良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。2、成分特点⑴低碳：≤0.2%C.⑵合金元素：主要是Mn，还有少量V、Ti、Nb等。二、低合金高强度结构钢结构钢3、热处理：大多数热轧空冷后使用。少数可用正火+高温回火处理。4、使用状态下组织：F+P低合金高强钢合金元素细化晶粒作用①Mn的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。②V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用。③另外加Cu、P可提高耐蚀性；加RE可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。低合金高强度结构钢5、用途：Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高,用于石化中温高压容器.南京长江大桥低合金高强度结构钢制造渗碳零件的钢种。1、性能要求⑴表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。⑵良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。三、渗碳钢渗碳炉渗碳件—传动齿轮结构钢2、成分特点⑴低碳：0.1~0.25%C⑵合金元素作用：①

提高淬透性：

Cr、Mn、Ni、B②

强化铁素体：

Cr、Mn、Ni③

细化晶粒：

W、Mo、Ti、V渗碳件高精密独立导柱渗碳钢3、热处理特点渗碳件的加工工艺路线为：下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火+低温回火正火目的为调整硬度，便于切削加工。淬火温度一般为

Ac1+30-50℃。4、使用状态下组织心部：M回+F表层：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)；渗碳淬火后的表层组织渗碳钢5、常用钢号及用途低淬透性钢：20、20Cr。柴油机凸轮轴活塞销(20Cr)用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。渗碳钢中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。增压柴油机曲轴汽车变速箱齿轮渗碳钢调质件（螺杆）调质后使用的钢种。1、性能要求⑴良好的综合力学性能.⑵良好的淬透性。四、调质钢结构钢2、成分特点⑴中碳：0.3~0.5%C⑵合金元素作用：①提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B②强化铁素体:Mn、Si、Cr、Ni③细化晶粒:Ti、V④防止第二类回火脆性:W、Mo调质件（冷却轮）破碎机主轴调质钢3、热处理及组织特点调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→装配调质目的：获得良好综合力学性能使用状态下的组织为：S回为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。回火索氏体调质处理车间调质钢柴油机凸轮轴4、常用钢号及用途低淬透性钢：

D0油<30~40mm,常用45、40Cr,用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。中淬透性钢：

D0油≈40~60mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。调质钢高淬透性钢：D0油>60mm,常用40CrNiMo,用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。合金结构钢曲轴单缸汽车曲轴调质钢制造弹簧或类似性能零件的钢种。1、性能要求弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。⑴高的σs，σs/σb；高的σ-1；足够的韧性⑵高的淬透性。五、弹簧钢结构钢2、成分特点⑴中高碳：碳素弹簧钢为0.6~0.9%C合金弹簧钢为0.45~0.7%C⑵合金元素作用：①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr②

提高s/b：Si③

细化晶粒：V汽车弹簧弹簧丝弹簧钢3、热处理及组织特点⑴冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理(250~300℃)。用于<φ10mm弹簧。⑵热成型弹簧：

热成型→淬火+中温回火使用状态下的组织：T回用于大截面弹簧(>φ10mm)汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧弹簧钢4、弹簧的表面质量弹簧的表面质量对其寿命影响很大。提高表面质量的方法:①防止表面脱碳；②避免表面缺陷；

③进行喷丸处理，使表面产生压应力。板簧喷丸处理示意图弹簧钢5、常用钢号及用途Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。大型热卷弹簧汽车板簧弹簧钢

载荷(频率达数万次/分)和摩擦。⑴高而均匀的硬度和耐磨性。⑵高的b和接触疲劳强度。⑶足够的韧性、淬透性和耐蚀性.六、滚动轴承钢用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。1、性能要求轴承工作时,承受接触应力(达3000~3500MPa)、周期性交变圆柱滚子轴承自动调心球轴承结构钢2、成分特点⑴高碳：0.95~1.10%C⑵合金元素：以Cr为主,加入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性。推力球轴承滚针轴承Cr还提高耐磨性（形成合金渗碳体）和耐蚀性。当>1.65%Cr时,会因A’增加而使硬度和稳定性下降。滚动轴承钢3、热处理和组织特点滚动轴承钢是过共析钢。⑴热处理：

球化退火+淬火+低温回火⑵组织：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)淬火后进行冷处理(-60~-80℃),可以减少A’、稳定尺寸.轴承生产车间滚动轴承钢滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承4、常用钢号及用途应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等.向心球轴承滚动轴承钢是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢.只有ZGMn13一个钢号.1、成分特点⑴高碳：1.0~1.3%C

以保持高耐磨性。⑵高锰：11~14%Mn以保证形成奥氏体组织.七、耐磨钢高锰钢铸件高锰钢结构钢2、热处理及组织铸态组织为奥氏体+碳化物,性能硬而脆.热处理采用水韧处理。即将钢加热到1100℃，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。室温组织为过饱和单相奥氏体。高锰钢水韧处理组织浇铸高锰钢件耐磨钢3、使用及用途水韧处理后，韧性高，硬度低.使用时必须伴随着压力和冲击作用。在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织,具有高耐冲击能力。颚式破碎机挖掘机耐磨钢高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等.

履带球磨机衬板挖掘机铲齿铁路辙岔破碎机牙板耐磨钢工具钢按用途分为:刃具钢模具钢量具钢模具刃具量具工业用钢用来制造各种切削刀具的钢种。一、刃具钢切削加工工具钢㈠性能要求1、高硬度(≥HRC60),主要取决于含碳量。2、高耐磨性靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。3、高热硬性即高温下保持高硬度的能力。4、足够的韧性以防止脆断和崩刃。切削加工的基本形式刃具钢㈡碳素工具钢共有七个牌号：T7~T13

1、成分特点：高碳(0.65~1.35%C)

随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。碳素工具钢带碳素工具钢材料工具钢2、热处理及组织⑴热处理：正火+球化退火+淬火+低温回火球化退火目的：①降低硬度,便于加工;②为淬火作组织准备。⑵使用状态下的组织：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)

球状珠光体T12钢正常淬火组织工具钢3、用途由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。T7~T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。木工凿手锤木工钻工具钢T10~T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。T12~T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥锉刀手锯条钻头工具钢1、成分特点：⑴高碳：0.75~1.5%C⑵合金元素作用①提高淬透性:Cr、Mn、Si②

提高耐回火性：Si③提高耐磨性、细化晶粒:

W、V

㈢低合金工具钢由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(≤3~5)形成。

低合金工具钢制品工具钢2、热处理及组织同碳素工具钢，只是淬火介质为油(碳素工具钢为水)。使用状态下的组织为：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)3、常用钢号及用途应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等.

丝锥板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢1、性能特点:高热硬性(600℃)、高淬透性2、成分特点⑴高碳:0.70~1.5%C⑵合金元素作用①

提高淬透性：Cr②

提高热硬性、耐磨性:W、Mo、V㈣高速钢（俗称风钢）制造高速切削刃具用钢。高速钢冷轧钢带高速钢形材工具钢W18Cr4V钢的铸态组织3、加工与热处理加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火→磨削高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法热处理改善。高速钢⑵

退火目的：降低硬度，便于切加工；为淬火作组织准备。退火后组织：

S+颗粒状碳化物⑴锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。W18Cr4V钢的退火组织高速钢⑶淬火目的:获得高合金元素含量的马氏体。因此淬火温度高(>1200℃)。淬火后组织：

M+未溶碳化物(~10%)+A’(~20%)W18Cr4V钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1—C相图高速钢

的碳化物，产生二次硬化。②碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A’转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。⑷

回火目的：主要为减少A’。消除内应力、稳定组织。常用560℃三次回火.回火时的组织变化：①析出W、Mo、V高速钢硬度与回火温度关系高速钢W18Cr4V钢淬火、回火后的组织4、使用状态下组织

M回+颗粒状碳化物+A’（少量）高速钢不同状态下W18Cr4V的组织铸态淬火回火态淬火态退火态5、常用钢号及用途常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。车刀铣刀高速钢铣刀钻头铣刀高速钢汽车冲压模具用以制造冷热模具的钢种.㈠冷作模具钢制造金属冷成型模具钢种.1、性能要求⑴高硬度和耐磨性。⑵足够的强度和韧性。⑶良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）二、模具钢工具钢2、常用钢种⑴小尺寸、形状简单、受力不大的模具,可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。⑵截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢制造.①成分特点：高碳(1.4~2.3%C)；高铬(11.5~13%Cr)合金元素作用：

Cr提高淬透性；

Mo、V提高耐磨性，细化晶粒。Cr12钢冷冲压件冷作模具钢②加工及热处理：Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火,目的同高速钢.③常用钢号：Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压模等。最终热处理为:

淬火+低温回火使用状态下的组织:M回+颗粒状碳化物+A’(少量)汽车外板冷冲模冲压模具冷作模具钢㈡热作模具钢制造使加热金属或液态金属成型模具钢种.1、性能要求⑴高温下良好的综合力学性能。⑵抗热疲劳性能。⑶高的淬透性和良好的导热性。曲轴模具热模锻曲轴毛坯模具钢热镦模凸缘模2、常用钢种⑴热锻模钢

5CrNiMo、5CrMnMo前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模.成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。使用状态下的组织:S回热作模具钢⑵压铸模钢典型钢号是3Cr2W8V,为过共析钢.中碳(0.3~0.4%C),合金元素作用同高速钢。W、Cr提高抗热疲劳性能.淬火+回火后组织：

M回+颗粒状碳化物+A’(少量)型板压铸模压铸工艺压铸模具热作模具钢汽车四缸压铸模热作模具钢制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。三、量具钢卡尺塞规千分尺工具钢1、性能要求量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。⑴高硬度和耐磨性。⑵高的尺寸稳定性。⑶足够的韧性。渐开线花键环规、塞规矩形花键环规、塞规光面量规量具钢2、量具用钢⑴低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火⑵碳素工具钢、低合金工具钢两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。⑶滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具.⑷不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。量块電子卡尺量具钢3、量具钢的热处理特点⑴淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。⑵下限温度淬火及冷处理。目的是减少A’。⑶长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。量规量具钢特殊性能钢

特殊性能钢是指具有特殊物理、化学性能的钢。本节只介绍不锈钢和耐热钢。工业用钢化工管道的腐蚀裂解管内壁的高温腐蚀减薄化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。一、不锈钢在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。㈠金属的腐蚀金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀。

特殊性能钢不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。金属的腐蚀防止电化学腐蚀的措施：①获得均匀的单相组织。②提高合金的电极电位。③使表面形成致密的钝化膜。工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占GNP的4%左右。中国每年腐蚀的损失至少到400亿元以上.ZnZnZn-Cu原电池示意图珠光体腐蚀示意图电解液金属的腐蚀㈡不锈钢中合金元素的作用1、低碳：碳高，则降低耐蚀性。2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素①形成稳定致密的Cr2O3氧化膜.②Cr含量大于13%时，形成单相铁素体组织。③提高基体电极电位(n/8规律)3、Ni：获得单相奥氏体组织。4、Mo：耐有机酸腐蚀。5、Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀.不锈钢晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大.它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。加Ti、Nb则先于Cr与C形成不易溶于奥氏体的碳化物,避免晶界贫Cr。

奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出晶间腐蚀不锈钢晶间腐蚀破坏304不锈钢消火栓齿轮架不锈钢㈢常用不锈钢1、马氏体不锈钢主要是Cr13型不锈钢钢号为1Cr13~4Cr13随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降.⑴1Cr13、2Cr13热处理:淬火+高温回火使用状态下的组织:S回不锈钢棒不锈钢1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等.汽轮机叶片透平转轮马氏体不锈钢⑵3Cr13、4Cr13热处理：淬火+低温回火。使用状态下的组织：M回。具有较高强度、硬度。用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。医疗器械不锈钢刀马氏体不锈钢1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器2、铁素体不锈钢典型钢号如0Cr13、1Cr17等。⑴成分：高铬低碳⑵无α↔γ相变，不能进行热处理强化。⑶组织：单相铁素体不锈钢钢中σ相⑷性能特点耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：①

475℃脆化：加热到450~550℃停留，产生脆化.

再加热到600℃快冷可消除。②相脆化：

在600~800℃长期加热时，析出硬而脆的相。铁素体不锈钢⑸用途广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。合成氨厂硝酸生产装置铁素体不锈钢制品铁素体不锈钢3、奥氏体不锈钢主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。⑴性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及

可焊性。高的塑韧性,

无磁性。⑵热处理：采用固溶处理。即加热到1100℃使碳化物溶解后水冷。组织为单相奥氏体。不锈钢带不锈钢⑶常用钢种为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti广泛用于化工设备及管道.反应釜(316L)大型化工储罐(304)热交换器(316L)奥氏体不锈钢⑷应力腐蚀奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金-环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含Clˉ的介质中发生，裂纹为树枝状。

发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹奥氏体不锈钢㈠性能要求1、高的抗氧化性：指钢在高温下对氧化作用的抗力。钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。二、耐热钢气轮机叶片特殊性能钢飞机发动机过热器2、高的热强性热强性是指金属在高温下的强度.指标为蠕变强度和持久强度。蠕变指金属在高温低于σs的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形.耐热钢提高高温强度的途径:①固溶强化；②析出强化；③晶界强化(加入B、Zr等降低晶界能量)高温合金中的‘析出相高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物耐热钢涡轮机机壳钢制法兰㈡常用耐热钢1、珠光体耐热钢常用钢号为15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。⑴合金元素作用：Cr提高抗氧化性；Mo提高热强性(T再);V弥散强化。耐热钢⑵热处理：正火+高温回火⑶组织:F+P⑷用途：600℃以下的锅炉零件,压力容器，热交换器等。烟管式锅炉锅炉管耐