合金钢总结.doc

用途 成分特点 钢种及牌号 热处理和组织性能 低合金高强度结构钢     主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。 Q345 （16Mn）使用状态的组织为细晶粒的铁素体—珠光体 Q420 （15MnVN） 中等级别强度钢中使用最多的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。强度级别超过500 MPa后，铁素体和珠光体组织难以满足要求，于是发展了低碳贝氏体钢。加入Cr、Mo、Mn、B等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体组织，使强度更高，塑性、焊接性能也较好，多用于高压锅炉、高压容器等。 这类钢一般在热轧空冷状态下使用，不需要进行专门的热处理。使用状态下的显微组织一般为铁素体+索氏体。 合金渗碳钢 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。 (1) 低碳：碳质量分数一般为0.10%～0.25%，使零件心部有足够的塑性和韧性。 (2) 加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等。 (3) 加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素：主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成稳定的合金碳化物。 20Cr低淬透性合金渗碳钢。淬透性较低，心部强度较低。 20CrMnTi中淬透性合金渗碳钢。淬透性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。 18Cr2Ni4WA和20Cr2Ni4A高淬透性合金渗碳钢。含有较多的Cr、Ni等元素，淬透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击韧性。 合金渗碳钢的热处理工艺一般都是渗碳后直接淬火，再低温回火。 热处理后，表面渗碳层的组织为合金渗碳体+回火马氏体+少量残余奥氏体组织，硬度为60 HRC～62 HRC。 合金调质钢  合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如机床齿轮、主轴、汽车发动机曲轴、连杆、螺栓等。 (1) 中碳：碳质量分数一般在0.25%-0.50%之间，以0.4%居多； (2) 加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：这些合金元素除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。如调质处理后的40Cr钢的性能比45钢的性能高很多；  3) 加入防止第二类回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合金调质钢，高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。在钢中加入Mo、W可以防止第二类回火脆性，其适宜含量：Mo的质量分数为0.15%～0.30%，或W的质量分数为0.8%～1.2%。 (1) 40Cr 低淬透性合金调质钢，油淬临界直径为30 mm～40 mm，用于制造一般尺寸的重要零件。 (2) 35CrMo 中淬透性合金调质钢，油淬临界直径为40 mm～60 mm,加入钼不仅可提高淬透性，而且可防止第二类回火脆性。 (3) 40CrNiMo 高淬透性合金调质钢，油淬临界直径为60 mm～100 mm，铬镍钢中加入适当的钼，不但具有好的淬透性，还可消除第二类回火脆性。 合金调质钢的最终热处理是淬火加高温回火。合金调质钢淬透性较高，一般都用油淬，淬透性特别大时甚至可以空冷，这能减少热处理缺陷。     合金调质钢的最终性能决定于回火温度。一般采用500 ℃～650 ℃回火。通过选择回火温度，可以获得所要求的性能。为防止第二类回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷），有利于韧性的提高。合金调质钢常规热处理后的组织是回火索氏体。对于表面要求耐磨的零件（如齿轮、主轴），再进行感应加热表面淬火及低温回火，表面组织为回火马氏体。表面硬度可达55 HRC～58 HRC。     合金调质钢淬透调质后的屈服强度约为800 MPa, 冲击韧性为800 kJ/m2，心部硬度可达22 HRC～25 HRC。若截面尺寸大而未淬透时，性能显著降低。 性能要求 用途 成分特点 钢种及牌号 热处理和组织性能 合金弹簧钢 (1) 高的弹性极限σe，尤其是高的屈强比σs /σb以保证弹簧有足够高的弹性变形能力和较大的承载能力。     (2) 高的疲劳强度σr，以防止在震动和交变应力作用下产生疲劳断裂。     (3) 足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断。     此外，弹簧钢还要求有较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成形等。一些特殊弹簧钢还要求耐热性、耐蚀性等。 合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。 (1) 中、高碳 高的屈强比要求弹簧钢的碳含量比调质钢高，碳的质量分数一般为0.50%～0.70%。碳含量过高时，塑性、韧性降低，疲劳抗力也下降。     (2) 加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素，Si和Mn同时也提高了屈强比。重要用途的弹簧钢还必须加入Cr、V、W等元素。     此外，弹簧的冶金质量对疲劳强度有很大的影响，所以弹簧钢均为优质钢或高级优质钢。 (1) 65Mn和60Si2Mn 以Si、Mn为主要合金元素的弹簧钢。这类钢的价格便宜，淬透性明显优于碳素弹簧钢，Si、Mn的复合合金化，性能比只用Mn的好得多。这类钢主要用于汽车、拖拉机上的板簧和螺旋弹簧。 (2) 50CrVA 含Cr、V、W等元素的弹簧钢。Cr、V复合合金化，不仅大大提高钢的淬透性，而且还提高钢的高温强度、韧性和热处理工艺性能。这类钢可制作在350 ℃～400 ℃温度下承受重载的较大弹簧。 弹簧按加工和热处理可分为两类： (1) 热成形弹簧 用热轧钢丝或钢板制成，然后淬火和中温（450 ℃～550 ℃）回火，获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度和弹性极限，并有一定的塑性和韧性，一般用来制作为较大型的弹簧。 (2) 冷成形弹簧 小尺寸弹簧一般用冷拔弹簧钢丝（片）卷成。     为了提高弹簧的疲劳寿命，目前还广泛采用喷丸强化处理。 滚珠轴承钢 (1) 高的接触疲劳强度：轴承元件如滚珠与套圈，运动时为点或线接触，接触处的压应力高达1500 MPa～5000 MPa；应力交变易造成接触疲劳破坏，产生麻点或剥落，所以轴承钢疲劳强度应很高。 (2) 高的硬度和耐磨性：硬度一般为62HRC～64HRC。     (3) 足够的韧性和淬透性。     此外，还要求在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性。 主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。也用于制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。 (1) 高碳 碳质量分数一般为0.95%～1.10%，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。(2) 铬为基本合金元素 铬提高淬透性；形成合金渗碳体(Fe, Cr)3C呈细密、均匀分布，提高钢的耐磨性, 特别是疲劳强度。适宜的铬质量分数为0.40%～1.65%。 (3) 加入硅、锰、钒等 Si、Mn进一步提高淬透性，便于制造大型轴承。   (4) 高的冶金质量 轴承钢中非金属夹杂和碳化物的不均匀性对钢的性能尤其是接触疲劳强度影响很大。因此，轴承钢一般采用电炉冶炼和真空去气处理。 (1) 铬轴承钢 最常用的是GCr15。使用量占轴承钢的绝大部分。     (2) 添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢 在铬轴承钢中加入Si、Mn可提高淬透性，如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。为了节铬, 加入Mo、V可得到无铬轴承钢, 如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能与GCr15相近。 (1) 球化退火 轴承钢予先热处理是球化退火。其目的不仅是降低钢的硬度，以利于切削加工，更重要的是获得细的球状珠光体和均匀分布的过剩的细粒状碳化物，为零件的最终热处理做组织准备。 (2) 淬火和低温回火 淬火温度要求十分严格，温度过高会过热，晶粒长大，使韧性和疲劳强度下降，且易淬裂和变形；温度过低，则奥氏体中溶解的铬量和碳量不够，钢淬火后硬度不足。GCr15钢的淬火温度严格控制在820℃～840℃范围内, 回火温度一般为150℃～160℃。 轴承钢淬火后的组织为极细的回火马氏体、均匀分布的粒状碳化物以及少量残余奥氏体。 精密轴承为了稳定尺寸，淬火后可立即进行“冷处理”（-60 ℃～-50 ℃），并在回火和磨削加工后，进行低温时效处理（120 ℃～130 ℃, 保温5 h～10 h）。 低合金刃具钢 (1) 高硬度  金属切削刀具的硬度一般都在60 HRC以上。 (2) 高耐磨性  不仅取决于钢的硬度，而且与钢中硬化物的性质、数量、大小和分布有关。 (3) 高热硬性  热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力（亦称红硬性）。热硬性与钢的回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。 (4) 足够的塑性和韧性  以防刃具受冲击震动时折断和崩刃。 板牙、丝锥、钻头、铰刀、齿轮铣刀、冷冲模、冷轧辊等。 ① 高碳：碳质量分数为0.9%～1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。 ② 加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素： Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，Si还能提高钢的回火稳定性；  W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加热时过热，保持细小的晶粒。 典型钢种为9SiCr CrWMn 加工过程 球化退火、机加工，然后淬火和低温回火。热处理后的组织为回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体。 高速钢（高合金刃具钢） 制造高速切削用车刀、刨刀、钻头、铣刀等。 1.高碳 碳质量分数在0.70%以上，最高可达1.5%左右，它一方面要保证能与W、Cr、V等形成足够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度。 2.加入Cr、W、Mo、V等合金元素  加入Cr提高淬透性，铬还能提高钢的抗氧化、脱碳的能力。加入W、Mo保证高的热硬性，在退火状态下，W、Mo以M6C型碳化物形式存在。这类碳化物在淬火加热时极难溶解，一部分淬火后存在于马氏体中，在随后的560℃回火时，形成W2C或Mo2C弥散分布，造成二次硬化。V能形成VC(或V4C3), 非常稳定，极难熔解，硬度极高（大大超过W2C的硬度）且颗粒细小，分布均匀，能大大提高钢的硬度和耐磨性。 一种是钨系W18Cr4V钢，另一种是钨－钼系W6Mo5Cr4V2钢。两种钢的组织性能相似，但W6Mo5Cr4V2钢的耐磨性、热塑性和韧性较好，而W18Cr4V钢的热硬性较好, 热处理时的脱碳和过热倾向性较小。 (1) 锻造 高速钢属莱氏体钢，碳化物不能用热处理来消除，只能依靠锻打来击碎，并使其均匀分布。因此高速钢的锻造具有成形和改善碳化物的两重作用，是非常重要的加工工序。为了得到小块均匀的碳化物，需要多次镦拔。高速钢的塑性、导热性较差，锻后必须缓冷，以免开裂。     (2) 热处理 高速钢锻后进行球化退火，以便于机加工，并为淬火做好组织准备。球化退火后的组织为索氏体基体和在其中均匀分布的细小粒状碳化物。高速钢的导热性很差，淬火温度又高，所以淬火加热时，必须进行一次预热（800℃～850℃）或两冷预热（500℃～600℃、800℃～850℃）。为保证钢淬火、回火后获得很高的热硬性，其淬火加热温度非常高，一般为1220℃～1280℃。淬火后的组织为淬火马氏体、剩余碳化物和大量残余奥氏体。 　　高速钢通常在二次硬化峰值温度或稍高一些的温度（550℃～570℃）回火三次。在此温度范围内回火时，W、Mo及V的碳化物从马氏体中析出，弥散分布；同时残余奥氏体转变为马氏体，也使硬度提高，由此造成二次硬化现象，保证了钢的硬度和热硬性。进行多次回火，是为了逐步减少残余奥氏体量。高速钢回火后的组织为回火马氏体、细粒状碳化物及少量残余奥氏体。 不锈钢   对不锈钢的性能要求最主要的是耐蚀性。此外，制作工具的不锈钢还要求高硬度、高耐磨性；制作重要结构零件时，要求高强度；某些不锈钢则要求有较好的加工性能。 (1) 碳含量  耐蚀性要求愈高，碳含量