碳钢和合金钢 公司内部编号：（GOOD-TMMT-MMUT-UUPTY-UUYY-DTTI-
第九章碳钢及合金钢 (工业用钢) 第一节工业用钢的分类及牌号表示方法 钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有重要地位。 碳钢：含碳量在%～%之间的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。 合金钢：在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢。 钢中除铁、碳及合金元素外，还有炼钢时随生铁、脱氧剂和燃料带入的硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等元素。 钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种： 一、钢材的品种 为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品四大类，共十六大品种： 1．型材 钢轨、型钢（圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢等）、线材（直径 5-10毫米的圆钢和盘条）等。 2．板材 薄钢板：厚度等于和小于 4毫米的钢板； 厚钢板：厚度大于 4毫米的钢板；又可分为中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于60mm）；
钢带：也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板； 电工硅钢薄板：也叫硅钢片或矽钢片。 3．管材 无缝钢管：用热轧、热轧—冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管； 焊接钢管：将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管。 4．金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等。 二、钢的分类 钢的种类繁多，为了便于生产、使用和研究，可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类。 1．按化学成分分类。碳钢、合金钢两大类。 碳钢：低碳钢（Wc＜%）、中碳钢（Wc=%～%）和高碳钢（Wc>%） 合金钢：按钢中含合金元素总量（Me%）分为低合金钢（Me<5%）、中合金钢（Me=5～10%）和高合金钢（Me>10%）。 按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。 2．按冶金质量分类。按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为： 普通钢：S%≤%，P%≤% 优质钢：S%、P%≤% 高级优质钢：S%≤%，P%≤% 此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。 3．按金相组织分类 按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。
高碳合金工具钢-9SiCr钢 ⑴模具钢的特性高碳合金工具钢，其韧性较好，具有较好的回火稳定性，热处理时变形小。该钢中碳化物分布均匀，不易析出碳化物网，并易于正火消除，通过正火可以消除网状及粗片状碳化组织。但压强度和耐磨性不足，加工性较差。该钢表面残存含碳量为0.6%～0.7%的脱碳层时，由于碳化物的减少使表面层的过热敏感性增大。经正常加热淬火以后表面硬度仍可达到60～62HRC，但其抗弯强度却下降40%～50%。层晶粒度达到7级，心部为10级。 该钢锻造性能良好，由于易脱碳，故须在中性气氛或保护气氛炉中加热。施以锻热调质处理，可获得细密的回火索氏体组织，简化工序，省时节电，既有良好的切削加工性能，又有理想的预处理组织。 该钢受热软化温度为320℃，淬透性比铬钢好，油淬淬硬深度40～50mm。该钢零保温淬火韧化工艺，可以消除搓丝板因常规淬火加热氧化脱碳造成的早期失效，不均匀奥氏体淬火可以细化马氏体，淬火后得到隐晶马氏体或细针状马氏体，这种组织强韧性好。 ⑵供货状态及硬度退火态，硬度≤241～179HBS，压痕直径 3.9～ 4.3mm。 ⑶标准GB1299-85钢的主要化学成分（质量分数，%）C0.90～ 1.05、Si1.20～1.60、Mn0.30～0.60、Cr0.90～1.20、W1.20～ 1.60。 ⑷参考对应钢号德国DIN标准材料编号1.2067、德国DIN标准钢号100Cr6、我国GB标准钢号9SiCr、英国BS标准钢号BL3、法
国AFNOR标准钢号Y1000C6、西班牙UNE标准钢号100Cr6、美国AISI/SAE标准钢号L3、俄罗斯гOCT标准钢号9XC、瑞典SS标准钢号2092。 ⑸临界点温度（近似值）A c1=770℃，A r1 =730℃，A cm ≤870℃。 ⑹热加工规范需在中性气氛或保护气氛炉中加热，预热温度第一次700～800℃，保温时间1.0～1.5h，第二次850～890℃，保温时间2min/mm，保温后以冷速≤100℃/h升温至1100～1150℃，保温时间1.0～1.5min/mm。在加热过程中应勤翻动坯料，均匀受热，充分透烧。开锻温度1100～1150℃，反复进行双十字变向镦拔锻造，锻后合金碳化物≤2级。 ⑺锻热调质处理规范900℃高温余热油淬，接着进行700～720℃高温回火，硬度200～220HBS，可代替锻后球化等温退火。 ⑻正火规范加热温度900～920℃，保温时间盐浴炉25～30s/mm，空气炉70～90s/mm，空气冷却，硬度321～415HBS。 ⑼成批等温球化退火规范（790～810）℃×（2～3）h，随炉冷却，（700～720）℃×（3～4）h，硬度≤229HBS，珠光体2～5级，网状碳化物≤2级。 ⑽球化退火规范（790～810）℃×（2～4）h，随炉冷却，（700～720）℃×（3～4）h，以冷速≤30℃/h缓慢炉冷到温度500～600℃，出炉空冷，硬度179～241HBS。 （11）冷压毛坯普通软化规范温度820℃±10℃，时间3～4h，以15℃/h的冷却速度冷至温度≤650℃，出炉安空冷。
高碳中合金钢DM4的预处理工艺对碳化物转变 及形貌的影响 马永庆，戴玉梅，张洋，于涛，张占平 大连海事大学机电与材料工程学院(116026) email: myq@https://www.doczj.com/doc/4d13778701.html, 摘要：本文研究了Cr-W-Mo-V高碳中合金钢DM4的预处理工艺对碳化物转变及形貌的影响。研究表明，该钢在退火时具有多类型碳化物，即M3C、M23C6、M7C3、M6C、MC。820℃～860℃退火组织的碳化物形貌与退火前状态有很大关系，存在分散的颗粒状碳化物和层状分布的短棒状碳化物，还有层状珠光体组织；在800℃加热保温后于680℃～720℃等温退火可获得均匀球化组织。不同预处理工艺的碳化物形貌与碳化物转变有关，其变化规律可以相平衡热力学计算结果给予解释。 关键词：DM4钢；退火；碳化物转变；形貌 1．引言 高碳钢在淬火，回火热处理之前的预处理组织（主要是碳化物分布，数量及类型）对其后的热处理组织和性能有重要的影响。热处理前的预处理工艺主要是球化退火。一般认为，适当的降低球化退火温度或采取合适的等温退火工艺，可得到细化且均匀的球化组织。研究发现[1,2]，对于多元合金高碳低合金钢，由于钢中存在多类型碳化物（M3C、M23C6、M7C3、M6C、MC），可以利用各类型碳化物形核，长大及在奥氏体中溶解的热力学和动力学特性，获得均匀超细化碳化物，而工艺不合理时其结果相反。最近，根据某些工模具应用要求，马永庆等又研制了一种新型Cr-W-Mo-V中合金高碳钢，由于W、Mo、V含量增加，合金碳化物数量增加，碳化物转变规律对碳化物分布影响更大，预处理工艺的选择更为重要。本文详细的研究了该钢经热轧，正火，球化退火温度及等温退火温度等预处理工艺对碳化物转变及形貌的影响，并用相平衡热力学计算结果分析讨论了退火过程的碳化物转变及形貌特征。为该钢的热处理前的预处理工艺选择提供依据。 2．实验材料及实验方法 实验钢以500Kg感应电炉熔炼，浇注钢锭后经锻造，热轧制成L×80mm×10mm钢带，然后切割成15mm×10mm×10mm试样。其化学成分如表1所示。试样在2.5KV电阻炉内 - 1 -
合金钢及热处理工艺 第一篇结构钢 各类结构钢的含碳量及热处理方法 第一节调质钢 调质钢分低淬透性调质钢中淬透性调质钢高淬透性调质钢 一、低淬透性调质钢油淬临界直径最大为30~40mm，合金元素种类少，总含量不大于 2.5%，常用的有铬钢、锰钢、铬硅钢和含硼钢。如30Cr、35Cr、40Cr、45Cr、30Mn2、 35Mn2、40Mn2、45Mn2、50Mn2、42Mn2V、40MnB等 （一）40Cr过热倾向不大，淬火性较好，回火稳定性较高，经调质后能获得较高的综合机械性能。因此它是应用最广的调质钢之一。 40Cr有两种加工路线；1）硬度较高（HB341~451）锻造-正火（退火）-加工-调质 2）硬度较低（HB255~285）锻造-调质-加工调质前是否进行正火或退火，关键在于锻造的掌握上，掌握得好，可以从略。淬火温度水淬830~850℃；油淬850~870℃。40Cr也可以制造经表面硬化处理的零件，如气体碳氮共渗，感应加热。 （二）45Mn2能促进钢的晶粒长大，显著提高钢的淬透性，45Mn2有较敏感的回火脆性，高温回火后要快冷（水或油中冷却）。淬火温度810~840℃，油淬。 （三）硅锰钢硅全部溶入铁素体，固溶强化效果显著，但含量过多（＞2%）将会较多地降低塑性和韧性。硅能提高淬透性，单一不明显，与锰或铬复合加入，效果显著。但与锰或铬共存，回火脆性敏感。此外，含硅的钢易产生脱碳现象。 常用的有35SiMn和42SiMn，它们既没有锰钢那样容易过热，也没有硅钢那样容易脱碳，但高温回火后必须快冷。 （四）含硼调质钢硼突出的作用是提高淬透性，并且加入量很少（0.0005~0.001%）时就效果显著,当有效硼在0.001%以下时,淬透性随含硼量增加增加,当超过0.001%,淬透性保持不变,超过0.003%,冲击韧性下降,即”硼脆”超过0.007%引起热脆性,增加热加工困难.含硼量一般都控制在0.0005~0.0035%,可代替1.6%Ni、0.3%Cr、0.2%Mo、0.2~0.7%Mn 的作用.微量硼对钢的过热倾向与回火脆性倾向略有增大的作用,而对回火稳定性则无
合金钢 一、填空题 1.合金钢按主要用途可分为合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢三 大类。 2.合金钢按合金元素总量高低可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢三种。 3.合金结构钢又细分为普通低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、 合金弹簧钢和滚动轴承钢五类。 4.调质钢的含碳量一般在0.25%至0.5 %之间。 5.合金刃具钢分为低合金刃具钢和高速钢两类。 6.高速钢在600℃以下工作时，硬度仍保持在HRC60以上，具有高的红硬性。 二、判断题（对的打“√”，错的打“×”） 1.合金钢是多种钢混合而成的混合物。（×） 2.合金钢因为含有合金元素，所以比碳钢淬透性差。（×） 3.大部分合金钢淬透性都比碳钢好。（√） 4.除Fe、C外还含有其他元素的钢就是合金钢。（×） 5.低合金钢是指含碳量低于0.25%的合金钢。（×） 6.40Cr是最常用的合金调质钢。（√） 7.合金结构钢都是高级优质钢。（×） 8.合金工具钢都是高级优质钢。（√） 9.钢的淬透性是指钢淬火时能够达到的最高硬度。（×） 10.碳钢淬透性比合金钢好（×） 11.3Cr2W8V的平均含碳量为0.3%，所以它是合金结构钢。（×） 12.GCr15是滚动轴承钢，但又可以制造柴油机中的精密偶件。（√） 13.特殊性能钢简称特类钢。（×） 14.16Mn的含碳量为0.16%，是较高含锰量的优质碳素结构钢。（×） 15.W6Mo5Cr4V2是高速钢。（√） 16.Cr12MoV是不锈钢。（×） 17.1Cr18Ni9Ti是合金工具钢。（×）
18.60Si2Mn是合金弹簧钢。（√） 19.GCr15既可做滚动轴承，也可做量具。（√） 20.含铬的钢都是不锈钢。（×） 三、单项选择题 1.合金钢除有较高的强度、比强度、热硬性和特殊的理化性能外，还有较高的 。 A．淬硬性B．淬透性C．减振性D．变形抗力 2.调质钢大多是 A．高碳钢B．低碳钢C．中碳钢D．B或C 3.合金结构钢主要是 A．低合金结构钢B．合金渗碳钢和合金弹簧钢 C．合金调质钢和滚珠轴承钢D．A+B+C 4.制造船舶、桥梁、大型钢结构的钢材是 A．普通碳素结构钢B．普通低合金结构钢 C．低合金调质钢D．不锈钢 5.制造南京长江大桥的材料是 A．优质碳素结构钢B．高合金钢 C．合金调质钢D．普通低合金钢 6.属于合金调质钢的是材料 A．20Cr B．40Cr C．4Cr9Si2 D．4Cr13 7.调质钢要求含碳量在一定的范围，如含碳量过低，则；含碳量过高， 则。 A．强度低/刚度低B．刚度低/强度低 C．韧性低/疲劳性能低D．硬度低/韧性低 8.下列钢材中属于合金钢的是。 A．20 B．40Cr C．ZG200—400 D．H62 9.生产中对较重要的零件（如汽车、拖拉机齿轮等）及对于截面较大或心部强度要 求较高的渗碳零件，通常采用来制造。 A．含碳量较低（0.10～0.25%）的钢B．含碳量为0.30%的钢
第七章合金钢 碳钢具备很多优点，在机器制造业中获得了广泛应用。但是碳钢淬透性低、回火抗力差、不具备特殊的物理、化学性能，且屈强比低，约为0.6。而合金钢屈强比一般为0.85～0.9。在零件设计时，屈服强度是设计的依据。所以，碳钢的强度潜力不能充分发挥。为了满足使用要求，必须选用合金钢。 1、合金元素对钢中基本相有哪些影响？ 答：⑴与碳亲合力很弱的合金元素，溶入铁素体内形成合金铁素体，对基体起固溶强化作用，与碳不发生化合反应。 ⑵与碳亲合力较强的合金元素，一般能置换Fe3C中的铁原子，形成合金Fe3C。合金Fe3C较Fe3C稳定性略高，硬度较为提高，是低合金钢中存在的主要碳化物。 ⑶与碳亲合力很强的合金元素，且含量大于5％，易形成特殊碳化物。它比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和回火稳定性。 2、普通低合金钢与含碳量相同的碳素钢相比有什么特点？这类钢常用于哪些场合？钢中合金元素主要作用是什么？ 答：普通低合金钢是一种低碳、低合金含量的结构钢，其含碳量＜0.2％，合金元素含量＜3％。与具有相同含碳量的碳素钢相比具有较高的强度，较高的屈服强度，因此，在相同受载条件下，使结构的重量减轻20～30％。具有较低的冷脆转变温度（-30℃）。 普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。因此它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。 钢中合金元素的主要作用：Mn—强化铁素体基体；V、Ti—细化铁素体晶粒，形成碳化物起弥散强化的作用；Cu、P—提高钢对大气的抗蚀能力。 3、普通低合金钢常用于哪些场合？对性能有何要求？如何达到这些性能要求？ 答：普通低合金钢主要用于桥梁、车辆、油罐以及工程构件。 由于它的工作环境大多在露天，受气温和大气中腐蚀性气体的影响较大。因此对它的性能要求如下：良好的综合力学性能，ζs＝350～650 MPa，δ＝16～23％，αk＝60～70 J/cm2；良好的焊接性、冷热加工性；较好的抗蚀性；低的冷脆转化温度，一般为-30℃。 为了达到这些要求，普通低合金钢碳含量低，一般为0.1～0.2％；合金元素含量低，一般＜3％。主加元素Mn用来强化铁素体基体；辅加元素V、Ti用来形成碳化物起弥散强化的作用，同时细化铁素体晶粒；Cu、P用来提高钢对大气的抗蚀能力。 4、合金钢与碳钢相比，为什么它的力学性能好？热处理变形小？为什么合金工具钢的耐磨性、热硬性比碳钢高？ 答：合金钢中的合金元素能溶入铁素体基体起固溶强化作用，只要加入量适当并不降低钢的韧性；除了Co和Al外，其它合金元素均使C曲线右移，使合金钢淬火时临界冷却速度下降，淬透性提高，从而使力学性能在工件整个截面上均匀（特别是ζs和αk）。故合金钢力学性能好。 合金钢淬透性高，临界冷却速度小，故可用较小的冷却速度进行淬火，使热应力大大降低，所以，合金钢的热处理变形小。 合金工具钢中存在合金渗碳体和特殊炭化物，比碳素工具钢中的渗碳体具有更高的硬度和稳定性，弥散度高，故耐磨性高。
结构钢（低合金高强度结构钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢、高锰耐磨钢） 一、低合金高强度结构钢 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（1）低碳：≤0.2%C. ⑵合金元素：主要是Mn，还有少量V、Ti、Nb等。① Mn的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。 ② V、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。 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 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 二、渗碳钢 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。 2、成分特点（1）低碳：0.1~0.25%C ⑵合金元素作用①提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B ②强化铁素体：Cr、Mn、Ni③细化晶粒 W、Mo、Ti、V 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)； 5、常用钢号及用途低淬透性钢：20、20Cr 用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。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。 三、调质钢 1、性能要求⑴良好的综合力学性能. ⑵良好的淬透性。 2、成分特点⑴中碳：0.3~0.5%C ⑵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 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→(表面淬火+低温回火)→装配；调质目的： 获得良好综合力学性能①为表面淬火作组织准备；②获得最终心部组织.表面： M回；心部：S回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。 4、常用钢号及用途①低淬透性钢：D0油<30~40mm, 常用 4 5、40Cr, 用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。②中淬透性钢： D0油≈40~60mm， 常用40CrNi，用于制造大中型零件。③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。 四、弹簧钢 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高屈服强度（σs），σs/σb；高的σ-1；足够的韧性⑵高的淬透性。 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%C ⑵合金元素作用：①提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、 Cr②提高σs/σb：Si③细化晶粒：V 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) 4、常用钢号及用途（1Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。（2Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、 耐热的弹簧。 五、滚动轴承钢 1、性能要求⑴高而均匀的硬度和耐磨性。⑵高的R m和接触疲劳强度。⑶足够的韧性、淬透性和耐蚀性. 2、成分特点⑴高碳：0.95~1.10%C ⑵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，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。 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. 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. 六、高锰耐磨钢（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. 2、热处理及组织（1铸态组织为奥氏体+碳化物, 性能硬而脆.（2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。（3室温组织为过饱和单相奥氏体。 3、使用及用途（1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。（2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。（3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. 合金工具钢（按用途分为:刃具钢、模具钢、量具钢） 一、刃具钢：用来制造各种切削刀具的钢种。 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。 ㈡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。
工程材料中合金钢汇总
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 2
工程材料中合金钢部分总结 机13 白生文2011010462 钢种牌号性能含碳量合金元素及作用热处理工艺最终组织用途 低合金高强度结构钢Q345, Q420 高强度，高韧 性，良好的冷成 型性能和焊接 性能，低的冷脆 性转变温度，良 好的耐蚀性 <0.20% Mn:固溶强化；降低 奥氏体分解温度，细 化F和P；使S点左 移，使P相对增多。 提高强度和韧度。 Nb,Ti,V：形成细的碳 氮化合物，防止奥氏 体长大，细化铁素体； 冷却时弥散析出，弥 散强化。 热轧空冷铁素体和索氏体大型结构，桥梁，船舶，车辆， 锅炉等 合金渗碳钢20CrMnTi 表面渗碳层硬 度较高，心部强 韧性较好，良好 的热处理工艺 性能 0.10%~ 0.25% Cr，Ni，Mn：Cr提 高淬透性，提高表面 渗碳层耐磨性；Ni提 高心部韧性。 Ti，V，W，Mo：形 成稳定碳化物，防止 A长大；提高渗碳层 硬度和耐磨性 渗碳+淬火+ 低温回火 表层：回火马氏体+合金 渗碳体+残余奥氏体 心部：回火马氏体+屈氏 体+少量铁素体 受冲击载荷、交变载荷。如变 速齿轮、内燃机凸轮轴、活塞 销等 合金调45CrNiMo 强韧塑综合性0.25%~ Cr,Ni,Mn,Si,B：提高淬火+高温回回火索氏体汽车、拖拉机、机床上的受力 3
质钢能较好0.50% 淬透性 W，Mo：防止二类回 火脆性（油冷回火） 火较复杂的齿轮、轴、连杆等 非调制机械结构钢F45MnVS 替代调质钢，减 少工艺难度 0.32~0.5 2,0.09~0 .16 V细化晶粒，弥散强 化；Mn细化P，使P 增加；B得粒状T 热轧空冷（正 火） 索氏体+铁素体注：微合金化，控制轧制，控 制冷却 钢种牌号性能含碳量合金元素及作用热处理工艺最终组织用途 合金弹簧钢60Si2Mn 高的弹性极限， 高的屈强比； 高的疲劳强度； 足够的塑韧性。 中高碳 0.50%~ 0.70% Si，Mn：提高淬透性 和屈强比 Cr，W，V：不宜过 热，不易脱碳，冲击 强度和高温强度提 高。 1、热成形： 淬火+中温回 火（喷丸强 化） 2、冷成性 （具体见书） 回火屈氏体弹簧，弹性元件 滚珠轴承钢GCr15 高接触疲劳强 度；高硬度和耐 磨性；足够的韧 性和淬透性 高碳 0.95%~ 1.10% Cr：提高淬透性和耐 磨性，提高接触疲劳 强度 Si，Mn：提高淬透性 V：形成碳化物，防止 过热（A长大） 球化退火+淬 火+低温回火 冷处理： -60~-80度。 时效处理： 120~130度 回火马氏体+粒状碳化 物+残余奥氏体 注：严格控制夹杂物， 解除疲劳起源于夹杂物 滚珠、轴承、滚针、内外套圆、 精密量具、丝杠、冷冲模 低合金刃具钢9SiCr CrWMn 高硬度和耐磨 性； 足够的韧性和 塑性； 高碳 0.9%~ 1.1% Cr，Mn，Si提高淬 透性；Si提高回火稳 定性；W，V提高硬 度和耐磨性，细化晶 粒，防止过热 球化退火+淬 火+低温回火 回火马氏体+碳化物+少 量残余奥氏体 低速刃具，丝锥、板牙、量块 等 高速钢W18Cr4V 高热硬性； 高硬度和耐磨高碳 0.7%~ Cr提高淬透性，提高 抗氧化抗脱碳能力； 球化退火： 870~880 回火马氏体+碳化物+少 量残余奥氏体 各种刀具，高速切割的刀具 4
（合金钢） （一）填空题 1. 根据各种合金元素规定含量界限值，将钢分为、、 三大类。 2. Q235AF表示σs =MPa，质量为级的钢。 3.Q390A表示σs =MPa，质量为级的钢。 4.钢中提高淬透性元素的含量大，则过冷奥氏体，甚至在空气中冷却也能形成马氏体组织，故可称其为空淬钢。 5.高的回火稳定性和二次硬化使合金钢在较高温度（500～600℃）仍保持高硬度（≧60HRC），这种性能称为。 6.易切削钢是指钢中加入S，Pb、等元素，利用其本身或与其他元素形成一种对切削加工有利的化合物，来改善钢材的切削加工性。 7.钢的耐热性是和的综合性能。耐热钢按性能和用途可分为和两类。 8.常用的不锈钢按组织分为、、。 （二）判断题 1.随着合金元素在钢中形成碳化物数量的增加，合金钢的硬度、强度提高，塑性、韧性下降。（） 2.合金元素中的镍、锰等合金元素使单相奥氏体区扩大。（） 3.高速钢的铸态组织中存在莱氏体，故可称为莱氏体钢。（） 4.高熔点的合金碳化物、特殊碳化物使合金钢在热处理时不易过热。（） 5.由于合金钢的C曲线向右移，临界冷却速度降低，从而使钢的淬透性下降。（） 6.Q345钢属于非合金钢。（） 7.合金渗碳钢是典型的表面强化钢，所以钢中含碳量w C＞0.25％。（） 8.截面较大的弹簧经热处理后一般还要进行喷丸处理，使其表面强化。
（） 9.GGr15钢中铬的质量分数为1.5％，只能用来制造滚动轴承。（） 10.20CrMnTi是应用最广泛的合金调质钢。（） （三）选择题 1.钢中的元素引起钢的热脆，钢中元素引起钢的冷脆。 A.Mn B.S C. Si D.P 2.含有Cr、Mn、Mo、W、V的合金钢，经高温奥氏体充分均匀化并淬火后，至500～600℃回火时，硬度回升的现象，称为。 A.回火稳定性 B.回火脆性 C.二次硬化 3.制造截面尺寸在30mm以下的汽车变速齿轮、轴等，选用。 A. 20Cr B.40Cr C.20CrMnTi 4.机床齿轮、轴、汽车半轴，常选用。 A.40Cr B.45 C.35CrMoAl 5.截面较大，形状复杂、工作条件繁重的各种冷冲模用。 A.T12A B.Cr12 C.Cr12MoV D.9Mn2V 6.大多数合金元素都能溶于铁素体，产生固溶强化，使铁素体。 A. 强度、硬度提高 B.塑性下降 C.韧性下降 7.滚动轴承的锻件毛坯必须经处理。 A.正火 B.完全退火 C.球化退火 8.弹簧钢的热处理采用处理。 A.淬火+低温回火 B.调质处理 C.淬火+中温回火 9.冷作模具钢的最终热处理一般为。 A.调质 B.球化退火 C.淬火+低温回火 10.5CrNiMo制造的热锻模最终热处理为。
中、低合金耐磨钢的热处理 (1)中、低合金铸钢件大多用于汽车、拖拉机等机械工业要求有良好强度和韧性的重要部件。一般来说，对于抗拉强度要求小于650MPa者，施以正火+回火处理；而对于抗拉强度要求大于650MPa者，则采用淬火+回火处理，热处理后组织为回火索氏体。这比正火或退火所得珠光体及铁素体组织具有更高的强度和良好的韧性。这种热处理通常称之为调质处理。但当铸件形状及尺寸不宜淬火时，则宜采用正火+回火取代调质处理，而所得力学性能也较之淬火钢略低。 (2)中、低合金铸钢件在调质处理前最好进行一次正火或正火+回火预处理，以细化晶粒，均匀组织，增加最终调质处理的效果，也有利于减少铸态组织对调质后铸钢性能的影响，以及避免铸件内部铸造应力而导致铸件淬火时变形或开裂的可能性。对于碳的质量分数在0.2%以下的低碳低合金铸钢件调质前可采用正火预处理。 (3)中、低合金铸钢件的淬火处理要求尽可能得到马氏体组织。为此，应根据铸钢的牌号、淬透性和铸件壁厚形状等来选择淬火温度和冷却介质。 (4)中、低合金钢铸件淬火后应立即回火，调整铸钢的淬火组织，以达到所需的综合力学性能要求，同时消除淬火应力，防止淬火铸件变形或开裂。 (5)韧化处理是一种在不降低钢的强度条件F，改善其塑性、韧性的处理工艺。它适用于中碳低合金高强度钢铸件。 1)高温淬火工艺：中碳低合金钢以正常温度淬火后，其组织以片状马氏体为主。提高淬火温度，则淬火后组织中以板条状马氏体为主。其特点是强度高、韧性好，且消除了钢中有害杂质在晶界上的吸附，有利于钢的韧性改善． 2)亚临界(两相)区淬火工艺：低碳低合金铸钢一般采用完全淬火。其淬火组织中常因有沿晶析出的共析铁素体，降低了钢的韧性。而两相区淬火即为在温度Ac1～Acm之间淬火。其淬火组织为马氏体和均匀分布的细小铁素体的复相组织，减少了一般淬火铸钢回火脆性的危险，显著地提高了铸钢的韧性，降低了铸钢的低温脆变温度。低碳钢在双相区淬火并具有铁素体+马氏体组织的称为双相钢。值得注意的是：随着钢中含碳量的增多，双相钢的强度增大，伸长率下降。而与一般双相钢相比较，双相区二次淬火后，钢的强度和塑性同时得到了提高，其中尤其是塑性的提高更为显著。 3)细化或超细化处理：对于高碳低合金过共析铸钢，细化其碳化物，并改善其分布特性，是提高该钢种韧性的有效方法。此工艺特点是采用高温来固溶钢中的过剩碳化物，而后油冷淬火，得到马氏体+残余奥氏体组织，而后在350～450℃回火。得到贝氏体及回火马氏体，并同时得到极细的颗粒状碳化物。以此预处理作为钢最终热处理前的准备，以获得较细颗粒碳化物组织，提高铸钢的性能。 热处理工艺是完成耐磨属性的重要步骤[6]: (1)正火:以80～100℃/h的速度升温,升至860～880℃保温4h后空冷。目的为减少铸造应力,细化组织,为淬火做组织准备。 (2)淬火:在920℃保温2h后,衬板汕淬,锤头局部用模数为2.5～2.6的水玻璃加盆水溶液淬火,以获得马氏体为主要目的。
第九章碳钢及合金钢 (工业用钢) 第一节工业用钢的分类及牌号表示方法钢是经济建设中使用最广、用量最大的金属材料，在现代工农业生产中占有重要地位。 碳钢：含碳量在0.0218%～2.11%之间的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。 合金钢：在碳钢的基础上特意地加入一种或几种合金元素，使其使用性能和工艺性能得以提高的铁基的合金称为合金钢。 钢中除铁、碳及合金元素外，还有炼钢时随生铁、脱氧剂和燃料带入的硅、锰、硫、磷、氮、氢、氧等元素。 钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下几种： 一、钢材的品种 为便于采购、订货和管理，我国目前将钢材按外形分为型材、板材、管材、金属制品四大类，共十六大品种： 1．型材 钢轨、型钢（圆钢、方钢、扁钢、六角钢、工字钢、槽钢、角钢及螺纹钢等）、线材（直径5-10毫米的圆钢和盘条）等。 2．板材 薄钢板：厚度等于和小于4毫米的钢板； 厚钢板：厚度大于4毫米的钢板；又可分为中板（厚度大于4mm小于20mm）、厚板（厚度大于20mm小于60mm）、特厚板（厚度大于60mm）； 钢带：也叫带钢，实际上是长而窄并成卷供应的薄钢板； 电工硅钢薄板：也叫硅钢片或矽钢片。 3．管材 无缝钢管：用热轧、热轧—冷拔或挤压等方法生产的管壁无接缝的钢管； 焊接钢管：将钢板或钢带卷曲成型，然后焊接制成的钢管。 4．金属制品：包括钢丝、钢丝绳、钢绞线等。 二、钢的分类
按用途分类 结构钢 工具钢 工程结构钢 机器结构钢 建筑工程用钢 桥梁工程用钢 船舶工程用钢 车辆工程用钢 渗碳钢属于低碳钢或低碳合金钢 调质钢 属于中碳钢或中碳合金钢 弹簧钢属于中、高碳钢或中、高碳合金钢 滚动轴承钢属高碳合金钢 一般属于低碳钢 或低碳低合金钢 刃具钢 一般属于高碳钢 模具钢或高碳高合金钢 量具钢 不锈钢 耐热钢 耐磨钢 钢的种类繁多，为了便于生产、使用和研究，可以按照化学成分、冶金质量和用途对钢进行分类。 1．按化学成分分类。碳钢、合金钢两大类。 碳钢：低碳钢（Wc＜0.25%）、中碳钢（Wc=0.25%～0.60%）和高碳钢（Wc>0.6%）合金钢：按钢中含合金元素总量（Me%）分为低合金钢（Me<5%）、中合金钢（Me=5～10%）和高合金钢（Me>10%）。 按合金元素的种类可分为锰钢、铬钢、硼钢、铬镍钢、硅锰钢等。 2．按冶金质量分类。按钢中所含有害杂质硫、磷的多少，可分为： 普通钢：S%≤0.055%，P%≤0.045% 优质钢：S%、P%≤0.040% 高级优质钢：S%≤0.030%，P%≤0.035% 此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。 3．按金相组织分类 按钢退火态的金相组织可分为亚共析钢、共析钢、过共析钢三种。 按钢正火态的金相组织可分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢等四种。 4．按成形方法分类。锻钢、铸钢、热轧钢、冷轧钢等。 5．按用途分类。按钢的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。
第23卷第4期2011年4月 钢铁研究学报 Jour nal of Ir on and Steel Research V ol.23,No.4 A pril 2011 基金项目: 十一五 国家科技支撑计划项目(2007BAE 51B04); 上海市重点学科建设 (S30107);宝山钢铁股份有限公司项目: 高性能精品模具钢系列产品的研究与开发(2007 9~2010 12) 作者简介:李绍宏(1982 ),男,博士研究生; E mail:un iqu els h@https://www.doczj.com/doc/4d13778701.html,; 收稿日期:2010 01 18 高碳高合金马氏体钢回火过程连续性转变的内耗行为研究 李绍宏, 邓黎辉, 谢殷子, 吴晓春 (上海大学材料科学与工程学院,上海200072) 摘 要:高碳高合金马氏体钢淬火后在回火过程中存在过饱和碳原子偏聚现象,碳原子偏聚于位错附近的间隙位置,回火过程中以碳化物形式沉淀析出。通过内耗研究表明,随着回火温度的增加,Snoek 峰驰豫强度下降并消失,SK K 峰驰豫强度降低并随回火温度的升高而宽化。由该结果可知由于大量碳原子偏聚于位错处,随后以细颗粒碳化物形式在位错处析出。随着回火温度增加,大部分位错回复消失及碳化物聚集长大,同时残余奥氏体分解产生硬化效应,使钢的硬度增加而韧性下降。关键词:高合金;马氏体;位错;内耗;滞弹性;残余奥氏体文献标志码:A 文章编号:1001 0963(2011)04 0037 05 Internal Friction Behavior of Continuous Transformation During the Process of Tempering on the High Carbon High Alloyed Martensitic Steel LI Shao hong, Deng Li hui, XIE Yin zi, WU Xiao chun (Scho ol of M ater ials Science and Eng ineer ing,Shang hai U niver sity,Shanghai 200072,China) Abstract:T he super satur ating car bo n ato ms wer e apt to seg reg ate nearby t he dislocatio ns and precipitated as car bides in the hig h carbon high allo y martensitic steels during tempering.T he results o f inter na l friction behavio r show that the str eng th of Sno ek r elax atio n and the SK K peak are reduced wit h the incensement of tempering tem per ature.I n addition,the SK K peaks are broader w hile the temperatur e increases.T he results indicate the car bo n atoms cluster s nearby the dislocations and precipit ated as car bides dur ing temper ing.T he dislocatio ns are elimina ted and the car bides gr ow up in the process of tempering.At the same time,the transformation of retained austenite enhances t he hardness and decreases the to ug hness. Key words:hig h allo y steel;martensite;dislocatio n;internal fr ictio n;anelasticity ;r etained austenite 物体在发生机械振动的过程中由于内部原因引起振动能量逐渐损耗的现象称为内耗(IF)。金属材料的内耗与材料本身结构特点和结构缺陷有密切的 联系[1] ,内耗是其内部的点缺陷、线缺陷、面缺陷和体缺陷以及它们之间相互作用而具有的吸收其机械能的一种材料属性。由于材料的滞弹性(anelastici ty )[2 3],应变要经过一个弛豫过程才能达到与应力相应的平衡值。当应力卸载后,应变经过弛豫又逐渐回复到零。 弛豫时间 随着温度T 的变化而变化,通常遵从Arrhenius 关系: = 0ex p E kT (1) 式中,E 是激活能;k 是玻尔兹曼常数; 0是弛豫时间指数前因子;T 为绝对温度。根据滞弹性内耗的理论 [1 2] ,当 =1时( =2 f ,f 是测量频率),即当 =2 f 0exp E kT =1(2)时,内耗将出现一个峰值。根据内耗峰出现或消失的条件可推知物体内部发生的组织结构的变化。为 准确确定内耗峰温,背景内耗Q -1 b 可根据下式从内 耗曲线上扣除 [4] :
合金钢 一、填空题 1. 合金钢按主要用途可分为 合金结构钢、合金工具钢 和特殊性能钢 三 大类。 2. 合金钢按合金元素总量高低可分为 低合金钢、中合金钢和高合金钢三种。 3. 合金结构钢又细分为 普通低合金结构钢 、合金渗碳钢、合金调质钢 、 合金弹簧钢 和滚动轴承钢 五类。 4. 调质钢的含碳量一般在 0.25 %至 0.5 %之间。 5. 合金刃具钢分为 低合金刃具钢 和高速钢两类。 6. 高速钢在600C 以下工作时，硬度仍保持在 HRC60 以上，具有高的 红硬 性。 、判断题（对的打“/ ，错的打“ X”） 1. 合金钢是多种钢混合而成的混合物。 2. 合金钢因为含有合金元素，所以比碳钢淬透性差。 3. 大部分合金钢淬透性都比碳钢好。 4. 除Fe 、C 外还含有其他元素的钢就是合金钢。 5. 低合金钢是指含碳量低于 0.25%的合金钢。 6. 40Cr 是最常用的合金调质钢。 7. 合金结构钢都是高级优质钢。 8. 合金工具钢都是高级优质钢。 （V ） 9. 钢的淬透性是指钢淬火时能够达到的最高硬度。 （X ） 10. 碳钢淬透性比合金钢好 （X ） 11. 3Cr2W8V 的平均含碳量为0.3%,所以它是合金结构钢。 （X ） 12. GCr15是滚动轴承钢，但又可以制造柴油机中的精密偶件。 （ V ） 13. 特殊性能钢简称特类钢。 （X ） 14. 16Mn 的含碳量为0.16%，是较高含锰量的优质碳素结构钢。 （X ） 15. W6Mo5Cr4V2 是高速钢。 （V ） 16. Cr12MoV 是不锈钢。 （X ） (X ) (V ) (X ) (X ) (V ) (X )
Cr12钢-高碳、高铬合金工具钢的典型应用举例 （1）模具钢的特性高碳、高铬合金工具钢，含有较高的碳（1.45%~2.3%）和约12%铬，含有少量的钼和钒，属于高碳高铬莱氏体钢。该钢具有较高的耐磨性、淬透性、热稳定性、抗压强度，以及微变形，具有较高的淬硬性、强韧性，耐磨性比一般低合金工具钢高3~4倍。 该钢受热软化温度为480℃，二次硬化硬度为58HRC。缺点是共晶碳化物不均匀度较大，为5.5~6级，碳化物组织偏析严重，易促成淬火异常变化及脆化倾 向。该钢的M s 、M f 点随淬火温度的变化而受到影响。淬硬深度为油淬≤200mm。 东莞弘超模具钢材商城该钢在结晶过程中形成大量的共晶网状碳货物，其中碳货物含量为20%左右，共晶温度约为1150℃，这些碳货物都很硬、很脆，虽经开坯轧制，碳化物有一定程度的破碎，但碳化物沿轧制方向呈带状、网状、块状、堆集状分布，偏析程度随钢材直径增大而严重。 该钢球化完全的量低加热温度为780℃。回火脆性温度范围为290~330℃。 （2）供货状态及硬度退火态，硬度217~269HBS，压痕直径3.7~4.1mm。 （3）标准GB1299－85典型化学成分（质量分数，%）C2.00~2.30、Si≤0.40、Mn≤0.40、P≤0.030、S≤0.030、Cr11.50~13.00。 （4）参考对应钢号我国GB标准钢号Cr12、德国DIN标准材料编号1.2080、德国DIN标准钢号X210Cr12、英国BS标准钢号BD3、法国AFNOR标准钢号Z200Cr12、意大利UNI标准钢号X210Cr13KU/X250Cr12KU、西班牙UNE标准钢号X210Cr12、日本JIS标准钢号SKD1、我国台湾CNS标准钢号SKD1、韩国KS标准钢号STD1、美国ASTM/UNS标准钢号D3/T30403、国际标准化组织ISO标准钢号210Cr12、俄罗斯ГOCT标准钢号X12。 （5）相变点温度（近似值）A c1=800℃，A r1 =760℃。 （6）油韧性处理规范加热温度850~860℃，以30℃/h的冷却速度,降温到630℃，出炉油冷。硬度96~97HBS，破断扭转角温度为950℃。该工艺的目的是提高钢的塑性。 （7）普通等温球化退火规范（850~870）℃×（3~4）h，随炉冷却，（740~760）℃×（4~5）h，出炉空冷。硬度≤241HBS，共晶碳化物≤3级。 （8）球化退火规范加热温度850~870℃，保温时间2~4h。以30℃/h的冷速，炉冷到温度500~600℃，出炉空冷。等温温度730~750℃，等温时间4~6h,炉冷到温度500~600℃，出炉空冷，硬度217~269HBS。 （9）普通淬火规范淬火温度950~1000℃，油冷淬火，淬火硬度≥60HRC。 （10）真空淬火、回火规范预热温度500~550℃，真空度0.1Pa，淬火温度960~980℃，真空度10~1Pa，油或氮气冷却，回火温度180~240℃，硬度60~64HRC。 （11）典型应用举例 ①该钢可用于硅钢片冲模，用于小动载条件下要求高耐磨、形状简单的拉伸和冲裁模。 ②被广泛地用来制造截面大、形状复杂、经受冲击力大、要求耐磨性高的冷作模具，如硅钢片冲模、螺纹滚丝模、拉丝模等。 ③用于制造拉延模中要求耐磨的凹模，建议硬度60~62HRC。 ④用于铝件冷挤压模的凸模时，建议硬度60~62HRC。 ⑤用于制造弯曲模中要求高耐磨、复杂形状的凸模、凹模、镶块，做凸模、凹模时建议硬度60~64HRC。