下载文档原格式
常用钢材的分类和用途钢材是一种广泛应用于建筑、制造、交通、能源和农业等多个领域的金属材料。
根据其化学成分、加工工艺和耐用性等特性，钢材可以分为碳钢、合金钢和不锈钢三大类。
1.碳钢：碳钢是最常见的钢材种类，具有良好的可塑性和可焊性。
由于含碳量较低，碳钢的强度和硬度相对较低，但韧性较高。
根据含碳量的不同，碳钢可以进一步分为低碳钢、中碳钢和高碳钢等。
-低碳钢：含碳量在0.04%至0.29%之间，适用于制造冷轧板、冷拔钢丝和焊接零件等。
-中碳钢：含碳量在0.30%至0.59%之间，具有适中的硬度和韧性，常用于汽车零部件、机械结构等。
-高碳钢：含碳量在0.60%至1.00%之间，具有较高的硬度和耐磨性，广泛用于刀具、弹簧和轴承等。
2.合金钢：合金钢是通过添加其他元素来改善钢材的特性而形成的。
常见的合金元素包括铬、镍、钼、钒和锰等。
合金钢具有更高的强度、抗腐蚀性和耐高温性能。
-铬钢：由于添加了铬元素，具有良好的耐腐蚀性，常用于制造不锈钢、锅炉管和汽车零件等。
-镍钢：添加了镍元素，具有更高的强度和韧性，广泛应用于航空航天、石油化工和核能工业等领域。
-钼钢：加入钼元素，可以提高钢材的强度和耐磨性，适用于制造切削工具、轴承和锻造模具等。
-钒钢：添加钒元素，可以提高钢材的强度和耐磨性，常用于生产高速切削工具和汽车零部件等。
-锰钢：锰元素的加入可以增强钢材的韧性和可塑性，适用于制造铁路车轮、矿山工具和道路桥梁等。
3.不锈钢：不锈钢是一种含有至少12%铬元素的钢材，具有良好的耐腐蚀性和耐高温性能。
不锈钢可以进一步分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等。
-奥氏体不锈钢：含有高铬、镍和钼等元素，具有良好的耐腐蚀性和可塑性，广泛用于制造管道、压力容器和厨具等。
-马氏体不锈钢：由于经过深冷处理，具有良好的强度和耐磨性，常用于制造刀具和弹簧等。
-铁素体不锈钢：含有低碳和高铁元素，具有良好的耐磨性和耐热性能，适用于制造耐磨件和高温设备等。
非合金钢，碳钢，合金钢，铸铁，焊接工艺解析Fe-Fe3C相图第一章：非合金钢（碳钢）铁碳合金：是以铁和碳为基本组元组成的合金，是钢和铸铁的统称一、非合金钢:含碳量小于2.11%，并含有少量的锰、硅、磷、硫、等杂志元素的铁碳合金。
碳钢的分类：1、按含碳量分类：2、1）、低碳钢（W c<0.25%）2）、中碳钢（W c =0.25~0.60%）3）、高碳钢（W c >0.60%）2、按质量分类1）普通质量碳钢（W s≥0.045%、W p≥0.045%）2）优质碳钢3）特殊质量碳钢（W s≤0.020%、W p≤0.020%）3、按用途分类1）碳素结构钢2）优质碳素结构钢3）碳素工具钢4）碳素碳钢按脱氧方式不同：●沸腾钢（F）脱氧不完全的钢●镇静钢（Z）完全脱氧的钢●半镇静钢（b）●特殊镇静钢（TZ）通常Z和TZ可省略，如：Q235-A·F表示≥235MPa，质量等级为A级。
脱氧方法为沸腾钢的碳素结构钢。
3普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能(摘自GB/T700-1988)●如45钢，表示其平均含碳量（万分数）为0.45%。
●优质碳素结构钢分为普通含锰量（W Mn≤0.7%）和较高含锰=0.7%~1.2%）两类。
含锰量较高的优质碳素结构钢量（WMn在两数字后面加Mn字，脱氧方法表示法同碳素结构钢。
碳素工具钢碳素工具钢含碳量比较高（W C =0.65%~1.35%）,硫、磷杂志含量较少，一般经淬火，低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。
主要用于要求不很高的刃具，量具和模具。
碳素工具钢的牌号用<碳>的汉语拼音首字母<T>后加数字组成。
数字表示钢中的平均含碳量的千分数，如T9钢，表示钢种平均含碳量为0.9%的优质碳素工具钢，查表可知，随着钢号的增大，含碳量的增大，钢的硬度和耐磨性也增加，但韧性却降低。
碳素铸钢铸钢的含碳量一般在0.15%~0.6%范围。
各类钢铁的性能与适用范围钢铁是人类工业发展历史上不可缺少的材料之一，其性能与适用范围与制造工艺密切相关。
钢铁品种繁多，不同种类的钢铁具有不同的物理和化学性质，适用于不同的领域和工艺。
一、低碳钢低碳钢一般含碳量在0.04%以下，具有良好的可焊性、可塑性、可锻性和可切削性。
广泛应用于制造汽车、电器、农用机械等常规工业产品。
低碳钢的缺点是强度和耐蚀性较低，不适用于抗弯曲或耐高温腐蚀环境。
二、中碳钢中碳钢含碳量在0.25%~0.6%之间，具有较高的强度和硬度，适用于制造高强度的机械部件和车轮、机床等。
中碳钢不适用于制造焊接和锻造的产品，也不适合在容易腐蚀的环境中使用。
三、高碳钢高碳钢含碳量在0.6%~1.5%之间，具有非常高的硬度和耐磨性，适用于制造刀具、弹簧、轴承等高强度和高密度的零件。
但由于高碳钢比较脆性，不适用于锻造和冷锻加工，需要热处理来改善其韧性和塑性。
四、合金钢合金钢是加入了其他元素的钢铁材料，以改善钢铁的性能。
添加铬、钴、钼等合金元素可以提高钢铁的耐腐蚀性、抗击穿性和抗氧化性；添加镍、锰、硅、钒等元素可以提高钢铁的强度和硬度；添加铜、铝、锡等轻金属元素可以提高钢铁的可焊性和可塑性。
五、不锈钢不锈钢是一种具有良好耐腐蚀性和抗氧化性的合金钢材料，主要成分是铬、镍和钢。
不锈钢可以分为奥氏体不锈钢、马氏体不锈钢和铁素体不锈钢等几种不同材质。
不锈钢广泛应用于制造高档厨具、建筑材料、化工设备、汽车零件等领域。
综上所述，不同种类的钢铁具有不同的性能和适用范围。
在选择钢铁材料时，需要考虑其使用环境、承载能力、制造工艺等多个因素。
制造业的发展对钢铁材料提出了更高的要求，需要不断研发新材料和开发新工艺，以满足市场需求和创新发展的需要。
低碳钢和低碳合金钢低碳钢和低碳合金钢是两种常见的金属材料，它们在工业生产和日常生活中都有广泛的应用。
虽然它们都属于低碳材料，但在性质和用途上有一些区别。
本文将介绍低碳钢和低碳合金钢的特点以及它们在不同领域中的应用。
低碳钢是一种含碳量较低的钢材，通常含碳量在0.05%至0.25%之间。
由于碳元素含量较低，低碳钢具有优良的可焊性、可塑性和韧性。
它的强度相对较低，但具有良好的冷加工性能。
低碳钢具有良好的可塑性和可焊性，适用于一些需要强度相对较低但具有良好可塑性的领域，如制造轻型汽车、制造家电产品等。
此外，低碳钢还具有良好的可加工性，可以通过冷加工来获得所需形状和尺寸，广泛应用于制造业。
低碳合金钢是在低碳钢的基础上添加了其他合金元素的一种材料。
通常，低碳合金钢的碳含量在0.05%至0.25%之间，同时还添加了其他合金元素，如锰、铬、镍、钼等。
这些合金元素的添加使得低碳合金钢具有更高的强度和耐腐蚀性能。
此外，低碳合金钢还具有优异的耐磨性和耐高温性能，适用于一些对材料强度和耐腐蚀性能要求较高的领域，如航空航天、汽车工业等。
低碳钢和低碳合金钢在实际应用中有许多相似之处，但也存在一些差异。
首先，低碳钢的强度相对较低，适用于一些要求可塑性和可焊性较高的领域，而低碳合金钢的强度较高，适用于一些要求强度和耐腐蚀性能较高的领域。
其次，低碳钢的成本相对较低，适用于一些对成本要求较高的领域，而低碳合金钢的成本相对较高，适用于一些对材料性能要求较高的领域。
低碳钢和低碳合金钢是两种常见的金属材料，它们在工业生产和日常生活中有广泛的应用。
低碳钢适用于一些要求可塑性和可焊性较高的领域，如制造轻型汽车和家电产品等；低碳合金钢适用于一些对材料强度和耐腐蚀性能要求较高的领域，如航空航天和汽车工业等。
了解这两种材料的特点和应用领域有助于我们在实际应用中选择合适的材料，提高生产效率和产品质量。
合金钢的分类及应用合金钢是一种由铁和其他元素（如碳、铬、钼等）组成的合金材料。
根据合金元素的不同，合金钢可以分为多种不同的类型，每种类型都具有特定的物理和化学性质，因此在不同的应用领域有着广泛的应用。
第一类合金钢是碳钢。
碳钢是由铁和碳组成的合金，碳的含量在0.02%至 2.11%之间。
碳钢具有良好的韧性和可塑性，适用于制造机械零件、工具和建筑材料等。
其中，低碳钢具有良好的可焊性和可锻性，适用于制造汽车零件和管道等；中碳钢具有较高的强度和耐磨性，适用于制造齿轮和轴等；高碳钢具有较高的硬度和强度，适用于制造刀具和弹簧等。
第二类合金钢是不锈钢。
不锈钢是一种具有耐腐蚀性的合金钢，主要由铁、铬和少量的镍、钼等元素组成。
不锈钢具有良好的耐腐蚀性、耐高温性和抗氧化性，广泛应用于制造化工设备、厨房用具、建筑材料等。
根据不同的成分和结构，不锈钢可以分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢和马氏体不锈钢等不同的类型，每种类型都具有不同的性能和应用领域。
第三类合金钢是工具钢。
工具钢是一种用于制造切削工具、冲压工具和模具等的合金钢，具有良好的硬度、耐磨性和耐热性。
根据其合金元素的不同，工具钢可以分为碳工具钢、合金工具钢和高速工具钢等。
碳工具钢具有较高的硬度和耐磨性，适用于制造冷冲模和切削刀具等；合金工具钢通过添加合金元素如钼、钛等，提高了其硬度和耐热性，适用于制造热冲模和高速切削刀具等；高速工具钢具有极高的硬度和耐热性，适用于制造高速切削刀具和钻头等。
第四类合金钢是结构钢。
结构钢是一种用于建筑、桥梁、船舶等结构工程的合金钢，具有良好的强度和韧性。
根据其合金元素的不同，结构钢可以分为碳素结构钢、低合金结构钢和高合金结构钢等。
碳素结构钢具有良好的可塑性和焊接性，适用于一般结构工程；低合金结构钢通过添加少量的合金元素如钼、铬等，提高了其强度和耐腐蚀性，适用于复杂结构工程；高合金结构钢通过添加较高比例的合金元素如镍、钼等，提高了其强度和耐腐蚀性，适用于海洋工程和化工设备等。
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.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.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.实际中给钢的产品命名时,常常把成分、质量和用途几种分类方法结合起来,如碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等.三、钢的牌号表示方法钢的牌号简称钢号,是对每一种具体钢产品所取的名称,是人们了解钢的一种共同语言.钢编号的原则主要有两条：一是根据编号可以大致看出该钢的成分；二是根据编号可大致看出该钢的用途.我国钢的牌号表示方法,根据国家标准钢铁产品牌号表示方法GB221-79中规定,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.即：①钢号中化学元素采用国际化学符号表示,例如 Si、Mn、Cr …… 等,混合稀土元素用“RE”或“Xt”表示.②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等,一般采用汉语拼音缩写字母表示.③钢中主要化学元素含量 %采用阿拉伯数字表示.一碳钢的牌号表示方法见第四章碳钢的分类、用途及牌号表示方法二合金钢的牌号表示方法1两位数字＋合金元素符号＋数字＋质量等级符号“A”1当合金元素的平均含量＜%时,钢号中一般只标出元素符号,而不标明含量；但在特殊情况下易致混淆者,在元素符号后亦可标以数字“1”,例如钢号“12CrMoV”和“12Cr1MoV”,前者铬含量为,后者为,其余成分全部相同.2当合金元素的平均含量≥%、≥%、≥%……时,则相应地在元素符号后面标以2、3、4…… ；如果为高级优质钢,则在其钢号后加“A”, 以区别于一般优质钢.例如：18Cr2Ni4WA.3钢中的钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土Re等合金元素,均属微合金元素,虽然含量很低,仍应在钢号中标出.例如20MnVB钢中,钒：～%,硼：～%.4专门用途的合金结构钢,钢号冠以或后缀代表该钢种用途的符号.例如,铆螺专用的30CrMnSi钢,钢号表示为ML30CrMnSi.举例：1．20CrMnTi：表示平均含碳量为%,主要合金元素Cr、Mn含量均低于%,并含有微量元素Ti的合金结构钢；2．60Si2Mn：表示平均含碳量为%,主要合金元素Mn含量低于%,Si含量为～%的合金结构钢.练习：40Cr、45Mn22．低合金高强度结构钢旧的编号方法,基本上和合金结构钢相同.新牌号的编制方法与碳素结构钢相同.如旧牌号的16Mn为新牌号的Q345.3．滚动轴承钢“G”＋ Cr ＋数字＋其它元素符号.字母“G”为“滚”字头,表示为滚动轴承钢类,高碳铬轴承钢的含碳量不标出,数字表示平均含铬量的千分之几,如GCr15,平均含铬量为％.渗碳轴承钢的钢号表示方法,基本上和合金结构钢相同.4．合金工具钢和高速工具钢数字＋合金元素符号＋数字说明：①合金工具钢中,当W C≥%时,含碳量不标出,如Cr12、CrWMn；当W C＜%时,以千分之几表示,如9SiCr、3Cr2W8V.②对于含铬量低的钢,其含铬量以千分之几表示,并在数字前加“0”,以示区别.如平均Cr =%的低铬工具钢的钢号为“Cr06”.③高速钢,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“钨18铬4矾”W18Cr4V,简称18-4-1,“钨6钼5铬4矾2”W6Mo5Cr4V2,简称6-5-4-2.5．不锈钢和耐热钢同合金工具钢.例如：“2Cr13”钢的平均碳含量为%.说明：1钢中含碳量≤%者,钢号前分别冠以“00”表示之, 如00Cr17Ni14Mo2； W C≤%者,冠以“0”表示之,、0Cr18Ni9.2对钢中主要合金元素以百分之几表示；对钛、铌、锆、氮……等微量元素则按合金结构钢对微合金元素的表示方法,只标出元素符号,如1Cr18Ni9Ti.第二节合金元素在钢中的作用一、碳钢的优缺点优点：冶炼工艺简单,可热处理强化,压力加工和机械加工性能好,价格低廉.不足之处：（1）加热时,晶粒易长大；（2）淬透性低.形状复杂、尺寸大的零件,在淬火时易开裂、淬不透；（3）回火稳定性差.回火温度高时,强度和硬度显着下降,不能在高温下使用.回火稳定性是指淬火钢在回火时抵抗硬度下降的能力.（4）强度不够高.碳钢的屈强比在左右,合金钢为～.碳钢强度低,增加截面积提高构件刚度会使重量增加,构件笨重,不能满足重量轻、体积小、效率高的要求.（5）不具备特殊性能.化工、仪表等要求耐腐蚀、耐高温、无磁等性能,碳钢不能满足特殊性能的要求.二、合金元素在钢中的作用1．合金元素在钢中的分布为了使钢获得预期的性能,而有目的地加入钢中的化学元素称为合金元素.按其与碳的亲和力的大小,可将合金元素分为非碳化物形成元素和碳化物形成元素两大类,在钢中主要以固溶体和化合物的形式存在.1非碳化物形成元素：包括Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B 等,在钢中不与碳化合,大多溶入铁素体、奥氏体或马氏体中,产生固溶强化；有的形成其它化合物如Al2O3、AlN、SiO2、Ni3Al等.2 碳化物形成元素： Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 等.形成碳化物的倾向由弱到强这类合金元素在钢中,一是可溶入渗碳体中形成合金渗碳体,如Fe,Mn3C、Fe,Cr3C等,是低合金钢中存在的主要碳化物,比渗碳体的硬度高,且稳定.二是强碳化物形成元素与碳形成特殊碳化物,如TiC、NbC、VC、MoC、WC、Cr3C6等,它们具有高熔点、高硬度、高耐磨性、稳定性好,主要存在于高碳高合金钢中,产生弥散强化,提高钢的强度、硬度和耐磨性.3其它：如稀土元素,钢号中统一用Re表示.2．合金元素在钢中的作用作用机理比较复杂,可归纳以下几个方面：1阻碍晶粒奥氏体晶粒长大,细化晶粒；2提高淬透性 Co除外；3提高回火稳定性,防止回火脆性；4提高钢的使用性能,使之具有耐热、抗腐蚀、高耐磨等特殊的性能；5提高钢的强韧性.金属材料的强化是通过阻碍位错的移动来实现的,主要方法有：固溶强化,提高强度和硬度；细晶强化,提高强韧性；位错强化,位错密度增加,提高强度；弥散强化第二相强化,细小均匀的第二相硬质点分布在基体上,阻碍位错移动面强化；加工硬化,金属产生塑性变形后位错密度增加,晶料变得细碎,使金属的强度硬度提高.大多数的合金元素较好利用了上述前四种强化机制.如合金钢淬火时,形成马氏体,马氏体中含较高的位错密度,马氏体的形成分割了A的晶粒,使之细小,马氏体中碳的过饱和产生固溶强化,回火时析出的碳化物颗粒又产生弥散强化,等等.第三节结构钢结构钢按用途分为工程结构钢和机器结构钢两大类.一、工程结构钢用于制作各种工程构件的钢称为工程结构钢,如制作房屋、桥梁、起重机机械、锅炉、压力容器、钻井架、车辆构件等,所以又称工程构件用钢或建筑工程用钢,包括碳素结构钢和低合金高强度结构钢.1．碳素结构钢见第四章碳钢的分类、编号及用途.2．低合金高强度结构钢用途：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件,如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油输气管道、压力容器等.性能特点：强度高,良好的塑性、韧性、冷冲压性能及焊接性能 ,可抵抗大气腐蚀.成分特点：低碳<%,保证良好的塑性；合金元素：以Mn为主,强化铁素体基体,产生固溶强化；Nb、Re等,细化晶粒,提高强韧性.共11个牌号,6个等级,以强度等级分类,如表所示.热处理工艺特点：一般在热轧空冷状态下使用,必要时经正火处理后使用.正火处理的温度在Ac3+30～50℃,使用态组织为P+F.典型牌号及用途：1在Q345较低级别的钢中,16Mn最具有代表性,是目前我国用量最多、产量最大的一种低合金高强度钢.其派生钢种有16MnRe、16MnCu等,Re的主要作用是提高塑性和韧性,提高疲劳强度,降低冷脆转变温度,Cu的主要作用是通过钝化提高耐蚀性.这类钢多用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构.2对Q420级的15MnVN、14MnVTiRe等,加入了钒、氮起到细化晶粒和第二相强化作用,稀土又起净化晶界作用,提高强韧性,因此强度高于15MnTi.3Q460级的钢种,如14MnMoVBRe,加入钼和微量硼元素,可推迟奥氏体冷却时的铁素体析出,而对贝氏体转变则影响不大,正火后得到贝氏体组织,然后再高温回火,以稳定组织,消除内应力,提高塑性和韧性,焊接性好,适于制造400～500℃的锅炉、中温高压容器等.工程结构用钢的发展趋势：低合金高强度钢由于其强度高,韧性和加工性能优异,合金元素耗量少,并且不需进行复杂的热处理,已越来越受到重视.目前,这类钢发展趋势是：a通过微合金化与合理的轧制工艺结合起来,实行控制轧制,以达到更高的强度.b通过合金化改变基体组织,提高强度.在钢中加入较多的其它元素,如Cr、Mn、Mo、Si、B等,使钢在热轧空冷的条件下即可得到贝氏体组织,甚至马氏体组织.这种马氏体在冷却过程中可发生自回火过程,甚至不需要专门进行回火.c超低碳化.为了保证韧性和焊接性能,含碳量进一步降低,甚至降到PPM级,此时必须采用真空冶炼,或真空去气的先进冶炼工艺.二、机器结构钢指用于制造各种机器零件,如轴类零件、齿轮、弹簧和轴承等所用的钢种,又称机器零件用钢,包括优质碳素结构钢和合金结构钢.机器零件用钢不但要求钢材具有高的强度、塑性和韧性,良好的疲劳强度和耐磨性；而且还要求具有良好的切削加工性能和热处理工艺性能.机器零件用钢一般都经过热处理后使用.按用途不同,分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢等.1．渗碳钢用途：主要作于制作承受交变载荷、很大的接触应力,并在冲击和严重磨损条件下工作的零件,如汽车、重型机床齿轮、活塞销,内燃机的凸轮轴等.性能要求：“表硬心韧”.要求零件表面硬度高、耐磨,心部则具有较高的韧性和足够的强度以承受冲击.一般渗碳件表面渗碳层淬火后硬度≥58HRC,心部35～45HRC.成分：Wc＝—%,保证心部塑韧性；主加元素Cr、Ni、Mn、B,强化基体,提高淬透性,保证心部强韧性；微量元素V、Ti、W、Mo,防止渗碳时过热,细化晶粒,提高耐磨性.分类和典型牌号：低淬透性渗碳钢,典型钢种20、20Cr,其水淬临界直径20－35mm,渗碳淬火后,心部强韧性较低,只适于制造受冲击载荷较小的耐磨零件,如活塞销、凸轮、滑块、小齿轮等.中淬透性渗碳钢,典型钢种为20CrMnTi,其油淬临界直径约为25～60mm,主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨性的汽车、拖拉机齿轮等零件.高淬透性渗碳钢,典型钢种为18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A,其油淬临界直径>100mm,主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件,如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等.常用牌号：15、20、20Cr、20CrMnTi、20MnTiB等,通常尺寸小、受力小的零件,采用低碳钢,而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢.热处理特点：预备热处理,一般是正火,组织为P＋F,目的是调整硬度,改善组织和切削加工性能；最终热处理,一般是渗碳后直接淬火＋低温回火.其组织为：表面组织为“M回＋细小碳化物＋少量Ar”,心部组织依钢的淬透性及工件尺寸而定,淬透时为低碳M回,未淬透为低碳M回＋F＋P.应用举例：下面以应用广泛的20CrMnTi钢为例,分析其热处理工艺规范.20CrMnTi是中淬透性钢,适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件.如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件.用20CrMnTi钢制作齿轮的加工工艺路线如下：下料→锻造→正火→机加工齿形→渗碳,预冷淬火＋低温回火→磨齿.预备热处理为正火,正火后的组织为S＋F,其目的是改善锻造组织；调整硬度170～210HBS便于机加工.最终热处理为渗碳后预冷到875℃直接淬火＋低温回火；预冷的目的在于减少淬火变形,同时在预冷过程中,渗层中可以析出二次渗碳体,在淬火后减少了残余奥氏体量.最终热处理后组织由表面到心部为“M回＋细小碳化物＋少量A残→M回+少量A残→低碳M＋F＋P.2．调质钢采用调质处理,即淬火+高温回火后使用的优质碳素钢和合金结构钢,统称为调质钢.应用：用于受力较复杂的重要结构零件.如机床主轴、火车发动机曲轴、汽车后桥半轴等轴类零件,以及连杆、螺栓、齿轮等.性能要求：具有良好的综合力学性能,即高的强度、良好塑性和韧性.成分特点：碳含量：中碳Wc：～％,保证热处理后具有足够的强度、良好的塑性和韧性.含碳量太低,强度硬度不足；太高,塑性、韧性降低；为达到两者兼顾,取中碳范围.一般碳素调质钢的淬透性低,含碳量偏上限；合金调质钢淬透性好,随合金元素的增加,含碳量趋于下限,如30CrMnSi、38CrMoAl.合金元素：主加Cr、Ni、Mn、Si、Al等,提高淬透性,调质处理后有良好的综合力学性能；辅加W、Mo元素,防止高温回火脆性,细化晶粒,提高回火稳定性.分类及典型牌号：按淬透性的高低,调质钢大致可以分为三类：①低淬透性调质钢.典型钢种45、40Cr,这类钢的油淬临界直径最大为30～40mm,广泛用于制造一般尺寸的重要零件,如轴、齿轮、连杆螺栓等.35SiMn、40MnB是为节约铬而发展的代用钢种.②中淬透性调质钢.典型钢种40CrNi,这类钢的油淬临界直径最大为40～60mm,含有较多的合金元素,用于制造截面较大、承受较重载荷的零件,如曲轴、连杆等.③高淬透性调质钢.典型钢种40CrNiMoA,这类钢的油淬临界直径为60～100mm,多半为铬镍钢.铬、镍的适当配合,可大大提高淬透性,并能获得比较优良的综合机械性能.用于制造大截面、承受重负荷的重要零件,如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等.钢种的选择根据零件的工作载荷大小及其尺寸、形状来确定的.载荷大、尺寸大、形状复杂的零件,为保证有足够的淬透性,就要采用合金调质钢.热处理工艺特点：1预备热处理：采用完全退火或正火高淬透性的调质钢正火后应再高温回火,其目的是细化晶粒,改善组织；调整硬度,改善切削加工性能.组织P+F.2最终热处理：调质处理,组织为回火索氏体,具有良好的综合机械性能.调质处理＋表面淬火、低温回火.对除了要求良好综合机械性能外,还要求表面具有高硬度、高耐磨性的调质件,调质处理后还需进行“表面淬火+低温回火”处理,表面淬火多采用感应加热表面淬火.表面组织为M回,心部为S回.举例：通过实例分析热处理工艺规范1用40Cr制作拖拉机上的连杆、螺栓.其工艺路线为：下料→锻造→退火或正火→粗机加工→调质→精机加工→装配.在工艺路线中,预备热处理采用退火或正火,其目的是改善锻造组织,细化晶粒；调整硬度、便于切削加工；为淬火做好组织准备.调质工艺采用830℃加热、油淬、得到马氏体组织；然后在525℃回火水冷,水冷为防止第二类回火脆性,最终使用状态下的组织为回火索氏体,具有良好综合机械性能.245或40Cr钢制造机床主轴或齿轮的生产工艺流程一般为：下料→锻造→正火→机加工→调质处理→精加工→局部表面淬火+低温回火→磨削.讨论题：1.有一40Cr钢制机床主轴,心部要求有良好的强韧性200～300HBS,轴颈处要求硬而耐磨54～58HRC,试回答下列问题：（1）应选择何种预备及最终热处理（2）说明各热处理后的组织分析：40Cr为低淬透性钢,应采用正火作预备热处理,细化晶粒,改善组织及切削加工性能；正火处理后的组织为P+F；最终热处理宜选用调质处理,然后对轴颈处进行“表面淬火+低温回火”的热处理,可达到性能要求.调质处理后的组织为回火索氏体；“表面淬火+低温回火”后,心部组织仍为回火索氏体,表面组织则为“M回＋少量A残”.2．某厂用45钢制作一批齿轮,制作过程中因45钢数量有够用,想用20钢代替.试问：这两种钢在制作齿轮的热处下工艺上有何不同,并指出热处理后的组织.分析：45钢为调质钢,制作齿轮时,预备热处理采用正火,组织为S＋F,细化组织、改善切削加工性能；最终热处理为调质处理,组织为S回,获得良好综合力学性能；最后齿面再进行“表面淬火＋低温回火”,齿轮心部组织为S回,齿面组织“M回＋少量A残”,提高齿面硬度及耐磨性,消除淬火应力.20钢为渗碳钢,预备热处理采用正火,组织为S＋F；机加工成形后渗碳,再淬火＋低温回火,齿面组织为“M回＋细小渗碳体＋少量A残”,心部为“板条M回＋S＋F”.新的趋势：用低碳和金刚经“淬火+ 低温回火”得到低碳马氏体代替中碳调质钢,可以提高零件的承载能力,减轻重量.在汽车、石油、矿山方面应用效果好.应用实例：1汽车螺栓：用15MnVB代替40Cr,承载能力提高45—70%；使用寿命延长；2用20SiMnMoV代替35CrMo制造石油钻井用的吊环,使吊环质量减轻68公斤.3．弹簧钢应用：用于制造汽车、拖拉机和火车的板弹簧或螺旋弹簧.性能要求：具有高的弹性极限和屈强比,高的疲劳强度和足够的塑性、韧性.成分特点：Wc ：—% ,多数% 左右,为中、高碳：含碳量过高,塑性和韧性降低,疲劳极限也下降.Me ：Si、Mn、Cr、V、Nb、Mo、W .主加元素Mn、Si,提高淬透性,提高强度及屈强比；辅加元素 W、Mo、V等,进一步提高淬透性,细化晶粒,提高回火稳定性和耐热性.常用牌号：65Mn 、60Si2Mn、50CrVA热处理工艺：根据弹簧的加工成形方法不同,弹簧分为热成形弹簧和冷成形弹簧.一般,截面尺寸>10～15mm的弹簧采用热成形方法；截面尺寸<10mm采用冷成形方法.1热成型弹簧：淬火+中温回火,组织为T回.这类弹簧多用热轧钢丝或钢板制成.以60Si2Mn制造的汽车板簧为例,工艺路线如下：下料→加热压弯成型→淬火+中温回火→喷丸处理→装配成型后采用淬火+中温回火350～500℃,组织为T回,硬度39～52HRC,具有高的弹性极限、屈强比和足够的韧性喷丸处理可进一步提高疲劳强度.如用板簧经喷丸处理,使用寿命提高5～6倍.2冷成型弹簧：去应力退火.这类弹簧是用铅浴索氏体化处理的冷拉钢丝或油淬回火钢丝冷圈成型.成型后不必淬火处理,只需进行一次去应力退火处理250～300℃保温1小时,目的是消除内应力、稳定尺寸.由于冷拉过程中产生加工硬化,强度大大提高.4．滚动轴承钢用于制作各类滚动轴承的内外套圈、滚动体.常用钢种和牌号：有两大类1高碳铬轴承钢：GCr15、GCr15SiMn.含碳量：～,高碳,过共析成分,保证形成足够铬的碳化物强化相,提高强度、硬度及耐磨性.合金元素：主加Cr元素,提高淬透性和接触疲劳抗力,细化晶粒.对大尺寸轴承,加入Si、Mn进一步提高淬透性.从化学成分看,滚动轴承钢属于工具钢范畴,所以这类钢也经常用于制造各种精密量具、冷冲模具、丝杠、冷轧辊和高精度的轴类等耐磨零件.2高碳无铬轴承钢：为了节铬,加入了Mo、V得到的,常用牌号GMnMoVRE、GSiMnMoV,其性能与GCr15相近.热处理工艺：1预备热处理：采用球化退火,获得球状珠光体,改善组织,降低硬度<210HBS,便于切削加工.2最终热处理：淬火+低温回火150～180℃,M回＋细小粒状碳化物＋A残,硬度61～65HRC.低温回火保持淬火后的高硬度和高耐磨性,消除淬火应力.对精密轴承零件,为了将残余奥氏体降低到最低程度,提高尺寸稳定性,常采用淬火后冷处理,并时效.冷处理后,恢复到室温,立即低温回火.第四节工具钢工具钢是用来制造刀具、模具和量具的钢.按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等.按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢.刃具：用于切削加工的工具,车刀,刨刀,转头等；模具：用于进行压力加工的工具.冷作模具：〈200—3000C；热作模具：〉600 0C；量具：测量尺寸的工具,如卡尺、千分尺、块规等.共性：一般都在磨损条件下工作,要求具有高硬度和高耐磨性.不同：具体工作条件的不同,对各自的性能又有特殊要求.如刃具钢要求热硬性好,冷作模具钢要求热处理变形小,热作模具钢要求在高温下保持高的硬度和韧性,量具钢要求热处理后组织稳定好.所以,各类工具在钢材的选用和热处理方法上各有其特点.一、刃具钢1．切削刃具的工作条件及性能要求切削刃具的种类繁多,工况条件各有特点,性能要求也各有不同.以车刀为例：工作条件：1刀刃与工件之间发生剧烈的摩擦,造成严重的磨损；。
