【正文】 工件的強度、硬度、韌性、塑性、耐磨性以及其他各種物理化學性能的要求愈來愈高，碳鋼已不能完全滿足這些要求了。 原因 ： （ 1）由碳鋼制成的零件尺寸不能太大。否則，因淬透性不夠而不能滿足對強度與塑性、韌性的要求。加入合金元素可增大淬透性。 （ 2）用碳鋼制成的切削刀具不能滿足切削紅硬性的要求。用合金工具鋼、高速鋼和硬質(zhì)合金。 （ 3）碳鋼不能滿足特殊性能的要求，如要求耐熱、耐低溫、抗腐蝕、有強烈磁性或無磁性等等，只有特種的合金鋼才能具有這些性能。 項目 2 工程材料及熱處理 第 30 頁 常用合金鋼 合金元素對鋼中的基本相的影響 合金鋼中常用的合金元素很多，按照其與碳結合的傾向大小，可分 為 非碳化物形成元素 （ Co、 Ni、 Si、Cu、 B等）； 碳化物形成元素 （ Ti、 V、 W、 Mo、 Cr、Mn等）。 合金元素在鋼中的存在形式有： 溶解于鋼中的基本相（鐵素體、奧氏體和滲碳體）、形成特殊碳化物（如 VC、 TiC、 Cr23C6等） 項目 2 工程材料及熱處理 第 31 頁 影響： （ 1）強化鐵素體： 非碳化物形成元素和大部分的錳基本上都溶解于鐵素體（或奧氏體）中而形成合金鐵素體（或合金奧氏體），并產(chǎn)生固溶強化的作用，使合金鐵素體的強度、硬度升高，塑性和韌性下降（ Cr、 Ni、 Mn含量少時略有上升）。其中， Si、Mn、 Ni的強化作用較大。 （ 2）形成碳化物： 碳化物形成元素（除錳外），當含量較低時，主要是溶入 Fe3C中而形成合金滲碳體。合金元素的溶入大大地提高了滲碳體的穩(wěn)定性。當一些強碳化物形成元素（如 Cr 、 Ti、 V、 W、 Mo等）的含量較高時，它們還會形成新的穩(wěn)定性較高或很高的特殊碳化物，如 Cr23C WC、 VC、 TiC等。這一類特殊碳化物的特點是高熔點、高硬度。是鋼中常用的強化相，隨碳化物含量增多，鋼的硬度、強度提高，塑性、韌性下降。 項目 2 工程材料及熱處理 第 32 頁 合金元素對 Fe—Fe3C相圖的影響 （ 1）對奧氏體相區(qū)的影響 。合金元素的影響主要表現(xiàn)在擴大或縮小 ?相區(qū)。 一些合金元素如 Mn、 Ni、等將擴大 ?相區(qū)使 As線下降（ P52① ） 而另一些合金元素如 Cr、 Mo、 V、 Ti、 Al、等則縮小 ?相區(qū)并導致 As線上升。（ P53② ） （ 2）對 S、 E點的影響。 擴大或縮小 ?相區(qū)的結果，必然使 Fe—Fe3C相圖中的 S點、 E點和 C點的成分和溫度發(fā)生變化。幾乎所有的合金元素都使鐵碳相圖中 S點、 E點左移，其中以強碳化物形成元素的作用最為顯著。 項目 2 工程材料及熱處理 第 33 頁 合金元素對熱處理的影響 合金元素對熱處理相變過程的影響主要在于對奧氏體形成速度和奧氏體晶粒長大的影響。（ P53③ ） 合金元素對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響：最突出的作用是使 C曲線向右移（除鈷外），增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，因而，提高了鋼的淬透性。常用的元素有： Cr、 Mn、 SI、 NI和 B。 不利方面：使回火脆傾性增大，但一些元素如 W、 Mn能減弱或防止第二類脆性。 項目 2 工程材料及熱處理 第 34 頁 ? 合金元素對回火轉(zhuǎn)變過程的影響表現(xiàn)在三個方面： （ 1）提高鋼的回火穩(wěn)定性 這主要表現(xiàn)為合金元素在回火過程中推遲了馬氏體的分解和殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，提高了鐵素體的再結晶溫度，使碳化物難以聚集長大而保持較大的彌散度，從而提高了鋼對回火軟化的抗力，即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。 （ 2）產(chǎn)生二次硬化 一些合金元素加入鋼中，在回火時，鋼的硬度并不是隨回火溫度的升高一直降低的，而是在達到某一溫度后，硬度開始增加，并隨著回火溫度的進一步提高，硬度也進一步增大，直至達到峰值。這種現(xiàn)象稱為回火過程的二次硬化。 項目 2 工程材料及熱處理 第 35 頁 回火二次硬化現(xiàn)象與合金鋼回火時析出物的性質(zhì)有關。當回火溫度低于約 450℃ 時，鋼中析出滲碳體，在 450℃ 以上滲碳體溶解，鋼中開始沉淀析出彌散穩(wěn)定的難熔碳化物 Mo2C、 VC等，使鋼的硬度開始升高，而在 550～ 600℃ 左右沉淀析出過程完成，鋼的硬度達到峰值。 （ 3） 不利方面： 使回火脆傾性增大，但一些元素如 W、 Mn能減弱或防止第二類脆性。 項目 2 工程材料及熱處理 第 36 頁 低合金高強度結構鋼 ? 低合金鋼是一類可焊接的低碳低合金結構鋼。 1） 低合金高強度結構鋼的成分和性能特點 成分特點： 在低碳鋼（ Wc＜ %）的基礎上加入少量的錳、硅、鈦、釩、鈮等合金元素而制成的鋼。主要是 Mn元素，含量為 %~%。 性能特點： 強度高，韌性好，塑性、焊接性、冷成形性好，冷脆轉(zhuǎn)變溫度低，耐蝕性好，成本低。 項目 2 工程材料及熱處理 第 37 頁 2） 常用的低低合金高強度結構鋼 低合金高強度結構鋼的強度比低碳鋼高出 10%～30%，代替碳素結構鋼，可大大減輕機件或結構件的重量。例：南京長江大橋的橋梁采用 Q345比用 Q235節(jié)省鋼材 15%以上。 廣泛用于船舶、車輛、橋梁、壓力容器等工程結構件及低溫下工作的構件等。 牌號方法與碳素結構鋼基本相同。使用前不需要經(jīng)過熱處理 項目 2 工程材料及熱處理 第 38 頁 3） 機械結構用合金鋼 合金鋼是合金鋼中用途最廣，用量最大的一類鋼，常用于制造重要的機械零件。大多數(shù)需要經(jīng)過熱處理后才能使用。根據(jù)熱處理特點可分為： 合金 滲碳鋼 合金調(diào)質(zhì)鋼 合金彈簧鋼等 常用合金結構鋼牌號表示 項目 2 工程材料及熱處理 合金滲碳鋼 (1）用途及性能要求 用途：汽車發(fā)動機、變速箱中的齒輪、內(nèi)燃機凸輪、活塞銷等機械零件。 性能要求：零件表面高的硬度、高的耐磨性和耐疲勞性能，心部高的韌性和足夠的強度。 (2）成分、性能和熱處理特點 成分、性能： Wc＝ ％～ ％ ,以保證零件心部有良好的塑性和韌性。加入 Cr（主要合金元素）、Mn、 Ni、 B等以提高鋼的淬透性，使回火后有較高強度和韌性。 少量 Ti、 V、 W、 Mo可以細化晶粒，在滲碳層獲得均勻細小的耐磨碳化物。 熱處理：滲碳后淬火、低溫回火。其處理后特點（ 35① ） 項目 2 工程材料及熱處理 第 40 頁 (3）常用合金滲碳鋼 低淬透性合金滲碳鋼（如 20Cr、 20MnV） 中淬透性合金滲碳鋼 （如 20CrMnTi）應用最廣泛。 高淬透性合金滲碳鋼（如 18Cr2Ni4WA）三類。 項目 2 工程材料及熱處理 第 41 頁 項目 2 工程材料及熱處理 合金調(diào)質(zhì)鋼 (1）用途及性能要求 用途：汽車、機床等機器中重要的零件。 性能要求：良好的綜合力學性能。 (2）成分、性能和熱處理特點 成分、性能： Wc＝ ％～ ％，保證良好的綜合力學性能。加入 Cr、 Mn、 Si、 Ni、 B等提高淬透性、強化鐵素體、細化晶粒、提高耐回火性等。 熱處理調(diào)質(zhì)處理，獲得高強度、搞韌性的綜合力學性能。 (3）常用合金調(diào)質(zhì)鋼 低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼（如 40Cr） 最常用 中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼（如 35CrMo、 38CrMoAl） 高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼（如 40CrNiMo、 40CrMnMo） 項目 2 工程材料及熱處理 合金彈簧鋼 (1）用途及性能要求 用途：機械和儀表中各種彈性元件。如汽車、坦克等的減震板簧和螺旋彈簧、鐘表發(fā)條等。 性能要求：高的彈性極限和屈強比、較高的疲勞強度、足夠的塑性和韌性。 (2）成分、性能和熱處理特點 成分、性能： Wc＝ ％～ % ,保證高的彈性極限。加入 Mn、 Si、 Cr提高鋼的淬透性， Mo、 W、 V、 B減少脫碳和過熱傾向，提高彈性極限耐熱性和耐回火性。 熱處理特點： 冷成形彈簧：去應力退火或淬火加中溫回火。 熱成形彈簧：淬火、中溫回火 項目 2 工程材料及熱處理 第 44 頁 ? (3）常用合金彈簧鋼 硅錳系合金彈簧鋼（如 60Si2Mn廣泛用于汽車，拖拉機上的餓板簧、螺旋彈簧） 硅鉻系合金彈簧鋼 鉻錳系合金彈簧鋼和鉻釩系合金彈簧鋼（如50CrVA）。 項目 2 工程材料及熱處理 第 45 頁 ? 常用彈簧鋼及具體應用舉例 6 65Mn、 60Si2Mn、 50CrVA。其中， 60Si2Mn最常用。 汽車板簧 火車螺旋彈簧 項目 2 工程材料及熱處理 滾動軸承鋼 1）用途及性能要求 用途： 制造各種滾動軸承的元件，如滾珠、滾柱和內(nèi)外套圈等。還可以制作模具和量具 性能要求： 很高的強度、硬度、耐磨性，很高的接觸疲勞強度，一定的韌性和耐潤滑劑腐蝕的能力。 2）成分、性能和熱處理特點 成分、性能： Wc＝ ％～ ％，保證高硬度、高耐磨性。 Wc=% ～ %.提高淬透性 ,增加回火穩(wěn)定性。加入Cr、 Si、 Mn、 Mo、 V等合金元素，提高鋼的淬透性、耐磨性和接觸疲勞強度。 熱處理： 預備熱處理球化退火和最終熱處理淬火與低溫回火。 3）常用軸承鋼 高碳鉻軸承鋼（ GCr15應用最廣）和無鉻軸承鋼。 項目 2 工程材料及熱處理 第 47 頁 項目 2 工程材料及熱處理 第 48 頁 ? 應用舉例 GCr15：中小型軸承，冷沖模，量具，絲錐 。 滾珠軸承 滾針軸承 滾柱軸承 項目 2 工程材料及熱處理 第 49 頁 合金工具鋼 與合金結構鋼基本相同，含碳量表示有區(qū)別。 Wc%＜1%時，牌號前以千分數(shù)表示。 Wc%≥1%時，牌號前不標數(shù)字。合金元素表示方法與結構鋼相同。高速工具鋼不標含碳量。 主要用來制造刃具，模具，和量具。 合金元素的主要作用是增加鋼的淬透性，耐磨性及紅硬性。與碳素鋼相比，它適于制造形狀復雜，尺寸較大，切削速度較高或工作溫度較高的工具和模具。 合金工具鋼 按用途分類（ 37① ） 項目 2 工程材料及熱處理 第 50 頁 量 具 刃 具 模 具 項目 2 工程材料及熱處理 第 51 頁 （ 1）量具刃具鋼 主要制造形狀復雜、截面尺寸較大的低速切削刃具和機械制造過程中控制加工精度的測量工具 卡尺、塊規(guī)、樣板等。 成分 ： Wc=%~%， 加入少量合金 Ge、 Si、 Mn、 W等可以： 。 b. 高耐磨性 c. 足夠的強度和一定的韌性 保證刃具不斷裂或崩刃 熱處理 :預備熱處理球化退火 ,最終熱處理淬火 +低溫回火。 項目 2 工程材料及熱處理 第 52 頁 車刀 銑刀 鉆頭 最常用 項目 2 工程材料及熱處理 第 53 頁 （ 2）合金模具鋼 分類： 熱作模具鋼 :工作溫度為 600℃ 以上。 冷作模具鋼 :工作溫度為 200～ 300℃ 以下。 1）熱作模具鋼 ： Wc=%~%， 用于制作高溫金屬成形的模具，如熱鍛模，熱擠壓模。（ 5 CrMnMo 5 CrNiMo ） 性能要求 ： 高溫下具有高硬度、強度、韌性和高耐磨性 。 良好的的熱疲勞抗力 ( 防止龜裂 ) 高的淬透性和導熱性 。（ 38① ） 熱處理方式（ 38② ） 項目 2 工程材料及熱處理 第 54 頁 2）冷作模鋼 ① 性能要求 高的硬度 , 62HRC。 高的耐磨性 。 足夠高的韌性與疲勞抗力 。 熱處理變形?。? ② 化學成分特點 高碳 1～ 2 %。