【正文】 含量分類 低合金鋼。合金元素總含量ωMe 5％。 中合金鋼。ωMe =5％～10％。 高合金鋼。ωMe 10％。(三) 按正火后的組織分類 將一定截面的試樣 (φ25mm) ，在靜止空氣中冷卻后，按所得組織可分為珠光體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼和鐵素體鋼等。二、合金鋼的編號(hào) (一) 合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由三部分組成，即“兩位數(shù)字+元素符號(hào)十?dāng)?shù)字”。前面兩位數(shù)字代表鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)倍；元素符號(hào)代表鋼中所含的合金元素，其后面的數(shù)字表示該元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的百倍，當(dāng)其平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωMe ％時(shí)一般只標(biāo)出元素符號(hào)而不標(biāo)數(shù)字，當(dāng)其ωMe ≥％、≥％、≥％…時(shí)，則在元素符號(hào)后相應(yīng)地標(biāo)出4…。例如60Si2Mn鋼，表示平均ωc = ％，平均ωsi ≥％，平均ωMn ％的合金結(jié)構(gòu)鋼。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)后面加符號(hào)“A”。 （二) 合金工具鋼 合金工具鋼牌號(hào)的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，區(qū)別僅在于碳含量的表示方法不同。當(dāng)平均ωc1％時(shí)，牌號(hào)前面用一位數(shù)字表示平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍，當(dāng)平均ωc≥1％，牌號(hào)中不標(biāo)碳含量。如9SiCr鋼，表示平均ωc = ％，合金元素Si、％的合金工具鋼；Crl2MoV鋼表示平均ωc1％，ωcr約為12％，ωMo、％的合金工具鋼。 高速鋼不論其碳含量多少，在牌號(hào)中都不予標(biāo)出，但當(dāng)合金的其它成分相同，僅碳含量不同時(shí)，則在碳含量高的牌號(hào)前冠以“C”字母，如W6M05Cr4V2鋼和CW6M05Cr4V2鋼，前者ωc =％～％，后者 ωc = ％～％，其余成分相同。 (三) 特殊性能鋼 特殊性能鋼的牌號(hào)表示方法與合金工具鋼的基本相同，只是當(dāng)其平均 ωc ≤％ 和 ωc≤％ 時(shí)，在牌號(hào)前分別冠以“00”及“0”。 如 0Crl9Ni9 鋼表示平均ωc≤％，ωcr ≈ 19％，ωNi ≈ 9％的不銹鋼。 (四) 滾動(dòng)軸承鋼 高碳高鉻軸承鋼屬于專用鋼，為了表示其用途，在牌號(hào)前加以“G” (“滾”字的漢語(yǔ)拼音首字母) ，鉻含量以其質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千倍來(lái)表示，碳的含量不標(biāo)出，其它合金元素的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼同。例如 GCrl5SiMn 鋼，表示平均ωc = ％，ωSi 和ωMn ％ 的滾動(dòng)軸承鋼。22 合金元素在鋼中的作用一、強(qiáng)化鐵素體 大多數(shù)合金元素都能溶于鐵素體，形成合金鐵素體。合金元素溶入鐵素體后，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，使其強(qiáng)度、硬度升高，塑性和韌性下降。二、形成合金碳化物 合金元素按其與鋼中碳的親和力的大小，可分為碳化物形成元素和非碳化物形成元素兩大類。 非碳化物形成元素有：鎳、鈷、銅、硅、鋁、氮、硼等。它們不與碳形成碳化物而固溶于鐵的晶格中，或形成其它化合物。 鋼中形成的合金碳化物主要有以下兩類： (1) 合金滲碳體。它是合金元素溶人滲碳體 (置換其中的鐵原子) 所形成的化合物。合金滲碳體與Fe3C的晶體結(jié)構(gòu)相同，但比Fe3C略為穩(wěn)定，硬度也略高，是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。 (2) 特殊碳化物。它是中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素與碳形成的化合物，其晶格類型與滲碳體完全不同。特殊碳化物，特別是間隙相碳化物，比合金滲碳體具有更高的熔點(diǎn)、硬度與耐磨性，也更穩(wěn)定，不易分解。在鋼中存在彌散分布的特殊碳化物時(shí)，將顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度與耐磨性而不降低韌性，這對(duì)提高工具鋼的使用性能極為有利。三、阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大 強(qiáng)碳化物形成元素釩、鈮、鋯、鈦等容易形成特殊碳化物，鋁在鋼中常以AIN、Al2O3的細(xì)小質(zhì)點(diǎn)存在，它們都彌散地分布在奧氏體晶界上，由于比較穩(wěn)定，不易分解溶入奧氏體，從而對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大起機(jī)械阻礙作用。 因此，合金鋼 (除錳鋼外) 在淬火加熱時(shí)不易過(guò)熱，有利于獲得細(xì)馬氏體組織，同時(shí)也有利于提高加熱溫度，使奧氏體中溶入更多的合金元素，以改善鋼的淬透性和性能。這是合金鋼的重要特點(diǎn)之一。四、提高鋼的淬透性 合金元素(除鈷外)溶入奧氏體后，都能降低原子擴(kuò)散速度，增加過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線位置向右移動(dòng) (見(jiàn)圖63) ，臨界冷卻速度減小，從而提高鋼的淬透性。 注意：若合金元素未溶人奧氏體，將不能增加奧氏體的穩(wěn)定性，因而也就不能提高鋼的淬透性，反而會(huì)降低鋼的淬透性。 五、提高淬火鋼的回火穩(wěn)定性 回火穩(wěn)定性：淬火鋼在回火時(shí)，抵抗軟化(強(qiáng)度，硬度下降)的能力。 淬火鋼的回火轉(zhuǎn)變都是依靠原子的擴(kuò)散進(jìn)行的。由于合金元素溶人馬氏體，使原子擴(kuò)散速度減慢，因而在回火過(guò)程中，馬氏體不易分解，殘余奧氏體不易轉(zhuǎn)變，碳化物不易析出，析出后也不易聚集長(zhǎng)大。這就使淬火鋼的強(qiáng)度、硬度下降緩慢，提高了鋼抵抗軟化的能力，即提高了鋼的回火穩(wěn)定性。 合金鋼的回火穩(wěn)定性高于碳鋼，在相同的回火溫度下，合金鋼比相同含碳量的碳鋼具有更高的強(qiáng)度和硬度；在達(dá)到相同硬度的情況下，合金鋼可以在較高的溫度下回火。 高的回火穩(wěn)定性使鋼在較高溫度下仍能保持高的硬度和耐磨性。鋼在高溫 ( 550℃ ) 下保持高硬度 (≥60HRC) 的能力叫熱硬性。這種性能對(duì)工具鋼具有重要的意義。23 合金結(jié)構(gòu)鋼一、低合金結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分特點(diǎn)是低碳(ωc ％)、低合金元素(一般合金元素總量ωMe3％) ，以錳為主加元素，并輔加以釩、鈦、鈮、硅、銅、磷等，有時(shí)還加入微量稀土元素。 性能特點(diǎn)： 具有高的屈服強(qiáng)度與良好的塑性和韌性。其屈服強(qiáng)度比碳鋼提高30％～50％以上，尤其是屈強(qiáng)比 (σs／σb ) 提高得更明顯。 良好的焊接性。由于這類鋼的含碳量低，合金元素少，塑性好，不易在焊縫區(qū)產(chǎn)生淬火組織及裂紋，且成分中的碳化物形成元素釩、鈦、鈮可抑制焊縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大，故它的焊接性良好。 較好的耐蝕性。加入銅、磷，提高了鋼材抵抗海水、大氣、土壤腐蝕的能力。 低合金結(jié)構(gòu)鋼一般在熱軋空冷狀態(tài)下使用，其組織為鐵素體和珠光體。被廣泛用于橋梁、船舶、車(chē)輛、建筑、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道等。 常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能及用途可查表獲得。其中16Mn（Q345）是我國(guó)發(fā)展最早、產(chǎn)量最大、各種性能配合較好的鋼材，故應(yīng)用最廣。二、合金滲碳鋼 滲碳鋼通常是指經(jīng)滲碳、淬火、低溫回火后使用的鋼。它主要用于制造表面承受強(qiáng)烈摩擦和磨損，同時(shí)承受動(dòng)載荷特別是沖擊載荷的機(jī)器零件。這類零件都要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有較高的強(qiáng)度和足夠的韌性。 滲碳鋼可分為碳素滲碳鋼和合金滲碳鋼。碳素滲碳鋼 (ωc=％～%) 由于淬透性低，僅能在表面獲得高的硬度，而心部得不到強(qiáng)化，故只適用于較小的滲碳件。 ％～％之間，以保證滲碳件心部有足夠高的塑性與韌性。 合金滲碳鋼的性能特點(diǎn)： 滲碳淬火后，滲碳層硬度高，具有優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度； 滲碳件心部具有高的韌性和足夠高的強(qiáng)度； 具有良好的熱處理工藝性能，在高的滲碳溫度(900～950℃)下奧氏體晶粒不易長(zhǎng)大，淬透性也較好。 合金滲碳鋼的熱處理，一般是滲碳后直接淬火和低溫回火。 熱處理后滲碳層的組織由回火馬氏體+粒狀合金碳化物+少量殘余奧氏體組成，表面硬度一般為58～64HRC。心部組織與鋼的淬透性及工件截面尺寸有關(guān)，完全淬透時(shí)為低碳回火馬氏體，硬度為40～48HRC；多數(shù)情況下，是由托氏體+回火馬氏體+少量鐵素體組成，硬度為25～40HRC。 20CrMnTi 是應(yīng)用最廣泛的合金滲碳鋼，可用來(lái)制造汽車(chē)、拖拉機(jī)的變速齒輪。為了節(jié)約鉻，常用 20Mn2B 或 20MnVB 等鋼代替20CrMnTi。三、合金調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)鋼通常是指經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的鋼，一般為中碳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼。它主要用于制造承受多種載荷、受力復(fù)雜的零件，如機(jī)床主軸、連桿、汽車(chē)半軸、重要的螺栓和齒輪等。 ％～％之間。碳含量過(guò)低，不易淬硬，回火后達(dá)不到所需硬度；碳含量過(guò)高，則韌性不足。主加元素有鉻、鎳、錳、硅、硼等，以增加鋼的淬透性，同時(shí)還強(qiáng)化鐵素體。輔加元素有鉬、鎢、釩、鈦等，主要是防止淬火加熱產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，細(xì)化晶粒和提高回火穩(wěn)定性，進(jìn)一步改善鋼的性能。 合金調(diào)質(zhì)鋼具有良好的淬透性、熱處理工藝性及良好的綜合力學(xué)性能。 合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理一般為淬火后高溫回火 （調(diào)質(zhì))，組織為回火索氏體，具有高的綜合力學(xué)性能。 若零件表層要求有很高的耐磨性，可在調(diào)質(zhì)后再進(jìn)行表面淬火或化學(xué)熱處理等。 40Cr鋼是典型的合金調(diào)質(zhì)鋼，其強(qiáng)度比40鋼高20％，并有良好的塑性和淬透性，因此被廣泛用于各類機(jī)械設(shè)備的主軸，汽車(chē)半軸、連桿及螺栓、齒輪等。四、合金彈簧鋼 彈簧鋼是指用來(lái)制造各種彈簧和彈性元件的鋼。彈簧是利用其在工作時(shí)產(chǎn)生的彈性變形來(lái)吸收能量，以緩和振動(dòng)和沖擊，或依靠彈性儲(chǔ)存能量，以驅(qū)動(dòng)機(jī)件完成規(guī)定的動(dòng)作。因此，要求彈簧材料具有高的彈性極限，尤其要具有高的屈強(qiáng)比，高的疲勞強(qiáng)度以及足夠的塑性和韌性。％～％之間，以保證高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度。彈簧鋼根據(jù)彈簧尺寸和成形方法的不同，其熱處理方法也不同。 熱成形彈簧 當(dāng)彈簧絲直徑或鋼板厚度大于10～15mm時(shí)，一般采用熱成形。其熱處理是在成形后進(jìn)行淬火和中溫回火，獲得回火托氏體組織，具有高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度