【文章內(nèi)容簡介】 簧鋼絲是退火狀態(tài)的，則冷卷成形后還需淬火和中溫回火；若彈簧鋼絲是鉛浴索氏體化狀態(tài)或油淬回火狀態(tài)，則在冷卷成形后不需再進行淬火和回火處理，只需進行一次200300℃的去應(yīng)力退火，以消除內(nèi)應(yīng)力，并使彈簧定形。 彈簧經(jīng)熱處理后，一般還要進行噴丸處理，使表面強化，并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高彈簧的疲勞強度和壽命。60Si2Mn鋼是應(yīng)用最廣的合金彈簧鋼，被廣泛用于制造汽車、拖拉機上的板簧、螺旋彈簧以及安全閥用彈簧等。彈簧鋼也可進行淬火及低溫回火處理，用以制造高強度的耐磨件，如彈簧夾頭、機床主軸等。五、滾動軸承鋼 滾動軸承鋼是用來制造滾動軸承的滾動體 (滾針、滾柱、滾珠) 、內(nèi)外套圈的專用鋼。滾動軸承在工作時，滾動體與內(nèi)、外套圈之間是點接觸或線接觸，接觸應(yīng)力極大；滾動或滑動摩擦，易使軸承工作表面產(chǎn)生接觸疲勞破壞與磨損，因而要求滾動軸承材料具有高的硬度和耐磨性、高的疲勞強度、足夠的韌性和一定的耐蝕性。 滾動軸承鋼是高碳鉻鋼，％～％，以保證軸承鋼具有高的強度、硬度和形成足夠的碳化物以提高耐磨性。 合金元素鉻的作用是提高淬透性，并形成細小均勻分布的合金滲碳體，以提高鋼的硬度、接觸疲勞強度和耐磨性。在制造大型軸承時，為了進一步提高淬透性，還向鋼中加入硅、錳等合金元素。 滾動軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和低溫回火。 球化退火為預(yù)先熱處理，其目的是降低鋼的硬度以利于切削加工，并為淬火作好組織上的準備。 淬火和低溫退火是決定軸承鋼性能的最終熱處理，獲得的組織為極細的回火馬氏體、細小而均勻分布的粒狀碳化物和少量的殘余奧氏體，硬度為61～65HRC。 對于精密軸承零件，為了保證尺寸的穩(wěn)定性，可在淬火后進行一次冷處理，以減少殘余奧氏體的量，然后低溫回火、磨削加工，最后再進行一次人工時效，消除磨削產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，進一步穩(wěn)定尺寸。GCrlGCrl5SiMn鋼是應(yīng)用最多的軸承鋼。前者用作中、小型滾動軸承，后者用于較大型滾動軸承。24 合金工具鋼 合金工具鋼按主要用途分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼三大類。一、合金刃具鋼 合金刃具鋼主要用來制造刀具，如車刀、銑刀、鉆頭、絲錐等。對刃具鋼的性能要求是：高的硬度和耐磨性，高的熱硬性，足夠的強度、塑性和韌性。 合金刃具鋼分為低合金刃具鋼和高速鋼兩類。 (一) 低合金刃具鋼 低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素的鋼。其ωc = ％～％的范圍內(nèi)，以保證鋼的淬硬性和形成合金碳化物的需要。由于合金元素的加入量不大，故鋼的熱硬性仍不太高，一般工作溫度不得高于300℃。 9SiCr是最常用的低合金刃具鋼，被廣泛用來制造各種薄刃工具，如板牙、絲錐、鉸刀等。 低合金刃具鋼的熱處理與碳素工具鋼基本相同。刃具毛坯鍛造后的預(yù)先熱處理采用球化退火，切削加工后的最終熱處理采用淬火和低溫回火。最終熱處理后的組織為細回火馬氏體、粒狀合金碳化物及少量的殘余奧氏體，一般硬度可達60—65HRC。 (二) 高速鋼 用高速鋼制作的刃具在使用時，能以比低合金刃具鋼刀具更高的切削速度進行切削，因而被稱為高速鋼。它的特點是熱硬性高達600℃，切削時能長時間保持刃口鋒利，故又稱為“鋒鋼”，并且還具有高的強度、硬度和淬透性。淬火時在空氣中冷卻即可得馬氏體組織，因此，又俗稱為“風鋼”、“白鋼”。 1．高速鋼的成分特點 高速鋼的含碳量較高，％～％的范圍內(nèi)，高的碳含量是為了在淬火后獲得高碳馬氏體，并保證形成足夠的碳化物，從而保證其高硬度、高的耐磨性和良好的熱硬性。 鉻在高速鋼淬火加熱時，幾乎全部溶人奧氏體中，增加了奧氏體的穩(wěn)定性，從而顯著提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性。釩是強碳化物形成元素，其碳化物VC非常穩(wěn)定，極難溶解，硬度極大 (可達83～85HRC) ，從而提高鋼的硬度和耐磨性。未溶的VC能顯著阻礙奧氏體長大。 2．高速鋼的鍛造 高速鋼鑄態(tài)組織中含有大量的魚骨狀碳化物 (見圖64)，分布很不均勻，顯著降低了鋼的力學性能，特別是韌性。而且用熱處理方法不能根本改變碳化物的分布狀態(tài)，只能用反復(fù)鍛造的方法將碳化物打碎，并使其盡可能均勻分布。鍛造比最好大于10，鍛后 必須緩冷，以免開裂。 3．高速鋼的熱處理 高速鋼的熱處理包括退火、淬火和回火，其特點是退火溫度低，淬火溫度高，回火溫度高且次數(shù)多。 (1) 退火。為了消除坯料在鍛造時產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，細化晶粒，為切削加工和淬火作準備，高速鋼在鍛后必須及時進行球化退火。退火溫度為 Acl+30~50℃，退火后的組織為索氏體和粒狀合金碳化物，硬度為 207～255HBW。 (2) 淬火。高速鋼的淬火加熱溫度很高(1200～1300℃)，目的是為了使碳化物盡可能多地溶人奧氏體，從而提高淬透性、回火穩(wěn)定性和熱硬性。 由于高速鋼的導(dǎo)熱性較差，故淬火加熱時必須進行一至二次預(yù)熱。 (3) 回火。高速鋼淬火后應(yīng)立即回火，一般在550～570℃回火三次。 在此溫度范圍內(nèi)回火時，鎢、鉬、釩的碳化物從馬氏體和殘余奧氏體中析出，呈彌散分布，使鋼的硬度明顯上升；同時由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，也使硬度上升，從而形成二次硬化，保證了鋼的高硬度、高耐磨性及熱硬性。進行多次回火，其目的是為了逐步減少殘余奧氏體的量和消除內(nèi)應(yīng)力。高速鋼回火后的組織為回火馬氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體，硬度可達63～ 66HRC。 4．常用的高速鋼 常用的高速鋼有 W18Cr4V、W6M05Cr4V2 和 W9M03Cr4V 三種。 W18Cr4V 是我國發(fā)展最早的高速鋼，其特點是熱硬性較高，過熱敏感性較小，加工性好。 W6M05Cr4V2 鋼是用鉬代替一部分鎢而發(fā)展起來的，其特點是具有良好的熱塑性，碳化物分布較均勻，耐磨性和韌性也較好，正在逐步取代 W18Cr4V 鋼。 W9M03Cr4V 鋼是近幾年發(fā)展起來的通用型高速鋼，具有上述兩種鋼的共同優(yōu)點，比 W18Cr4V 鋼的熱塑性好，比W6M05Cr4V2 鋼的脫碳傾向小，硬度高，因此得到了愈來愈廣泛的應(yīng)用。二、合金模具鋼 模具鋼可分為冷作模具鋼和熱作模具鋼。 (一) 冷作模具鋼 冷作模具鋼用于制造使金屬在冷態(tài)下產(chǎn)生變形的模具，如冷沖模、冷擠壓模、冷鐓模、拉絲模等。 這些模具在工作中要承受很大的壓力、彎曲力、沖擊力和強烈的摩擦，要求具有高的硬度 (58～62HRC) 和耐磨性，足夠的強度和韌性，同時要求熱處理變形小。冷作模具鋼的化學成分、熱處理特點基本上與刃具鋼相似。對于小型冷作模具，可用碳素工具鋼和低合金刃具鋼制造。如T10A、9SiCr、CrWMn、9Mn2V 等。 其熱處理一般也是球化退火、淬火和低溫回火。 對于大型模具常用 Cr12 型鋼制造。Cr12 型鋼是最常用的冷作鋼，牌號有 Cr12 和 Cr12MoV 等。 Cr12 型鋼的最終熱處理有兩種方法： 低溫淬火和低溫回火法 (一次硬化法) 這種方法可使模具獲得高硬度和高耐磨性，淬火變形小。一般承受較大載荷和形狀復(fù)雜的模具采用此法處理。 高溫淬火和高溫 (510～520℃) 多次回火法 (二次硬化法)這種方法能使模具獲得高的熱硬性和耐磨性，但韌性較差。一般承受強烈摩擦，在400～450℃條件下工作的模具適用此法。Cr12 型鋼經(jīng)淬火及回火后的組織為回火馬氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體。 (二) 熱作模具鋼 熱作模具鋼用于制造在受熱狀態(tài)下對金屬進行變形加工的模具，如熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。 這類模具在工作中除承受較大的沖擊載荷、很大的壓力、彎曲力外，還受到熾熱金屬在模腔中流動所產(chǎn)生的強烈摩擦力，同時還受到反復(fù)的加熱和冷卻。因此，要求熱作模具鋼應(yīng)具有高的熱硬性和高溫耐磨性，良好的綜合力學性能，高的熱疲勞強度和較好的抗氧化能力，同時還要求具有高的淬透性、導(dǎo)熱性。 熱作模具鋼一般是中碳合金鋼，其ωc = ％～％，以保證鋼具有高強度、高韌性、較高的硬度(35～52HRC)和較高的熱疲勞強度。熱鍛模具鋼的最終熱處理與調(diào)質(zhì)鋼相似，淬火后高溫 (550℃左右) 回火，以獲得回火索氏體——回火托氏體組織。 熱壓模具鋼的熱處理是淬火后在略高于二次硬化峰值的溫度 (600℃左右) 回火2～3次，獲得的組織為回火馬氏體和粒狀碳化物，以保證模具的熱硬性。 制作熱鍛模的典型鋼種有5CrMnMo和5CrNiMo鋼。 制作熱壓模的常用鋼為3Cr2W8V鋼。三、合金量具鋼 量具在使用過程中經(jīng)常受到磨損和碰撞。因此，要求量具鋼必須具備高硬度 (62～65HRC) 、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性及足夠的強度和韌性，同時還要求熱處理變形小等。對于形狀簡單、尺寸較小、精度要求不高的量具(如簡單卡規(guī)、低精度量塊等)，可用碳素工具鋼T10A、T12A制造；或用滲碳鋼(15Cr等) 制造，并經(jīng)滲碳淬火處理；或用中碳鋼 (50、60鋼等) 制造，并經(jīng)高頻表面淬火處理。 精度要求高或形狀復(fù)雜的量具，一般用合金工具鋼或滾動軸承鋼 (如9SiCr、CrCrWMn、GCrl5等) 制造。 量具的最終熱處理主要是淬火和低溫回火，目的