【正文】 主要存在形式。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。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。 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。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) (見圖63) ，臨界冷卻速度減小，從而提高鋼的淬透性。 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。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。 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。鋼在高溫 ( 550℃ ) 下保持高硬度 (≥60HRC) 的能力叫熱硬性。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。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。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。加入銅、磷，提高了鋼材抵抗海水、大氣、土壤腐蝕的能力。被廣泛用于橋梁、船舶、車輛、建筑、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道等。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。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。 滲碳鋼可分為碳素滲碳鋼和合金滲碳鋼。 ％～％之間，以保證滲碳件心部有足夠高的塑性與韌性。 合金滲碳鋼的熱處理，一般是滲碳后直接淬火和低溫回火。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。為了節(jié)約鉻，常用 20Mn2B 或 20MnVB 等鋼代替20CrMnTi。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、汽車半軸、重要的螺栓和齒輪等。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。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。 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，汽車半軸、連桿及螺栓、齒輪等。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。％～％之間，以保證高的彈性極限與疲勞強(qiáng)度。 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。 冷成形彈簧 對(duì)于直徑小于810mm的彈簧，一般采用冷拔鋼絲冷卷而成。 彈簧經(jīng)熱處理后，一般還要進(jìn)行噴丸處理，使表面強(qiáng)化，并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高彈簧的疲勞強(qiáng)度和壽命。彈簧鋼也可進(jìn)行淬火及低溫回火處理，用以制造高強(qiáng)度的耐磨件，如彈簧夾頭、機(jī)床主軸等。滾動(dòng)軸承在工作時(shí)，滾動(dòng)體與內(nèi)、外套圈之間是點(diǎn)接觸或線接觸，接觸應(yīng)力極大；滾動(dòng)或滑動(dòng)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(dòng)軸承材料具有高的硬度和耐磨性、高的疲勞強(qiáng)度、足夠的韌性和一定的耐蝕性。 合金元素鉻的作用是提高淬透性，并形成細(xì)小均勻分布的合金滲碳體，以提高鋼的硬度、接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性。 滾動(dòng)軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和低溫回火。 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(xì)的回火馬氏體、細(xì)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。GCrlGCrl5SiMn鋼是應(yīng)用最多的軸承鋼。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。對(duì)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(qiáng)度、塑性和韌性。 (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。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℃。 低合金刃具鋼的熱處理與碳素工具鋼基本相同。最終熱處理后的組織為細(xì)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(dá)60—65HRC。它的特點(diǎn)是熱硬性高達(dá)600℃，切削時(shí)能長(zhǎng)時(shí)間保持刃口鋒利，故又稱為“鋒鋼”，并且還具有高的強(qiáng)度、硬度和淬透性。 1．高速鋼的成分特點(diǎn) 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。釩是強(qiáng)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(dá)83～85HRC) ，從而提高鋼的硬度和耐磨性。 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(xué)性能，特別是韌性。鍛造比最好大于10，鍛后 必須緩冷，以免開裂。 (1) 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。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。 (3) 回火。 在此溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，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(shí)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。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(dá)63～ 66HRC。 W18Cr4V 是我國(guó)發(fā)展最早的高速鋼，其特點(diǎn)是熱硬性較高，過(guò)熱敏感性較小，加工性好。 W9M03Cr4V 鋼是近幾年發(fā)展起來(lái)的通用型高速鋼，具有上述兩種鋼的共同優(yōu)點(diǎn)，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(lái)愈廣泛的應(yīng)用。 (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。冷作模具鋼的化學(xué)成分、熱處理特點(diǎn)基本上與刃具鋼相似。如T10A、9SiCr、CrWMn、9Mn2V 等。 對(duì)于大型模具常用 Cr12 型鋼制造。 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。 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。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。 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(dòng)所產(chǎn)生的強(qiáng)烈摩擦力，同時(shí)還受到反復(fù)的加熱和冷卻。 熱作模具鋼一般是中碳合金鋼，其ωc = ％～％，以保證鋼具有高強(qiáng)度、高韌性、較高的硬度(35～52HRC)和較高的熱疲勞強(qiáng)度。 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。 制作熱壓模的常用鋼為3Cr2W8V鋼。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(qiáng)度和韌性，同時(shí)還要求熱處理變形小等。 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(dòng)軸承鋼 (如9SiCr、CrCrWMn、GCrl5等) 制造。 對(duì)于精度要求高的量具，為保證尺寸穩(wěn)定性，常在淬火后立即進(jìn)行一次冷處理，以降低組織中的殘余奧氏體量。有時(shí)在磨削加工后，還要在120～150℃保溫8h進(jìn)行二次穩(wěn)定化處理，以消除磨削產(chǎn)生的殘余內(nèi)應(yīng)力，從而進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸。馬氏體不銹鋼只在氧化性介質(zhì)中耐腐蝕，在非氧化性介質(zhì)中耐蝕性很低，而且隨鋼中含碳量的增多，耐蝕性下降。如汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥和醫(yī)療器械等。 馬氏體不銹鋼的熱處理：用作高強(qiáng)零件時(shí)進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，如1Crl2Crl3；用作彈性元件時(shí)進(jìn)行淬火和中溫回火處理；用作工具和刃具時(shí)進(jìn)行淬火和低溫回火處理。 這類鋼由于碳含量降低，鉻含量又較高，使鋼從室溫加熱到高溫 (960～1100℃) ，其組織始終是單相鐵素體，故其耐腐蝕性(對(duì)硝酸、氨水等) 和抗氧化性 (在700℃以下) 均較好。因此，主要用于要求較高耐腐蝕性而受力不大的構(gòu)件，如化工設(shè)備中的容器、管道，食品工廠的設(shè)備等。這類