合金钢

心部：M回 +少量F
渗碳淬火后的表层组织
表层：M回+颗粒状碳化物+Ar(少量)；
5、常用钢号及用途
低淬透性钢： 20、20Cr。
活塞销(20Cr)
柴油机凸轮轴
用于受力小的耐 磨件，如柴油机 的活塞销、凸轮 轴等。
中淬透性钢：
20CrMnTi。
用于中等载荷的耐 磨件，如变速箱齿 轮。
高淬透性钢：
② 强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni
③ 细化晶粒: Ti、V
④ 防止第二类回火脆性: W、Mo
调质件（冷却轮）
3、调质件热处理及组织特点
加工工艺路线：下料→锻造→正火（退火） →粗加工→调质→ (表面淬火+低温回 火)→精加工→装配
调质目的：获得良好综合力学性能 整体使用组织：S回 提高表面耐磨性：
用及热处理同调质钢。
使用组织: S回
凸缘模
⑵ 热压模、压铸模钢
典型钢号：3Cr2W8V； 中碳(0.3~0.4%C) ，为过共
析钢。 合金作用与热处理同高速钢。 淬火+三次560℃回火后组织：
M回+ 合金碳化物 +Ar(少量)
压铸工艺
型板压铸模
汽车四缸压铸模
第4节 特殊性能钢
特殊性能钢是 指具有特殊物理、 化学性能的钢。 本节只介绍不锈 钢和耐热钢。
① 提高淬透性：
Cr、Mn、Ni、B
② 强化铁素体：
Cr、Mn、Ni
高精密 独立导
③ 细化晶粒：
柱
W、Mo、Ti、V
渗碳件
3、渗碳钢热处理特点
加工工艺路线：下料→锻造→正火→机加工 →渗碳→淬火+低温回火→精加工
正火目的为调整硬度，便于切削加工。 淬火温度一般为
Ac1+30-50℃。
4、使用状态下组织
⑵ 合金元素：以Cr为主,加 入Mn、Si。
Cr、Mn、Si的主要作用是 推力球轴承 提高淬透性。
Cr还提高耐磨性（形成合 金渗碳体）和耐蚀性。
Cr>1.65%→Ar增加→硬度
和稳定性下降。
滚针
轴承
3、热处理和组织特点
滚动轴承钢是过共析钢。
⑴ 热处理：
球化退火+淬火+低温回火
⑵ 组织：
M回+颗粒状碳化物+Ar 淬火后进行冷处理, 可以
③ 另外加Cu、P可提高耐蚀性。
3、热处理：
低合金高强钢合金元素细化晶粒作用
大多数热轧态使用；
少数可用正火处理。
4、使用组织：F+P
5、用途：
Q345钢(16Mn)综合性能 南京长江大桥 好，用于船舶、桥梁、 车辆等大型钢结构。
Q390钢含V、Ti、Nb， 强度高，用于中等压力 的压力容器。
提高表面质量的方法: ① 防止表面脱碳；
② 避免表面缺陷； ③ 进行喷丸处理，使表 面产生压应力。
板 簧 喷 丸 处 理 示 意 图
5、常用钢号及用途
Si、Mn弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制 造较大截面弹簧。
Cr、V弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大 载荷、耐热的弹簧。
汽车板簧
W18Cr4V钢的淬火组织
3）560℃三次回火目的：
①逐步减少Ar，避免相变应力导致开裂。 ②充分析出W、Mo、V的碳化物，产生二次
硬化。
高速钢硬度与回火温度关系
4、使用状态下组织 M回+ 颗粒状碳化物 + Ar（少量）
W18Cr4V钢淬火、回火后的组织
5、常用钢号及用途 常用钢号：W18Cr4V(18-4-1)
② 提高s/b：Si ③ 细化晶粒：V
汽车弹簧
3、热处理及组织特点
⑴ 冷成型弹簧：冷拔→
冷成型→(250~300℃)定
型处理。
用于<φ10mm弹簧。
冷卷螺旋压缩弹簧
汽车板簧淬火线
⑵ 热成型弹簧：
热成型→淬火+中温回火
使用状态下的组织：T回
用于大截面弹簧(>φ10mm)
4、弹簧的表面质量
弹簧的表面质量对其 寿命影响很大。
不锈钢
在腐蚀介质中具有耐 蚀性能的钢。
的 化 裂解管内
腐工 蚀管
道
壁的高温 腐蚀减薄
㈠ 金属的腐蚀
金属的腐蚀分化学腐 蚀和电化学腐蚀。
化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。
减少Ar、稳定尺寸。
轴承生产车间
4、常用钢号及用途
应用最广的是GCr15，大量用 于大中型轴承；
大型轴承用GCr15SiMn。 还可用于制造模具、量具等.
滚针轴承
滚柱轴承
滚珠轴承
向心球 轴承
大 型 轴 承
第3节 合金工具钢
按用途分为: 刃具钢 刃具
模具钢
量具钢
模
具
பைடு நூலகம்量具
一、刃具钢
切削加工
用来制造各 种切削刀具 的钢种。
铬对奥氏体相区的影响
例3、Ni > 27% → 奥氏体钢； 9%Ni+18%Cr→奥氏体钢。
例4、Cr > 17% → 铁素体钢。
3）影响钢的热处理温度
Ac1、Ac3、Accm上升； 因此，合金钢热处理加热温度比
碳钢高。
三、合金元素对钢热处理的影响 1、细化晶粒 减缓奥氏体的形成过程。 阻碍奥氏体晶体晶粒长大。
W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。 用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣
刀、钻头等。
高速钢铣刀
车刀
铣刀
二、模具钢
制造冷、热模具的钢。 （一）冷作模具钢 制造冷成型模具钢种。 1、性能要求 ⑴ 高硬度和耐磨性。 ⑵ 足够的强度和韧性。 ⑶ 良好的工艺性能（淬
透性、切削加工性等）
汽车冲压模具
2、常用钢种 ⑴ 小尺寸、形状简单、受力
表面淬火或氮化。
表面使用组织：M回和氮化物。调质处理车间
4、常用钢号及用途
低淬透性钢：45、40Cr
D0油<30~40mm, 用于制 造较小的齿轮、轴、螺 栓等。
中淬透性钢：35CrMo
D0油≈40~80mm，用于 制造大中型零件。
柴油机凸轮轴
高淬透性钢：40CrNiMo 单缸汽车曲轴
D0油>80mm, 用于制造大截面 重载荷零件，如曲轴等。
大
桥
增压柴油机曲轴
一、低合金高强度结构钢
1、性能要求
⑴ 高强度及足够韧性。 ⑵ 良好的焊接性能。 ⑶ 良好的耐蚀性及低
的韧脆转变温度。
2、成分特点
⑴ 低碳：≤0.2%C. ⑵ 合金元素：主加Mn，少量V、Ti、Nb等。
① Mn：强化铁素体；增加珠光体的量。
② V、Ti、Nb等：细化晶粒和弥散强化。
较渗碳体稳定，硬 度也较高。
3）形成“特殊碳化物”
与碳亲合力很强的碳化物元素， 倾向于形成特殊碳化物。
具有更高的溶点、硬度与耐磨性，
而且更稳定。
钢中碳化物
如TiC、VC、 W2C等。
二、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响 1、使S点、E点左移
使含碳量小于0.77%的钢成为过共析钢。
例1、餐具厂用4Cr13钢制作餐 刀是由于大量Cr的加入使S点 左移，虽然它的平均含碳量为 0.4%，但已是过共析钢了。
大型热卷弹簧
六、滚动轴承钢
用于制造轴承套和滚动体的钢。
1、性能要求
轴承工作时, 承受接触应力(达
3000~3500MPa)、周期性交变载
荷(频率达数万次/分)和摩擦。
圆柱滚 子轴承
⑴ 高硬度和耐磨性。
⑵ 高的b和接触疲劳强度。 ⑶ 足够的韧性、淬透性和耐蚀性。 自动调
心球轴承
2、成分特点
⑴ 高碳：0.95~1.10%C
二次硬化的原因：
钢中加入强碳化物形成元素 以后，在500～600℃回火时，从 马氏体中析出与母相保持共格关 系的高度弥散的特殊碳化物（如 Mo2C，W2C，VC等）使硬度反而上 升。
（3）出现第二类回火脆性
镍铬钢在450～650℃回火后， 缓慢冷却会出现冲击韧度剧烈下 降的现象。
产生的原因： 镍、铬造成杂质在晶界偏析。
③ 常用钢号
Cr12、Cr12MoV。 用于制造冷冲模、
挤压模等。
汽车外板冷冲模
（二）热作模具钢
制造使加热金属或液 态金属成型模具钢种。
1、性能要求
⑴ 高温下良好的综合 力学性能。
⑵ 抗热疲劳性能。 ⑶ 高的淬透性和良好
的导热性。
曲轴模具
热模锻曲轴毛 坯
2、常用钢种
⑴ 热锻模钢
5CrNiMo：大型热锻模；热镦模 5CrMnMo：中小型热锻模。 成分特点：合金元素作
第六章 合金钢
第1节 合金元素在钢中的作用
一、对钢中基本相的影响
1、形成合金铁素体
与碳亲合力很弱的合金元 素，溶入铁素体内形成合 金铁素体，起“固溶强化” 作用。
Si、Mn对强度、硬度提高 显著。
Cr、Ni在适当范围内提高 韧性。
对铁素体冲击韧性影响
2）形成“合金渗碳体”
与碳亲合力较强的 合金元素，一般能 够置换渗碳体中的 铁原子而形成合金 渗碳体。
制造高速切削刃具用钢。高速钢形材
1、性能特点
高热硬性、高淬透性。
2、成分特点
⑴ 高碳: 0.70~1.5%C。
⑵ 合金元素作用
① 提高淬透性：Cr。
高速钢冷轧钢带
② 提高热硬性、耐磨性: W、Mo、V。
3、加工与热处理
加工工艺路线：下料→锻造→球化 退火→ 机加工→淬火→三次560℃ 回火→磨削。
2、增加钢的淬透性
合金元素均使C曲线右移，增加钢 的淬透性。
合金元素均使Ms点、Mf点下移， 使钢在淬火后残余奥氏体量增多。
3、对钢回火转变的影响 （1）增大回火抗力（回火稳定性）
例如：
因此，在硬度相同的条件下： 合金钢的回火温度>碳钢； 内应力消除得更充分； 韧性也更高。
（2）产生二次硬化现象
低合金工具钢制品
② 提高耐回火性：Si。 ③ 提高耐磨性、细化晶粒: W、V。
2、热处理及组织
油淬 + 低温回火。
使用组织：M回+颗粒状
碳化物+Ar(少量)
丝
板牙
锥
3、常用钢号及用途 低合金工具钢扳手
主要牌号：9SiCr。
用于制造形状复杂、 变形小的中低速刃具， 如丝锥、板牙等。
（三）高速钢（俗称风钢）
高速钢是莱氏体钢， 脆性大，且无法热 处理改善。
W18Cr4V钢的铸态组织
W18Cr4V钢热处理工艺示意图
1）锻造目的：打碎粗大的鱼骨状 碳化物，使其均匀分布于基体中。
W18Cr4V钢的退火组织
2）高温淬火(>1200℃)目的:
获得高合金元素含量M，为二次硬化准备。 淬火后组织：
M + 未溶碳化物(~10%) + Ar(~20%)
防止措施： 小零件：回火后快冷。 大零件：加W1%或Mo0.5%。
合金元素的作用总结
合金钢优点
透性好，可油淬，变形小； 红硬性（回火稳定性）高； 屈强比高：0．85~0.9; 可节省20~30％材料； 可制作大尺寸、复杂、高强零件。
第2节 合金结构钢
轮汽
铜 陵 长
车 变 速
江
箱
公
齿
路
（一）性能要求
1、高硬度：HRC≥60 2、高耐磨性：高硬度
和细小碳化物。 3、高热硬性：高温下
保持高硬度的能力。 4、足够的韧性 以防
止脆断和崩刃。
切削加工的基本形式
（二）低合金工具钢
在碳素工具钢基础上加入少量合金元素。
1、成分特点：
⑴ 高碳：0.75~1.5%C ⑵ 合金元素作用 ① 提高淬透性:Cr、Mn、Si。
不大的模具： 可用碳素工 具钢和低合金工具钢制造。 ⑵ 截面、受力大的冷模具： Cr12钢 用Cr12型冷作模具钢制造。
① 成分特点：高碳高铬。 Cr 提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。 冷冲压件
② 加工及热处理：
最终热处理为：淬火 + 低温回火 使用组织：M回+合金碳化物+Ar(少量)
合金结构钢曲轴
五、弹簧钢
制造弹簧等零件的钢种。
1、性能要求
弹簧是利用弹性变形储存 能量或缓和冲击的零件。
⑴ 高的σs，σs/σb； 高的σ-1；足够的韧性。
⑵ 高的淬透性。
2、成分特点
⑴ 中高碳：
碳素弹簧钢为0.6~0.9%C
合金弹簧钢为0.45~0.7%C
⑵ 合金元素作用：
弹簧丝
① 提高淬透性、强化铁素体： Mn、Si、Cr
Q460钢含Mo、B，强度 高,用于石化中温高压 容器。
二、渗碳钢
渗
制造渗碳零件的钢种。
碳 炉
1、性能要求
⑴ 表面具有高硬度、 高耐磨性，心部具有 足够的韧性和强度， 即“表硬里韧”。
⑵ 良好的热处理性能, 如淬透性和渗碳能力。
渗碳件—传动齿轮
2、成分特点
⑴ 低碳：0.1~0.25%C
⑵ 合金元素作用：
18Cr2Ni4WA。
用于大载荷的耐磨 件，如柴油机曲轴。
汽 车 变 速 箱 齿 轮 增压柴油机曲轴
四、调质钢 调质件（螺杆）
调质后使用的钢种。
1、性能要求
⑴ 良好的综合力学性 能。
⑵ 良好的淬透性。
2、成分特点
⑴ 中碳：0.3~0.5%C
⑵ 合金元素作用：
破碎机主轴
① 提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B
另外，绝大多数合金元素的加入 使E点左移，致使含碳量小于 2.11%的钢中出现莱氏体（称这类 钢为莱氏体钢）。
例2、高速钢W18Cr4V中的平均含 碳量为0.7%～0.8%，但它属于莱 氏体钢。
2、扩大或缩小γ区
当加入量达一定值时，可能使室温下 的组织成为单相奥氏体或单相铁素体。
锰对奥氏体相区的影响