金属材料学：16机械制造结构钢
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提高钢的淬透性，要加入合金元素 （低） Ni→Si→Cr→Mo→Mn→B （高） C 决定了钢的淬硬性。
六. 钢种
调质钢 低温回火状态使用的结构钢(低碳马氏体钢/低合金超
高强度钢) 高合金超高强度钢-无碳马氏体时效钢 轴承钢 渗碳钢 氮化钢 弹簧钢 易切削钢 高锰钢
3. 2 调质钢
强度； 并且，阻碍α再结晶，能保持细小的晶块结构，使α相保持强度；
韧性: Mn Ni有益，Si P有害，Cr Mo V影响不大。
合金调质钢的高温回火脆性
1.磷、锡、锑、砷等，在原奥氏体晶界的平衡偏聚引起晶界脆化， 是产生高温回火脆性的直接因素。
2. Cr、Mn、Ni、Si等是强烈促进钢的高温回火脆化倾向的; Mo、W和Ti可减轻合金调质钢感受高温回火脆性。 稀土元素能和杂质元素形成稳定化合物，可大大降低甚至消除钢 的高温回火脆性。稀土元素和Mo进行复合微合金化，效果更佳。
合金元素主要有Mn, Si, Cr, Ni, Mo, W, V, Nb, Ti, Al, B等；
镇静钢；优质或高级或特级优质钢。
四. 强化方式
四种基本强化形式 细晶强化 沉淀强化 固溶强化 加工强化
马氏体相变强化
五. 热处理
一般都要通过热处理（淬火+回火） 1）马氏体回火后比F+P具有较好的综合室温机械性能; 2）淬透的零件比未淬透的零件具有较好的机械性能。
钢中的Mn、Cr等是促进低温回火脆化的元素 ; Mo能改善低温回火脆性，但不能消除； Si、Al推迟ε-Fe2.4C向Fe3C 转变，将低温回火脆化温度范围 推向350 ℃以上。
防止低温回火脆性的措施： (1)避免在温度范围内回火。 (2)生产高纯钢，降低杂质含量。 (3)加入硅推迟脆化温度范围，使钢的回火温度可提高到 320℃
调质钢的不足：
1）没有利用马氏体精细结构强化作用； 2）碳化物的弥散强化作用也没有充分体现。
应用： 在要求良好的综合机械性能，尤其是需要较高的（冲击） 韧性时，采用中C钢的调质处理才正能发挥其优势。
3. 3 低温回火状态使用的结构钢
一. 钢种
这类钢是在淬火后低温回火（150℃~250℃）后使用的 中、低碳合金钢
概念 成分、合金化与分类 组织 热处理 性能
一. 调质钢的概念
结构钢在淬火与高温回火（500-650℃）后具有良好 的综合力学性能，有较高的强度，良好的塑性和韧 性。适用于这种热处理的钢种称为调质钢。
二. 调质钢的成分、合金化
成分
0.30~0.50%C的C钢或中、低合金钢。
合金化 Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, Al, B
低温回火脆性
淬火钢在250-350℃范围内有低温回火脆性，2个方面的原因：
① 在这个温度范围内，ε-Fe2.4C溶解，Fe3C在马氏体板条边界和原奥 氏体晶界析出，呈连续薄片状，在冲击下沿马氏体板条边界裂开， 产生穿晶断裂。
② 杂质元素磷、锡、锑等在淬火加热时发生在奥氏体晶界的偏聚，经 淬火后杂质元素被冻结在原奥氏体晶界。
三. 低碳马氏体钢
20MnVB、18Cr2Ni4WA。
四. 低合金超高强度结构钢
1. 概念
调质钢成分为基础 + 合金化 + 淬火与低温回火 组织：回火M或下B
凡含合金元素总量不超过5%，用回火M或下B作为其使用组织，经 过热处理后 抗拉强度大于1400 MPa （或屈服强度大于 1250MPa）的中碳低合金钢，均可称为低合金超高强度钢。
1） 低碳马氏体钢； 2） 0.27-0.45%C的低合金超高强度钢； 3） 滚动轴承钢、渗碳钢等。
二. 低温回火钢组织与性能
成分：C量较宽，合金元素综合合金化，提高淬透性； 组织：回火M（未渗透：有B，P或F）
位错马氏体和孪晶马氏体两类 两者强度相当，前者韧性较好 强化：碳在过饱和α相中的固溶强化； ε-Fe2.4C与基体共格产生的沉淀强化； 马氏体相变的冷作硬化 韧化: Mn Cr Mo Ni提高韧性，降低韧脆转化温度;V细 化奥氏体晶粒,改善韧性.
依据 不同成分的调质钢只要其淬透性相当，当淬火及高温 回火后，其性能相近 。
碳素调质钢和合金调质钢
四.调质钢的组织与性能
回火S或回火T; 具有良好综合力学性能，尤其是冲击韧性。
强度（屈强：700-1200MPa）
碳含量在0.3%-0.5%之间，保证足够多的弥散碳化物。 Si Mn Ni溶于α相，起固溶强化作用。 Cr, Mo, W, V 可阻碍碳化物在高温回火时聚集长大，使钢保持高
(3) 对于无法避免在脆化回火温度范围内回火或无法在高温回火后进行 快冷的零件，应采用含Mo钢种，并尽可能地降低钢中的磷、锡、 锑、砷等的含量；
(4) 对于已经感受高温回火脆性的钢，可以重新加热到650℃后快冷，使 钢恢复到韧性状态。
常用的具有代表性的调质钢有：45、40Cr、40CrNiMo等。
五. 调质钢的应用
合金元素作用： 提高淬透性（主要作用） 固溶强化；细晶强化； 弥散强化
三. 调质钢的种类与分级
常用调质钢按淬透性大小可分为几级： 1）40，45，45B 2）40Cr，45Mn2, 45MnB, 35MnSi 3）35CrMo, 42MnVB, 40MnMoB ，40CrNi 4）40CrMnMo, 35SiMn2MoV，40CrNiMo
要避免钢发生高温回火脆化，或者减轻钢高温回火脆化的程度，可以 采用下列措施：
(1) 避免在容易发生高温回火脆化的温度范围内百度文库火；如不能避免，则 尽可能缩短在这温度范围内的回火时间；
(2) 如回火温度正在脆化温度范围内或是在脆化温度范围以上，则零件 在回火后采用油冷或水冷；或先将工件油冷或水冷到400℃，然后再 移人炉内冷却(以消除在回火冷却时间所引起的内应力)；
第三章 机械制造结构钢
3.1 概 述
一. 基本概念
用来制造各种机械零件的钢种。 如轴类、齿轮、连杆、弹簧、轴承和紧固件等.
二. 工作条件与性能要求
综合力学性能； 良好的加工性能； 良好的切削加工性能； 一定的耐腐蚀性能。
三. 成分与合金化
C 含量大部分在0.08- 0.70%之间, 合金元素 总量一般不超过5%。少量例外；
六. 钢种
调质钢 低温回火状态使用的结构钢(低碳马氏体钢/低合金超
高强度钢) 高合金超高强度钢-无碳马氏体时效钢 轴承钢 渗碳钢 氮化钢 弹簧钢 易切削钢 高锰钢
3. 2 调质钢
强度； 并且，阻碍α再结晶，能保持细小的晶块结构，使α相保持强度；
韧性: Mn Ni有益，Si P有害，Cr Mo V影响不大。
合金调质钢的高温回火脆性
1.磷、锡、锑、砷等，在原奥氏体晶界的平衡偏聚引起晶界脆化， 是产生高温回火脆性的直接因素。
2. Cr、Mn、Ni、Si等是强烈促进钢的高温回火脆化倾向的; Mo、W和Ti可减轻合金调质钢感受高温回火脆性。 稀土元素能和杂质元素形成稳定化合物，可大大降低甚至消除钢 的高温回火脆性。稀土元素和Mo进行复合微合金化，效果更佳。
合金元素主要有Mn, Si, Cr, Ni, Mo, W, V, Nb, Ti, Al, B等；
镇静钢；优质或高级或特级优质钢。
四. 强化方式
四种基本强化形式 细晶强化 沉淀强化 固溶强化 加工强化
马氏体相变强化
五. 热处理
一般都要通过热处理（淬火+回火） 1）马氏体回火后比F+P具有较好的综合室温机械性能; 2）淬透的零件比未淬透的零件具有较好的机械性能。
钢中的Mn、Cr等是促进低温回火脆化的元素 ; Mo能改善低温回火脆性，但不能消除； Si、Al推迟ε-Fe2.4C向Fe3C 转变，将低温回火脆化温度范围 推向350 ℃以上。
防止低温回火脆性的措施： (1)避免在温度范围内回火。 (2)生产高纯钢，降低杂质含量。 (3)加入硅推迟脆化温度范围，使钢的回火温度可提高到 320℃
调质钢的不足：
1）没有利用马氏体精细结构强化作用； 2）碳化物的弥散强化作用也没有充分体现。
应用： 在要求良好的综合机械性能，尤其是需要较高的（冲击） 韧性时，采用中C钢的调质处理才正能发挥其优势。
3. 3 低温回火状态使用的结构钢
一. 钢种
这类钢是在淬火后低温回火（150℃~250℃）后使用的 中、低碳合金钢
概念 成分、合金化与分类 组织 热处理 性能
一. 调质钢的概念
结构钢在淬火与高温回火（500-650℃）后具有良好 的综合力学性能，有较高的强度，良好的塑性和韧 性。适用于这种热处理的钢种称为调质钢。
二. 调质钢的成分、合金化
成分
0.30~0.50%C的C钢或中、低合金钢。
合金化 Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, Nb, Ti, Al, B
低温回火脆性
淬火钢在250-350℃范围内有低温回火脆性，2个方面的原因：
① 在这个温度范围内，ε-Fe2.4C溶解，Fe3C在马氏体板条边界和原奥 氏体晶界析出，呈连续薄片状，在冲击下沿马氏体板条边界裂开， 产生穿晶断裂。
② 杂质元素磷、锡、锑等在淬火加热时发生在奥氏体晶界的偏聚，经 淬火后杂质元素被冻结在原奥氏体晶界。
三. 低碳马氏体钢
20MnVB、18Cr2Ni4WA。
四. 低合金超高强度结构钢
1. 概念
调质钢成分为基础 + 合金化 + 淬火与低温回火 组织：回火M或下B
凡含合金元素总量不超过5%，用回火M或下B作为其使用组织，经 过热处理后 抗拉强度大于1400 MPa （或屈服强度大于 1250MPa）的中碳低合金钢，均可称为低合金超高强度钢。
1） 低碳马氏体钢； 2） 0.27-0.45%C的低合金超高强度钢； 3） 滚动轴承钢、渗碳钢等。
二. 低温回火钢组织与性能
成分：C量较宽，合金元素综合合金化，提高淬透性； 组织：回火M（未渗透：有B，P或F）
位错马氏体和孪晶马氏体两类 两者强度相当，前者韧性较好 强化：碳在过饱和α相中的固溶强化； ε-Fe2.4C与基体共格产生的沉淀强化； 马氏体相变的冷作硬化 韧化: Mn Cr Mo Ni提高韧性，降低韧脆转化温度;V细 化奥氏体晶粒,改善韧性.
依据 不同成分的调质钢只要其淬透性相当，当淬火及高温 回火后，其性能相近 。
碳素调质钢和合金调质钢
四.调质钢的组织与性能
回火S或回火T; 具有良好综合力学性能，尤其是冲击韧性。
强度（屈强：700-1200MPa）
碳含量在0.3%-0.5%之间，保证足够多的弥散碳化物。 Si Mn Ni溶于α相，起固溶强化作用。 Cr, Mo, W, V 可阻碍碳化物在高温回火时聚集长大，使钢保持高
(3) 对于无法避免在脆化回火温度范围内回火或无法在高温回火后进行 快冷的零件，应采用含Mo钢种，并尽可能地降低钢中的磷、锡、 锑、砷等的含量；
(4) 对于已经感受高温回火脆性的钢，可以重新加热到650℃后快冷，使 钢恢复到韧性状态。
常用的具有代表性的调质钢有：45、40Cr、40CrNiMo等。
五. 调质钢的应用
合金元素作用： 提高淬透性（主要作用） 固溶强化；细晶强化； 弥散强化
三. 调质钢的种类与分级
常用调质钢按淬透性大小可分为几级： 1）40，45，45B 2）40Cr，45Mn2, 45MnB, 35MnSi 3）35CrMo, 42MnVB, 40MnMoB ，40CrNi 4）40CrMnMo, 35SiMn2MoV，40CrNiMo
要避免钢发生高温回火脆化，或者减轻钢高温回火脆化的程度，可以 采用下列措施：
(1) 避免在容易发生高温回火脆化的温度范围内百度文库火；如不能避免，则 尽可能缩短在这温度范围内的回火时间；
(2) 如回火温度正在脆化温度范围内或是在脆化温度范围以上，则零件 在回火后采用油冷或水冷；或先将工件油冷或水冷到400℃，然后再 移人炉内冷却(以消除在回火冷却时间所引起的内应力)；
第三章 机械制造结构钢
3.1 概 述
一. 基本概念
用来制造各种机械零件的钢种。 如轴类、齿轮、连杆、弹簧、轴承和紧固件等.
二. 工作条件与性能要求
综合力学性能； 良好的加工性能； 良好的切削加工性能； 一定的耐腐蚀性能。
三. 成分与合金化
C 含量大部分在0.08- 0.70%之间, 合金元素 总量一般不超过5%。少量例外；