1、1普通碳素結(jié)構(gòu)鋼2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼3碳素工具鋼4鑄鋼n1按合金元素含量分n合金鋼可分為低合金鋼（合金總含量wE10 %）。n2按正火或鑄造狀態(tài)的組織類型分n合金鋼可分為珠光體鋼、馬氏體鋼、鐵素體鋼、奧氏體鋼及萊氏體鋼。n3按主要用途分1.強化鐵素體2.形成合金滲碳體和特殊化合物3.合金元素對FeFe3C相圖的影響n 鋼中與碳親合力很弱的非碳化物形成元素，如Si、Mn、Ni、Al、Co等都能溶于鐵素體而形成合金鐵素體，引起鐵素體晶格畸變，產(chǎn)生固溶強化，使鐵素體的強度硬度提高、但塑性、韌性則呈下降趨勢，如圖31所示 n 鋼中與碳親合力較強的碳化物形成元素，如Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等(按

2、與碳親和力由弱到強的順序排列) 在鋼中能形成碳化物；也有少部分溶于鐵素體n 合金鋼中的碳化物有合金滲碳體(如(Fe，Mn)3C、(Fe，Cr)3C等)、合金碳化物(如Mn3C、Cr7C、Fe3W3C等)、特殊碳化物(如WC、MoC、VC、TiC等)n 合金碳化物的穩(wěn)定性比合金滲碳體高，特殊碳化物的穩(wěn)定性最高。穩(wěn)定性愈高的碳化物愈難溶入奧氏體，也不易聚集長大，而且其溶點和硬度亦愈高。隨著這些碳化物數(shù)量的增多能顯著提高鋼的強度、硬度、熱硬性和耐磨性。n合金元素加入鋼中，使FeFe3C相圖的相變溫度及相變點的位置發(fā)生變化。Ni、Mn、Co、C、N、Cu等合金元素使A3線下降，區(qū)范圍擴大。當(dāng)其含量足夠

3、高時，可使區(qū)域擴大至室溫，即在室溫下也保持為奧氏體組織，這類鋼又稱奧氏體鋼，如n13、1Cr18Ni9等均為奧氏體鋼。圖32是錳對FeFe3C相圖的影響。nSi、Cr、V、Ti、W、Mo等合金元素使 3線上升，即使區(qū)域范圍縮小，區(qū)域范圍 增大。當(dāng)這些元素含量足夠高時，可以在室溫與高溫下均保持為鐵素體組織，這類鋼又稱為鐵素體鋼，如Cr 17、 Cr 25、Cr 28等不銹鋼均屬于鐵素體鋼n圖33為鉻對FeFe3C相圖的影響n所有的合金元素都使FeFe3C相圖中的點和點向左移n點和點左移，使共析和共晶成分中的含碳量減少，原來是亞共析碳鋼的可能變成共析或過共析組織；含碳量c2.11的鋼中出現(xiàn)萊氏體，

4、例如高速鋼(c0.7一0.8)，但在鑄態(tài)組織中就有萊氏體，故又稱萊氏體鋼1合金結(jié)構(gòu)鋼的編號2普通低合金結(jié)構(gòu)鋼3滲碳鋼4調(diào)質(zhì)鋼5彈簧鋼6滾動軸承鋼1合金工具鋼的分類及編號2刃具鋼3模具鋼4量具鋼n標(biāo)注方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相似，基本組成為“一 位數(shù)字（或無數(shù)字）+元素符號+數(shù)字+”，其平均含碳量是用質(zhì)量分數(shù)的千倍（wC1000）表示，而且，當(dāng)碳質(zhì)量wC1.0%時，鋼號中不標(biāo)出，如9SiCr鋼（成分：C0.9%，wSi1.5% ，wCr1.5%）；CrWMn鋼（wC1.0%，wCr、 wW 、wMn均1.5%）。n高速鋼，如W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等，它們的碳質(zhì)量分數(shù)均1.0%，但不標(biāo)明其數(shù)

5、字；合金元素含量與合金工具鋼的標(biāo)注方法相同，如W18Cr4V鋼的成分為：C0.7%0.8%，W18%，Cr4%，wC1.5%。n合金工具鋼均屬于高級優(yōu)質(zhì)鋼，但鋼號后不加“A”字。n屬于這一編號方法的鋼種還有不銹鋼、奧氏體型和馬氏體型耐熱鋼 n根據(jù)刃具的工況條件，刃具鋼應(yīng)該具有高硬度、高耐磨性、高彎曲強度和足夠的韌性，高熱穩(wěn)定性n用于刃具的材料有碳素工具鋼、低合金工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金等n（1）低合金工具鋼n為了克服碳素工具鋼淬透性差、易變形和開裂、及熱硬性差等缺點。在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素，一般不超過3%5%（質(zhì)量分數(shù)），就形成了低合金工具鋼。n低合金工具鋼中wC=0.75%1

6、.50%，高的含碳量可保證鋼的高硬度及形成足夠的合金碳化物，提高耐磨性n合金元素的作用主要是為了保證鋼具有足夠的淬透性n鋼中常加入的合金元素有硅、錳、鉻、鉬、鎢、礬等n其中硅、錳、鉻、鉬的主要作用是提高淬透性；硅、錳、鉻可強化鐵素體n鉻、鉬、鎢、礬查可細化晶粒使鋼進一步強化，提高鋼的強度n作為碳化物形成元素鉻、鉬、鎢、礬等在鋼中形成合金滲碳體和特殊碳化物，從而提高鋼的硬度和耐磨性n常用的低合金工具鋼成分、熱處理與用途如表3-11示 根據(jù)模具的工作條件不同，模具鋼一般分為冷作模具和熱作模具鋼兩大類。前者用于制造冷沖模和冷擠壓模等，工作溫度大都接近室溫；后者用于制造熱鍛模和壓鑄模等，工作時型腔表面

7、溫度可高達600以上 n量具鋼是用于制造量具的鋼，如卡尺、千分尺、塊規(guī)、塞尺等n對量具鋼的主要性能要求如下：n（1）工作部分有高的硬度和耐磨性，以防止在使用過程中因磨損而失效；組織穩(wěn)定性高，熱處理變形小，在存放和使用過程中尺寸不變，以保證高的尺寸精度；n（2）有良好的磨削加工性。n（3）為了滿足上述高硬度、高耐磨性的要求，一般都采用含碳量高的鋼，通過淬火得到馬氏體。n最常用的量具用鋼為碳素工具鋼和低合金工具鋼n碳素工具鋼由于采用水淬火，淬透性低，變形大，因此常用于制作尺寸小、形狀簡單、精度要求低的量具。常用的碳素工具鋼有T10A、T12A、50、55、60等；也可采用低碳鋼（如 10、15鋼）

8、經(jīng)滲碳熱處理。n低合金工具鋼（包括GCr15等）由于加入了少量的合金元素，提高了淬透性；又由于采用油淬火，減小了變形量。合金元素在鋼中形成合金滲碳體，提高了鋼的耐磨性。在這類鋼中，GCr15用得最多，這是由于滾動軸承鋼本身也比較純凈，鋼的耐磨性和尺寸穩(wěn)定性都較好n還可采用低變形鋼，如鉻錳鋼、鉻鎢錳鋼等。這種鋼由于含錳，可使Ms點降低，淬火后的殘留奧氏體增加，因而造成鋼的淬火變形減少，有低變形鋼之稱 特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的鋼，它的種類很多，其中最主要的是不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等 1不銹鋼2耐熱鋼3耐磨鋼n不銹鋼（又稱為不銹耐酸鋼）是指能抵抗大氣或酸等化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼(1) 金屬

9、腐蝕的一般概念n金屬腐蝕通常可分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕兩種類型n化學(xué)腐蝕是金屬在干燥氣體或非電解質(zhì)溶液中的腐蝕，腐蝕過程不產(chǎn)生電流，鋼在高溫下的氧化屬于典型的化學(xué)腐蝕n電化學(xué)腐蝕是金屬與電解質(zhì)溶液接觸時所發(fā)生的腐蝕，腐蝕過程中有電流產(chǎn)生，鋼在室溫下的銹蝕主要屬于電化學(xué)腐蝕n化學(xué)腐蝕除了鋼的高溫氧化外，鋼的脫碳、鋼在石油中的腐蝕、氫和含氫氣體對普通碳鋼的腐蝕等都屬于化學(xué)腐蝕n大部分金屬的腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕，這類腐蝕是由于金屬在電解質(zhì)中發(fā)生了電化學(xué)作用，這種作用是由于形成了原電池n當(dāng)兩種互相接觸的金屬放入電解質(zhì)溶液時，由于兩種金屬的電極電位不同，彼此之間就形成一個微電池，并有電流產(chǎn)生n電極電位低

10、的金屬為陽極，電極電位高的金屬為陰極，陽極的金屬將不斷被溶解，而陰極金屬就不被腐蝕n對于同一種合金，由于組成合金的相或組織不同，也會形成微電池，造成電化學(xué)腐蝕n例如：n鋼組織中的珠光體，是由鐵素體和滲碳體兩相組成的，在電解質(zhì)溶液中就會形成微電池，由于鐵素體的電極電位低，為陽極，就被腐蝕。而滲碳體的電極電位高，為陰極而不被腐蝕，如圖3-4所示n在觀察碳鋼的顯微組織時，要把拋光的試樣磨面放在硝酸酒精溶液中的浸蝕，使鐵素體腐蝕后，才能在顯微鏡下觀察到珠光體的組織，就是利用電化學(xué)腐蝕的原理實現(xiàn)的 n在發(fā)動機、化工、航空等部門有很多零件是在高溫下工作，要求具有高和耐熱性的鋼稱為耐熱鋼耐熱鋼的一般概念n鋼

11、的耐熱性包括高溫抗氧化性和高溫強度兩方面的涵義n金屬的高溫抗氧化性是指金屬在高溫下對氧化作用的抗力；而高溫強度是指鋼在高溫下承受機械負荷的能力n所以耐熱鋼是高溫抗氧化性能好、高溫強度高的鋼。1）高溫抗氧化性n金屬的高溫抗氧化性，通常主要取決于金屬在高溫下與氧接觸時，表面能形成致密且熔點高的氧化膜，以避免金屬的進一步氧化的能力n一般碳鋼在高溫下很容易氧化，這主要是由于在高溫下鋼的表面生成疏松多孔的氧化亞鐵FeO，容易剝落，而且氧原子不斷地通過FeO擴散，使鋼繼續(xù)氧化。n為了提高鋼的抗氧化性能，一般是采用合金化方法，加入鉻、硅、鋁等元素，使鋼在高溫下與氧接觸時，在表面形成致密的高熔點的Cr2O3、

12、SiO2、Al2O3等氧化膜，牢固地附在鋼的表面，使鋼在高溫氣體中的氧化過程難以繼續(xù)進行n如在鋼中加wCr=15%的Cr，其抗氧化溫度可達900；在鋼中加wCr=20%25%的Cr，其抗氧化溫度可達1100 n磨損是機械工程上廣泛存在的問題，通常有磨料磨損、粘著磨損、表面疲勞磨損等n采用低碳合金鋼經(jīng)滲碳、淬火+低溫回火，可制造要求“外硬內(nèi)韌”的耐磨性較高的零件，如齒輪、銷子等n采用中碳鋼和中碳合金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)和表面淬火可制造要求強度和耐磨性高的零件，如負荷較大的軸類、齒輪等n采用高碳鋼和高碳合金鋼，經(jīng)淬火+低溫回火可制造要求耐磨性更高的零件，如用GCr15制作噴油嘴等。n習(xí)慣上，耐磨鋼主要指在沖

13、擊載荷作用下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼，常見的鋼號是：ZGMn13。在耐磨鋼的成分中Mn與C含量的比值不小于是10，它的具體成分為：wC=0.9%1.4%，wMn=11.5%15%，wS0.05%，wP0.12%，wCr1%，wNi1%，wCu0.3%n此類鋼機械加工比較困難，基本上都是鑄造成形后使用。鑄造成形后，性能主要表現(xiàn)是硬而脆，必須在10501100加熱水冷、保持單一均勻的奧氏體組織、防止碳化物析出，從而使其具有強度、韌性結(jié)合及耐沖擊的優(yōu)良性能。這種處理稱作高錳鋼的水韌處理。n鑄鐵組織中石墨的形成叫做“石墨化”過程。n在鐵碳合金中，碳可能以兩種形式存在，即化合狀態(tài)的滲碳體和游離狀態(tài)的石墨n石

14、墨的晶格形式為簡單六方，如圖1.4-5所示。因其面間距較大，結(jié)合力弱，故其結(jié)晶形態(tài)易發(fā)展成片狀，且強度、塑性和韌性極低，接近于零。n鐵碳合金中，滲碳體并不是一種穩(wěn)定的相，而石墨是一種穩(wěn)定的相。在鐵碳合金結(jié)晶的過程中，因為滲碳體的含碳量較石墨的含碳量更接近合金成分的含碳量，故易形成滲碳體晶核。但在極其緩慢冷卻條件下，或在合金中含有促進石墨化的元素時，在鐵碳合金的結(jié)晶過程中，便會直接自液體或奧氏體中析出石墨相。因此，對鐵碳合金的結(jié)晶過程來說，實際存在兩種相圖，即亞穩(wěn)定狀態(tài)的Fe-Fe3C相圖和穩(wěn)定的Fe-G相圖( 如圖3-6) n1化學(xué)成分的影響n鑄鐵中的碳、硅、錳、硫、磷等元素對石墨化有不同影響

15、n其中碳、硅、磷是促進石墨化的元素，錳和硫是阻礙石墨化的元素n在一般鑄造條件下，鑄鐵中較高的含碳量是石墨化的必要條件，而一定的含硅量是石墨化的充分條件，碳與硅含量越高越易石墨化；若碳、硅含量過低則易出現(xiàn)白口；如果碳、硅含量過高，將導(dǎo)致石墨數(shù)量多且粗大，基體內(nèi)鐵素體量多，鑄鐵的力學(xué)性能下降n2溫度及冷卻速度的影響n鑄件的冷卻速度對石墨化的影響也很大，即冷卻愈慢，愈有利于擴散，對石墨化便愈有利，而快冷則阻止石墨化n在鑄造時，除了造型材料和鑄造工藝影響冷卻速度以外，鑄件的壁厚不同也會具有不同的冷卻速度，也會得到不同的組織。如圖3-7所示 n工業(yè)上使用的鑄鐵種類很多,按照石墨的形態(tài)和組織性能,鑄鐵可分

16、為:n普通灰鑄鐵n球墨鑄鐵n蠕墨鑄鐵n可鍛鑄鐵n合金鑄鐵可鍛鑄鐵中是由白口鑄鐵在固態(tài)下經(jīng)長時間石墨化退火而獲得的一種具有團絮狀石墨的高強度鑄鐵，又叫馬鐵。由于可鍛鑄鐵中石墨呈團絮狀，所以明顯減輕了石墨對基體金屬的割裂。與灰鑄鐵相比，可鍛鑄鐵的強度和韌性有明顯提高。應(yīng)該指出可鍛鑄鐵不能用鍛造方法制成零件 1可鍛鑄鐵的化學(xué)成分和組織特征2可鍛鑄鐵的牌號、性能特點及用途n可鍛鑄鐵的生產(chǎn)過程是：先鑄造成白口鑄鐵。再進行“石墨化”退火n如果鑄鐵沒有完全白口化而出現(xiàn)了片狀石墨，則在隨后的退火過程中，則會因為從滲碳體中分解出的石墨沿片狀石墨析出而得不到團絮狀石墨。所以可鍛鑄鐵的碳、硅含量不能太高，以促使鑄鐵

17、完全白口化；但碳、硅含量也不能太低，否則使石墨化退火困難，退火周期增長?？慑戣T鐵的化學(xué)成分大致為：wC=2.5%3.2%，wSi=0.6%1.3%，wMn=0.4%0.6%，wP=0.10.26%，wS=0.05%1.0%n鐵素體基體+團絮狀石墨的可鍛鑄鐵斷口呈黑灰色，俗稱黑心可鍛鑄鐵，這種鑄鐵件的強度與延性均較灰鑄鐵的高，非常適合鑄造薄壁零件，是最為常用的一種可鍛鑄鐵。珠光體基體或珠光體與少量鐵素體共存的基體+團絮狀石墨的可鍛鑄鐵件斷口呈白色俗稱白心可鍛鑄鐵，這種可鍛鑄鐵應(yīng)用不多 n退火后白口鐵中的滲碳體分解為團絮狀石墨，得到鐵素體基體+團絮狀石墨或珠光體（亦或珠光體及少量鐵素體）基體+團絮狀石墨，如圖1.4-10所示可鍛鑄鐵的牌號、性能特點及用途見表3-23。牌號中的“KT”是“可鐵”二字漢語拼音的大寫字頭，為可鍛鑄鐵代號，“H”表示“黑心”，“Z”表示珠光體基體；后面的兩組數(shù)字分別表示最低抗拉