金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)

講座(1)首鋼高級(jí)技工學(xué)校冶金工程教研室第一講金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)§1-1金屬結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)§1-2合金鋼元素在鋼中的作用§1-3合金結(jié)構(gòu)鋼一、金屬晶體結(jié)構(gòu)二、鐵碳合金中的基本相三、鐵碳合金相圖§1－1

金屬結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)

一、金屬晶體結(jié)構(gòu)

1、金屬的晶體結(jié)構(gòu)

2、常見(jiàn)的金屬晶格

3、幾個(gè)基本概念

1、金屬的晶體結(jié)構(gòu)⑴、晶體晶體是原子或分子呈規(guī)則排列的物體，固態(tài)金屬都是晶體。在固態(tài)下原子或分子排列不規(guī)則的物體稱為非晶體，而一般的非金屬均為非晶體。

⑵、晶體的結(jié)構(gòu)晶體的結(jié)構(gòu)是指晶體內(nèi)部原子排列的方式及特征。①、晶格如果將每一個(gè)原子看作一個(gè)剛性小球，并位于其振動(dòng)中心靜止不動(dòng)；用假想的直線在幾個(gè)方向上將原子的振動(dòng)中心連接起來(lái)，就形成了一個(gè)空間格子，稱為晶格。鋼性模型

晶格

晶胞

②、晶胞晶格中能代表晶格特征的最小幾何單元稱為晶胞。2、常見(jiàn)的金屬晶格自然界已知各種物質(zhì)的晶體共有14種晶格，其中金屬多為以下三種：體心立方晶格，面心立方晶格和密排立方晶格。

⑴、體心立方晶格晶胞為一立方體，原子排列的特點(diǎn)是立方體的八個(gè)頂角和立方體的中心各有一個(gè)原子。具有體心立方晶格的金屬有：α－Fe、Cr、W、Mo、V等。

⑵、面心立方晶格晶胞為一立方體，原子排列的特點(diǎn)是立方體的八個(gè)角頂和六個(gè)面的中心各有一個(gè)原子。具有面心立方晶格的金屬有：γ－Fe、Al、Cu、Ag、Ni等。⑶、密排六方晶格晶胞為一六方柱體，原子排列的特點(diǎn)是六方柱體的十二個(gè)角頂和上下兩個(gè)底面中心各有一個(gè)原子外，六方柱體中間還有三個(gè)原子。具有密排六方晶格的金屬有：Zn、Mg等。3、幾個(gè)基本概念⑴、晶粒和晶界

晶粒：內(nèi)部原子排列方向一致而外形不規(guī)則的晶體，每一顆晶粒是一個(gè)晶體（單晶體）。

晶界：晶粒與晶粒之間互相接觸的界面。

晶界的基本特點(diǎn)：⑴抗腐蝕性能較差；（晶界能高）⑵熔點(diǎn)較低；（富含雜質(zhì)）⑶對(duì)金屬塑性變形起阻礙作用。（畸變狀態(tài)）

亞晶和亞晶界：在晶粒內(nèi)部的小晶塊，其晶格位向有差異，稱為亞晶。兩個(gè)相鄰亞晶的界面稱為亞晶界。

⑵、晶體單晶體：由一個(gè)晶粒構(gòu)成的晶體。多晶體：由大量不同位向的晶粒構(gòu)成的晶體。

二、鐵碳合金中的基本相1、合金組織2、鐵碳合金組織

1、合金組織工業(yè)生產(chǎn)中的金屬材料大多數(shù)是合金.

合金：由一種金屬元素與其他金屬元素或非金屬元素，通過(guò)熔煉或其他方式合成的具有金屬特性的物質(zhì)。

組元：組成合金的最基本的、獨(dú)立的物質(zhì)。例如：鐵、銅、硼等。

“組元”（簡(jiǎn)稱“元”）可以是金屬元素、非金屬元素或者是穩(wěn)定的化合物。

根據(jù)合金中組元的數(shù)目多少，合金可以分為二元合金、三元合金和多元合金，如：黃銅是由銅和鋅組成的二元合金；青銅的組元是銅和錫。鋼是以鐵和碳為主的固態(tài)合金。

⑴、相在合金中，凡成分相同、晶體結(jié)構(gòu)（晶格）相同，并與其他部分有界面分開(kāi)的部分叫做相。兩個(gè)相之間的接觸界面稱為相界面。兩相組織P單相組織F

⑵、固態(tài)合金的基本組織結(jié)構(gòu)①固溶體一種組元均勻地溶解在另一組元中而形成的均勻固相稱為固溶體。與固溶體晶格相同的組元為溶劑，含量較多；另一組元為溶質(zhì)，含量較少。

固溶體是固態(tài)合金中的重要合金相，因?yàn)樗燃兘饘儆兄玫男阅?，因此，工業(yè)上使用的金屬材料絕大多數(shù)是單相固溶體或以固溶體為主的多相合金。

固溶體分為間隙固溶體和置換固溶體兩類。間隙固溶體－溶質(zhì)原子分布于溶劑晶格間隙

中而形成的固溶體。置換固溶體－溶質(zhì)原子置換了部分溶劑晶格結(jié)點(diǎn)上

某些原子而形成的固溶體。

固溶體的性能

由于溶質(zhì)原子的溶入，使溶劑元素晶格發(fā)生畸變，導(dǎo)致塑性變形抗力提高，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化；因此，固溶體的強(qiáng)、硬度較純金屬高，同時(shí)有較好的塑性和韌性。

②

金屬化合物金屬化合物是合金組元間發(fā)生作用而生成的一種新相。其晶格類型和性能不同于任一組元，一般用分子式大致表示其組成，它們?cè)谝欢ǔ潭壬暇哂薪饘俚男再|(zhì)。如：Fe3C、WC等。③、機(jī)械混合物兩種晶體即不互相溶解，又不形成化合物而共同存在的合金。例如：低溫下鐵素體與滲碳體形成的機(jī)械混合物被稱為珠光體。2、鐵碳合金組織在鐵碳合金中碳可以與鐵組成固溶體、化合物或混合物。

⑴、鐵素體碳溶于α－Fe中的間隙固溶體，用“F”或“α”表示。

鐵素體是體心立方晶格，晶格間隙較小，碳的溶解度較小，溶碳量最大0．0218%（7270C）。

其性能與純鐵相似，強(qiáng)度、硬度低、塑性、韌性好，7700C以下有磁性，7700C以上無(wú)磁性。

鐵素體金相組織示意圖

鐵碳碳碳

⑵、奧氏體碳溶于γ－Fe中的間隙固溶體，用“A”或“γ”表示。

奧氏體是面心立方晶格，晶格間隙較大，碳的溶解度較大，在11480C時(shí)溶碳量可達(dá)2．11%，隨著溫度的降低溶解度逐漸減小，在7270C時(shí)為0．77%。

奧氏體的硬度較低，塑性好，易變形，是絕大多數(shù)鋼在高溫進(jìn)行鍛造和軋制時(shí)所要求的組織。

⑶、滲碳體是含碳量6．69%的鐵與碳的金屬化合物，分子式為Fe3C，滲碳體具有復(fù)雜的斜方晶體結(jié)構(gòu)。

滲碳體的硬度很高（800HB），σb=30MPa，塑性、韌性幾乎為零，脆性大，可呈片狀、粒狀、網(wǎng)狀、板狀；不同的分布形式對(duì)鋼性能的影響不一。滲碳體晶格示意圖

⑷、珠光體珠光體是鐵素體和滲碳體片層相間、交替排列而成的混合物，用符號(hào)“P”表示。

其性能介于兩者之間，強(qiáng)度較高、硬度適中、有一定的塑性。

珠光體金相圖片

⑸、萊氏體萊氏體是含碳量4．3%的合金，室溫下由珠光體與滲碳體組成的混合物，其性能與滲碳體相似。

注意：

上述鐵素體、奧氏體、滲碳體是鐵碳合金的基本相；珠光體、萊氏體是其基本組織。

三、鐵碳合金相圖鐵碳合金相圖是表示在緩慢冷卻（或緩慢加熱）條件下，不同成分的鐵碳合金的狀態(tài)或組織隨溫度變化的圖形。鐵碳合金相圖F+Fe3CFe3Cγ－Feα－FeA1AcmA3液相線固相線幾條主要特性線的物理含義：ACD線－液相線AECF線－固相線ES線－常稱Acm線，ES線是碳在奧氏體中飽和溶解度曲線。幾條主要特性線的物理含義：GS線－冷卻時(shí)奧氏體向鐵素體轉(zhuǎn)變的開(kāi)始線（或加熱時(shí)鐵素體轉(zhuǎn)變成奧氏體的終止線），用A3表示。幾條主要特性線的物理含義：PSK線－共析線，用A1表示，當(dāng)合金冷卻到此線時(shí)，從奧氏體中同時(shí)析出鐵素體和滲碳體的混合物，即珠光體。

含碳量對(duì)鐵碳平衡組織和性能的影響

鐵碳合金隨含碳量的增加，其組織中的滲碳體相的數(shù)量相應(yīng)增加，同時(shí)滲碳體在組織中的形態(tài)也隨之發(fā)生變化，導(dǎo)致不同含碳量的鋼鐵具有不同的組織，也就具有了不同的性質(zhì)。

1、含碳量對(duì)機(jī)械性能的影響含碳量越高，合金組織中的滲碳體數(shù)量就越多，當(dāng)分布均勻時(shí)，金屬材料的強(qiáng)度和硬度就越高。

當(dāng)滲碳體呈網(wǎng)狀分布在晶界上時(shí)，金屬材料的塑性和韌性將大大下降。

2、含碳量對(duì)工藝性能的影響影響切削性能。含碳量越低，金屬材料越粘刀，反之對(duì)刀具的磨損加快；影響可鍛性。奧氏體和低碳的可鍛性良好，含碳量高可鍛性變壞；§5-1

合金鋼元素在鋼中的作用一、合金鋼的分類二、合金元素在鋼中的主要作用

合金鋼基本概念

在碳鋼的基礎(chǔ)上，為改善鋼的某些性能，在冶煉時(shí)有目的地加入一些合金元素的鋼。鋼中加入的合金元素主要有：錳（Mn）、硅（Si）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、鎢（W）、鉬（Mo）、釩（V）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、鋁（Al）、硼（B）和一些稀土元素。

加入合金目的：

提高鋼的淬透性、回火穩(wěn)定性、抗氧化能力、耐蝕性、耐磨性等一些特殊性能。

一、合金鋼的分類

1、按用途分類

2、按鋼中合金元素總含量分3、按鋼中所含合金元素的種類分1、按用途分類有合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼（不銹、耐熱、耐磨、電工用鋼）等。2、按鋼中合金元素總含量分低合金鋼合金總量＜5%

中合金鋼合金總量5～10%

高合金鋼合金總量＞10%

3、按鋼中所含合金元素的種類分錳鋼、硅鋼、鉻鋼、硅錳鋼、鉻錳鈦鋼等。二、合金元素在鋼中的主要作用1、合金元素對(duì)鋼中基本相的影響2、合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響3、合金元素對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響4、對(duì)鋼的淬透性的影響5、對(duì)鋼的回火穩(wěn)定性的影響

加入鋼中的合金元素在與鐵和碳兩個(gè)基本相發(fā)生作用的同時(shí)，合金元素之間也在相互作用，對(duì)鋼的相變過(guò)程和組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，改變鋼的性能。應(yīng)該指出的是，合金元素的作用十分復(fù)雜。

1、合金元素對(duì)鋼中基本相的影響⑴形成合金鐵素體幾乎所有的合金元素都可以溶入鐵素體中，形成合金鐵素體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，有使鐵素體的強(qiáng)度、硬度提高，但塑性和韌性有所下降的趨勢(shì)。

⑵形成合金碳化物可以形成碳化物的合金元素有Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr（鋯）、Ti等，這類合金也稱為碳化物形成元素或形成碳化物元素。其它元素稱為不形成碳化物元素（或非碳化物形成元素），如Ni、Co、Si、Al、Cu，它們主要溶于Fe中形成固溶體，此外Si是石墨化元素，使鋼中的碳不生成Fe3C而生成石墨。

強(qiáng)碳化物形成元素V、Nb、Zr、Ti形成與滲碳體晶格完全不同的碳化物，如VC、NbC、TiC等。這些碳化物具有更高的熔點(diǎn)、硬度和耐磨性，且更為穩(wěn)定。弱碳化物形成元素（如：Mn）或中強(qiáng)碳化物形成元素Cr、Mo、W，在鋼中的含量不高時(shí)，一般形成合金滲碳體，它們的硬度和穩(wěn)定性都略高于滲碳體。

⑶形成合金奧氏體合金元素在加熱時(shí)都能溶入奧氏體，形成合金奧氏體，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，導(dǎo)致壓力加工時(shí)變形抗力增大。

2、合金元素對(duì)Fe－Fe3C相圖的影響⑴擴(kuò)大奧氏體相區(qū)Mn、Ni、Cu、Co等元素加入鋼中，使得A3線下降，奧氏體穩(wěn)定存在的區(qū)域擴(kuò)大。當(dāng)鋼中含有大量的Mn、Ni時(shí)，可以使得奧氏體區(qū)域延展到室溫，這時(shí)鋼的組織就是奧氏體，稱為奧氏體鋼。

由于這類鋼沒(méi)有γ、α之間的相互轉(zhuǎn)變，因此，就不存在通過(guò)淬火進(jìn)行強(qiáng)化。擴(kuò)大奧氏體相區(qū)示意圖

⑵縮小奧氏體相區(qū)Mo、Si、Cr、W、Ti、Al、V等元素加入鋼中，使得A3線上升，奧氏體穩(wěn)定存在的區(qū)域縮小。當(dāng)鋼中含有大量的Cr、Si時(shí)，可以使得奧氏體區(qū)域消失，這時(shí)鋼的平衡組織就是鐵素體，稱為鐵素體鋼。這類鋼也沒(méi)有γ、α之間的相互轉(zhuǎn)變，因此，也就不存在通過(guò)淬火進(jìn)行強(qiáng)化。

3、合金元素對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的影響⑴Mn、P促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大。⑵Ti、V、Zr、Nb等強(qiáng)烈阻止奧氏體體晶粒長(zhǎng)大，能起細(xì)化晶粒的作用。

⑶W、Mo、Cr等中等程度地阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。

4、對(duì)鋼的淬透性的影響除Co外，溶入奧氏體的合金元素都使奧氏體穩(wěn)定性增加，使“C”曲線右移，降低了淬火臨界冷卻速度。

“C”曲線右移示意圖溫度/??C溫度/??C碳鋼含Ni、Mn、Si鋼碳鋼含Cr、W、Mo鋼時(shí)間(t/)時(shí)間(t/)MsMfA1A1MsMf℃℃

5、對(duì)淬火鋼的回火穩(wěn)定性的影響回火穩(wěn)定性：淬火鋼在回火時(shí)，抵抗硬度、強(qiáng)度下降的能力稱為回火穩(wěn)定性。

溶于馬氏體中的碳化物形成元素及非碳化物形成元素Si，能阻礙碳從馬氏體中迅速析出并聚集，在相同的回火溫度下，含有碳化物形成元素和非碳化物形成元素Si的合金鋼，其硬度比碳鋼高。

要使有相同含碳量的合金鋼經(jīng)回火達(dá)到與碳鋼相同的硬度，就需要更高的回火溫度，更長(zhǎng)的回火時(shí)間。

碳化物形成元素減緩碳的擴(kuò)散，因而能推遲馬氏體的分解過(guò)程。

非碳化物形成元素Si能抑制碳化物質(zhì)點(diǎn)的長(zhǎng)大并延緩碳化物向Fe3C的轉(zhuǎn)變，因而也提高了馬氏體分解的溫度。

合金元素提高回火穩(wěn)定性的意義：

1、提高了刃具的使用溫度。

2、提高了彈簧鋼及調(diào)質(zhì)鋼的塑性及韌性。

一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類二、低合金結(jié)構(gòu)鋼三、合金滲碳鋼四、合金調(diào)質(zhì)鋼五、彈簧鋼六、滾動(dòng)軸承鋼§1－3

合金結(jié)構(gòu)鋼

一、合金結(jié)構(gòu)鋼的分類合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼滾動(dòng)軸承鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼

1、合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)用“數(shù)定

+合金元素符號(hào)

+數(shù)字”構(gòu)成，最前面的數(shù)字一般表示平均含碳量的百分之幾，后面的數(shù)字表示某合金元素的含量；當(dāng)合金元素的平均含量小于1．5%時(shí)，鋼號(hào)中只標(biāo)元素的名稱，而不標(biāo)含量；當(dāng)合金元素的平均含量大于1．5%、2．5%、3．5%……時(shí)，相應(yīng)的標(biāo)2、3、4。若屬高級(jí)優(yōu)質(zhì)最后加“A”。例如：38CrMoAlA質(zhì)量等級(jí)為A級(jí)主要合金元素含量≤1.5%碳含量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)合金結(jié)構(gòu)鋼的表示方法編號(hào)：兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字碳含量的萬(wàn)分?jǐn)?shù)主要合金元素合金元素含量例如：40Cr—ωC為0．40%，ωCr＜1．5%；60Si2Mn—ωC為0．60%，ωSi＞1．5%，ωMn＜1．5%。20Cr2Ni4A—ωC為0．20%，ωCr＞1．5%，ωNi＜3．5%的高級(jí)優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼2、滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼的鋼號(hào)用“G+Cr符號(hào)+數(shù)字表示，G是“滾”字的漢語(yǔ)拼音字頭，專門(mén)表示滾動(dòng)軸承鋼。Cr后面的數(shù)字表示Cr的平均含量，以千分之幾表示；如有其它合金元素，則其后的數(shù)字與合金結(jié)構(gòu)鋼的標(biāo)法相同。如：GCr9—ωCr為0．90%GCr15—ωCr為1．50%GCr15SiMn—ωCr為1．5%，ωSi＜1．5%，ωMn＜1．5%二、低合金結(jié)構(gòu)鋼（普通低合金鋼、低合金高強(qiáng)度鋼）1、化學(xué)成分2、性能特點(diǎn)

3、低合金結(jié)構(gòu)鋼的熱加工性能1、化學(xué)成分含碳量0．1%～0．2%，主要合金元素Mn含量0．8～1．8%，其它如Si含量0．2～0．55%，Cu、Ti、V、Nb、P等。2、性能特點(diǎn)⑴通過(guò)合金元素Mn、Si強(qiáng)化鐵素體，細(xì)化鐵素體晶粒，增加珠光體的數(shù)量，進(jìn)而提高鋼的屈服強(qiáng)度、塑性和韌性。⑵通過(guò)合金元素V、Ti細(xì)化晶粒，形成碳化物、氮化物等，并使細(xì)小的化合物從固溶體中析出，產(chǎn)生彌散強(qiáng)化作用。⑶通過(guò)合金元素Cu、P能提高抗大氣腐蝕能力。

⑷屈服極限比碳素結(jié)構(gòu)鋼高30～50%，伸長(zhǎng)率δ5=15～23%，室溫下沖擊韌性aK＞60～80J/cm2，并且冷脆轉(zhuǎn)變溫度較低，在－40℃時(shí)，沖擊韌性aK值不低于35J/cm2。⑸因含碳量小，合金元素少且量低，不易在焊縫處產(chǎn)生淬火組織及裂紋，所以具有良好的焊接性能。3、低合金結(jié)構(gòu)鋼的熱加工性能低合金鋼的熱加工性能與碳鋼相似，具有良好的導(dǎo)熱性能；在800～1250℃內(nèi)具有高的塑性變形能力，熱軋后不會(huì)因冷卻而引起裂紋。三、合金滲碳鋼滲碳鋼：用于制造滲碳零件的鋼稱為滲碳鋼。如：齒輪、燃機(jī)凸輪、活塞銷等。

對(duì)于使用要求較高的零件，使用合金滲碳鋼制造。1、合金滲碳鋼的成分與性能滲碳鋼的含碳量一般均較低，大約為0．10～0．25%，屬于低碳鋼范疇，可以保證滲碳鋼的心部具有足夠的塑性及韌性。滲碳鋼中所含主要合金元素有：鉻（＜2%）、Ni（＜4%）、Mn（＜2%）、B（＜0．005%），這些合金元素能提高鋼的淬透性，改善滲碳鋼心部組織和性能；提高滲碳層的強(qiáng)度、韌性及塑性。除此之外，在鋼中添加少量的V（＜0．2%）、Ti（＜0．1%）、W（＜1．2%）、Mo（＜0．6%），具有細(xì)化晶粒，阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大的作用。

必須指出的是：合金滲碳鋼中含有的碳化物形成元素過(guò)多時(shí)，會(huì)使?jié)B碳層表面含碳量增高，并出現(xiàn)塊狀碳化物，從而降低滲碳層的性能。飛機(jī)、坦克發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪淬透性高，滲層和心部性能優(yōu)異淬火+二次回火+低溫回火20CrNi4、18Cr2Ni4-WA高淬透性汽車變速齒輪、花鍵軸淬透性和力學(xué)性能較高淬火+二次回火+低溫回火20CrMn、20CrMnTi20SiMnVB中淬透性活塞銷、凸輪軸、滑塊淬透性低，心部性能差滲碳+二次淬火+低溫回火15、20Cr、20Mn2、20MnV、20CrV低淬透性應(yīng)用性能熱處理牌號(hào)類別

常用合金滲碳鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途2、常用滲碳鋼的牌號(hào)和成分20Cr、20MnV、20CrMnTi、20Cr2Ni4A等。四、合金調(diào)質(zhì)鋼1、合金調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分與性能2、調(diào)質(zhì)鋼與滲碳鋼的熱加工特性3、常用鋼種

調(diào)質(zhì)鋼

經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后使用的結(jié)構(gòu)鋼，對(duì)于不太重要的調(diào)質(zhì)件一般用碳素結(jié)構(gòu)鋼（40＃、45＃）制造；而對(duì)于要承受很大循環(huán)載荷與沖擊載荷或復(fù)合應(yīng)力的零件，如：傳遞動(dòng)力的軸、連桿及齒輪等，要求具有較高的綜合力學(xué)性能，要用合金調(diào)質(zhì)鋼制造。

1、合金調(diào)質(zhì)鋼的化學(xué)成分與性能⑴中碳大多數(shù)調(diào)質(zhì)鋼的含碳量為0．25～0．5%，含碳量過(guò)低，不易淬硬，回火后強(qiáng)度不足；含碳量過(guò)高則韌性不足。⑵加入增加淬透性的元素鋼中加入Mn（＜2%）、Cr（＜2%）、Ni（＜4．5%）、B（＜0．035%）等元素，增加鋼的淬透性，如能配合著添加，則效果更好。⑶加入細(xì)化晶粒的元素鋼中加入V、Ti等元素形成特殊碳化物，在調(diào)質(zhì)溫度下，VC、TiC極少溶入奧氏體，能阻礙奧氏體晶粒的長(zhǎng)大。⑷提高回火穩(wěn)定性的元素鋼中加入W、Mo、Cr、Si等元素，能顯著提高回火穩(wěn)定性。⑸防止第二類回火脆性的元素Mn、Cr、Ni等元素有增加第二類回火脆性的傾向，在鋼中加入W、Mo等元素，可防止第二類回火脆性的產(chǎn)生。調(diào)質(zhì)后，強(qiáng)度高、韌性好淬火+高溫回火40CrNiMo、40CrMnMo調(diào)質(zhì)后，強(qiáng)度高、韌性較好淬火+高溫回火42CrMo、30CrMnSi等調(diào)質(zhì)后，力學(xué)性能比碳鋼高淬火+高溫回火40、45、40Cr、40MnB性能熱處理牌號(hào)常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途低淬透性類別中淬透性高淬透性應(yīng)用齒輪、花鍵軸、后半軸、連桿、主軸主軸、齒輪、葉輪、飛機(jī)起落架、螺栓等高強(qiáng)度主軸、齒輪、葉輪等2、調(diào)質(zhì)鋼與滲碳鋼的熱加工特性從含碳量來(lái)看，調(diào)質(zhì)鋼與滲碳鋼同屬于亞共析鋼，加熱到AC3以上可得到單相奧氏體組織，變形抗力較相應(yīng)的碳素鋼要高些，但仍具有良好的塑性，能承受大變形量的塑性變形加工。其加熱溫度根據(jù)成分的不同，為1100～1240℃，加熱溫度范圍較寬。一方面可以降低變形抗力、減小動(dòng)力消耗；另一方面有助于減輕或消除由合金元素和雜質(zhì)元素造成的枝晶偏析，以及由此造成的帶狀組織和鋼材的各向異性。

成材終軋溫度多控制在850～900℃，溫度過(guò)高會(huì)引起晶粒粗大，溫度過(guò)低會(huì)使先共析的鐵素體順加工方向伸長(zhǎng)，造成帶狀組織。當(dāng)大斷面的合金結(jié)構(gòu)鋼冷卻不當(dāng)時(shí)，會(huì)引起鋼的一種嚴(yán)重缺陷－白點(diǎn)。

白點(diǎn)是氫在鋼中以分子的形式聚集而產(chǎn)生的一種微裂紋缺陷，使鋼的塑性、韌性降低，易于脆斷，稱為氫脆；由于這種裂紋的內(nèi)壁呈銀白色，固稱這種缺陷為白點(diǎn)。鋼中的氫一般是由銹蝕潮濕的爐料，含有水分的爐氣和澆注系統(tǒng)帶入的。防止白點(diǎn)產(chǎn)生的手段有：降低鋼中含氫量和減少相變組織應(yīng)力。

3、常用鋼種典型鋼種：40Cr、40CrMn、35CrMo、40CrNiMo。五、彈簧鋼1、性能要求2、成分特點(diǎn)3、熱加工特點(diǎn)4、熱處理特點(diǎn)5、常用鋼號(hào)

彈簧鋼：用來(lái)制造各種彈簧的鋼。

彈簧的作用：主要工作在沖擊、震動(dòng)或周期性彎曲、扭轉(zhuǎn)等交變載荷條件下，用來(lái)儲(chǔ)存能量或吸收沖擊能，緩沖震動(dòng)和沖擊。1、性能要求⑴較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，尤其是較高的屈強(qiáng)比，以保證彈簧有足夠的彈性變形能力和較大的承載能力；⑵較高的疲勞強(qiáng)度（

重復(fù)應(yīng)力、交變應(yīng)力）；⑶有足夠的韌性，以免沖擊時(shí)脆斷。2、成分特點(diǎn)⑴中、高碳碳素彈簧鋼的含碳量一般為0．6～0．9%，合金彈簧鋼的含碳量一般為0．45～0．70%。

⑵合金元素的作用①Si顯著提高鋼的彈性極限、屈服強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性，但同時(shí)能促使鋼在加熱時(shí)表面脫碳；②Mn、Cr提高淬透性；但Mn會(huì)增加鋼的過(guò)熱敏感性和回火脆性；③V細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)韌性。

3、熱加工特點(diǎn)變形抗力比碳素鋼大。由于非碳化物形成元素Si的存在，加熱時(shí)容易脫碳；因此，在熱加工時(shí)要嚴(yán)格控制爐內(nèi)氣氛、加熱的溫度和加熱的時(shí)間。4、熱處理特點(diǎn)熱成型彈簧－熱狀態(tài)下成型＋淬火＋中溫回火，得到回火屈氏體，以保證較高的強(qiáng)度和足夠的韌性。（原料φ5～50mm）冷成型彈簧－先退火軟化，冷卷成型，成型后再進(jìn)行淬火、回火。（原料φ＜5mm）

彈簧鋼的淬火溫度一般在820～8800C，用油作冷卻劑；回火溫度在420～5500C之間，獲得回火屈氏體組織。為了提高彈簧鋼的疲勞強(qiáng)度，在熱處理后，一般需要進(jìn)行噴丸處理，以消除或減輕彈簧表面缺陷的有害影響，并可以在表面產(chǎn)生硬化層，形成殘余壓應(yīng)力，使彈簧的疲勞強(qiáng)度和使用壽命顯著提高。σs=1150N/mm2淬火+500℃回火淬火+410℃回火淬火+480℃回火淬火+540℃回火淬火+500℃回火熱處理σs=1700N/mm2σs=1200N/mm2σs=800N/mm2σs=800N/mm2力學(xué)性能

常用合金彈簧鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能和用途6565Mn60Si2Mn60Si2CrVA50CrVA牌號(hào)應(yīng)用舉例截面<15mm小彈簧截面<20mm的彈簧機(jī)車板簧、測(cè)力彈簧等重型板簧截面<30mm彈簧、350℃耐熱彈簧

5、常用鋼號(hào)常見(jiàn)的碳素彈簧鋼有：65、85和65Mn。常見(jiàn)的合金彈簧鋼有60Si2Mn，50CrVA，60Si2CrVA等。六、滾動(dòng)軸承鋼1、性能要求2、成分特點(diǎn)3、滾動(dòng)軸承鋼的熱加工特點(diǎn)4、常用鋼種滾動(dòng)軸承鋼：制造各種滾動(dòng)軸承的滾珠、滾柱、滾針和內(nèi)外套圈的鋼。工作條件：滾動(dòng)軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，套圈和滾動(dòng)體之間是點(diǎn)或線接觸（接觸面積?。惺軜O大的交變載荷（循環(huán)受力次數(shù)可達(dá)每分鐘數(shù)萬(wàn)次，3000～3500MN/m2）。1、性能要求⑴高而均勻的硬度和耐磨性。⑵高的彈性極限和疲勞強(qiáng)度。⑶足夠的韌性和淬透性，同時(shí)在空氣或潤(rùn)滑劑中具有一定的抗蝕能力。2、成分特點(diǎn)⑴高的含碳量。

ωC＝0．95～1．15%，以便獲得馬氏體基體，并形成