第四節(jié)特殊性能鋼第三節(jié)合金工具鋼第一節(jié)概述第二節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼第五節(jié)鋼的火花鑒別第六章低合金鋼與合金鋼非合金鋼的冶煉、加工簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，并能通過熱處理獲得不同的性能，以滿足工業(yè)生產(chǎn)上的各種需要。但非合金鋼的淬透性差，熱硬性不高，缺乏良好的綜合力學(xué)性能和一些特殊性能。因此，在機(jī)械制造中廣泛采用低合金鋼與合金鋼。第一節(jié)?概述一、合金元素在鋼中的主要作用1.強(qiáng)化鐵素體大多數(shù)合金元素（除鉛外）都能溶于鐵素體，形成合金鐵素體。2.形成合金碳化物錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈦等元素能與碳形成碳化物。3.細(xì)化晶粒4.提高鋼的淬透性5.提高鋼的回火穩(wěn)定性二、低合金鋼的分類（GB/T13304.2—2008）1.按質(zhì)量等級(jí)分類（1）普通質(zhì)量低合金鋼（2）特殊質(zhì)量低合金鋼（3）優(yōu)質(zhì)低合金鋼2.按主要性能及使用特性分類低合金鋼按主要性能及使用特性分類，可分為可焊接的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、低合金耐候鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼和其他低合金鋼。三、合金鋼的分類（GB/T13304.2—2008）1.按質(zhì)量等級(jí)分類（1）優(yōu)質(zhì)合金鋼（2）特殊質(zhì)量合金鋼2.按主要性能及使用特性分類（1）工程結(jié)構(gòu)用合金鋼（2）機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼（3）不銹、耐腐蝕和耐熱鋼（4）工具鋼（5）軸承鋼（6）特殊物理性能鋼（7）其他第二節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼按用途的不同，合金結(jié)構(gòu)鋼可以分為低合金結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械制造用鋼兩類。合金結(jié)構(gòu)鋼實(shí)物a）奧運(yùn)“鳥巢”b）變速齒輪c）機(jī)床絲杠一、低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入少量合金元素（一般合金元素總量小于3%）的工程用鋼。主要用于各種工程結(jié)構(gòu)，如橋梁、建筑、船舶等。1.成分及性能特點(diǎn)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的含碳量較低（一般在0.10%～0.25%范圍內(nèi)），加入的主要合金元素是錳（Mn）、硅（Si）、鈦（Ti）、鈮（Nb）、釩（V）等。有良好的塑性、韌性、耐腐蝕性和焊接性，廣泛用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、壓力容器、起重機(jī)械等鋼結(jié)構(gòu)件。2.熱處理特點(diǎn)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼大多數(shù)是在熱軋退火或正火狀態(tài)下使用的，一般要經(jīng)過塑性變形和焊接加工，不需要再進(jìn)行專門的熱處理，有特殊需要時(shí)可進(jìn)行一次正火。3.常用牌號(hào)和用途常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T1591—2008）常用低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T1591—2008）二、合金滲碳鋼合金滲碳鋼需先滲碳再經(jīng)淬火、低溫回火后使用，用來制造既有優(yōu)良的耐磨性和耐疲勞性，又能承受沖擊載荷的零件，如汽車、拖拉機(jī)中的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)中的凸輪和活塞銷等。1.成分及性能特點(diǎn)合金滲碳鋼的含碳量為0.10%～0.25%，可保證心部有足夠的塑性和韌性。加入鉻、鎳、錳、硅、硼等合金元素可提高鋼的淬透性，使零件在熱處理后表層和心部均得到強(qiáng)化。加入釩、鈦等合金元素主要是為了防止在高溫、長(zhǎng)時(shí)間的滲碳過程中晶粒長(zhǎng)大。20CrMnTi是最常用的合金滲碳鋼，適用于截面徑向尺寸小于30mm的高強(qiáng)度滲碳零件。2.熱處理特點(diǎn)合金滲碳鋼為低碳成分，為改善切削加工性能，預(yù)備熱處理應(yīng)采用正火，為保證表面的高硬度和高耐磨性，合金滲碳鋼的最終熱處理應(yīng)采用滲碳后淬火再低溫回火。3.常用牌號(hào)和用途常用合金滲碳鋼的牌號(hào)、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途常用合金滲碳鋼的牌號(hào)、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途三、合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼用來制造一些受力復(fù)雜的重要零件，它既要求有很高的強(qiáng)度，又要求有很好的塑性和韌性，即具有良好的綜合力學(xué)性能。機(jī)床絲杠一般多選用合金調(diào)質(zhì)鋼制造。1.成分及性能特點(diǎn)這類鋼的含碳量一般為0.25%～0.50%，含碳量過低，硬度不足；含碳量過高，則韌性不足。合金調(diào)質(zhì)鋼中常加入少量鉻、錳、硅、鎳、硼等合金元素以提高鋼的淬透性，使鐵素體強(qiáng)化并提高韌性。加入少量鉬、釩、鎢、鈦等碳化物形成元素，可阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大和提高鋼的回火穩(wěn)定性，以進(jìn)一步改善鋼的性能。例如，40Cr鋼的強(qiáng)度比40鋼提高了20%。用合金調(diào)質(zhì)鋼制造的機(jī)械零件，在制造工藝中都要經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，熱處理后獲得回火索氏體組織，因而具有良好的綜合力學(xué)性能。2.熱處理特點(diǎn)為改善鍛造后的組織、消除鍛造內(nèi)應(yīng)力和改善切削加工性能，合金調(diào)質(zhì)鋼的預(yù)備熱處理應(yīng)采用正火或退火。為獲得良好的綜合力學(xué)性能，合金調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理應(yīng)采用調(diào)質(zhì)處理。若要求零件表面具有很高的耐磨性，可在調(diào)質(zhì)處理后再進(jìn)行表面淬火或化學(xué)熱處理。3.常用牌號(hào)和用途常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途常用合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途四、合金彈簧鋼1.成分及性能特點(diǎn)合金彈簧鋼的含碳量一般為0.45%～0.70%，含碳量過高，塑性和韌性降低，疲勞強(qiáng)度也下降。合金彈簧鋼中常加入的合金元素有錳、硅、鉻、釩和鎢等。重要用途的彈簧鋼必須加入鉻、釩、鎢等，它們不僅使鋼具有更高的淬透性，不易過熱，而且有更高的高溫強(qiáng)度和更好的韌性。合金彈簧鋼經(jīng)熱處理后具有高的彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度、足夠的塑性和韌性，以及較好的表面質(zhì)量。

2.分類及熱處理特點(diǎn)（1）冷成形彈簧（2）熱成形彈簧3.常用牌號(hào)和用途常用合金彈簧鋼的牌號(hào)、熱處理工藝、力學(xué)性能及用途（摘自GB/T1222—2016）五、滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼主要用于制造各種滾動(dòng)軸承的內(nèi)圈、外圈及滾動(dòng)體（保持架通常用08鋼板和10鋼板沖壓制成），也可用于制造各種工具和耐磨零件。滾動(dòng)軸承1—外圈2—密封3—內(nèi)圈4—保持架

5—引導(dǎo)環(huán)6—滾動(dòng)體

1.成分及性能特點(diǎn)應(yīng)用最廣的滾動(dòng)軸承鋼是高碳鉻鋼，其含碳量為0.95%～1.15%，高的含碳量保證鋼具有高的硬度和耐磨性。加入0.40%～1.65%的鉻，主要是為了提高鋼的淬透性，提高硬度、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度。

2.熱處理特點(diǎn)滾動(dòng)軸承鋼的熱處理包括預(yù)備熱處理和最終熱處理。預(yù)備熱處理采用球化退火，其目的是獲得球狀珠光體組織，以降低鍛造后鋼的硬度，便于切削加工，并為淬火做好組織準(zhǔn)備。最終熱處理為淬火加低溫回火，其目的是獲得極細(xì)的回火馬氏體和細(xì)小均勻分布的碳化物組織，以提高軸承的硬度和耐磨性，硬度可達(dá)61～65HRC。3.常用牌號(hào)和用途常用滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)、熱處理工藝及用途（摘自GB/T18254—2016）第三節(jié)合金工具鋼一、合金刃具鋼1.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形成的鋼。（1）成分及性能特點(diǎn)低合金刃具鋼的含碳量一般為0.75%～1.5%，以保證淬火后具有高的硬度和耐磨性。（2）熱處理特點(diǎn)低合金刃具鋼的預(yù)備熱處理采用球化退火，若組織中網(wǎng)狀碳化物較多，球化退火前應(yīng)先正火消除網(wǎng)狀碳化物。為獲得所需要的力學(xué)性能，最終熱處理采用淬火加低溫回火。（3）常用牌號(hào)和用途常用低合金刃具鋼的牌號(hào)、硬度和用途（摘自GB/T1299-2014）

2.高速鋼高速鋼是一種用于高速切削的高合金工具鋼，其加入合金元素總量大于10%。（1）成分及性能特點(diǎn)高速鋼中含碳量較高（0.7%～1.5%），并含有大量的鎢、鉻、釩、鉬等強(qiáng)碳化物形成元素。高速鋼具有高熱硬性、高耐磨性和足夠的強(qiáng)度，高速鋼的熱硬性可達(dá)600℃，切削時(shí)能長(zhǎng)期保持刃口鋒利，故又稱鋒鋼。（2）熱處理特點(diǎn)高速鋼只有經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗蟛拍塬@得較好的組織和性能。為改善切削加工性能，并為淬火做好組織準(zhǔn)備，預(yù)備熱處理一般采用球化退火。（3）常用牌號(hào)和用途常用高速鋼的牌號(hào)、主要化學(xué)成分、熱處理工藝及用途（摘自GB/T9943—2008）常用高速鋼的牌號(hào)、主要化學(xué)成分、熱處理工藝及用途（摘自GB/T9943—2008）常用高速鋼的牌號(hào)、主要化學(xué)成分、熱處理工藝及用途（摘自GB/T9943—2008）二、合金模具鋼1.冷作模具鋼（1）成分及性能特點(diǎn)冷作模具鋼的成分特點(diǎn)是高碳、高鉻，高碳保證獲得高硬度和高耐磨性，加入一定量的鉻、錳、硅等元素，主要目的是提高淬透性，加入鎢、釩等元素的目的是提高鋼的耐磨性。冷作模具a）冷沖模b）拉絲模（2）熱處理特點(diǎn)為減小內(nèi)應(yīng)力、改善切削加工性和為淬火做好組織準(zhǔn)備，冷作模具鋼的預(yù)備熱處理選用等溫球化退火。為獲得所需要的力學(xué)性能，最終熱處理一般采用淬火加低溫回火。（3）常用牌號(hào)和用途2.熱作模具鋼（1）成分及性能特點(diǎn)（2）熱處理特點(diǎn)（3）常用牌號(hào)和用途熱作模具a）壓鑄模b）熱擠壓模3.塑料模具鋼（1）性能特點(diǎn)（2）常用牌號(hào)和用途三、合金量具鋼常用量具1.性能特點(diǎn)量具在工作時(shí)承受的外力很小，主要承受磨損和碰撞，但量具本身必須具備極高的尺寸精度和穩(wěn)定性，因而量具的工作部分一般要求具有高硬度、高耐磨性、高的尺寸穩(wěn)定性和足夠的韌性。2.熱處理特點(diǎn)合金量具鋼經(jīng)淬火后要在150～170℃下長(zhǎng)時(shí)間低溫回火，以穩(wěn)定尺寸。3.常用合金量具鋼的牌號(hào)和用途合金量具鋼的應(yīng)用實(shí)例第四節(jié)特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼，用來制造在特殊工作條件或特殊環(huán)境下（腐蝕、高溫等）工作的零件。在機(jī)械制造業(yè)中常用的有不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼等。挖掘機(jī)一、不銹鋼不銹鋼是能夠抵抗空氣、蒸汽、酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)腐蝕的鋼。常用的不銹鋼有鉻不銹鋼和鉻鎳不銹鋼。鉻鎳不銹鋼的耐腐蝕性、塑性和韌性均好于鉻不銹鋼。1.成分特點(diǎn)隨著不銹鋼中含碳量的增加，其強(qiáng)度、硬度和耐磨性提高，但耐腐蝕性下降，因此，大多數(shù)不銹鋼的含碳量都較低。不銹鋼中的基本合金元素是鉻和鎳，只有當(dāng)鉻的含量達(dá)到一定程度（>13%）時(shí)，不銹鋼才具有良好的耐腐蝕性。鎳的加入主要是與鉻配合調(diào)整組織。除鉻和鎳以外，不銹鋼中還可能含有鈦、錳、氮、鉬、鈮等合金元素，以進(jìn)一步提高耐腐蝕性或塑性。2.常用牌號(hào)和用途常用不銹鋼的牌號(hào)和用途（摘自GB/T20878—2007）二、耐熱鋼1.成分特點(diǎn)（1）抗氧化鋼抗氧化鋼是在高溫下具有較好的抗氧化能力且具有一定強(qiáng)度的鋼。（2）熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼是在高溫下具有良好抗氧化能力且具有較高的高溫強(qiáng)度的鋼。2.常用牌號(hào)和用途耐熱鋼的常用牌號(hào)和用途（摘自GB/T1221—2007）三、耐磨鋼耐磨鋼是指用于制造承受嚴(yán)重摩擦和強(qiáng)烈沖擊的零件的鋼，要求具有良好的韌性和耐磨性。高錳鋼是典型的耐磨鋼。1.高錳鋼的成分及性能特點(diǎn)高錳鋼的含碳量為0.9%～1.4%，含錳量為11%～14%，高碳保證了鋼的耐磨性和強(qiáng)度，高錳保證了與碳配合完全獲得奧氏體組織，提高加工硬化能力。2.高錳鋼的熱處理特點(diǎn)高錳鋼耐磨、耐沖擊的原因是在熱處理后具有單相奧氏體組織。3.高錳鋼的常用牌號(hào)和用途第五節(jié)鋼的火花鑒別將鋼試件放在砂輪上磨削，由發(fā)出的火花特征來判斷它的成分，這種方法稱為火花鑒別法。生產(chǎn)中常常通過火花來鑒別鋼號(hào)混雜的鋼材、非合金鋼的含碳量、鋼材表層的脫碳情況、材料中所含合金元素類別等。一、火花鑒別的原理及火花的組成1.火花鑒別的原理在旋轉(zhuǎn)著的砂輪上打磨鋼試件，試件上脫落下來的鋼屑在慣性力作用下飛濺出來，形成一道道或長(zhǎng)或短、或連續(xù)或間斷的火花射線。由于試件與砂輪的接觸壓力不同、鋼的成分不同，火花射線也各不一樣。飛濺的鋼屑達(dá)到高溫時(shí)，鋼和鋼中的伴生元素（特別是碳、硅和錳）在空氣中燒掉。因?yàn)樘嫉难趸顲O和CO2是氣體，這些小的赤熱微粒在離開砂輪一定距離時(shí)產(chǎn)生類似于爆炸的現(xiàn)象，于是便爆裂成火花，所以可根據(jù)火花射線和火花的特征來鑒別鋼材的成分。2.火花的組成（1）火束（2）流線（3）節(jié)點(diǎn)與芒線（4）爆花與花粉（5）尾花二、火花鑒別的方法1.火花鑒別的設(shè)備及操作方法火花鑒別的主要設(shè)備是砂輪機(jī)。進(jìn)行火花鑒別時(shí)，操作者應(yīng)戴上無色眼鏡，場(chǎng)地光線不宜太亮，以免影響火花的色澤及清晰