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四、常用机械工程材料（工业用钢、铸铁）与合理选材（表四-1）
钢 种
典型钢号及其应用
性能特点
成分特点与合金化原则
热解决特点
使用态组织
⒈低合金高强钢
按σs 分6级:
①低强度级别:16Mn一般工程结构
②中档强度级别:15MnVN大型桥梁,锅炉,船舶,焊接结构.
③高强度级别:18MnMoNb高压锅炉,高压容器
①高强度:σs＞300Mpa
②高韧性：δ=15%～20%，室温ak＞600 kJ/m2～800 kJ/m2。
③良好焊接性能和冷成形性能
①低C:＜0.2%
②Me以Mn为主、Mn和Si固溶强化
③加入V、,Nb,Ti 等元素细化F晶粒
④加入P细化珠光体
⑤加入Cu抗腐蚀
一般供应状态使用,不热解决焊接结构
可进行一次正火,改善焊区性能
铁素体+索氏体
⒉合金渗碳钢

①低淬透性:20Cr,15Cr小冲击载荷耐磨件,如活塞销,小齿轮.
②中淬透性:20CrMnTi：高速较高载有冲击的耐磨件,重要齿轮,连轴器。
③高淬透性:18Cr2Ni4WA重载大截面重要耐磨件,如柴油机曲轴,连杆
①渗层硬度高,耐磨,抗接触疲劳,且有适当塑性,韧性
②心部高韧性和足够强度
③良好的热解决工艺性能
①低C: 0.1%～0.25%
②加入提高淬透性元素
Cr,、Ni,、Mn、,B
③加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍A晶粒长大和形成稳定的合金碳化物,提高耐磨性

预先热解决（改善切削加工性能） 锻压后→正火
最终热解决：渗碳后淬火（直接或一次、二次淬火）＋低温回火
20CrMnTi齿轮工艺路线：下料→锻造→正火→加工齿形→渗碳(930℃)，淬火(830℃) →低温回火(200℃) →磨齿
表层：高碳M'＋粒状Cem＋A' 心部：
① 淬透：
低碳M′
'②未淬透：
T＋M'＋F(少量)
钢 种
典型钢号及其应用
性能特点
成分特点与合金化原则
热解决特点
使用态组织
⒊合金调质钢
① 低淬性:40Cr,40MnB一般尺寸重要零件,
Do＝30～40
② 中淬透性:
40CrNi, Do＝40～60
③高淬透性: 40CrNiMoA大截面重载重要零件,
Do＝60～160
高水平综合机械性能, 能满足多种和较复杂的工作条件
①中C：0.25%～0.50%以0.4左右为主
②加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,Si,B
③加入Mo,W消除回火脆

一般:油淬+高温回火调质
若规定表面耐磨：调质后可进行表面淬火或氮化解决。
①表面淬火;
②专门化学热解决(如氮化) (38CrMoAl氮化钢)
S'
⒋合金弹簧钢

①以Si,Mn合化:65Mn, 60Si2Mn用于汽车,拖拉机,机车的板簧和螺旋弹簧
②以Cr,V,W合金化:50CVA350℃～400℃以下重载, 较大型弹簧,如高速柴油机气门弹簧.
①高σe 和σs ,高屈强比
②高疲劳抗力
③足够塑韧性,能承受震动,冲击
④有较好淬透性,不易脱C ,易绕卷成形
①中高C:0.45%～0.70%
②加入Si,Mn提高淬透性也提高屈强比
③加入Cr,W,V也提高淬透性
加入Si-Cr不易脱C加入Cr-V细化晶粒, 耐冲击,高温强度好

①热成形法制弹簧热轧钢丝钢板→卷弯曲成型→淬火+中温回火→喷丸
②冷成形法制弹簧钢丝钢板→淬火+中温回火→冷卷弯曲成型→去应力→喷丸
T'
钢 种
典型钢号及其应用
性能特点
成分特点与合金化原则
热解决特点
使用态组织
⒌滚珠轴承钢
①Cr轴承钢: GCr15中小型轴承,冷冲模,量具,丝锥.
②添加Mn,Si,Mo,V的钢:GCr15SiMo,GSiMnMoV制造大型轴承.
①高接触疲劳强度
②高硬度和耐磨性
③足够的韧性和淬透性
④一定耐蚀能力和良好尺寸稳定性
①高C:0.95%～1.10%
②Cr基本元素:提高淬透性;细化Cem;提高耐磨性和接触疲劳抗力; Cr≈0.4％～1.65％
③加入Si,Mn提高淬透性;加入V耐磨性,防止过热
④纯度规定极高S＜0.02％，P＜0.027％

预先热解决（球化退火）
①正火:消除Cem网
②球化退火:便于切削, 使ｋ细小均匀,为淬火作准备
最终热解决：（淬火（800～840℃）＋低温回火（150～170℃））
冷解决:(精密零件)尺寸稳定
M′＋粒状Cem＋少量A残余

⒍低合金刃具钢
① Si-Cr系:9SiCr,低速切削刃具
② Cr系:Cr,Cr06如,铰刀,刮刀,锉刀等.
③ Cr-W-Mn系:CrWMn 如拉刀,冲模,样板,量规
④ W和Cr-W系:小麻花钻,低速切削刃具
①高硬度:HRC＞60②高耐磨性

③高热硬性
④足够塑性和韧性
① 高C:0.9 %～1.1 %
② 加入Cr,Mn,Si提高淬透性
③ 加入Si提高回火稳定性
加入W,V提高耐磨性,并防止加热时过热，保持晶粒细小
预备热解决：锻造后进行球化退火。
最终热解决：淬火+低温回火工艺路线：锻造＋球化退火＋机加工＋淬火＋低温回火
M′＋粒状Cem＋少量A残余
与碳素工具钢相比较，淬透性提高，可采用油淬火。变形和开裂倾向小。

钢 种
典型钢号及其应用
性能特点
成分特点与合金化原则
热解决特点
使用态组织
⒎高速钢 （高速工具速钢）
① W系:W18Cr4V
②W-Mo系:W6Mo5Cr4V2作高速切削刃具铸造组织有鱼骨状共晶
① 高硬度:HRC ＞60
② 高耐磨性
③ 高热硬性
④足够塑性和韧性
① 高C:0.7 %～1.5 %
要保证能与W、Cr、V等形成足够数量的Cem；有一定数量的C溶于A中，以保证M的高硬度。）
② 加入Cr提高淬透性
铬的碳化物(Cr2C6)在淬火加热时几乎所有溶于奥氏体中，增长A过冷的稳定性，钢的淬透性。还提高抗氧化、脱碳能力
③ 加入W,Mo提高热硬性
（提高回火稳定性和热硬性的重要元素）
④ 加入V提高耐磨性
V形成的碳化物vC(或V4C3)非常稳定，很难溶解，硬度较高

属于莱氏体钢，
锻造：共晶莱氏体呈鱼骨胳状，热解决不能消除，只能热变形破碎，
预热解决：等温退火，消除内应力，改善切削，组织准备。
最终热解决： 1270℃淬火＋560℃～580℃回火(三次)：若冷解决只需一次回火
回火(三次)：消除内应力
消除A残余
齿轮铣刀生产过程的工艺路线如下：
下料→锻造→退火→机械加工→淬火+回火→喷砂→磨加工→成品。

M′+少量A残余+ Cem。