工程材料及热处理-第六章.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/9/10,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/9/10,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/9/10,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2018/9/10,#,工程材料及热处理,第六章,工业用钢,钢的分类和编号,6.1,6.1.1,钢的分类,根据钢的化学成分的不同，可将工业用钢分为非合金钢和合金钢。,1,按化学成分分类,1,）非合金钢,非合金钢即铁碳合金，此类钢习惯上称为碳钢。在工业上使用的钢铁材料中，碳钢占有重要的地位。与合金钢相比，碳钢冶炼简便、加工容易、价格便宜，而且在一般情况下能满足使用性能的要求，因此应用广泛。,根据钢中碳含量的不同，碳钢可分为低碳钢（,0.25%C,）、中碳钢（,0.25,0.6%C,）和高碳钢（,0.6%C,）。,2,）合金钢,为了提高钢的性能，在碳钢中特意加入一定合金元素所获得的钢种称为合金钢。合金元素的加入，克服了碳钢淬透性低、强度和屈强比低、回火稳定性差、不能满足特殊性能要求等缺点，满足了日益发展的科学技术和工业生产及应用的要求。因此，合金钢在现代工业、农业、科研、国防等众多行业中得到广泛应用。目前，钢中加入的元素主要有锰、铬、镍、钨、钼、钒、钛、铜、铝、硅、硼、氮、铌、锆和稀土元素等。,根据钢中合金元素总含量的不同，可将合金钢分为低合金钢（,5%,）、中合金钢（为,5,10%,）和高合金钢（,10%,）。,2,按质量等级分类,根据钢的质量高低，即主要根据钢中所含有害杂质,S,，,P,的多少来分类，可将工业用钢分为普通质量钢（,S,，,P,含量,0.045%,）、优质钢（,S,，,P,含量,0.035%,）和高级优质钢（,S,，,P,含量,0.025%,）三类。其中，合金钢均为优质钢和高级优质钢。,根据钢的用途不同，可将工业用钢分为结构钢、工具钢和特殊性能钢三大类。其中，结构钢可分为工程构件用钢和机器零件用钢等；工具钢可分为刃具钢、模具钢和量具钢等；特殊性能钢可分为不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。,3,按用途分类,4,按炼钢时脱氧程度分类,根据冶炼过程中脱氧程度的不同，可将工业用钢分为沸腾钢（脱氧不彻底，用符号,F,表示）、镇静钢（脱氧彻底，用符号,Z,表示）、半镇静钢（脱氧程度介于沸腾钢和镇静钢之间，用符号,b,表示）和特殊镇静钢（进行特殊脱氧的钢，用符号,TZ,表示）。,其中，脱氧较完全的镇静钢和特殊镇静钢可不标注。,5,按室温组织分类,根据钢在空气中冷却后所得到的组织的不同，可将工业用钢分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢、奥氏体钢和莱氏体钢等。,6.1.2,钢的牌号,1,结构钢,1,）普通碳素结构钢,普通碳素结构钢牌号的命名方法为：标志符号“,Q,”,+,最小,R,e,值,+,“,-,”,+,等级符号,+,脱氧程度符号。,其中，标志符号“,Q,”,为“屈服强度”的汉语拼音字头。,等级符号表示钢材质量等级，共分为四级，即,A,级（,S 0.05%,，,P 0.045%,）、,B,级（,S 0.045%,，,P 0.045%,）、,C,级（,S 0.04%,，,P 0.04%,）、,D,级（,S 0.035%,，,P 0.035%,）。其中，,D,级为最高级，达到了碳素结构钢的优质级，其余,A,，,B,，,C,三个等级均属于普通级范围。,从此类钢的牌号中，可以直接知道钢的最低屈服点、质量等级和脱氧程度，用起来很方便。例如，,Q235-AF,钢表示,R,e,235 MPa,，质量等级,A,级，脱氧不充分的沸腾钢。,我国钢的牌号一般用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。,2,）优质碳素结构钢,优质碳素结构钢的牌号是两位数字，表示碳质量分数的万分数值。全部是优质级，不标质量等级符号。例如，钢号,20,表示平均含碳量为,0.20%,的钢；钢号,45,表示平均含碳量为,0.45%,的钢。此类钢中有三个钢号是沸腾钢，其钢号尾部标有,F,，如,08F,。,注 意,优质碳素结构钢中有些是锰的质量分数超出一般规定的锰杂质含量，其钢号尾部标有元素符号,Mn,，如,65Mn,。此类钢仍属于优质碳素结构钢，不要误认为是合金钢。,3,）低合金钢,低合金钢的牌号用“屈”字汉语拼音首字母“,Q,”,+,屈服点数值,+,质量等级符号（,A,，,B,，,C,，,D,）表示。例如，,Q345C,表示屈服点不小于,345MPa,的,C,级低合金钢。由于低合金结构钢分为镇静钢和特殊镇静钢，因此牌号的组成中没有表示脱氧方法的符号。,专用低合金结构钢牌号按规定应在牌号头部（或尾部）用如表,6-1,所示的代表产品用途的符号表示。例如，压力容器用钢牌号表示为,Q345R,；焊接气瓶用钢牌号表示为,Q295HP,；锅炉用钢牌号表示为,Q390g,；桥梁用钢表示为,Q420q,。,字母,含义,位置,字母,含义,位置,R,压力容器用钢,牌号尾,YF,易切削非调质钢,牌号头,g,锅炉用钢,牌号尾,F,热锻用非调质钢,牌号头,HP,焊接气瓶用钢,牌号尾,Y,易切削钢,牌号头,q,桥梁用钢,牌号尾,ML,铆螺钢,牌号头,H,保证淬透性结构钢,牌号尾,H,焊接用钢,牌号头,G,高压锅炉用钢,牌号尾,G,滚动轴承钢,牌号头,L,汽车大梁用钢,牌号尾,ZGD,低合金铸钢,牌号头,表,6-1,钢牌号中部分汉语拼音字母含义说明表,4,）机械零件用合金结构钢,（,1,）渗碳钢、调质钢、弹簧钢,渗碳钢、调质钢、弹簧钢的牌号采用“两位数字 元素符号 数字,”,的方法表示前面两位数字表示碳的平均质量分数的万分之几，元素符号表明钢中的主要合金元素，其后的数字则表明该合金元素的含量。合金元素的平均含量小于,1.50%,时，牌号中仅标明元素符号，一般不标明含量；平均合金含量为,1.50%,2.49%,，,2.50%,3.49%,，,3.50%,4.49%,，,，则在合金元素后相应写成,2,，,3,，,4,，,数字。例如，碳、铬、锰、硅的平均含量分别为,0.30%,，,0.95%,，,0.85%,，,1.05%,的合金结构钢，当,S,，,P,含量分别,0.035%,时，其牌号表示为,30CrMnSi,。,高级优质合金结构钢在牌号尾部加“,A,”,，如,30CrMnSiA,；特级优质合金结构钢在牌号尾部加“,E,”,，如,30CrMnSiE,；专用合金结构钢牌号应按规定在牌号头部（或尾部）用如表,6-1,所示的代表产品用途的符号。例如，铆螺专用的,30CrMnSi,钢，牌号表示为,ML30CrMnSi,。,（,2,）高碳铬滚动轴承钢,高碳铬滚动轴承钢有自己独特的牌号。牌号前面以“滚”字汉语拼音首字母“,G”,为标志，其后为铬元素符号,Cr,，,Cr,后的数字表示,Cr,质量分数的千分之几，碳含量为,0.95%,1.05%,，但一般不标出，其余与合金渗碳钢牌号规定相同，如碳、铬、硅、锰的平均含量分别为,1.0%,，,1.5%,，,0.6%,，,1.2%,的轴承钢，其牌号为,GCr15SiMn,。,2,工具钢,碳素工具钢的牌号命名方法为：标志符号“,T,”,+,碳质量分数的千分数值。,合金工具钢的牌号命名方法为：数字,+,合金元素符号,+,数字,+,。前面的数字表示钢中碳的平均质量分数的千分之几，当钢中碳的质量分数大于,1%,时不标出，其余与渗碳钢、调质钢、弹簧钢的牌号相同，如,9SiCr,，,CrWMn,（,1.0%,不标出）。高速工具钢牌号中不标出含碳量，如,W18Cr4V,（为,0.7,0.8%,）。,3,特殊性能钢,不锈钢和耐热钢采用“数字,+,合金元素符号,+,数字,”,的方法表示。前面的数字若为两位数或三位数时，分别表示钢中碳的平均质量分数的万分之几或十万分之几。只规定碳含量上限时，当碳含量上限,0.10%,时，以其上限的,3/4,表示；当碳含量上限,0.10%,时，以其上限的,4/5,表示；规定上下限的，以“平均碳含量,100”,表示。对超低碳的（碳含量,0.030%,），用三位数字表示碳含量的最佳控制值。合金元素符号后的数字代表该元素平均含量的百分数。,高锰耐磨钢一般是铸造成形后直接使用的，采用“,ZG+,数字,+Mn+,数字,+,合金元素符号,+,数字,+”,的方法表示。其中，“,ZG,”,表示铸钢，其后的数字代表平均碳含量的万分数，合金元素符号后的数字代表该元素平均含量的百分数。,（,a,）对硬度的影响,（,b,）对韧性的影响,图,6-1,合金元素对铁素体力学性能的影响,合金元素在钢中的作用,6.2,6.2.1,合金元素对基本相的影响,碳钢中加入合金元素后，对钢的相组成，相的成分和结构，各相在钢中所占的体积组分和彼此相对的分布状态等起作用，从而改善钢的性能。,1,强化铁素体,合金元素可溶于铁素体形成合金铁素体，产生固溶强化作用，使铁素体的强度、硬度升高，塑性、韧性下降，如图,6-1,所示。,某些合金元素会与碳发生反应形成碳化物，如,Fe,，,Mn,，,Cr,，,Mo,，,W,，,V,，,Nb,，,Zr,，,Ti,等（按与,C,的亲和力由弱到强排列），这些元素称为碳化物形成元素。而与,C,亲和力很弱，无法形成碳化物的元素，如,Ni,，,Si,，,Al,，,Co,，,Cu,等，称为非碳化物形成元素。,由于碳化物形成元素与,C,的亲和力强弱不同，以及在钢中的含量不同，形成碳化物的类型包括：合金渗碳体，如（,Fe,，,Mn,）,3,C,，（,Fe,，,Cr,）,3,C,；合金碳化物，如,Cr,7,C,3,，,Cr,23,C,6,；特殊碳化物，如,WC,，,VC,，,TiC,。从合金渗碳体到特殊碳化物，稳定性及硬度依次升高。,当碳化物以微细质点分布于基体上时，会产生弥散强化作用，且合金碳化物有极高的硬度和熔点，可显著提高钢的耐磨性和耐热性。此外，难熔的稳定碳化物分布在奥氏体晶界上，可有效地细化晶粒，改善钢的性能。,2,形成碳化物,6.2.2,合金元素对,Fe-Fe,3,C,相图的影响,缩小奥氏体相区的元素有,Cr,，,Mo,，,W,，,V,，,Ti,，,Si,，,Al,，,B,等，称为铁素体形成元素。由于此类合金元素的加入使,A,1,线、,A,3,线升高，且当含量足够高时，奥氏体区域可能完全消失，使钢在高温与常温均保持铁素体组织，此类钢称为铁素体钢，如,Cr17,不锈钢便属于铁素体不锈钢。如图,6-2,所示为,Cr,对奥氏体相区的影响。,扩大奥氏体相区的元素有,Ni,，,Mn,，,Co,，,Cu,，,Zn,，,N,等，称为奥氏体形成元素。此类合金元素的加入使,A,1,线、,A,3,线下降，且当含量足够高时，奥氏体区域扩大至室温，使钢在室温下以奥氏体单相存在而成为一种奥氏体钢，如,ZGMn13,耐磨钢便属于奥氏体钢。如图,6-3,所示为,Mn,对奥氏体相区的影响。,1,对奥氏体相区的影响,图,6-2 Cr,元素对奥氏体相区的影响,图,6-3 Mn,元素对奥氏体相区的影响,2,对,S,点、,E,点的影响,几乎所有合金元素都会使,S,点、,E,点向左移，即降低共析碳含量及碳在奥氏体中的最大溶解度，从而使碳含量相同的碳钢和合金钢具有不同的组织。例如，在高速钢（为,0.7%,0.8%,）的铸态组织中就有莱氏体组织。,6.2.3,合金元素对热处理的影响,1,提高回火稳定性,淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称为回火稳定性。由于合金元素减慢了碳的扩散，从而减慢了马氏体及残留奥氏体的分解过程和阻碍碳化物析出、聚集、长大。因此，在回火过程中，合金钢的软化速度比碳钢慢，合金钢具有较高的回火抗力，在较高的回火温度下仍保持较高的硬度。,在回火温度相同时，合金钢的硬度及强度比碳含量相同的碳钢高；而回火至相同硬度时，合金钢的回火温度高，内应力的消除比较彻底。因此，合金钢的塑性和韧性比碳钢好。,2,产生二次硬化现象,当钢中,Cr,，,W,，,Mo,，,V,等元素超过一定量时，在,400,以上还会形成弥散分布的特殊碳化物，使硬度重新升高，直到,500,600,硬度达到最高值，出现二次硬化现象，如图6-4,所示。二次硬化现象对高合金工具钢十分重要，通过,500,600,回火可使其硬度比淬火态硬度高,5 HRC,以上。,图,6-4,含,0.35%C,加入不同,Mo,量的钢对回火硬度的影响,3,产生回火脆性,淬火钢在某些温度区间回火或从回火温度缓慢冷却通过该温度区间的脆化现象，称为回火脆性。如图,6-5,所示为镍铬钢回火后的冲击韧度与回火温度的关系。,图,6-5,合金钢回火脆性示意图,钢淬火后在,300,左右回火时产生的回火脆性称为第一类回火脆性。无论碳钢或合金钢，都可能发生这种脆性，并且它与回火后的冷却方式无关。这种回火脆性产生后无法消除。为了避免第一类回火脆性的发生，一般不在,250,350,温度范围内回火。,含有铬、锰、镍等元素的合金钢淬火后，在脆化温度区（,400,550,）回火，或经更高温度回火后缓慢冷却通过脆化温度区所产生的脆性，称为第二类回火脆性。它与某些杂质元素在原奥氏体晶界上偏聚有关。这种偏聚容易发生在回火后缓慢冷却的过程中，最容易发生在含铬、锰、镍等合金元素的合金钢中。如果回火后快冷，杂质元素便来不及在晶界上偏聚，就不易发生这类回火脆性。当出现第二类回火脆性时，可将其加热至,500,600,，经保温后快冷，即可消除回火脆性。,注 意,对于不能快冷的大型结构件或不允许快冷的精密零件，应选用含有适量钼和钨的合金钢，能有效防止第二类回火脆性的发生。,结构钢,6.36.3.1,碳素结构钢,1,普通碳素结构钢,普通碳素结构钢一般为低、中碳成分，具有良好的塑性、韧性和一定的强度，同时有良好的加工工艺性能、焊接性能和冷变形成形性能。此类钢主要用于各类工程构件（如桥梁、船舶、建筑等）和机器零件（如齿轮、轴、螺钉、螺母、连杆等）所需的热轧钢板、钢带、钢管、盘条、型钢、棒钢等，可供焊接、铆接等构件使用。,用于制造重要工程结构和各种机器零部件的钢称为结构钢。结构钢是工业用钢中用途最广、用量最大的一类钢种，主要包括碳素结构钢、低合金钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。,如表,6-2,所示，普通碳素结构钢共分五个强度等级。,牌号,质量,等级,化学成分,/,%,脱氧方法,力学性能,用途举例,C,Mn,Si,S,P,R,e,/MPa,R,m,/MPa,A,5,/%,Q195,0.12,0.50,0.30,0.040,0.035,F,，,Z,195,315,390,33,其塑性好、强度低，用于制造承受载荷不大的构件，如螺钉、螺母、垫圈、钢窗、地脚螺钉、冲压件及焊接件等,Q215,A,0.15,1.20,0.35,0.050,0.045,F,，,Z,215,335,410,31,B,0.045,表,6-2,碳素结构钢的牌号、化学成分、力学性能及用途（摘自,GB/T 700,2006,）,牌号,质量,等级,化学成分,/,%,脱氧方法,力学性能,用途举例,C,MnSi,S,P,R,e,/MPa,R,m,/MPa,A,5,/%,Q235,A,*,0.22,1.40,0.35,0.050,0.045,F,，,Z,235,375,460,26,制造钢板、钢筋、型钢、螺栓、螺母、轴、吊钩及自行车架等，,C,和,D,可用作重要焊接件,B,*,0.20,0.045,C,0.17,0.040,0.040,Z,D,0.035,0.035,TZ,Q255,A,0.18,0.28,0.40,0.70,0.30,0.050,0.045,Z,255,410,510,24,其强度较高，用于制造承受中等载荷的零件，如键、销、转轴、拉杆、链轮及链环片等,B,0.045,Q275,AA,0.24,1.50,0.35,0.050,0.045,F,，,Z,275,490,610,20,BB,0.21,0.045,0.045,Z,CC,0.22,0.040,0.040,Z,DD,0.20,0.035,0.035,TZ,表,6-2,（续）,注：（,1,）带“”号处,Q235-A,，,B,级沸腾钢,Mn,的质量分数上限为,0.60%,。,（,2,）试样厚度（直径）,16 mm,，若试样厚度增加，则,R,e,和,A,5,会相应降低。,提 示,优质碳素结构钢的出厂状态可以是热轧后空冷，也可以是退火、正火等状态，一般随用户需要而定。,2,优质碳素结构钢,优质碳素结构钢必须同时保证钢的化学成分和力学性能。其所含,S,，,P,杂质含量低（,0.035%,），夹杂物也少，化学成分控制较严格，质量很好。因此，此类钢常用于较为重要的机械零件，可通过热处理调整零件的力学性能，如表,6-3,所示。,牌号,化学成分,/,%,力学性能,用途举例,C,Si,Mn,R,m,/MPa,R,e,/MPa,A,5,/,%,Z,/,%,K,/J,08F,0.05,0.11,0.03,0.25,0.50,295,175,35,60,其强度、硬度低，塑性、韧性高，冷加工性和焊接性优良，切削加工性欠佳，热处理强化效果不显著。碳含量较低的常轧制成钢板，广泛用于深冲压和深拉延制品。碳含量较高的（,15,25,）,可用来制造各种标准件、轴套、容器等，也,可用作渗碳钢制造表硬心韧的中小尺寸耐磨零件，,如齿轮、凸轮、销轴、摩擦片、水泥钉等,10F,0.07,0.13,0.07,0.25,0.50,315,185,33,55,15F,0.12,0.18,0.07,0.25,0.50,355,205,29,55,08,0.05,0.11,0.17,0.37,0.35,0.65,325,195,33,60,10,0.07,0.13,0.17,0.37,0.35,0.65,335,205,31,55,15,0.12,0.18,0.17,0.37,0.35,0.65,375,225,27,55,20,0.17,0.23,0.17,0.37,0.35,0.65,410,245,25,55,25,0.22,0.29,0.17,0.37,0.50,0.80,450,275,23,50,71,30,0.27,0.34,0.17,0.37,0.50,0.80,490,295,21,50,63,其综合力学性能好，热塑性加工性和切削加工性较差，冷变形能力和焊接性中等。多在调质或正火状态下使用，还可用于表面硬化处理以提高疲劳性能和表面耐磨性，,常用于制造传动轴、发动机连杆、机床齿轮等，以,45,应用最广,35,0.32,0.39,0.17,0.37,0.50,0.80,530,315,20,45,55,40,0.37,044,0.17,0.37,0.50,0.80,570,335,19,45,47,45,0.42,0.50,0.17,0.37,0.50,0.80,600,355,16,40,39,50,0.47,0.55,0.17,0.37,0.50,0.80,630,375,14,40,31,55,0.52,0.60,0.17,0.37,0.50,0.80,645,380,13,35,60,0.57,0.65,0.17,0.37,0.50,0.80,675,400,12,35,具有较高的强度、硬度、耐磨性和良好的弹性，切削性能中等，焊接性能不佳，淬火开裂倾向较大。主要用于制造弹簧、,重钢轨、,轧辊、凸轮、铁锹、钢丝绳等，其中,65,钢是常用的弹簧钢,65,0.62,070,0.17,0.37,0.50,0.80,695,410,10,30,70,0.67,0.75,0.17,0.37,0.50,0.80,715,420,9,30,75,0.72,0.80,0.17,0.37,0.50,0.80,1 080,880,7,30,80,0.77,0.85,0.17,0.37,0.50,0.80,1 080,930,6,30,85,0.82,0.90,0.17,0.37,0.50,0.80,1 130,980,6,30,表,6-3,优质碳素结构钢的牌号、力学性能及用途（摘自,GB/T 6992015,表,6-3,（续）,注：（,1,）试样毛坯为,25 mm,。,（,2,）表中除,75,，,80,和,85,三种钢是“,820,淬火、,480,回火”外，其他牌号的钢均为正火状态。,牌号,化学成分,/,%,力学性能,用途举例,C,Si,Mn,R,m,/MPa,R,e,/MPa,A,5,/,%,Z,/,%,K,/J,15Mn,0.12,0.18,0.17,0.37,0.70,1.00,410,245,26,55,应用范围基本同于相对应的普通含锰钢，但因淬透性和强度较高，可用于制造截面尺寸较大或强度要求较高的零件，其中以,65Mn,最常用,20Mn,0.17,0.23,0.17,0.37,0.70,1.00,450,275,24,50,25Mn,0.22,0.29,0.17,0.37,0.70,1.00,490,295,22,50,71,30Mn,0.27,0.34,0.17,0.37,0.70,1.00,540,315,20,45,63,35Mn,0.32,0.39,0.17,0.37,0.70,1.00,560,335,18,45,55,40Mn,0.37,0.44,0.17,0.37,0.70,1.00,590,355,17,45,47,45Mn,0.42,0.50,0.17,0.37,0.70,1.00,620,375,15,40,39,50Mn,0.48,0.56,0.170.37,0.70,1.00,645,390,13,40,31,60Mn,0.57,0.65,0.17,0.37,0.70,1.00,695,410,11,35,65Mn,0.62,070,0.17,0.37,0.90,1.20,735,430,9,30,70Mn,0.67,0.75,0.17,0.37,0.90,1.20,785,450,8,30,提 示,优质碳素结构钢的出厂状态可以是热轧后空冷，也可以是退火、正火等状态，一般随用户需要而定。,1,用途,低合金钢中添加的少量合金元素使得钢的强度相对于同等碳含量的碳钢明显提高，所以此类钢又称为低合金高强度钢。,6.3.2,低合金钢,低合金钢主要用于制造在大气和海洋中工作的大型焊接结构件，如建筑结构、桥梁、车辆、船舶、输油输气管道、压力容器等。,低合金钢强度高，良好的塑性、韧性、冷冲压性能及焊接性能，可抵抗大气腐蚀。,2,性能特点,3,成分特点,低合金钢具有以下成分特点。,含碳量,：低碳，,0.2%,，以保证良好的塑性、韧性、冷冲压性能及焊接性能。,合金元素,：低合金，主要以,Mn,和,Si,为主，强化铁素体基体，产生固溶强化；加入少量的,Ti,，,V,，,Nb,，,RE,等，以用来细化晶粒，提高强韧性。,4,热处理工艺特点,低合金钢一般在热轧空冷状态下使用，必要时经正火处理后使用。正火处理的温度在,A,c,3,以上,30,50,，使用态组织为铁素体,+,珠光体。,5,典型牌号及用途,在较低的,Q345,级的钢中，,16Mn,最具有代表性，是目前我国用量最多、产量最大的一种低合金钢，其派生钢种有,16MnRE,，,16MnCu,等。,RE,的主要作用是提高塑性和韧性，提高疲劳强度，降低韧脆转变温度；,Cu,的主要作用是通过钝化提高耐蚀性。此类钢多用于船舶、车辆、桥梁等大型钢结构。,对于,Q420,级的钢，如,15MnVN,，,14MnVTiRE,等，加入了钒、氮起到细化晶粒和第二相强化作用，稀土又起净化晶界作用，可提高强韧性，因此其强度高于,15MnTi,。,对于,Q460,级的钢，如,14MnMoVBRE,，加入了钼和微量硼元素，可推迟奥氏体冷却时的铁素体析出，而对贝氏体转变则影响不大。其正火后得到贝氏体组织，然后再高温回火，以稳定组织，消除内应力，提高塑性、韧性和焊接性，适于制造,400,500,的锅炉、中温高压容器等。常用低合金钢的牌号、力学性能及用途如表,6-4,所示。,牌号,质量,等级,力学性能,旧牌号,用途举例,R,e,/MPa,R,m,/MPa,A,5,/%,K,V,/J,Q295,A,，,B,295,390,570,23,34,09MnV,，,09MnNb,，,09Mn2,，,12Mn,制造车辆的冲压件、中低压化工容器、储油罐、输油管、油船等,Q345,A,，,B,C,，,D,，,E,345,470,630,21,22,34,12MnV,，,14MnNb,，,16Mn,，,16MnCu,，,16MnRE,制造桥梁、车辆、船舶、压力容器、矿山机械、电站设备、厂房钢架等,Q390,A,，,B,C,，,D,，,E,390,490,650,19,20,34,15MnV,，,15MnTi,，,16MnNb,制造桥梁、大型船舶、起重设备、压力容器、较高载荷的焊接件等,Q420,A,，,B,C,，,D,，,E,420,520,680,18,19,34,15MnVN,，,14MnVTiRE,制造桥梁、高压容器、大型船舶、电站设备、中高压锅炉及容器等,Q460,C,，,D,，,E,460,550,720,17,34,14MnMoVBRE,制造中温高压容器（,120,）、锅炉、大型挖掘机、起重运输机械、钻井平台等,表,6-4,常用低合金钢的牌号、力学性能及用途（摘自,GB/T 1591,2008,）,注：表中,R,e,为厚度（直径、边长）,16 mm,时的数据。,1,用途,6.3.3,合金渗碳钢,合金渗碳钢主要用于制作承受交变载荷、很大的接触应力，并在冲击和严重磨损条件下工作的零件，如汽车、重型机床齿轮、活塞销，内燃机的凸轮轴等。,合金渗碳钢在性能上应做到“表硬心韧”，即要求零件表面硬度高、耐磨，心部则具有较高的韧性和足够的强度以承受冲击。一般渗碳件表面渗碳层淬火后硬度,58 HRC,，心部为,35,45 HRC,。,2,性能要求,3,成分特点,合金渗碳钢具有以下成分特点。,含碳量,：低碳，,C,为,0.15%,0.25%,，以保证心部塑韧性。,合金元素,：主要加入元素有,Cr,，,Ni,，,Mn,，,B,，以强化基体，提高淬透性，保证心部强韧性；辅加元素有,V,，,Ti,，,W,，,Mo,等，防止渗碳时过热，细化晶粒，提高耐磨性。,4,热处理工艺特点,渗碳件一般的工艺路线为：下料 锻造 正火 机加工 渗碳 淬火 低温回火 磨削。,（,1,）预备热处理：一般是正火，组织为,P+F,，目的是调整硬度，改善组织和切削加工性能。,（,2,）最终热处理：一般是渗碳后直接淬火（或一次、二次淬火）,+,低温回火。其表面组织为,M,回,+,细小碳化物,+,少量,Ar,，硬度一般为,58,64 HRC,；心部组织依照钢的淬透性及工件尺寸而定，淬透时为低碳,M,回,，未淬透时为低碳,M,回,+F+P,。,5,典型牌号及用途,常用渗碳钢牌号、热处理、力学性能及用途如表,6-5,所示。按淬透性的高低，渗碳钢大致可以分为以下三类。,1,）低淬透性渗碳钢,低淬透性渗碳钢的典型牌号为,20Cr,，其水淬临界直径为,20,35 mm,。渗碳淬火后，其心部强韧性较低，因此只适于制造受冲击载荷较小的耐磨零件，如活塞销、凸轮、滑块、小齿轮等。,2,）中淬透性渗碳钢,中淬透性渗碳钢的典型牌号为,20CrMnTi,，其油淬临界直径为,25,60 mm,，主要用于制造能承受中等载荷、要求有足够冲击韧性和耐磨性的汽车齿轮等零件。,3,）高淬透性渗碳钢,高淬透性渗碳钢的典型牌号为,18Cr2Ni4W,，,20Cr2Ni4,，其油淬临界直径,100 mm,，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等。,类别,牌号,热处理,/,，冷却介质,力学性能,用途举例,一次淬火,二次淬火,回火,R,e,/MPa,R,m,/MPa,A,5,/%,低淬透性,20Cr,880,水、油,780,820,水、油,200,540,835,10,制造齿轮、小轴、活塞销,20MnV,880,水、油200,590,785,10,同上，也可制造锅炉、高压容器管道等,中淬透性,20CrMn,850,油,200,735,930,10,制造齿轮、轴、蜗杆、摩擦轮,中淬透性,20CrMnTi,880,油,870,油,200,850,1 080,10,制造汽车、拖拉机上的变速箱齿轮,20MnTiB,860,油,200,930,1 130,10,代替,20CrMnTi,高淬透性,18Cr2Ni4W,950,空,850,空,200,835,1 180,10,制造大型渗碳齿轮和轴类零件,20Cr2Ni4,880,油,780,油,200,1 080,1 180,10,同上,表,6-5,常用渗碳钢的牌号、热处理、力学性能及用途（摘自,GB/T 3077,2015,）,1,用途,6.3.4,合金调质钢,合金调质钢用于受力较复杂的重要结构零件，如机床主轴、火车发动机曲轴和汽车后桥半轴等轴类零件，以及连杆、螺栓和齿轮等。,合金调质钢具有良好的综合力学性能，即较高的强度、良好塑性和韧性。,2,性能要求,3,成分特点,4,热处理工艺特点,合金调质钢具有以下成分特点。,碳含量,：中碳，,为,0.25%,0.5%,，以保证热处理后具有足够的强度、良好的塑性和韧性。若含碳量太低，则强度、硬度不足；太高，塑性、韧性又会降低。为达到两者兼顾，常取中碳范围。一般碳素调质钢的淬透性低，含碳量偏上限；合金调质钢淬透性好，随合金元素的增加，含碳量趋于下限，如,30CrMnSi,，,38CrMoAl,。,合金元素,：主要加入元素有,Cr,，,Ni,，,Mn,，,Si,，,Al,等，以提高淬透性，调质处理后有良好的综合力学性能；辅助加入元素有,W,，,Mo,元素，以防止高温回火脆性，细化晶粒，提高回火稳定性。,调质件一般的工艺路线为：下料 锻造 退火 粗加工 调质 精加工。,（,1,）预备热处理：采用完全退火或正火（高淬透性的调质钢正火后应再高温回火），其目的是细化晶粒、改善组织、调整硬度、改善切削加工性能。预备热处理后的组织为（,P+F,）。,（,2,）最终热处理：调质处理，组织为,S,回,，具有良好的综合机械性能。,调质件除了应具有良好的综合机械性能外，还要求其表面具有高硬度、高耐磨性，调质处理后还需进行“表面淬火,+,低温回火”处理，表面淬火多采用感应加热表面淬火。最终热处理后的表面组织为,M,回,，心部为,S,回,。,5,典型牌号及用途,常用调质钢的牌号、热处理、力学性能及用途如表,6-6,所示。按淬透性的高低，调质钢大致可以分为以下三类。,1,）低淬透性调质钢,低淬透性调质钢的典型牌号为,45,，,40Cr,，此类钢的油淬临界直径最大为,30,40 mm,，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。表,6-6,中的,35SiMn,，,40MnB,是为节约铬而发展的代用钢种。,2,中淬透性调质钢,中淬透性调质钢的典型牌号为,40CrNi,，此类钢的油淬临界直径最大为,40,60mm,，含有较多的合金元素，用于制造截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。,3,）高淬透性调质钢,高淬透性调质钢的典型牌号为,40CrNiMo,，此类钢的油淬临界直径为,60,100 mm,，多半为铬镍钢。铬、镍的适当配合，可大大提高淬透性，并能获得比较优良的综合机械性能。高淬透性调质钢可用于制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、航空发动机曲轴等。,类别,牌号,热处理,力学性能,用途举例,淬火,/,冷却,介质,回火,/,R,e,/MPa,R,m,/MPa,A,5,/低淬透性,45,840,水,600,355,600,16,制造主轴、曲轴、齿轮、柱塞等,40Cr,850,油,520,785,980,9,制造重要调质件，如齿轮、轴、曲轴、连杆螺旋等,35SiMn,900,水,570,735,885,15,除要求低温（,-20,以下）韧性很高外，可全面代替,40Cr,作调质件,40MnB,850,油,500,785,980,10,代替,40Cr,中淬透性,40CrMn,840,油,550,835,980,9,代替,40CrNi,，,42CrMo,作高速高载荷而冲击不大的零件,40CrNi,820,油,500,785,980,10,制造,汽车、拖拉机、机床、柴油机的轴、齿轮、连接机件螺旋、电动机轴,30CrMnSi,880,油,540,835,1 080,10,为高强度钢，用于制造高速载荷砂轮轴、齿轮、轴、联轴器、离合器等重要调质件,35CrMo,850,油,550,835,980,12,代替,40CrNi,制大截面齿轮与轴，汽轮发电机转子，以及,480,以下工作的紧固件,38CrMoAl,940,水、油,640,835,980,14,高级氮化钢，制造大于,900 HV,氮化件，如镗床镗杆、蜗杆、高压阀门等,表,6-6,常用调质钢的牌号、热处理、力学性能及用途（摘自,GB/T 699,2015,，,GB/T 3077,2015,）,高淬透性,37CrNi3,820,油,500,980,1 130,10,制造高强韧性的重要零件，如活塞销、凸齿轴、齿轮、重要螺栓拉杆等,40CrNiMo,850,油,600,835,980,12,制造受冲击载荷的高强度零件，如锻压机床的传动偏心轴、压力机曲轴等大截面重要零件,25Cr2Ni4W,850,油,500,930,1 080,11,制造,200 mm,以下，完全淬透的重要零件，也与,12Cr2Ni4,相同，可作高级渗碳件,表,6-6,（续）,6.3.5,合金弹簧钢,1,用途,合金弹簧钢是专用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。,合金弹簧钢具有高的弹性极限和屈强比，高的疲劳强度和足够的塑性、韧性，以及良好的淬透性和低的脱碳敏感性。,2,性能要求,3,成分特点,合金弹簧钢具有以下成分特点。,含碳量,：为,0.50%,0.70%,，多数为,0.6%,左右，属于中、高碳。含碳量过高，不但塑性和韧性会降低，疲劳极限也会下降。,合金元素,：主要加入的元素有,Mn,，,Si,，以提高淬透性，提高强度及屈强比；辅助加入元素有,W,，,Mo,，,V,等，以进一步提高淬透性、细化晶粒、提高回火稳定性和耐热性。,根据弹簧的加工成形方法不同，弹簧分为热成形弹簧和冷成形弹簧。一般截面尺寸,10,15 mm,的弹簧采用热成形方法；截面尺寸,10 mm,采用冷成形方法。,4,热处理工艺特点,1,）热成形弹簧,热成形弹簧多用热轧钢丝或钢板制成（钢丝直径或板厚,10 mm,），以,60Si2Mn,制造的汽车板簧为例，其工艺路线为：下料 加热压弯成形 淬火,+,中温回火 喷丸处理 装配。,工件成形后采用淬火,+,中温回火（,350,500,）进行处理，组织为,T,回,，硬度为,40,52 HRC,，具有高的弹性极限、屈强比和足够的韧性，喷丸处理可进一步提高疲劳强度。,2,）冷成形弹簧,冷成形弹簧常采用冷拔钢丝冷卷成形（钢丝直径或板厚,0.9%,，有时可高达,2.0%,以上。其主要加入的元素有,Mn,，,Cr,，,W,，,Mo,，,V,，用以强化基体，形成碳化物，提高淬透性、硬度和耐磨性等。,（,4,）热处理工艺特点,冷作模具钢的预备热处理为球化退火，最终热处理为淬火 低温回火，热处理后硬度可达,58,60 HRC,。,（,5,）常用冷作模具钢的牌号,9Mn2V,，,CrWMn,钢价格便宜，加工性能好，能基本满足模具的工作要求；,Cr12,钢，淬火变形小、淬透性好、耐磨性好，用于制作负荷大、尺寸大、形状复杂的模具。常用冷作模具钢的牌号、热处理及用途如表,6-11,所示。,牌号,退火,淬火,回火,用途举例,温度,/,HBW,温度,/,冷却,介质,温度,/,HRC,9Mn2V,750,770,229,780,810,油,150,200,62,制造尺寸较小的冲模及冷压模、机床丝杠等,CrWMn,760,