金屬材料與熱處理 教學(xué)PPT課件

金屬材料與熱處理 教學(xué)PPT課件,金屬材料與熱處理,教學(xué)PPT課件,金屬材料,熱處理,教學(xué),PPT,課件 金屬材料與熱處理金屬材料與熱處理項(xiàng)目六項(xiàng)目六 合金鋼合金鋼項(xiàng)目導(dǎo)入項(xiàng)目導(dǎo)入碳鋼在機(jī)械制造得到了廣泛的應(yīng)用，但是碳鋼中存在著淬透性差、回火穩(wěn)定性差，綜合力學(xué)性能低等不足，不能用于尺寸大、重載的零件，也不能用于耐腐蝕的零件。為了提高鋼的力學(xué)性能，改善鋼的工藝性能或得到某些特殊的物理或者是化學(xué)性能，在冶煉時(shí)有目的的加入一種或多種合金元素，這種含有合金元素的鋼叫做合金鋼。合金鋼有著較好的綜合力學(xué)性能，良好的物理化學(xué)性能，良好的熱處理工藝性能，能夠滿(mǎn)足不同工作條件的產(chǎn)品要求，雖然也存在著合金鋼的沖壓、切削等工藝性能比較差，成本比較高的缺點(diǎn)，但是重要的工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件都使用合金鋼制造。01目錄CONTENT合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用合金鋼的分類(lèi)和牌號(hào)合金鋼的分類(lèi)和牌號(hào)合金工具鋼合金工具鋼020403合金結(jié)構(gòu)鋼的分類(lèi)合金結(jié)構(gòu)鋼的分類(lèi)CONTENT特殊性能鋼特殊性能鋼05任務(wù)一合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用 合金元素加入鋼中，不僅會(huì)與鐵碳元素發(fā)生反應(yīng)，而且會(huì)對(duì)鋼的組成相、Fe-Fe3C相圖、鋼在加熱或者是冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變以及淬火鋼回火轉(zhuǎn)變都有著較大的影響，因此合金元素在鋼中起著舉足輕重的作用。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)分析合金元素在鋼中的作用。任務(wù)描述任務(wù)描述合金元素在鋼中的作用。一、合金元素對(duì)鋼組織的影響 合金元素在鋼中主要以合金鐵素體與合金碳化物的形式存在。1.形成合金鐵素體合金元素溶入鋼中的鐵素體形成合金鐵素體。此時(shí)，合金元素的直接作用是固溶強(qiáng)化。合金元素溶入鐵素體后，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，使其強(qiáng)度硬度提高，其中Si、Mn的強(qiáng)化作用十分顯著。但是，當(dāng)鐵素體中的wSi0.6%、wMn1.5%、wNi5%、wCr2%時(shí)，韌度明顯下降，因此，鋼中合金元素的合理質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)是有一定的范圍的。一、合金元素對(duì)鋼組織的影響 2.形成合金碳化物 錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈮、鋯、鈦等與碳的親和力較強(qiáng)，在鋼中能形成碳化物。一般認(rèn)為，鈦、鋯、鈮、釩是強(qiáng)碳化物形成元素;鉻、鉬、鎢為中碳化合物形成元素;錳、鐵是弱碳化物形成元素。當(dāng)加入到鋼中的合金元素，除溶入鐵素體外，還進(jìn)入滲碳體，形成合金滲碳體，如錳和鉻;當(dāng)碳化物形成元素超過(guò)一定量后，將形成自己的碳化物，即特殊碳化物，如釩、鈮和鈦。碳化物是鋼中的重要組成相之一，其類(lèi)型、數(shù)量、形態(tài)及分布對(duì)鋼的性能有著重要的影響。二、合金元素對(duì)鐵碳平衡相圖的影響 1.對(duì)奧氏體相區(qū)的影響 （1）擴(kuò)大奧氏體相區(qū) Ni、Mn、Co、N等元素的加入可使鋼的A1、A3點(diǎn)降低，使奧氏體相區(qū)擴(kuò)大。當(dāng)這些元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠高時(shí)，將使A3溫度降至室溫以下，此時(shí)鋼具有單相奧氏體組織，即為奧氏體鋼，如高錳鋼和高鎳鋼。（2）縮小奧氏體相區(qū) Si、Cr、W、Mo、V、Ti等元素的加入可使鋼的A1、A3點(diǎn)升高，使鐵素體相區(qū)擴(kuò)大。若鋼中這些元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠高時(shí)，鋼的組織在高溫及室溫時(shí)均為單相鐵素體，如高鉻或高硅鋼。二、合金元素對(duì)鐵碳平衡相圖的影響 2.對(duì)E、S點(diǎn)位置的影響 E點(diǎn)是鋼與鑄鐵的分界點(diǎn)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)此點(diǎn)、（碳鋼E點(diǎn)成分為wc=2.11%），將出現(xiàn)共晶萊氏體組織，必然對(duì)鋼的性能（主要是強(qiáng)韌性）和其加工工藝（如鍛造）產(chǎn)生影響。幾乎所有的合金元素均使 E點(diǎn)左移，其中強(qiáng)碳化物形成元素如W、Ti、V、Nb的作用最強(qiáng)烈，對(duì)高合金鋼W18Cr4V（wC =0.7%0.8%）、Cr12MoV（wC=1.4%1.7%）等，鑄態(tài)組織中有萊氏體存在，故稱(chēng)萊氏體鋼。在大多數(shù)情況下，幾乎所有的合金元素也將使S點(diǎn)左移，如4Cr13、3Cr2W8V等鋼的wc雖小于0.77%，但都已屬過(guò)共析鋼。在退火或正火處理時(shí)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的合金鋼組織中比碳鋼具有更多的珠光體，故其硬度和強(qiáng)度較高。三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響 1.對(duì)鋼加熱時(shí)奧氏體形成過(guò)程的影響 （1）對(duì)奧氏體化的影響 絕大多數(shù)合金元素（尤其是碳化物形成元素）對(duì)非奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)的形核與長(zhǎng)大、殘余碳化物的溶解、奧氏體成分均勻化都有不同程度的阻礙與延緩作用。因此大多數(shù)合金鋼熱處理時(shí)一般應(yīng)有較高的加熱溫度和較長(zhǎng)的保溫時(shí)間，但對(duì)一些需要較多未溶碳化物的高碳合金工具鋼，則不應(yīng)采用過(guò)高加熱溫度和過(guò)長(zhǎng)的保溫時(shí)間。（2）對(duì)奧氏體晶粒度的影響 合金元素對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的影響各不相同:Ti、V、Zr、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素可強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大，起細(xì)化晶粒的作用;W、Mo、Cr等元素的阻止作用中等;非碳化物形成元素如Ni、Si、Cu等的作用微弱，可不予考慮;而Mn、P則提高了奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向，因此含Mn鋼（如65Mn、60Si2Mn）加熱時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間，否則將會(huì)得到粗大的晶粒而降低鋼的強(qiáng)韌性。三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響 2.對(duì)鋼冷卻時(shí)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變過(guò)程的影響 除Co外，固溶于奧氏體中的所有合金元素都將使C曲線(xiàn)右移，降低了鋼的臨界冷卻速度，提高了淬透性。合金元素對(duì)鋼淬透性的影響取決于該元素的作用強(qiáng)度和 可溶解量。非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素，如鎳、錳、硅會(huì)使C曲線(xiàn)右移，而中強(qiáng)和強(qiáng)碳化物形成元素，如鉻、鎢、鉬、釩等，不僅使C曲線(xiàn)右移，而且改變C曲線(xiàn)形狀，把珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變明顯地分為兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域。三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響 除Co、Al外，固溶于奧氏體中的合金元素均可使馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的Ms、Mf下降，增加鋼淬火后的殘留奧氏體量，某些高碳高合金鋼（如W18Cr4V）淬火后殘留奧氏體量高達(dá)30%40%（體積分?jǐn)?shù)），這顯然會(huì)對(duì)鋼的性能產(chǎn)生不利影響，如硬度降低、疲勞性能下降。為了將殘留奧氏體量控制在適當(dāng)范圍，可通過(guò)淬火后冷處理和回火處理。三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響 3.對(duì)淬火鋼回火過(guò)程的影響 （1）提高鋼的回火穩(wěn)定性 回火穩(wěn)定性是指淬火鋼對(duì)回火時(shí)所發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變和硬度下降的抗力，絕大多數(shù)合金元素均有此作用。表現(xiàn)較明顯的有強(qiáng)碳化物形成元素（V、Nb、W、Mo、Cr）和Si元素，當(dāng)鋼中這類(lèi)元素較多時(shí)，可使回火馬氏體組織維持到相當(dāng)高的溫度（500600）?；鼗鸱€(wěn)定性高表明鋼在較高溫度下的強(qiáng)度和硬度也較高;或者在達(dá)到相同硬度、強(qiáng)度的條件下，可在更高的溫度下回火，故鋼的韌性可進(jìn)一步改善。所以合金鋼與碳鋼相比，具有更好的綜合性能。（2）產(chǎn)生二次硬化 當(dāng)鋼中含有較多中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素Cr、W、Mo、V等，并在450600 溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，因組織中析出了細(xì)小彌散分布的特殊合金碳化物（如W2C、Mo2C、VC等），這些碳化物硬度極高、熱穩(wěn)定性高且不易長(zhǎng)大，此時(shí)，鋼的硬度與強(qiáng)度不但不降低、反而會(huì)明顯升高（甚至比淬火鋼硬度還高），這就是“二次硬化”現(xiàn)象。三、合金元素對(duì)鋼熱處理的影響（3）產(chǎn)生高溫回火脆性 含有Cr、Mn、Ni等元素的合金鋼，淬火后在450650 高溫范圍內(nèi)回火并緩慢冷卻后，出現(xiàn)如圖所示的沖擊韌度急劇下降現(xiàn)象，這就是高溫回火脆性（又稱(chēng)第二類(lèi)回火脆性）。這種脆性可通過(guò)高于脆化溫度的再次回火后快冷予以消除，消除后如再次在脆化溫度區(qū)回火、或經(jīng)更高溫度回火后緩慢冷卻通過(guò)脆化溫度區(qū)，則重復(fù)出現(xiàn)，所以又稱(chēng)為可逆回火脆性。產(chǎn)生的原因一般為Sb、Sn、P等雜質(zhì)元素在原奧氏體晶界上偏聚，鋼中Ni、Cr等合金元素促進(jìn)雜質(zhì)的這種偏聚，而且本身也向晶界偏聚，從而增大了產(chǎn)生回火脆性的傾向。任務(wù)二合金鋼的分類(lèi)和牌號(hào)合金鋼的分類(lèi)和牌號(hào)學(xué)習(xí)合金鋼首先要知道合金鋼的分類(lèi)以及合金鋼的牌號(hào)，通過(guò)本任務(wù)的學(xué)習(xí)，可以了解到合金鋼的分類(lèi)以及主要化學(xué)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為合金鋼的深入學(xué)習(xí)，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)對(duì)合金鋼進(jìn)行分類(lèi)。會(huì)識(shí)別合金鋼牌號(hào)。任務(wù)描述任務(wù)描述合金鋼的分類(lèi)。合金鋼的牌號(hào)。一、合金鋼的分類(lèi) 1.按用途分類(lèi) （1）合金結(jié)構(gòu)鋼 用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。（2）合金工具鋼 用于制造各種工具的鋼。（3）特殊性能鋼 具有某種特殊物理、化學(xué)性能的鋼，如:不銹鋼。2.按合金元素總含量分類(lèi) （1）低合金鋼 合金元素總含量小于5%。（2）中合金鋼 合金元素總含量5%10%。（3）高合金鋼 合金元素總含量大于10%。3.按所含的主要合金元素分類(lèi) 鉻鋼（Cr-Fe-C）鉻鎳鋼（Cr-Ni-Fe-C）錳鋼（Mn-Fe-C）硅錳鋼（Si-Mn-Fe-C）二、合金鋼的牌號(hào) 我國(guó)合金鋼牌號(hào)采用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、合金元素的種類(lèi)及質(zhì)量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量級(jí)別來(lái)編號(hào)的。1.合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)的表示方法為兩位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字。兩位數(shù)字表示鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分?jǐn)?shù)，元素符號(hào)表明鋼中含有的主要合金元素，后面的數(shù)字表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。合金元素小于1.5%時(shí)不標(biāo)，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%2.5%，2.5%3.5%時(shí)，則在相應(yīng)地標(biāo)以2，3如40Cr表示平均wc=0.40%，主要合金元素為鉻，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%以下;又如60Si2Mn表示平均wc=0.60%，主要合金元素錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%，硅的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。合金鋼如果是高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，在牌號(hào)后加“A”字，如18Cr2Ni4WA，如果為特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在牌號(hào)后面加“E”字。二、合金鋼的牌號(hào) 2.滾動(dòng)軸承鋼 滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)的表示方法是在牌號(hào)前面加“G”（“滾”字漢語(yǔ)拼音字首），鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出，合金元素鉻后面的數(shù)字表示鉻平均含量的千分之幾。GCr15鋼中鉻的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wCr=1.50%。3.合金工具鋼 合金工具鋼的牌號(hào)為一位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字。一位數(shù)字表示鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)，元素符號(hào)表明鋼中含有的主要合金元素，后面的數(shù)字表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%則不予標(biāo)出。如9SiCr表示平均wc=0.9%，主要合金元素硅、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于1.5%;又如Cr12MoV表示平均wc1.0%，主要合金元素鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，鉬和釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于1.5%。合金工具鋼一般都為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，因此其牌號(hào)后不標(biāo)“A”。二、合金鋼的牌號(hào) 4.高速鋼 高速鋼的牌號(hào)表示方法與合金工具鋼的表示方法略有不同。高速鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0%時(shí)不予標(biāo)出，如W18Cr4V表示平均wc1.0%，主要合金元素鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%。5.特殊性能鋼 特殊性能鋼的牌號(hào)和合金工具鋼的表示方法基本相同。在特殊性能鋼中當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均小于0.03%時(shí)，在牌號(hào)前用“00”表示，當(dāng)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.03%0.08%時(shí)，在牌號(hào)前用“0”表示。例如00Cr17Ni14Mo2鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) wc0.03%、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wCr=17%、鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wNi=14%，鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wMo=2%;0Cr19Ni9鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc0.08%、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wCr=19%、鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wNi=9%。任務(wù)三合金結(jié)構(gòu)鋼的分類(lèi)合金結(jié)構(gòu)鋼的分類(lèi)合金結(jié)構(gòu)鋼是一類(lèi)可焊接的低碳低合金工程結(jié)構(gòu)用鋼，廣泛用于房屋、橋梁、船舶、車(chē)輛、鐵道、高壓容器及大型軍事工程。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)合理應(yīng)用各種合金結(jié)構(gòu)鋼。任務(wù)描述任務(wù)描述合金結(jié)構(gòu)鋼的分類(lèi)。合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分、性能、熱處理和應(yīng)用。一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過(guò)加入少量合金元素并在熱軋或熱處理狀態(tài)下，具有高強(qiáng)度、高韌性、較好的焊接性、成型性或耐腐蝕性等特征的鋼材，主要用于制造橋梁、車(chē)輛、鍋爐、壓力容器、起重機(jī)械等結(jié)構(gòu)件。一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 1.化學(xué)成分 低合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量較低，一般控制在wc=0.1%0.2%，并以錳為主加元素（wMn=0.8%1.8%），硅的含量較普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼為高（wSi=0.2%0.6%）。為改善鋼的性能，A、B級(jí)鋼可加入V或Nb或Ti等細(xì)化晶粒元素。如果不作為合金元素加入時(shí)，其含量下限不受限制。除各牌號(hào)A、B級(jí)鋼外，其他鋼中應(yīng)至少含有細(xì)化晶粒元素（Al、Nb、V、Ti）其中的一種;如果這些元素同時(shí)使用則至少應(yīng)有一種元素的含量不低于規(guī)定的最小值。有時(shí)為改善鋼的性能，高性能級(jí)別鋼可加入鉬、稀土等元素一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 2.性能特點(diǎn) （1）高的屈服強(qiáng)度與良好的塑性和韌性 由于合金元素強(qiáng)化鐵素體，細(xì)化鐵素體晶粒，增加珠光體數(shù)量以及合金元素可以形成碳化物、氮化物，能夠從固溶體中析出細(xì)小的化合物，所以低合金結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度比碳素結(jié)構(gòu)鋼要高25%50%，當(dāng)其主加元素錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wMn1.5%以下時(shí)，仍具有良好的塑性與韌性。（2）良好的焊接性能 低合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量低，合金元素少，塑性好，不易在焊縫區(qū)產(chǎn)生淬火組織及裂紋，且加入鈮、鈦、釩還可抑制焊縫區(qū)的晶粒長(zhǎng)大，使其焊接性能大大提高。（3）較好的耐蝕性 在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中加入合金元素，可明顯提高鋼的耐蝕性。這是發(fā)展低合金鋼的重要原因之一。二、合金滲碳鋼 滲碳鋼主要用于制造要求高耐磨性、承受高接觸應(yīng)力和沖擊載荷的重要零件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上凸輪軸、活塞銷(xiāo)等。合金滲碳鋼表面具有高 硬度和高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強(qiáng)度，即表硬里韌;具有良好的熱處理工藝性能，如高的淬透性和滲碳能力，在高的滲碳溫度下，奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向小以便于滲碳后直接淬火。二、合金滲碳鋼 2.熱處理和組織特點(diǎn) 滲碳后的熱處理通常采用直接淬火加低溫回火。使用狀態(tài)下的組織為表面是高碳回火馬氏體加顆粒狀碳化物和殘余奧氏體，心部是低碳回火馬氏體加鐵素體（淬透）或屈氏體加少量的回火馬氏體及鐵素體（未淬透）。二、合金滲碳鋼 3.常用鋼種 根據(jù)淬透性不同，可將滲碳鋼分為三類(lèi)。（1）低淬透性滲碳鋼 典型鋼種如20、20Cr等，其淬透性和心部強(qiáng)度均較低，水淬后臨界直徑不超過(guò)2035 mm。只適用于制造受沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸、小齒輪、活塞銷(xiāo)等。（2）中淬透性滲碳鋼 典型鋼種如20CrMnTi等，其淬透性較高，油淬后臨界直徑約為2560 mm，力學(xué)性能和工藝性能良好，大量用于制造承受高速中載、抗沖擊和耐磨損的零件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)的變速齒輪、離合器軸等。（3）高淬透性滲碳鋼 典型鋼種如18Cr2Ni4WA等，其油淬后臨界直徑大于100 mm，且具有良好的韌性，主要用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機(jī)、坦克的曲軸和齒輪等。三、合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼用于制造一些受力復(fù)雜的重要零件，它既要求有很高的強(qiáng)度，又要有很好的塑性和韌性，即具有良好的綜合力學(xué)性能。三、合金調(diào)質(zhì)鋼 1.化學(xué)成分 合金調(diào)質(zhì)鋼的wC=0.25%0.50%。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)低，則淬硬性不足而使鋼的強(qiáng) 度、硬度過(guò)低;碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高，則塑性、韌性不夠。調(diào)質(zhì)零件的力學(xué)性能與淬透性密切相關(guān)，零件尺寸較大時(shí)，合金調(diào)質(zhì)鋼的性能水平將大大優(yōu)于非合金鋼。鋼中加入的合金元素有錳、硅、鉻、鎳、硼、釩、鉬、鎢等，主要是為了提高淬透性。其中錳、鉻、鎳、硅等還能強(qiáng)化鐵素體;鉬、鎢、釩等碳化物形成元素，可細(xì)化晶粒，提高耐回火性;鉬、鎢能防止第二類(lèi)回火脆性。三、合金調(diào)質(zhì)鋼 2.熱處理和組織特點(diǎn) 為改善合金調(diào)質(zhì)鋼的切削加工性能和鍛造后的組織，以及消除殘余應(yīng)力，在切削加工前應(yīng)進(jìn)行退火或正火。最終熱處理一般是淬火后高溫回火，以獲得良好綜合力學(xué)性能的回火索氏體組織。為防止第二類(lèi)回火脆性的出現(xiàn)，某些調(diào)質(zhì)鋼回火后應(yīng)進(jìn)行快冷。三、合金調(diào)質(zhì)鋼 3.常用鋼種 按淬透性的高低，合金調(diào)質(zhì)鋼分為以下三類(lèi):（1）低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 合金元素含量較少，淬透性較差，但力學(xué)性能和工藝性能較好，主要用于制作一般尺寸的重要零件。為節(jié)約鉻，常用40MnB或42SiMn代替40Cr。（2）中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 合金元素含量較多，淬透性較高，主要用來(lái)制造截面較大、承受較大載荷的調(diào)質(zhì)件，如曲軸、連桿等。常用牌號(hào)為40CrMn、35CrMo、38CrMoAl。（3）高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 合金元素含量比前兩類(lèi)調(diào)質(zhì)鋼多，淬透性高，主要用于制造大截面、承受重載荷的重要零件，如汽輪機(jī)主軸、航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸等。常用牌號(hào)有40CrMnMo、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等。四、合金彈簧鋼 彈簧鋼是用于制造彈簧等彈性元件的鋼種。彈簧鋼是在沖擊、振動(dòng)或長(zhǎng)期交變應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等。四、合金彈簧鋼 1.化學(xué)成分 一般碳素彈簧鋼的wc=0.6%0.9%，以保證得到較高的疲勞極限和屈服點(diǎn)。由于合金元素的加入，使共析點(diǎn)左移，故合金彈簧鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為wc=0.45%0.7%。在合金彈簧鋼加入錳、硅、鉻、釩、鉬等合金元素，主要目的是提高鋼的淬透性，使回火后沿整個(gè)截面獲得均勻的回火屈氏體，當(dāng)然也使鋼的鐵素體得到強(qiáng)化。因而提高了鋼的力學(xué)性能。輔加元素是少量的鉬、鎢、釩。作用是減少脫碳和過(guò)熱傾向，同時(shí)進(jìn)一步提高屈強(qiáng)比、彈性極限和耐熱性。釩還能提高沖擊韌性。另外，彈簧鋼的純度對(duì)其疲勞強(qiáng)度有很大影響，因此，對(duì)承受較高應(yīng)力的合金彈簧鋼絲來(lái)說(shuō)，其硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.02%。四、合金彈簧鋼 2.合金彈簧鋼的熱處理 根據(jù)彈簧的尺寸的不同，成型與熱處理方法也有所不同。彈簧鋼一般以熱處理狀態(tài)交貨。（1）熱成型彈簧的熱處理 板彈簧多數(shù)是將熱成型和熱處理結(jié)合進(jìn)行的，即利用熱成型后的預(yù)熱進(jìn)行淬火，然后再進(jìn)行中溫回火。而螺旋彈簧則大多是在熱成型結(jié)束后，再重 新進(jìn)行淬火和中溫回火處理。（2）冷成型彈簧的熱處理 冷拉彈簧鋼絲一般以熱處理狀態(tài)交貨。按照制造工藝不同，可分為索氏體化處理冷拉鋼絲、油淬回火鋼絲及退火狀態(tài)供應(yīng)的合金彈簧鋼絲三種類(lèi)型四、合金彈簧鋼 索氏體化處理冷拉鋼絲:鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行去應(yīng)力回火，以消除應(yīng)力。油淬回火鋼絲:冷拉成所需尺寸后，進(jìn)行油淬回火處理。鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行去應(yīng)力回火，以消除應(yīng)力。退火冷拉鋼絲:退火狀態(tài)供應(yīng)的合金彈簧鋼絲首先是冷卷成彈簧后，再進(jìn)行淬火和回火處理。彈簧因要求高的表面質(zhì)量，在熱處理后，往往需采用噴丸處理，以消除或減輕表面缺陷的有害影響，使表面產(chǎn)生硬化層和由表面硬化產(chǎn)生的應(yīng)力。五、滾動(dòng)軸承鋼 滾動(dòng)軸承鋼是用于制造各種軸承的滾珠、滾柱和內(nèi)外套圈，也可用來(lái)制造各種工具和耐磨零件。滾動(dòng)軸承在工作中需承受很高的交變載荷，滾動(dòng)體與內(nèi)外圈之間的接觸應(yīng)力大，同時(shí)又工作在潤(rùn)滑劑介質(zhì)中。因此，滾動(dòng)軸承鋼具有高的抗壓強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度，有一定的韌性、塑性、耐磨性和耐蝕性。五、滾動(dòng)軸承鋼 1.化學(xué)成分 常用的軸承鋼是高碳低鉻鋼，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.95%1.15%，以保證軸承鋼具有高強(qiáng)度、硬度，并形成足夠的合金碳化物以提高耐磨性。鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%1.65%。加入鉻是為了提高淬透性，并在熱處理后形成細(xì)小均勻分布的合金滲碳體，提高鋼的硬度、接觸疲勞強(qiáng)度。如果含鉻過(guò)多，會(huì)增加淬火后的殘余奧氏體量，并使碳化物分布不均勻。制造大尺寸軸承時(shí)，為進(jìn)一步提高其淬透性，可加硅、錳等元素。高碳低鉻軸承鋼對(duì)硫、磷含量限制極嚴(yán)（ws0.02%、wp0.027%），因硫、磷會(huì)形成非金屬夾雜物，降低接觸疲勞抗力。故軸承鋼是一種高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（但在牌號(hào)后不加“A”字）。五、滾動(dòng)軸承鋼 2.常用的軸承鋼及熱處理 目前我國(guó)以高碳低鉻軸承鋼應(yīng)用最廣（占90%左右）。在高碳低鉻軸承鋼中，又以GCr15、GCr15SiMn鋼應(yīng)用最多。前者用于制造中、小型軸承的內(nèi)外套圈及滾動(dòng)體，后者應(yīng)用于大型滾動(dòng)軸承。對(duì)于承受很大沖擊或特大型軸承，常用合金滲碳鋼制造，常用的滲碳軸承鋼有 20Cr2Ni4、20CrMo等，對(duì)于要求耐腐蝕的軸承，可采用馬氏體型不銹鋼制造。五、滾動(dòng)軸承鋼 滾動(dòng)軸承鋼的熱處理包括預(yù)備處理（球化退火）和最終熱處理（淬火后低溫回火）。球化退火的目的是降低鍛造后鋼的硬度，以便于切削加工，并為淬火做好組織準(zhǔn)備。淬火后低溫回火的目的是使鋼的力學(xué)性能滿(mǎn)足使用要求，提高零件強(qiáng)度、硬度和耐磨性，并獲得必要的韌性。淬火、低溫回火后，組織由極細(xì)的回火馬氏體，細(xì)小而均勻分布的碳化物及少量殘余奧氏體組成，硬度為6165 HRC。對(duì)于精密軸承零件，為了保證使用過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性，淬火后還應(yīng)進(jìn)行冷處理使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，然后再進(jìn)行低溫回火。磨削加工后，再在120130 下時(shí)效510 h。任務(wù)四合金工具鋼合金工具鋼工業(yè)生產(chǎn)中所用的模具和刃具都是由合金工具鋼制造的，本任務(wù)我們將詳細(xì)了解下合金工具鋼的分類(lèi)、性能和應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)看牌號(hào)會(huì)識(shí)別各種合金工具鋼。會(huì)合理應(yīng)用各合金工具鋼。任務(wù)描述任務(wù)描述合金工具鋼的分類(lèi)。合金工具鋼的牌號(hào)含義。合金工具鋼的性能、熱處理和應(yīng)用。一、合金刃具鋼 用來(lái)制造車(chē)刀、銑刀、鉆頭等各種金屬切削刀具，圖是常用的各種切削刀具。刃具在工作條件下產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損并發(fā)熱，還有震動(dòng)和承受一定的沖擊負(fù)荷。因此，刃具鋼要求具備高硬度、耐磨和高的熱硬性（在高溫仍能保持足夠高硬度的特性），有足夠的強(qiáng)度和韌性。合金刃具鋼分為低合金刃具鋼和高速鋼兩種。一、合金刃具鋼 1.低合金刃具鋼 （1）化學(xué)成分 低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素的鋼。鋼中主要加入鉻、錳、硅等合金元素，目的是提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性，保持高的硬度。加入少量的鎢、釩是為了提高鋼的硬度和耐磨性，并防止加熱時(shí)過(guò)熱，保持晶粒細(xì)小。（2）常用的低合金刃具鋼 9SiCr是最常用的低合金刃具鋼。9SiCr由于加入鉻和硅，使其有高的淬透性及回火穩(wěn)定性，碳化物小而均勻，熱硬度可達(dá)250 以上，適用于制作刀刃細(xì)薄的低速切削刀具。如絲錐、板牙、鉸刀等。CrWMn鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.90%1.05%，鉻、鎢、錳同時(shí)加入，使鋼具有更高的 硬度和耐磨性，但熱硬性不如9SiCr。主要用來(lái)制造較精密的低速刀具，如長(zhǎng)鉸刀、拉刀等。一、合金刃具鋼（3）低合金刃具鋼的熱處理 低合金刃具鋼的熱處理工藝與碳素工具鋼基本相同。低合金刃具鋼的熱處理包括預(yù)先熱處理（球化退火）和最終熱處理（淬火后低溫回火）。低合金刃具鋼的預(yù)先熱處理為球化退火，在機(jī)加工之前進(jìn)行球化退火。組織為球狀珠光體。最終熱處理為淬火后低溫回火，低溫回火后的組織為細(xì)的回火馬氏體、碳化物顆粒和少量殘余奧氏體，熱處理后硬度達(dá)6065 HRC。一、合金刃具鋼 2.高速鋼 用于制造較高速度切削刃具的鋼稱(chēng)為高速鋼。其具有熱硬性高、耐磨性好、強(qiáng)度高等特性，也可用于制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等。高速工具鋼在600 左右的工作溫度下仍能保持高的硬度，而且其韌性、耐磨性和耐熱性均較好，使刀具的使用壽命可成倍的增加。目前，廣泛用于制造切削速度較高的刀具和形狀復(fù)雜、載荷較大的成形刀具。高速鋼的第二個(gè)特點(diǎn)是淬透性高，這種鋼在空氣中冷卻也可得到馬氏體組織，所以也稱(chēng)“鋒鋼”。一、合金刃具鋼（1）化學(xué)成分 高速鋼一般含碳量為0.70%1.65%，以保證足夠的碳與各種碳化物形成元素相配合形成碳化物，淬火加熱時(shí)部分碳化物溶于奧氏體，保證了馬氏體的高硬度，另一部分未溶碳化物則可阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。高速工具鋼常加入的合金元素有W、Mo、Cr、V、Co等合金元素。鎢和鉬是高速鋼回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化最基本的合金元素。鎢和鉬作用相似，Mo的原子量約為W的一半，一般可用1%Mo取代2%W。鎢在高速鋼中形成很穩(wěn)定的合金碳化物 （Fe4W2C），它在淬火時(shí)部分固溶，回火時(shí)又以W2C碳化物彌散析出，使鋼強(qiáng)化，提高硬度和耐磨性，剩下未溶的Fe4W2C碳化物（主要來(lái)自共晶碳化物）可阻止淬火加熱時(shí)的晶粒長(zhǎng)大和增加耐磨性。一、合金刃具鋼 加入鉻元素是為保證鋼的高淬透性，各種高速鋼都含鉻4%左右。在淬火加熱時(shí)，鉻幾乎全部溶于奧氏體中，鉻還提高鋼的回火抗力，并在回火時(shí)析出鉻的碳化物，改善耐磨性。但含鉻太多會(huì)增加鋼中的殘余奧氏體量，降低鋼的硬度。釩是提高耐磨性和熱硬性的重要元素之一。釩在鋼中生成的碳化物淬火加熱時(shí)可部分固溶，未溶的碳化物有助于阻止淬火加熱時(shí)晶粒長(zhǎng)大，而且由于硬度極高，能顯著提高鋼的耐磨性。（2）常用高速工具鋼 我國(guó)的高速鋼有鎢系、鎢鉬系、超硬系三大類(lèi)。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V為較常用的高速鋼，這三個(gè)鋼號(hào)的產(chǎn)量占目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和使用的95%以上。一、合金刃具鋼（3）高速工具鋼的熱處理 高速鋼的退火:高速鋼退火的目的是降低硬度，便于切削加工，消除鍛造的應(yīng)力（內(nèi)、外應(yīng)力）并為隨后的機(jī)械加工、淬火做好組織準(zhǔn)備。生產(chǎn)中常采用等溫球化退火，即將工件 加熱至860880 保溫，快冷至720750 保溫，使奧氏體等溫分解，隨爐冷至500 以下出爐空冷。高速鋼的淬火及回火:高速鋼刀具所要求的硬度、強(qiáng)度、熱硬度和耐磨性是通過(guò)正確的淬火和回火之后獲得的，所以淬火和回火工藝決定刀具的使用性能和壽命，是熱處理的關(guān)鍵。一、合金刃具鋼 高速鋼導(dǎo)熱性差，塑性較低。如果直接將工件由室溫加熱至1200 以上，將產(chǎn)生很大的應(yīng)力，加熱時(shí)易引起變形開(kāi)裂。冷卻時(shí)這種由加熱過(guò)急造成的應(yīng)力，也增加了變形開(kāi)裂的傾向。為了減少熱應(yīng)力，實(shí)踐中采用分級(jí)預(yù)熱，熱處理工藝中的500600 和800850 兩次預(yù)熱，通過(guò)預(yù)熱縮短了高溫加熱時(shí)間，有利于防止工件的氧化脫碳。一、合金刃具鋼為了消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，減少殘余奧氏體，達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，高速鋼淬火后必須及時(shí)進(jìn)行回火（一般進(jìn)行三次）。這是因?yàn)楦咚黉摯慊鸷蟠蟛糠洲D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，殘余奧氏體量是20%25%，甚至更高。第一次回火后，又有15%左右的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。還有10%左右的殘余奧氏體，15%左右新轉(zhuǎn)變未經(jīng)回火的馬氏體，還會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)力，對(duì)性能還有一定的影響。為此，要進(jìn)行二次回火，這時(shí)又有5%6%的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，同樣原因?yàn)榱耸故Ｓ嗟臍堄鄪W氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，和使淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體并消除應(yīng)力，需進(jìn)行第三次回火。經(jīng)過(guò)三次回火殘余奧氏體約剩1%3%。二、模具鋼 模具鋼是用于制造各種金屬成型用的模具、工具。根據(jù)工作條件的不同，模具鋼分為冷作模具鋼、熱作模具鋼等。1.冷作模具鋼 冷作模具鋼是指用于制造在冷態(tài)下變形或分離的模具用鋼，如冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模、拉絲模和滾絲膜等。冷作模具在工作時(shí)要承受很大的載荷，如剪刀、壓力、彎矩等，而且這些載荷大都帶有沖擊性質(zhì);同時(shí)模具與配料間還發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，因此，冷作模具鋼的性能要求與刃具鋼相似，要求具有高強(qiáng)度、高硬度、足夠的韌性和良好的耐磨性。對(duì)于高精度的模具要求熱處理變形小，以保證模具的加工精度，大型模具還要求良好的淬透性。二、模具鋼（1）化學(xué)成分 冷作模具鋼的化學(xué)成分與低合金刃具鋼和高速工具鋼相似具有較高的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0%以上。冷作模具鋼常加入Cr、Mo、W、V等合金元素，形成難溶碳化物，以提高鋼的硬度和耐磨性。如常用冷作模具鋼Cr12、Cr12MoV，含鉻量高達(dá)11%13%。鉻還可顯著提高鋼的淬透性。鉬和釩除改善鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性外，還起到細(xì)化晶粒、改善碳化物的不均勻性的作用。對(duì)于要求不高的小型冷作模具，則大多采用碳素工具鋼或低合金刃具鋼。如T10A、T12、9CrSi、CrWMn和GCr15等。大型冷作模具鋼Cr12、Cr12MoV一般采用高碳高鉻鋼制造，這類(lèi)鋼具有高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。二、模具鋼（2）冷作模具鋼的熱處理 冷作模具鋼的性能要求與刃具鋼相似，但要求熱處理后的變形要小，而對(duì)熱硬性的要求不高。一般冷作模具鋼在鍛造之后需進(jìn)行球化退火，目的是為消除鍛造應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能，細(xì)化晶粒為淬火作好組織準(zhǔn)備。冷作模具鋼的最終熱處理為淬火后低溫回火，最終熱處理后的組織為回火馬氏體、未溶碳化物和少量殘余奧氏體。二、模具鋼 2.熱作模具鋼 熱作模具鋼是用來(lái)制造金屬在高溫下成型的模具，如制造熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。熱作模具在工作時(shí)需要承受較大的載荷（如壓力、擴(kuò)張力等），如金屬在型腔內(nèi)流動(dòng)的摩擦力，反復(fù)急冷急熱時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力等。因此，要求熱作模具鋼應(yīng)具有高的熱硬性和高溫耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性、高的熱穩(wěn)定性和高的抗熱疲勞強(qiáng)度。二、模具鋼（1）化學(xué)成分 熱作模具鋼一般是中碳鋼（含碳量wc=0.3%0.6%），以保證在回火后獲得較高的強(qiáng)度和韌性。鋼中加入的合金元素為鉻、鎳、錳、鎢、鉬、釩等。鉻、鎳、錳的主要作用是提高淬透性、強(qiáng)度和抗氧化性能;鉬、鎢、釩加入能產(chǎn)生二次硬化。（2）常用的熱作模具鋼 表6-7是常用的熱作模具鋼的牌號(hào)、化學(xué)成分、熱處理及用途。（3）熱作模具鋼的熱處理 對(duì)于熱作模具鋼，要進(jìn)行反復(fù)鍛造，其目的是使碳化物均勻分布。鍛造后退火，目的在于消除鍛造應(yīng)力，改善切削加工性能。退火后的組織為細(xì)片狀珠光體與鐵素體。熱作模具鋼的最終熱處理一般為淬火后高溫（或中溫）回火，以獲得均勻的回火索氏體（或回火托氏體）組織，硬度為40 HRC左右，具有一定的強(qiáng)度和較高的韌性。二、模具鋼 3.合金量具鋼 合金量具鋼是用于制造各種測(cè)量工具（如卡尺、塊規(guī)、千分尺、卡規(guī)、塞規(guī)、樣板等）所使用的合金鋼。為了保證量具的精確性，要求量具有高的硬度和耐磨性，同時(shí)還必須有高的尺寸穩(wěn)定性。二、模具鋼 量具鋼的熱處理方法與刃具鋼相似，進(jìn)行球化退火，淬火后低溫回火。為了獲得較高的硬度和耐磨性，回火溫度可低些。量具熱處理的主要問(wèn)題是要保證量具在使用過(guò)程中的尺寸穩(wěn)定性。出現(xiàn)量具尺寸不穩(wěn)定的原因，主要是由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體時(shí)所引起的尺寸膨脹，馬氏體在室溫下析出碳化物引起尺寸收縮，淬火及磨削所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也導(dǎo)致尺寸的變化。量具鋼沒(méi)有專(zhuān)用鋼。用高碳鋼制造尺寸小且形狀簡(jiǎn)單的量具;用低合金刃具鋼制造復(fù)雜的精密量具;用不銹鋼制造要求耐蝕性高的量具。任務(wù)五特殊性能鋼特殊性能鋼 生活中有許多具有某些特殊物理或化學(xué)性能的鋼，比如不生銹的刀具。這些具有特殊性能的鋼廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)之中。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)認(rèn)識(shí)不銹鋼。會(huì)合理使用不銹鋼。任務(wù)描述任務(wù)描述特殊性能鋼的分類(lèi)。特殊性能鋼的成分、性能和應(yīng)用。一、不銹鋼 不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡(jiǎn)稱(chēng)，耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種稱(chēng)為不銹鋼;而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕（酸、堿、鹽等化學(xué)侵蝕）的鋼種稱(chēng)為耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)成分上的差異而使它們的耐蝕性不同，普通不銹鋼一般不耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而耐酸鋼則一般均具有不銹性。一、不銹鋼 1.常用不銹鋼 按化學(xué)成分可分為鉻不銹鋼、鎳鉻不銹鋼、鉻錳不銹鋼等。按金相組織特點(diǎn)則可分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼及奧氏體鐵素體不銹鋼四種類(lèi)型。（1）奧氏體不銹鋼 在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr17%19%、Ni8%11%、C小于0.15%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的 18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來(lái)的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無(wú)磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，不能通過(guò)相變使之強(qiáng)化，僅能通過(guò)冷加工進(jìn)行強(qiáng)化。如加入S、Ca、Se、Te等元素，則具有良好的易切削性。此類(lèi)鋼除耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類(lèi)鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。一、不銹鋼（2）鐵素體不銹鋼 在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%30%，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)。這類(lèi)鋼一般不含鎳，有時(shí)還含有少量的Mo、Ti、Nb等元素，這類(lèi)鋼具有導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點(diǎn)，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性腐蝕的零部件。這類(lèi)鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點(diǎn)，因而限制了它的應(yīng)用。爐外精煉技術(shù)（AOD或VOD）的應(yīng)用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此使這類(lèi)鋼獲得廣泛應(yīng)用。（3）馬氏體不銹鋼 通過(guò)熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼，通俗地說(shuō)，是一類(lèi)可硬化的不銹鋼。典型牌號(hào)為Cr13型，如2Cr13、3Cr13、4Cr13等。淬火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強(qiáng)韌性組合，主要用于蒸汽輪機(jī)葉片、餐具、外科手術(shù)器械。根據(jù)化學(xué)成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類(lèi)。二、耐熱鋼 耐熱鋼是在高溫下具有較高的強(qiáng)度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性的合金鋼。耐熱鋼常用于制造鍋爐、汽輪機(jī)、動(dòng)力機(jī)械、工業(yè)爐和航空、石油化工等工業(yè)部門(mén)中在高溫下工作的零部件。耐熱鋼包括抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼兩類(lèi)。二、耐熱鋼 1.抗氧化鋼 一般鋼鐵在較高溫度下（650 以上），表面容易氧化，主要是由于在高溫下生成松脆多孔的FeO較易剝落。氧原子容易通過(guò)FeO進(jìn)行擴(kuò)散，使鋼的內(nèi)部能繼續(xù)進(jìn)行氧化，最終導(dǎo)致零件破壞?？寡趸撝屑尤牒辖鹪劂t、硅、鋁等，它們與氧更容易反應(yīng)，故優(yōu)先被氧化，形成一層牢固的在鋼表面覆蓋的致密的、高熔點(diǎn)氧化膜（氧化鉻、二氧化硅、氧化鋁），可隔絕金屬與外界高溫氧化性氣體，從而避免金屬被進(jìn)一步氧化。生活中實(shí)際使用的抗氧化鋼，大多數(shù)是在鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳氮鋼基礎(chǔ)上添加硅、鋁制成的。這些抗氧化鋼和不銹鋼一樣，含碳量越多，越會(huì)降低鋼的抗氧化性。所以一般抗氧化鋼都是低碳鋼。二、耐熱鋼 2.熱強(qiáng)鋼 金屬在高溫下的強(qiáng)度有兩個(gè)特點(diǎn):一是隨著溫度的升高，金屬原子間的結(jié)合力減弱和強(qiáng)度下降;二是在再結(jié)晶溫度以上，即使該溫度下金屬的彈性極限超過(guò)了金屬受的應(yīng)力，塑性變形也會(huì)慢慢地進(jìn)行，而且變形量隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，最后就會(huì)造成不可逆的金屬破壞。這種現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變。產(chǎn)生蠕變的原因是:在高溫下金屬原子擴(kuò)散能力增大，使那些在低溫下起強(qiáng)化作用的因素逐漸減弱或消失。例如，可促使回復(fù)與再結(jié)晶，使加工硬化效果減弱或消失;促使過(guò)飽和固溶體（如馬氏體）發(fā)生分解及彌散的硬化質(zhì)點(diǎn)聚集，使淬火硬化效果減弱或消失等。所有這些過(guò)程都導(dǎo)致金屬逐漸軟化而產(chǎn)生蠕變。顯然，其過(guò)程與溫度、時(shí)間有關(guān)。二、耐熱鋼 根據(jù)上述分析，提高材料高溫強(qiáng)度的方法有:（1）提高再結(jié)晶溫度 鋼中加入鉻、鉬、鎢、錳、鈮等元素，鋼基體中固溶體的原子間結(jié)合力就會(huì)增加，使原子擴(kuò)散困難，并推遲再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行，其中以鎢、鉬作用最強(qiáng)。非碳化物形成元素鈷、鎳、硅也能提高再結(jié)晶溫度。（2）利用析出碳化物相而產(chǎn)生強(qiáng)化 在鋼中加入鈦、鈮、釩、鎢、鉬、鉻等元素，就會(huì)形成彌散分布而又穩(wěn)定的碳化物等，這些碳化物等在較高溫度下，不容易匯聚長(zhǎng)大，所以可以起到阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加高溫強(qiáng)度的作用。（3）采用較粗晶粒的鋼 因高溫下晶界的強(qiáng)度比晶粒內(nèi)部強(qiáng)度低（這與室溫時(shí)情況正好相反），因此，粗晶粒鋼的高溫強(qiáng)度比細(xì)晶粒鋼好。此外，在熱處理上采取適當(dāng)措施，使鋼組織在工作溫度下，能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，不致因組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生軟化或脆化。二、耐熱鋼 根據(jù)上述分析，提高材料高溫強(qiáng)度的方法有:（1）提高再結(jié)晶溫度 鋼中加入鉻、鉬、鎢、錳、鈮等元素，鋼基體中固溶體的原子間結(jié)合力就會(huì)增加，使原子擴(kuò)散困難，并推遲再結(jié)晶過(guò)程的進(jìn)行，其中以鎢、鉬作用最強(qiáng)。非碳化物形成元素鈷、鎳、硅也能提高再結(jié)晶溫度。（2）利用析出碳化物相而產(chǎn)生強(qiáng)化 在鋼中加入鈦、鈮、釩、鎢、鉬、鉻等元素，就會(huì)形成彌散分布而又穩(wěn)定的碳化物等，這些碳化物等在較高溫度下，不容易匯聚長(zhǎng)大，所以可以起到阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加高溫強(qiáng)度的作用。（3）采用較粗晶粒的鋼 因高溫下晶界的強(qiáng)度比晶粒內(nèi)部強(qiáng)度低（這與室溫時(shí)情況正好相反），因此，粗晶粒鋼的高溫強(qiáng)度比細(xì)晶粒鋼好。此外，在熱處理上采取適當(dāng)措施，使鋼組織在工作溫度下，能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，不致因組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生軟化或脆化。二、耐熱鋼（1）珠光體鋼 這類(lèi)鋼在350600 范圍內(nèi)使用。其含碳量較低，合金元素總量不超過(guò)35%。它廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、石油部門(mén)作為鍋爐用鋼與管道材料。（2）馬氏體鋼 這類(lèi)鋼在小于620 范圍內(nèi)使用。常用的鋼號(hào)有馬氏體不銹鋼1Cr13、2Cr13以及在其基礎(chǔ)上發(fā)展的1Cr11MoV、1Cr12WMoV。此外，4Cr9Si2及4Cr10Si2Mo等鉻硅鋼是另一類(lèi)馬氏體熱強(qiáng)鋼，它們含碳量為中碳，主要為提高耐磨性，常用作制造內(nèi)燃機(jī)的氣閥，故又稱(chēng)為氣閥鋼。（3）奧氏體鋼 這類(lèi)鋼一般在600700 范圍內(nèi)使用，常用的鋼號(hào)有1Cr18Ni9Ti，它是奧氏體不銹鋼，同時(shí)又有高的抗氧化性（700900），并在600 還有足夠的強(qiáng)度。常用于高壓鍋爐的過(guò)熱器、化工高壓反應(yīng)器。三、耐磨鋼（高錳鋼）用于制造坦克、拖拉機(jī)的履帶、碎石機(jī)顎板、鐵路道岔、挖掘機(jī)鏟斗、防彈鋼材等零件。高錳鋼的主要成分為鐵、碳和錳，wc=1.0%1.5%，wMn=11%14%，典型牌號(hào)是 ZGMn13。高碳含量可以提高耐磨性;錳含量很高，可以保證熱處理后得到單相奧氏體組 織。通常錳碳比（Mn/C）控制在911。對(duì)于耐磨性要求較高、沖擊韌性要求稍低、形狀不復(fù)雜的零件，錳碳比取下限（wc=1.2%1.3%、wMn=11%14%）;反之，則取上限（wc=0.9%1.1%、wMn=10%13%）。三、耐磨鋼（高錳鋼）高錳鋼鑄態(tài)組織中存在著沿奧氏體晶界析出的碳化物，使鋼的力學(xué)性能變壞，特別是使沖擊韌度和耐磨性降低，所以必須經(jīng)過(guò)正確的熱處理使其全部獲得奧氏體組織才呈現(xiàn)出優(yōu)良的性能。高錳鋼熱處理的方法是將鋼經(jīng)10501100 加熱保溫，使碳化物全部溶入奧氏體，然后在水中快冷，防止碳化物析出，保證得到單相奧氏體組織，這種熱處理方法稱(chēng)為“水韌處理”。經(jīng)水韌處理后的高錳鋼的強(qiáng)度、硬度不高，而塑性、韌性良好。當(dāng)這種鋼在工作時(shí)，如果受到強(qiáng)烈的沖擊、壓力與摩擦，則表面因塑性變形會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，并發(fā)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，表面硬度可達(dá)到5058 HRC，從而使表層金屬具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持原有奧氏體所具有的高的塑性和韌性。當(dāng)舊表面磨損后，新露出的表面又可在沖擊與摩擦作用下，獲得新的耐磨層。這種表面硬化，隨著工件不斷磨損而不斷硬化，直到工件報(bào)廢。謝謝