課題：鋼中常存雜質(zhì)和合金元素的作用

授課時(shí)數(shù)：2

教學(xué)目的、要求：

了解雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響，了解，掌握合金元素對(duì)鋼熱處理的

影響

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：

重點(diǎn)：合金元素對(duì)鋼熱處理的影響

難點(diǎn)：合金元素與鐵和碳的作用

教學(xué)過程：

（一）復(fù)習(xí)提問

1、退火、正火工序位置及作用

2、調(diào)質(zhì)工序位置及作用

3、淬火工序位置

4、滲碳件工序位置

（二）導(dǎo)入新課、授新

第7章工業(yè)用鋼

鋼按化學(xué)成分可分為：

非合金鋼一一力學(xué)性能能夠滿足一般工程和機(jī)械制造的使用要求，是工業(yè)中

用量較大的金屬材料

低合金鋼一一合理的加工處理后能夠獲得較高的力學(xué)性能，有的還具有耐熱、

耐酸、不銹等性能

合金鋼——

正確選用各類鋼材，制訂合理的加工工藝，以提高工件效能，延長(zhǎng)壽命，節(jié)

約材料，降低成本，使其具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

7.1鋼中常存雜質(zhì)和合金元素的作用

一、雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響

雜質(zhì)元素一一硅、鋅、硫、磷

1.硅的影響

鋼中硅是有益元素，硅的脫氧作用比鎰要強(qiáng)，它能消除FeO對(duì)鋼的不良影響;

硅能溶于鐵素體中，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，從而提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但降低鋼的塑性和

韌性。

2.銃的影響

鎰是有益元素。錦具有一定的脫氧能力，能把鋼中的FeO還原成鐵，改善鋼

的質(zhì)量；鎘還可以與硫化合形成MnS,以減輕硫的有害作用，降低鋼的脆性，改

善鋼的熱加工性能；錦能大部分溶解于鐵素體中，形成置換固溶體，并使鐵素體固

溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度和硬度。

3.硫的影響

硫是有害雜質(zhì)元素,在固態(tài)下不溶于鐵,而以FeS的形式存在。FeS與Fe能

形成低熔點(diǎn)(985C)的共晶體(Fe+FeS),分布在晶界上，當(dāng)鋼材在1000-1200℃

進(jìn)行熱壓力加工時(shí)，共晶體會(huì)熔化，使鋼材變脆，從而導(dǎo)致熱加工時(shí)開裂。這種現(xiàn)

象，稱為熱脆。

鋼中硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)必須嚴(yán)格控制，我國(guó)一般都控制在0.050%以下。但在易切

削鋼中可適當(dāng)提高硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其目的在于提高鋼材的切削加工性。此外，硫?qū)?/p>

鋼的焊接性有不良的影?響，容易導(dǎo)致焊縫產(chǎn)生熱裂，產(chǎn)生氣孔和疏松。

4.磷的影響

磷是有害元素。磷在鋼中能全部溶于鐵素體中，有較強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用，可

以提高鐵素體的強(qiáng)度和硬度；但在室溫下卻使鋼的塑性和韌性急劇下降，特別是低

溫韌性，使鋼在低溫下變脆，這種現(xiàn)象稱為冷脆。磷還會(huì)使鋼的偏析嚴(yán)重，降低鋼

的焊接性能。因此要限制磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。但在易切削鋼中可適當(dāng)提高磷的質(zhì)量分?jǐn)?shù),

脆化鐵素體，改善鋼材的切削加工性。此外，鋼中加入適量的磷還可以提高鋼材的

耐大氣腐蝕性能。

二、合金元素在鋼中的作用

1.合金元素與鐵和碳的作用

合金元素加入鋼中，主要與鐵形成固溶體，或者與碳形成碳化物奧氏體。

⑴合金元素與鐵的作用

幾乎所有的元素都能溶于鐵素體或奧氏體中，引起鐵的晶格畸變，產(chǎn)生固溶

強(qiáng)化，使鋼的強(qiáng)度、硬度提高。由圖7-l(a)可知，桂、缽、銀等合金元素的強(qiáng)化效

果最顯著，由圖7-2(b)可知，鋁、鋁等合金元素不論含量多少，均使鐵索體的韌性

下降。因此在常用的低合金鋼與合金鋼中，對(duì)合金元素的含量也要作一定的限制。

⑵合金元素與碳的作用

根據(jù)與鋼中碳的親和力的大小，合金元素可分為碳化物形成元素和非碳化物

形成元素兩大類。碳化物形成元素能與碳形成碳化物，如鈦、帆、鴇、鑰、銘、缽

等；非碳化物形成元素不能與碳形成碳化物，如鎂、硅、鋁、氮等。非碳化物形成

元素只能與鐵作用形成固溶體。

不同的碳化物形成元素，生成的碳化物性質(zhì)也不同。當(dāng)其含量較低時(shí)，這些合

金元素只能置換滲碳體中的鐵原子，形成穩(wěn)定性較差的合金滲碳體，如(Fe,MgC、

(Fc,Cr)3c等。銘、鴿、銅等中強(qiáng)碳化物形成元素，當(dāng)其含量較高時(shí)，可與碳結(jié)合

成穩(wěn)定性較高的合金碳化物，如Cr7c3、Fe3W3C、Fe3Mo3c等；鈿、鈦、銀、信等

強(qiáng)碳化物形成元素與碳結(jié)合成極穩(wěn)定的特殊碳化物，如VC、TiC等。

碳化物愈穩(wěn)定，其硬度愈高；碳化物顆粒愈細(xì)小，對(duì)鋼的強(qiáng)化效果愈顯著。

3.合金元素對(duì)鋼熱處理的影響

⑴合金元素對(duì)鋼在加熱時(shí)奧氏體化的影響

低合金鋼與合金鋼的奧氏體化過程與非合金鋼相同。大多數(shù)合金元素（鉆，銀

除外）與碳的親和能力強(qiáng)，能顯著減慢碳在奧氏體中的擴(kuò)散速度。又因低合金鋼與

合金鋼中的碳化物比非合金鋼中的滲碳體穩(wěn)定，不易分解，同時(shí)合金元素本身的擴(kuò)

散也很困難。所以，大多數(shù)合金元素減慢了奧氏體均勻化過程。因此，大多數(shù)低合

金鋼與合金鋼需要提高加熱溫度和更長(zhǎng)的保溫時(shí)間。

由于大多數(shù)合金元素（除鎰、磷外）形成高熔點(diǎn)的碳化物和特殊碳化物，以彌散

質(zhì)點(diǎn)分布在奧氏體晶界上，能阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。因此，低合金鋼與合金鋼熱處

理后的晶粒比相同碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的非合金鋼細(xì)小，性能較高。

⑵合金元素對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響

大多數(shù)固溶于奧氏體中的合金元素（除鉆以外）都使過冷奧氏體穩(wěn)定性提高，即

使C曲線右移，馬氏體臨界冷卻速度減小，淬透性提高。

合金元素硅、銀、鋅等可使C曲線右移而形狀不變，如圖7-3（a）。碳化物形成

元素格、鉗、鴿等不但使C曲線右移，而且使珠光體轉(zhuǎn)變曲線和貝氏體轉(zhuǎn)變曲線

出現(xiàn)了分離,即出現(xiàn)了兩個(gè)“鼻尖”，如圖7-3（b）。

加入的合金元素，只有完全溶于奧氏體中才能提高淬透性。反之，使鋼的淬透

性降低。多種合金元素同時(shí)加入，對(duì)淬透性的提高比單純加入某一種合金元素（此

元素含量與多種合金元素總含量相等）效果更顯著。因此，淬透性較好的鋼，大多

采用“多元少量”的合金化原則。

合金元素對(duì)Ms點(diǎn)（上馬氏體點(diǎn)）也有顯著影響。除鉆、鋁外，大多數(shù)合金元素

都使Ms、Mf點(diǎn)降低，使鋼中的殘余奧氏體量的增多，導(dǎo)致鋼的硬度和疲勞抗力下

降,對(duì)零件的淬火質(zhì)量會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

⑶合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響

①提高鋼的回火穩(wěn)定性

回火穩(wěn)定性是指淬火鋼在回火時(shí)抵抗硬度下降的能力。大多數(shù)合金元素，尤

其是強(qiáng)碳化物形成元素對(duì)原子擴(kuò)散起阻礙作用，延緩了馬氏體的分解和殘余奧氏體

的轉(zhuǎn)變，將其轉(zhuǎn)變推向更高溫度下進(jìn)行。因此，在同樣的回火溫度下，低合金鋼與

合金鋼的強(qiáng)度和硬度要比相同碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的非合金鋼高，即合金元素可提高鋼的

耐回火性。

②產(chǎn)生二次硬化

一次硬化是指淬火鋼在回火過程中硬度升高的現(xiàn)象。產(chǎn)生一次硬化的主要原

因是含有較多銘、鋁、鴇、鈕等碳化物形成元素的合金鋼，在500?600C回火時(shí)，

會(huì)從馬氏體中析出特殊碳化物，如CcC3、M02C、W2C、VC等。這類碳化物紡度

高、數(shù)量多、顆粒小、分散均勻,使鋼在回火后硬度有所提高，此現(xiàn)象稱為二次硬

化。二次硬化也可由回火冷卻過程中部分殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體的二次

淬火引起。如高速鋼和高輅鋼在回火時(shí)都產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象，對(duì)提高其熱硬性具有

重要意義。

（三）課堂練習(xí)

略

（四）歸納小結(jié)

1、雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響

2、合金元素在鋼中的作用

（五）課堂作業(yè)

P1181、3

課題：非合金鋼低合金鋼

授課時(shí)數(shù)：2

教學(xué)目的、要求：

掌握優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)、性能及應(yīng)用；了解普通質(zhì)量非合金鋼、

低合金鋼牌號(hào)、種類及應(yīng)用

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)、性能及應(yīng)用

教學(xué)過程：

(-)復(fù)習(xí)提問

1、雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響

2、合金元素在鋼的熱處理的作用

(二)導(dǎo)入新課、授新

7.2非合金鋼

非合金鋼是指以鐵為主要元素，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.11%并含有其他元素的鐵

碳合金。

一、非合金鋼的分類

I.非合金鋼按主要質(zhì)量等級(jí)分類

可分為普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)和特殊質(zhì)量非合金鋼。

⑴普通質(zhì)量非合金鋼

普通質(zhì)量非合金鋼中的碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)由屈服點(diǎn)字母、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量

等級(jí)符號(hào)、脫氧方法等四部分按順序組成。屈服點(diǎn)的字母以“屈”字漢語(yǔ)拼音字

首“Q”表示；脫氧方法用F、b、Z、TZ分別表示沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、

特殊鎮(zhèn)靜鋼，在牌號(hào)中“Z”和“TZ”可以省略。質(zhì)量等級(jí)分A、B、C、D四級(jí),

從左至右質(zhì)量依次提高。例如Q235—A-F,表示屈服點(diǎn)大于235Mpa,質(zhì)量為A

級(jí)的沸騰璇索結(jié)構(gòu)鋼。

碳素結(jié)構(gòu)鋼的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，焊接性能好，塑性、韌性好，價(jià)格低，常熱軋

成鋼板、鋼帶、型鋼、棒鋼，用于橋梁、建筑等工程結(jié)構(gòu)和要求不高的機(jī)器零件。

⑵優(yōu)質(zhì)非合金鋼

這類鋼主要包括：機(jī)械結(jié)構(gòu)用優(yōu)質(zhì)碳素鋼、工程結(jié)構(gòu)用碳素鋼

機(jī)械結(jié)構(gòu)用優(yōu)質(zhì)碳素鋼，如優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中的低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼；

包括08F?15F、08?65、15Mn0

優(yōu)質(zhì)非合金鋼中的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)用兩位數(shù)字表示，兩位數(shù)字表示該鋼

的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬(wàn)分之幾。例如45鋼，表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%

的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；08鋼表示鋼中平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼中鎰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高（u）Mn=0.7（）%?1.00%）時(shí)，在其牌號(hào)后面標(biāo)出

元素符號(hào)“Mn”，如15Mn、20Mn等。若為沸騰鋼與半鎮(zhèn)靜鋼，則在數(shù)字后分別

加“F”與加”,如08F與08b等。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼必須同時(shí)保證化學(xué)成分和力學(xué)性能，主要用于制造機(jī)器零件。

一般都要經(jīng)過熱處理以提高力學(xué)性能。根據(jù)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不同，有不同的用途。08、

08F、10、10F鋼碳的，員量分?jǐn)?shù)低，塑性、韌性好，冷成型性能和焊接性能好，主

要是制作薄板，用于制造冷沖壓件和焊接件，如汽車車身、儀表外殼等。15、20、

25鋼強(qiáng)度較低，但塑性、韌性較高，冷沖壓性能和焊接性能很好，可以制造各種

受力不大但要求高韌性的零件，如焊接容器、螺釘、桿件、軸套等，還可用作冷沖

壓件和焊接件。這類鋼經(jīng)滲碳淬火后，表面硬度可達(dá)60HRC以上，耐磨性好，而

心部具有一定的強(qiáng)度和韌性，可用于制造要求表面硬度高、耐磨并承受沖擊載荷的

零件。30、35、40、45、50鋼屬于調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)過熱處理后具有良好的綜合力學(xué)性

能，主要用于制作要求強(qiáng)度、塑性、韌性都較高的機(jī)件，如齒輪、套筒、軸類零件。

這類鋼特別是4（）、45鋼在機(jī)械制造中應(yīng)用非常廣泛。60、65、70、75、8（）、85鋼

屬于彈簧鋼，經(jīng)過熱處理后可獲得高的彈性極限，主要用于制造負(fù)荷不大、尺寸較

小的彈簧、彈性零件及耐磨零件。

工程結(jié)構(gòu)用碳素鋼沖壓薄板的低碳結(jié)構(gòu)鋼；鍍層板、帶用的碳素鋼；鍋爐

和壓力容器用碳素鋼；造船用碳索鋼；鐵道用優(yōu)質(zhì)碳素鋼，如重軌用碳素鋼；焊條

用碳素鋼等；冷鍛、冷沖壓等冷加工用非合金鋼；優(yōu)質(zhì)鑄造碳素鋼。

⑶特殊質(zhì)量非合金鋼

特殊質(zhì)量非合金鋼是指在生產(chǎn)過程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能（例如，控

制淬透性和純潔度）的非合金鋼。特別是在化學(xué)成分上有特別嚴(yán)格的要求；對(duì)夾雜

物規(guī)定嚴(yán)格的限制，比優(yōu)質(zhì)鋼更純潔；對(duì)性能規(guī)定特殊的要求，比優(yōu)質(zhì)鋼更嚴(yán)更高。

特殊質(zhì)量非合金鋼應(yīng)符合下列條件，鋼材要經(jīng)熱處理并至少具有下列一種特殊要求

的非合金鋼（包括易切削鋼和工具鋼）；要求淬火和回火狀態(tài)下的沖擊性能；有效淬

硬層深度或表面硬度；限制表面缺陷；限制鋼中非金屬夾雜物含量和（或）要求內(nèi)部

材質(zhì)均勻性；限制磷和硫的含量（成品Wp和Ws均W0.025%）；限制殘余元素Cu、

Co、V的最高含量等方面的要求。

特殊質(zhì)量非合金鋼主要包括：保證淬透性非合金鋼，如45H；碳素工具鋼，

如T7?T13Mn鋼；碳素彈簧鋼，如70?85、65Mn?70Mn鋼；鐵道用特殊非合金

鋼，如車軸坯、車輪、輪箍鋼；核能用非合金鋼；其他，航空、兵器等專用非合金

結(jié)構(gòu)鋼，特殊焊條用非合金鋼以及電磁純鐵、原料純鐵。

7.4低合金鋼

低合金鋼是一類可焊接的低碳低合金結(jié)構(gòu)用鋼，大多都在熱軋或正火狀態(tài)下

使用。

一、低合金鋼的分類

低合金鋼是按其主要質(zhì)量等級(jí)和主要性能或使用特性分類的。

I、按主要質(zhì)量等級(jí)分類

低合金鋼按主要質(zhì)量等級(jí)可分為普通質(zhì)量、優(yōu)質(zhì)和特殊質(zhì)量低合金鋼。

(1)普通質(zhì)量低合金鋼

普通質(zhì)量低合金鋼是指不規(guī)定生產(chǎn)過程中需要特別控制質(zhì)量要求的、供作一

般用途的低合金鋼。

普通質(zhì)量低合金鋼主要包括：一般用途低合金結(jié)構(gòu)鋼(osW360MPa)；低合金

鋼筋鋼；鐵道用一般低合金鋼，如低合金輕軌鋼；礦用一般低合金鋼(調(diào)質(zhì)處理的

鋼號(hào)除外)。

(2)優(yōu)質(zhì)低合金鋼

優(yōu)質(zhì)低合金鋼是指除普通質(zhì)量低合金鋼和特殊質(zhì)量低合金鋼以外的低合金

鋼，在生產(chǎn)過程中需要特別控制質(zhì)量(如降低硫、磷含量，控制晶粒度，改善表面

質(zhì)量，增加工藝控制等)，以達(dá)到比普通質(zhì)量低合金鋼特殊的質(zhì)量要求(如良好的抗

脆斷性能和良好的冷成形性等)，但這種鋼的生產(chǎn)控制和質(zhì)量要求不如特殊質(zhì)量低

合金鋼嚴(yán)格。

優(yōu)質(zhì)低合金鋼主要包括：可焊接的低合金高強(qiáng)度鋼；鍋爐和壓力容器用低合

金鋼；造船用低合金鋼；汽車用低合金鋼；橋梁用低合金鋼；自行車用低合金鋼；

低合金耐候鋼；鐵道用低合金鋼，如低合金鋼軌鋼、異型鋼；礦用低合金鋼；輸油、

輸氣管線用低合金鋼。

(3)特殊質(zhì)量低合金鋼

特殊質(zhì)量低合金鋼是指在生產(chǎn)過程中需要特別嚴(yán)格控制質(zhì)量和性能(特別是嚴(yán)

格控制硫、磷等雜質(zhì)含量和純潔度)的低合金鋼。

特殊質(zhì)量低合金鋼主要包括：核能用低合金銀；保證厚度方向性能低合金鋼;

鐵道用特殊低合金鋼，例如車輪用低合金鋼；低溫用低合金鋼；艦船、兵器等專用

特殊低合金鋼。

2、按主要性能及使用特性分類

(1)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼是在低碳非合金鋼的基礎(chǔ)上加入少量合金元素而制成的

鋼。合金元素以缽為主，此外，還有鈕、鈦、鋁、銀等元素。低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

強(qiáng)度高、較好的塑性和韌性、耐良好的焊接性和冷成形性、腐蝕性較好，而且價(jià)格

與非合金鋼接近，適合冷彎和焊接。

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼廣泛用于制造橋梁、車輛、船舶、建筑鋼筋等。

(2)低合金耐候鋼

耐候鋼是指耐大氣腐蝕鋼，它是在低碳非合金鋼的基礎(chǔ)上加入少量銅、錦、

銅等合金元素，使其在金屬表面形成一層保護(hù)膜的鋼材。為了進(jìn)一步改善性能，還

可再加微量的銀、鈦、鈿、鉆等元素。我國(guó)目前使用的耐候鋼分為焊接結(jié)構(gòu)用耐候

鋼和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼兩大類。第一類，如12MnCuCr適用于橋梁、建筑及其他要

求耐候性的鋼結(jié)構(gòu)：第二類，如09CuPCrNi-A適用于機(jī)車車輛、建筑、塔架和其

他要求高耐候性的鋼結(jié)構(gòu)。

二、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)

低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)山代表屈服強(qiáng)度的漢語(yǔ)拼音首位字母、屈服強(qiáng)度

數(shù)值、質(zhì)量等級(jí)符號(hào)（A、B、C、D、E）、脫氧方法符號(hào)（F、b、z和TZ,其中Z和

TZ可省略）等四個(gè)部分按順序組成。例如Q390A表示屈服強(qiáng)度拉比2390Mpa,質(zhì)

量為A級(jí)的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

（三）課堂練習(xí)

略

（四）歸納小結(jié)

1、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能及應(yīng)用

2、工程結(jié)構(gòu)用碳素鋼

3、低合金鋼的分類

（五）課堂作業(yè)

P1I8補(bǔ)充：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能及應(yīng)用

課題：合金鋼

授課時(shí)數(shù)：2

教學(xué)目的、要求：

掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)月合金鋼、工具鋼的種類、用途及牌號(hào)；了解不銹鋼

的種類。

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：

機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼、工具鋼的種類及用途

教學(xué)過程：

（一）復(fù)習(xí)提問

1、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、性能及應(yīng)用

2、工程結(jié)構(gòu)用碳素鋼

3、低合金鋼的分類

（二）導(dǎo)入新課、授新

7.5合金鋼

一、常用工程結(jié)構(gòu)用合金鋼

工程結(jié)構(gòu)用合金鋼主要用于制造工程結(jié)構(gòu)，如建筑工程鋼筋結(jié)構(gòu)、壓力容器、

承受沖擊的耐磨鑄鋼件等。

高缽耐磨鋼主要用于制造受強(qiáng)烈沖擊和巨大壓力，并要求耐磨的零件。如坦

克和拖拉機(jī)履帶板、球磨機(jī)襯板、挖掘機(jī)鏟齒、破碎機(jī)顆板、鐵路道岔等。

二、常用機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼

機(jī)械結(jié)構(gòu)用合金鋼主要用于制造機(jī)械零件，如軸、連桿、齒輪、彈簧、軸承

等，按其用途和熱處理特點(diǎn)又分為合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼和超高強(qiáng)

度鋼等。

I.合金滲碳鋼

合金滲碳鋼主要用于制造承受強(qiáng)烈沖擊、摩擦和磨損的重要機(jī)械零件，如齒

輪、軸、活塞銷等，這類零件往往都要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有較

高的強(qiáng)度和足夠的韌性。采用合金滲碳鋼可以克服低碳鋼滲碳后淬透性低和心部強(qiáng)

度低的弱點(diǎn)。

合金滲碳鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，一般在0.10%~0.25%,以保證零件心部具有

足夠的塑性和韌性，加入合金元索有銘、鐳、銀等，主要是提高其淬透性，保證鋼

在滲碳、淬火后，提高其強(qiáng)度和韌性，加入適量的碳化物形成元素倍、帆、鈦、鴿、

粗等，有利于改善碳化物的分布，提高滲碳層的硬度及耐磨性，同時(shí)可以阻止奧氏

體晶粒長(zhǎng)大，起細(xì)化晶粒的作用。

合金滲碳鋼的熱處理過程一般都是滲碳后直接淬火，再低溫回火。熱處理后滲

層的組織由回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體組成，硬度為60~62HRC。

2.合金調(diào)質(zhì)鋼

合金調(diào)質(zhì)鋼的3c=0.25%~0.50%o

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。有些零件如車床齒輪等，還要求表面具有較高的耐

磨性，可對(duì)零件調(diào)質(zhì)處理后進(jìn)行表面淬火后低溫回火或氮化處理等。

3.合金彈簧鋼

材料要求：彈簧鋼具有較高的彈性極限、屈強(qiáng)比、疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性，

良好的淬透性和不易脫碳等性能。

合金彈簧鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：(oc=o.5%?0.7%,目的是為了保證合金彈簧鋼具

有較高的彈性極限和高的疲勞極限。

最終熱處理：淬火后中溫回火，獲得回火托氏體組織，其硬度為43?48HRC,

具有最好的彈性。

4.超高強(qiáng)度鋼

超高強(qiáng)度鋼一般君是指/?eL>1380MPa、治>15()0MPa的特殊質(zhì)量合金結(jié)構(gòu)鋼。

主要用來制造飛機(jī)起落架、機(jī)翼大梁、火箭發(fā)動(dòng)殼體、高壓容器及常規(guī)武器的炮筒

等。

5.滾動(dòng)軸承鋼

滾動(dòng)軸承鋼主要用于制造滾動(dòng)軸承的滾動(dòng)體和內(nèi)外圈，在量具、模具、低合

金刃具等方面也被廣泛應(yīng)用。滾動(dòng)軸承的內(nèi)外圈及滾動(dòng)體在工作時(shí)承受很大的交變

載荷和極大的接觸應(yīng)力，各部分之間因相對(duì)滑動(dòng)而產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，摩擦磨損嚴(yán)重，

要求具有很高的硬度和耐磨性，高的耐壓強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性和耐腐

蝕性。

滾動(dòng)軸承鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高(0.95%?1.15%),保證硬度及耐磨性，鋼中格

的加入量為0.4%?1.65%,目的在于增加鋼的淬透性，并使碳化物呈均勻而細(xì)密

地分布，使鋼的強(qiáng)度、接觸疲勞強(qiáng)度和耐磨性提高。對(duì)于大型軸承用鋼，還加入

Si、Mn等合金元素進(jìn)一步提高淬透性。最常用的滾動(dòng)軸承鋼是GCH5。

三、工具鋼

工具鋼主要用來制造刀具、模具和量具等各種工具。包括合金工具鋼與高速

工具鋼：

1.合金工具鋼

合金工具鋼分為量具刃具鋼、耐沖擊工具用鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼、

無(wú)磁模具鋼、塑料模具鋼等。

(1)量具刃具鋼

①合金刃具鋼

這類鋼主要用于制造金屬切削刀具(刃具)，如車刀、銃刀、較刀、絲錐、板牙

等各種刀具。合金刃具鋼應(yīng)具有高的熱硬性、高的硬度和耐磨性，足夠的強(qiáng)度及韌

性。

合金工具鋼化學(xué)成分的特點(diǎn)是碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都較高，coc=0.8%?1.5%,以保證

高的硬度和耐磨性。常加入的元素有銘、錦、硅、鋁、帆等。加入合金元素銘、鎬、

硅等以提高淬透性。加入鴇、銳等特殊碳化物形成元索，以提高熱硬性和耐磨性，

并細(xì)化晶粒，從而改善鋼的韌性。

合金刃具鋼鍛造后進(jìn)行球化退火，以改善其切削加工性能。最終熱處理為淬

火后低溫回火，其組織為回火馬氏體、合金碳化物質(zhì)和少量殘余奧氏體。硬度為

60-65HRCo

②合金量具鋼

這類鋼主要用來制造各種測(cè)量工具，如千分盡、塊規(guī)、塞規(guī)、樣板等。量具

在使用過程中常與被測(cè)量工件接觸，主要受摩擦、磨損，承受外力較小。要求具有

高的硬度、耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。

量具鋼質(zhì)量分?jǐn)?shù)都較高(coc=0.9%?1.5%),保證其高硬度、高耐磨性，加入格、

鴇、鎰等合金元素以提高其尺寸穩(wěn)定性。淬火后立即進(jìn)行深冷處理，使殘余奧氏體

轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，然后在行低溫回火。

⑶合金模具鋼

合金模具鋼是用來制造模具的一類鋼。模具是使金屬材料或非金屬材料成形

的工具，其工作條件及性能要求，與被成形材料的性能、溫度及狀態(tài)等有著密切的

關(guān)系。按使用條件不同分為冷作模具鋼、熱作模具綱和塑料模具鋼。下面主要介紹

冷作模具鋼和熱作模具鋼。

①冷作模具鋼

冷作模具鋼用于制造在常溫狀態(tài)下使工件成形的模具，如冷擠壓模、冷徽模、

拉絲模、落料模等。這類模具工作過程中主要受擠壓、彎曲、沖擊及摩擦作用，工

作時(shí)承受很大的壓力、彎曲應(yīng)力、沖擊等載荷，其主要損壞形式是磨損、斷裂、崩

刃和變形。因此冷作模具鋼要求有高的硬度和耐磨性，足夠的強(qiáng)度和韌性。大型模

具用鋼還應(yīng)具有淬透性好，熱處理變形小等特點(diǎn)。

冷作模具鋼coc=L0%?2.0%,保證淬火時(shí)獲得高碳馬氏體以及足夠的特殊碳

化物，使模具具有高的硬度和耐磨性。常加入合金元素銘、鋁、鴇、鈿等，以提高

耐磨性、淬透性和耐回火性。

冷作模具鋼的最終熱處理一般為淬火和回火。回火后的組織為回火馬氏體、

碳化物和殘余奧氏體，硬度為60?64HRC。

②熱作模具鋼

熱作模具鋼用于制造在熱態(tài)下使工件成型的模具，如熱鍛模、壓鑄模等。熱

作模具工作時(shí)受到強(qiáng)烈的摩擦、較大的沖擊力或壓力，模膛受熾熱金屬和冷卻介質(zhì)

交替反復(fù)作用，易產(chǎn)生熱疲勞裂紋。因此，要求模具在高溫下應(yīng)有較高的強(qiáng)度、韌

性，足夠硬度和耐磨性，良好的熱導(dǎo)性和耐熱疲勞性。對(duì)尺寸較大的模具還要求有

好的淬透性，熱處理變形小等性能。

熱作模具鋼的330.3%?0.6%,以保證足夠的強(qiáng)度和硬度以及較高的韌性和熱

疲勞抗力。加入銘、銀、錦等合金元素，可提高淬透性和強(qiáng)度。加入常、鴇、硅等

合金元素可提高耐熱疲勞性。加入鋁可提高耐回火性和防止第二類回火脆性。

熱作模具鋼最終熱處理一般為淬火和回火，回火后獲得均勻的回火索氏體或

回火托氏體，硬度為40HRC左右，并具有較高韌性和強(qiáng)度。

5CrNiM。鋼和5CrMnM。鋼是最常用的熱作模具鋼，它們具有較高的強(qiáng)度、耐

磨性和韌性，優(yōu)良的淬透性和良好的耐熱疲勞性。5CrNiMo鋼是典型的熱作模具

鋼，5CrMnMo鋼是5CrNiMo鋼的代用鋼種，5CrMnMo鋼淬透性相對(duì)較低，所以

只用于制造中小型熱鍛模，而5CrNiMo鋼用于制造大型熱鍛模。

2.高速工具鋼

高速工具鋼簡(jiǎn)稱高速鋼，主要用來制造高速切削刃具。因制作的刃具鋒利又稱

鋒鋼。

高速工具鋼的皿=0.7%?1.65%,較高的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是為提高鋼的硬度和耐

磨性。高速鋼含有鴇、鋁、倍、鋼、鉆等貴重元素，合金元素總量大于10%,屬

高合金工具鋼，配以合理的熱加工工藝（鍛造加工和熱處理），使其具有突出的性能

特點(diǎn)：高的紅硬性（刃具溫度升至60（）°C時(shí)，其硬度大于6（）HRC）；很好的淬透性；

高的硬度和耐磨性，足夠的強(qiáng)度等。合金元素鋁、鋁可在鋼中形成很穩(wěn)定的合金碳

化物，提高鋼的熱硬性和耐回火性；倍可提高淬透性；帆可形成穩(wěn)定的碳化物VC,

具有極高硬度，并呈細(xì)小顆粒，分布均勻，故可提高鋼的硬度和耐磨性。

高速工具鋼的最終熱處理為淬火和三次回火。高速鋼淬火時(shí)要經(jīng)過預(yù)熱，淬

火加熱溫度一般為1200C?1280C。目的是使難熔的合金碳化物大部分溶解到奧

氏體中。淬火介質(zhì)可用油也可用鹽浴進(jìn)行馬氏體分級(jí)淬火，以減小變形。高速鋼的

淬火組織為馬氏體加未溶合金碳化物和殘余奧氏體（25%~3（）%）。

高速綱淬火后一般要經(jīng)550℃~570℃三次回火。如淬火先經(jīng)深冷處理，則回火

一次即可。回火的目的是減少殘余奧氏體數(shù)量。在回火過程中，殘余奧氏體中析出

的碳和合金元素形成特殊碳化物（如WK、VC等），并向回火馬氏體轉(zhuǎn)化。同時(shí)，

淬火馬氏體也彌散析出細(xì)小的碳化物并轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體。因此，高速鋼經(jīng)三次回

火后產(chǎn)生“二次硬化”現(xiàn)象，并具有高的紅硬性。

高速鋼主要用于制造各種切削刀具。

四、不銹鋼與耐熱鋼

1.不銹鋼

不銹鋼是指能抵抗大氣或其他介質(zhì)腐蝕的鋼。

不銹鋼除用于制作要求高硬度、高耐磨性的刃具、量具以及不銹鋼軸承外，

大多數(shù)不銹鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均不超過0.1%