第07章合金钢.ppt.ppt

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1、第7章 合 金 钢,所谓合金钢，就是在碳钢的基础上，为了改善钢的某些性能，在冶炼时有目的地加入一些合金元素的钢。钢中加入的合金元素主要有：硅、锰、铬、钨、镍、钼、钒、钛、硼和稀土元素等。,7.1 合金钢的分类,合金钢的分类方法很多，但常用下面几种分类方法。(1)按化学成分分类。按钢中所含合金元素的种类可分为锰钢、硅钢、硅锰钢和铬锰钛钢等。按钢中合金元素总含量可分为：低合金钢，合金元素总含量小于5%；中合金钢，合金元素总含量5%10%；高合金钢，合金元素总含量大于10%。(2)按用途分类。合金结构钢。合金工具钢。特殊性能钢。,7.2 合金元素在钢中的作用,7.2.1 合金元素对钢中基本相的影响7

2、.2.1.1 形成合金铁素体大多数合金元素(除铅外)都能溶入铁素体，形成合金铁素体。由于合金元素与铁的晶格类型和原子半径的差异，必然引起铁素体晶格畸变，产生“固溶强化”，使铁素体的强度、硬度提高，但塑性、韧性下降。如图7-1和7-2所示。在退火、正火、调质状态下，铁素体是大多数钢中的基本组织，所以合金元素通过形成合金铁素体而影响钢的性能。,图7-1 合金元素对铁素体硬度的影响,图7-2 合金元素对铁素体韧性的影响,7.2.1.2 形成合金碳化物锰、铬、钨、钒和钛等元素与碳能形成碳化物。根据合金元素与碳的亲和力不同，将形成的碳化物分为两类。(1)形成合金渗碳体。弱碳化物形成元素(如锰)或中强碳化

3、物形成元素(铬、钼和钨等)在钢中含量不多时，一般都倾向于形成合金渗碳体。(2)形成特殊碳化物。强碳化物形成元素(如钒、铌和钛等)或中强碳化物形成元素在钢中含量足够高(5%)时，形成与渗碳体晶格不同的特殊碳化物，如VC、NbC、TiC、WC和MoC等。特殊碳化物比合金渗碳体具有更高的熔点、硬度、耐磨性和稳定性，能显著提高钢的强度、硬度和耐磨性。合金元素与碳亲和力的强弱排列为：Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等。,7.2.1.3 形成合金奥氏体合金元素在加热时都能溶入奥氏体中，形成合金奥氏体，引起固溶强化。所以大部分合金钢在高温奥氏体状态下压力加工时，比碳钢的变形抗力大。,7.2.

4、2 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响,7.2.2.1 对奥氏体相区的影响(1)扩大奥氏体相区。Ni、Mn、Co和Cu等合金元素加入钢中后将扩大奥氏体单相区，如图7-3(a)所示。若钢中含有大量的Ni或Mn等扩大奥氏体相区的元素时，有可能将相图中的奥氏体相区延展到室温以下。此时钢在室温时的组织为奥氏体，这种钢称为奥氏体钢。如1Cr18Ni9Ti和ZGMn13均为奥氏体钢。(2)缩小奥氏体相区。Cr、W、Mo、V、Ti、Al和Si等合金元素加入钢中后将缩小奥氏体单相区，如图7-3(b)所示。若钢中含有大量的Cr和Si等缩小奥氏体单相区的元素时，会使奥氏体相区完全消失，此时钢在室温下的平衡组织是铁

5、素体，这种钢称为铁素体钢。如1 Cr17为铁素体钢。,(a)Mn对Fe-Fe3C相图的影响(b)Cr对Fe-Fe3C相图的影响图7-3 合金元素对Fe-Fe3C相图的影响,7.2.2.2 对S、E点位置的影响溶入奥氏体中的大多数合金元素均使S、E点左移。S点左移表明共析点含碳量降低，使含碳量相同的碳钢与合金钢具有不同的组织和性能，如在退火状态下合金钢中珠光体含量较多，其强度也较高。E点左移表明出现莱氏体的含碳量降低，有可能在钢中出现莱氏体。如高速钢中含碳量仅为0.7%0.8%(远低于2.11%)，但在铸态组织中却出现合金莱氏体组织。7.2.2.3 对共析转变温度A1的影响凡扩大奥氏体相区的合金

6、元素如Ni、Mn、Co和Cu等，均降低A1温度；凡缩小奥氏体相区的合金元素如Cr、W、Mo、V、Ti、Al和Si等，都能提高A1温度。因此大多数合金钢的奥氏体化温度比相同含碳量的碳钢高，即除含较多Ni和Mn等元素的合金钢外，多数合金钢的热处理温度要高一些。,7.2.3 合金元素对钢热处理的影响,7.2.3.1 合金元素对钢在加热时组织转变的影响合金钢加热时的奥氏体化过程与碳钢相同，也包括奥氏体形核与长大、未溶渗碳体的溶解、奥氏体成分的均匀化4个过程。奥氏体化过程与碳的扩散能力有关，除钴和镍等元素外的大多数合金元素均使碳的扩散能力降低，尤其是强碳化物形成元素所形成的特殊碳化物，能阻碍碳的扩散。所

7、以，大多数合金钢为获得成分均匀的奥氏体，需提高加热温度和延长保温时间。又因形成的碳化物在高温下较稳定，且呈弥散质点分布于奥氏体晶界上，能阻碍奥氏体晶粒长大，因此，合金钢热处理后的晶粒比相同含碳量的碳钢更细小，其性能较高。,7.2.3.2 合金元素对钢在冷却时组织转变的影响1合金元素对过冷奥氏体等温转变的影响除钴、铝外的合金元素溶入奥氏体后，均不同程度地阻碍碳的扩散，使奥氏体的稳定性增加，从而使C曲线右移。碳化物形成元素Cr、W、Mo和V等溶入奥氏体后，不仅使C曲线右移，而且改变了C曲线的形状，使C曲线明显地分为珠光体转变区和贝氏体转变区，如图7-4所示。,(a)非碳化物形成元素(b)碳化物形成

8、元素图7-4 合金元素对C曲线的影响,由于合金元素使C曲线右移，因而降低了淬火临界冷却速度，增加了钢的淬透性。特别是多种合金元素同时加入钢中，对提高淬透性的作用比单纯加入某一种元素的效果更显著。因此，淬透性好的钢大多采用“多元少量”的合金化原则。2合金元素对马氏体转变的影响除Co、Al外，溶入奥氏体中的合金元素都使马氏体转变温度Ms和Mf点下降，其中锰的作用最显著，如图7-5所示。从而增加了淬火后钢中残余奥氏体量，如图7-6所示。,图7-5 合金元素对马氏体开始转变温度Ms点的影响,图7-6 合金元素对残余奥氏体量的影响(含1.0%C的钢在1150淬火),7.2.3.3 合金元素对淬火钢回火转

9、变的影响1提高钢的回火稳定性 淬火钢在回火时，抵抗硬度、强度(软化)下降的能力称为回火稳定性。大多数合金元素，尤其是强碳化物形成元素，对原子扩散起阻碍作用，延缓了马氏体分解。因此，在相同回火温度下，合金钢的强度、硬度比相同含碳量的碳钢高，即合金元素提高了钢的耐回火性。2回火时产生二次硬化含有较多的Cr、W、Mo和V等碳化物形成元素的合金钢，在500600回火时，将从马氏体中析出特殊碳化物，如Cr7C3、W2C、Mo2C和VC等。这类碳化物硬度高、颗粒细小、数量多、分布均匀，使钢回火后硬度有所提高，称此现象为“二次硬化”。另外，某些合金钢在回火时，残留的奥氏体将要转变成马氏体或贝氏体，提高了硬度

10、，也是产生二次硬化的一个原因。,7.3 合金结构钢,7.3.1 工程结构用合金钢低合金结构钢是在低碳钢的基础上加入少量合金元素的工程用钢。常加入的合金元素有硅、锰、钛、铌和钒等，其总含量不超过3%。常见的低合金结构钢的牌号、成分、性能、用途见表7-1和表7-2。,7.3.2 机械结构用合金钢,其牌号原则是依据国家标准GB307788的规定，采用“两位数字+化学元素符号+数字”的方法。前面的两位数字表示平均含碳量的万分数，所含合金元素用其化学元素符号表示，元素符号后面的数字表示它的含量，以百分数表示。当合金元素含量低于1.5%时，钢号中一般只标出元素符号而不表明含量。若为高级优质钢，则在钢号后面

11、加“A”。滚动轴承钢是一类专用钢，为了表示钢的用途，在钢号后面冠以“G(“滚”字的汉语拼音首字母)+Cr+数字+化学元素符号+数字”。牌号中不标含碳量，Cr后面的数字表示铬含量的千分之几。,7.3.2.1 合金渗碳钢用于制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。许多机械零件如汽车、凸轮和活塞销等是在冲击力和表面受到强烈摩擦、磨损条件下工作的，因此，要求零件表面有高的硬度和耐磨性，心部有足够的强度和韧性。对这些要求较高的渗碳件应采用合金渗碳钢制造。合金渗碳钢属于表面硬化合金结构钢。1化学成分合金渗碳钢的含碳量为0.1%0.25%，属于低碳钢，这样低的碳含量可保证渗碳零件心部具有足够的韧性和塑性。加入铬、镍、锰

12、和硼可提高淬透性；加入少量钛、钒、钨和钼等碳化物形成元素，以阻碍奥氏体晶粒长大，起细化晶粒的作用。,2热处理特点(1)预先热处理。渗碳钢在锻压后采用正火，可改善切削加工性能。(2)最终热处理。渗碳钢的最终热处理一般是渗碳后淬火、低温回火。表层组织为高硬度、高耐磨性的高碳回火马氏体和合金碳化物，其硬度为5864HRC；心部组织则取决于钢是否淬透，全淬透时是低碳回火马氏体，未淬透时可能是屈氏体与低碳马氏体或铁素体与低碳马氏体的混合组织。,3常用的牌号、成分、性能、热处理特点和用途 常用渗碳钢的牌号、成分、性能、热处理特点和用途见表7-3。其中典型钢种有20Cr、20MnV和20CrMnTi等。表中

13、低淬透性钢是指水淬临界淬透直径为2035mm；中淬透性钢是指油淬临界淬透直径为2560mm；高淬透性钢是指油淬临界淬透直径为100mm以上。由于低碳马氏体具有高强度的同时，还具有良好的韧性与塑性，因而近年来，我国有些工厂采用渗碳钢直接进行淬火和低温回火，以获得马氏体组织，制造某些要求综合力学性能较高的零件(如传递动力的轴和重要的螺栓等)。,7.3.2.2 合金调质钢合金调质钢是指经调质处理后使用的合金钢。主要用于制作要求综合力学性能好的重要零件，如机床主轴、汽车半轴、连杆和齿轮等。1化学成分 合金调质钢的含碳量为0.25%0.5%。含碳量过高，则韧性不足；含碳量过低，则强度、硬度不够。要求较高

14、强度、硬度为主的零件，应选上限；要求较高塑性、韧性的零件，应选下限。常用钢的含碳量为0.4%左右。加入的合金元素均能提高淬透性；加入的W、Mo、V和Ti等碳化物形成元素可细化晶粒、提高回火稳定性。,2热处理特点(1)预先热处理。为改善合金调质钢锻造后的组织和切削加工性能，一般可在切削加工前进行退火或正火处理。(2)最终热处理。最终热处理一般是淬火、高温回火，回火后的组织为回火索氏体，以获得良好的综合力学性能。另外，某些零件不仅要求有良好的综合力学性能，而且在某些部位还要求硬度高、耐磨性好，对于这类零件在调质后，还可进行表面淬火及低温回火，或氮化处理。3常用的牌号、成分、性能、热处理特点和用途常

15、用调质钢的牌号、成分、性能、热处理特点和用途见表7-4。其中典型钢种有40Cr、40CrMn和40CrNiMo等。,7.3.2.3 合金弹簧钢合金弹簧钢主要用来制造各种机械和仪表中的弹簧。弹簧在冲击、振动或周期性弯曲和扭转等交变应力下工作，常产生疲劳破坏。因此，要求弹簧具有高的弹性极限、疲劳强度、足够的韧性，良好的淬透性、耐蚀性和不易脱碳性等。一些特殊用途的弹簧钢还要求有高的屈强比。1化学成分合金弹簧钢的含碳量一般为0.5%0.7%。加入合金元素锰、硅、铬、钼和钒等主要是提高淬透性、回火稳定性和强化铁素体，从而提高钢的弹性极限和屈强比，但硅易使钢脱碳和产生石墨化倾向，使疲劳强度降低。加入铬、钼

16、、钒可防止脱碳，并能细化晶粒，提高屈强比、弹性极限和高温强度。,2热处理特点因弹簧成形工艺不同，故热处理特点也不同。(1)热成形弹簧的热处理特点。当弹簧直径或板簧厚度大于10 mm时，常采用热态下成形，将弹簧加热至比正常淬火温度高5080进行热卷成形，然后利用余热立即淬火、中温回火，获得回火托氏体，硬度为4048HRC，具有较高的弹性极限、疲劳强度和一定的塑性与韧性。以钢板为例，其生产工艺路线大致如下：扁钢剪断加热压弯成形后淬火、中温回火喷丸装配。弹簧的表面质量对使用寿命影响很大，因为微小的表面缺陷(如脱碳、裂纹、夹杂和斑疤等)即可造成应力集中，使钢的疲劳强度降低。因此，弹簧在热处理后还要进行

17、喷丸处理来强化表面，使弹簧表层产生残余压应力，以提高其疲劳强度。试验证明，采用60Si2Mn钢制作的汽车板弹簧经喷丸后，寿命可提高56倍。,(2)冷成形弹簧的热处理特点。当弹簧直径或板簧厚度小于10 mm时，常采用冷拉钢丝或弹簧钢带冷卷成形。按制造工艺不同，冷拉弹簧钢丝有3种。铅浴等温处理冷拉钢丝：钢丝在冷拉过程中经过一道快速等温冷却的工序，然后冷拉到所要求的尺寸。油淬回火钢丝：将钢丝冷拔到规定尺寸后连续进行淬火和中温回火。退火状态供应的合金弹簧丝：此类钢丝是退火状态供应的合金弹簧丝。钢丝经冷卷成形后，应进行淬火和中温回火，才能达到所需性能。一般回火时间为30min，时间再长也不会使性能进一步

18、改善。几种钢丝冷卷弹簧后的去应力回火温度范围见表7-5。,表7-5 冷卷钢丝弹簧去除内应力回火温度,3常用的牌号、成分、性能、热处理特点和用途常用弹簧钢的牌号、成分、性能、热处理特点和用途见表7-6。其中应用最广泛的是60Si2Mn钢，其淬透性、弹性极限、屈服点和疲劳强度均较高，价格较低。主要制作截面尺寸较大的弹簧。50CrVA钢的力学性能与60Si2Mn刚相近，但淬透性更高，且铬和钒能提高弹性极限、强度、韧性和耐回火性。常用于制作承受重载荷及工作温度较高、截面尺寸大的弹簧。,7.3.2.4 滚动轴承钢滚动轴承钢主要用于制作滚动体(滚珠、滚柱、滚针)和内、外套圈等，是专用结构钢。滚动轴承运转时

19、，套圈与滚动体之间为点或线接触，接触面要承受极高的交变载荷和强烈的滚动与摩擦，易使工作表面产生接触疲劳破坏和磨损。因此要求轴承钢具有高的硬度、耐磨性、弹性极限和接触疲劳极限，足够的韧性和耐蚀性。1化学成分滚动轴承钢的含碳量一般为0.95%1.15%。高的含碳量是为了保证高的硬度、耐磨性和强度。含铬量为0.4%1.65%，以提高淬透性，并使钢热处理后形成细小弥散分布的合金渗碳体，提高钢的强度、硬度、接触疲劳强度、耐磨性和耐蚀性。对于大型轴承钢，可加入硅和锰等，以进一步提高钢的淬透性，提高强度和弹性极限,2热处理特点(1)预先热处理。为降低锻造后钢的硬度、改善切削加工性能并为最终热处理作好组织准备

20、，首先要进行球化退火。球化退火后的组织是铁素体和均匀分布的细粒状碳化物。若钢原始组织中有粗大的网状渗碳体，应在球化退火前进行正火，以消除之。(2)最终热处理。淬火加低温回火是最终决定轴承钢性能的重要工序。目的是提高钢件的硬度、强度及耐磨性，并获得必要的韧性。最终热处理后的组织为回火马氏体基体、细小而均匀分布的球状碳化物和少量残余奥氏体，硬度为 6165HRC。对于精密轴承零件，为了稳定尺寸，可在淬火后立即进行冷处理(-60-80)，以减少残余奥氏体，然后进行低温回火，消除应力，并在精磨后进行120130保温1015h的时效处理。,7.3.3 铸造合金钢,在“ZG”后面的一组数字表示铸钢平均含碳

21、量的万分数(当平均含碳量大于1%时不标出，当平均含碳量小于0.1%时第一位数字为“0”)，在含碳量后面排列各主要合金元素符号，每个元素符号后面用整数标出其含量的百分数。例如ZG15Cr1Mo1V钢，表示平均含碳量为0.15%、含铬量为1%、含钼为1%、含钒小于0.9%的铸钢。,7.4 合金工具钢,合金工具钢按用途可分为刃具钢、模具钢和量具钢。合金工具钢的牌号原则是：含碳量1.0%时，一位数字+化学元素符号+数字；若含碳量1.0%时，化学元素符号+数字。一位数字表示平均含碳量的千分数，合金元素后面的数字表示含该合金元素的百分数。如9SiCr钢，表示平均含碳量为0.9%，Si、Cr的平均含量均1.

22、5%的合金工具钢；CrWMn钢表示平均含碳量1.0%，Gr、W、Mn的平均含量均1.5%的合金工具钢。高速钢的含碳量不管是多少，都不标出含碳量。如W18Gr4V钢表示平均含碳量为0.7%0.8%，平均含Gr量为4%，含V1.5%的高速钢。,7.4.1 合金刃具钢,刃具钢主要用来制作各种刃具(车刀、铣刀、丝锥和铰刀等)。刃具工作时，刃部与被切削部分产生强烈摩擦，使刃部磨损并产生高达500600的温度，此外，刃具还承受冲击和震动，因此要求刃具钢应具有高的硬度、耐磨性和高的热硬性。合金刃具钢包括低合金刃具钢和高合金刃具钢(高速钢)。,7.4.1.1 低合金刃具钢低合金刃具钢是含合金元素总量小于5%的

23、低合金钢。1化学成分含碳量为0.75%1.5%，属于高碳钢。其目的是保证淬火后具有高硬度(HRC62)，并可与合金元素形成适当数量的合金碳化物，以增加耐磨性。钢中加入Cr、Si、Mn主要是提高钢的淬透性，同时提高钢的强度；加入W、Cr和V等强碳化物形成元素，是为了提高钢的硬度和耐磨性，并可细化晶粒、提高热硬性。2热处理特点(1)预先热处理。锻后必须进行球化退火，以提高切削性能。(2)最终热处理。淬火加低温回火。其组织是回火马氏体、合金碳化物和少量残余奥氏体，硬度为6065HRC。,3常用的牌号、成分、性能、热处理特点和用途常用低合金刃具钢的牌号、成分、性能、热处理特点和用途见表7-8。9SiC

24、r钢是常用的低合金刃具钢，具有高的淬透性和耐回火性，热硬性可达300。主要用于制造变形小的低速切削刀具(如丝锥、板牙和铰刀等)。CrWMn钢是典型的微变形用钢，其特点是淬透性好，热处理几乎不变形，适用于制造形状复杂、尺寸精确的长丝锥和长铰刀等。,7.4.1.2 高合金刃具钢(高速钢)高合金刃具钢合金元素总含量10%，属于高合金钢，又因为它具有高的热硬性，即使在高速切削、温度高达600时，仍有良好的切削性能，故又称高速钢或“锋钢”。高速钢刃具的切削速度比低合金刃具钢高13倍，耐用性增加714倍。高速钢分为钨系、钨钼系和超硬系3类。1化学成分高速钢的含碳量为0.7%1.5%，以保证获得高碳马氏体和

25、形成足够的合金碳化物，从而提高钢的硬度、耐磨性和热硬性。加入大量形成碳化物的合金元素，目的是提高淬透性、提高回火稳定性、产生二次硬化提高热硬性、提高耐磨性、细化晶粒、均匀组织。2热加工特点高速工具钢属于莱氏体钢，铸态组织中有粗大鱼骨状的合金碳化物，如图7-7所示。这种碳化物硬而脆，不能用热处理方法消除，必须反复锻打将其击碎，使碳化物细化并均匀分布在基体上。,(a),(b),图7-7 高速工具钢(W18Cr4V)铸态组织,3热处理特点预先热处理是退火。高速钢锻造后硬度较高并存在应力，为改善切削加工性能，消除内应力，并为最终热处理作好组织准备，应进行退火。为缩短退火时间，生产中常采用等温球化退火。

26、退火工艺如图7-8所示。退火后的组织为索氏体加粒状碳化物，其硬度为207255HBS。如图7-9所示为高速钢锻轧后退火组织。最终热处理是淬火与回火。其工艺曲线如图7-10所示。从图中可看出，淬火加热时要进行两次预热，原因是：高速钢的合金元素多，导热性能差，为减少加热时的热应力，防止变形和开裂，所以淬火时一定要进行预热。高速钢的淬火加热温度在12001280之间。高温加热的目的是使钢中难溶的碳化物尽可能多地溶解到奥氏体中去，从而增加淬火冷却后马氏体中碳与合金元素含量，起到回火时阻碍马氏体分解，提高热硬性的作用。为了防止脱碳、氧化，加热一般用盐浴炉，加热时间一般按815s/mm计算。淬火冷却介质常

27、采用油冷单介质或盐浴中分级淬火，淬火后组织为马氏体、粒状碳化物和残余奥氏体(20%30%)，其组织如图7-11所示。淬火后的硬度为6264HRC。,图7-8 高速钢的等温球化退火工艺曲线,图7-9 高速钢锻轧后退火组织(500),图7-10 高速钢的最终热处理工艺曲线,图7-11 高速钢的淬火组织,图7-12 高速钢淬火、回火后的组织,4常用的牌号、成分、性能、热处理特点常用高速钢的牌号、成分、热处理及硬度见表7-9。W18Cr4V钢是发展最早、应用广泛的高速钢，其热硬性高，过热和脱碳倾向小，但碳化物较粗大，韧性差。主要用于中速切削刀具或结构复杂、低速切削的刀具(如拉刀和齿轮刀具等)。W6Mo

28、5Cr4V2钢由于钼的碳化物细小，故有较好的韧性，此钢的耐磨性好，但此钢易脱碳和过热，热硬性略差，主要制作耐磨性和韧性配合较好的刃具，尤其适于制作热加工成形的薄刃刀具(如麻花钻头等)。7.4.2 合金模具钢根据工作条件不同，模具钢可分为冷作模具钢和热作模具钢。7.4.2.1 冷作模具钢冷作模具钢是用来制造使金属在冷状态下变形的模具，如冷冲模、冷挤压模、拉丝模和冷镦模等。1化学成分,含碳为1.0%2.0%，其目的是为了获得高硬度和耐磨性。加入Cr、Mo、W和V等合金元素，其作用是提高耐磨性、淬透性和回火稳定性。2热处理特点预先热处理是球化退火，目的是改善切削性能，改善组织，为最终热处理作组织准备

29、。最终热处理是淬火、低温回火。回火后的组织是回火马氏体、合金碳化物和少量残余奥氏体，硬度为6062HRC。3常用的牌号、成分、性能、热处理特点和用途常用冷作模具钢的牌号、成分、性能、热处理特点和用途见表7-10。目前应用最广的是Cr12型钢，如Cr12MoV钢具有很高的硬度、淬透性、强度、韧性和热处理变形小等特点。主要用于制作截面较大、形状复杂的冷作模具。,7.4.2.2 热作模具钢热作模具钢是用来制造在高温下成形的模具，如热锻模、热挤压模和压铸模等。热作模具在高温下工作，承受很大的冲击力。因此要求具有高的热强性和热硬性、高温耐磨性和高的抗氧化性，以及较高的抗热疲劳性和导热性。1化学成分含碳量

30、为0.3%0.6%，属于中碳钢，以保证适当的强度、硬度和韧性。加入合金元素Gr、Ni、Mn、Si和Mo等，其目的是强化钢的基体和提高钢的淬透性。加入Mo、W和V等是为了细化晶粒、提高钢的回火稳定性和耐磨性。2热处理特点预先热处理是锻造后进行退火，目的是为了降低硬度、利于切削加工。最终热处理是淬火、中温(或高温)回火，得到的组织为回火托氏体(或回火索氏体)，具有较高的强韧性和一定的韧性。,3常用的牌号、成分、性能、热处理特点和用途常用热作模具钢的牌号、成分、性能、热处理特点和用途见表7-11。常用的热作模具钢是5CrMnMo钢和5CrNiMo钢，它们有较高的强度、耐磨性和韧性，优良的淬透性和良好

31、的抗热疲劳性能。主要用于制作大、中型热锻模。根据我国资源情况，应尽可能采用5CrMnMo钢。对于在静压下使金属变形的热挤压模、压铸模，常采用高温下性能较好的3Cr2W8V钢或4Cr5W2Vsi钢制作。7.4.3 量具钢 量具钢是用于制造测量工具的钢(如卡尺、千分尺、量规、样板和块规等)。在使用过程中主要因磨损而失效，几乎不承受载荷作用。所以对量具钢要求具有高的硬度、耐磨性和良好的尺寸稳定性。,7.4.3.1 化学成分含碳量为0.9%1.5%，属于高碳钢，以保证高的硬度和耐磨性。加入Cr、Mn和W等合金元素可以提高淬透性，减少淬火变形，还可以形成合金渗碳体，提高钢的硬度和耐磨性。7.4.3.2

32、热处理特点预先热处理是球化退火，目的是提高加工性能，为最终热处理作好组织准备。最终热处理是淬火、低温回火，得回火马氏体和少量残余奥氏体。对精密量具，为了保证使用过程中的尺寸稳定，淬火后进行-70-80的冷处理，促使残余奥氏体转变，处理后立即在150160进行回火。在精磨后或研磨前，还要进行时效处理(120150保温2436h)，以进一步消除内应力。7.4.3.3 常用量具钢的用途量具钢无专用钢。常用量具钢的用途见表7-12。,表7-12 量具钢的选用举例,7.5 特殊性能钢,7.5.1 不锈耐酸钢不锈耐酸钢包括不锈钢与耐酸钢。能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢；能抵抗强化学介质腐蚀的钢叫耐酸钢。通常也

33、将这两类钢统称为不锈钢。金属的腐蚀分两类，一类是化学腐蚀，另一类是电化学腐蚀，电化学腐蚀的危害性更大，金属的电极电位越低，越容易发生电化学腐蚀。不锈钢抗腐蚀的原因是由于加入了大量的铬元素，使钢的的表面形成致密的Cr2O3保护膜，避免了化学腐蚀，又因当含铬量大于12%时其电极电位将由-0.56V跃升为+0.20V，避免了电化学腐蚀。不锈钢中还加入了一定量的镍元素，其作用也是大幅度提高钢的电极电位，提高抗电化学腐蚀的能力。碳的含量越低，则耐蚀性越好，故大多数不锈钢的含碳量都很低。,牌号表示方法为：一位数字+合金元素符号+数字。一位数字是表示平均含碳量的千分数，最后的数字表示含该合金元素的百分数。当

34、含碳量0.03%或0.08%时，在牌号前冠以“00”或“0”。7.5.2 耐热钢在高温下具有较高的抗氧化性能和较高强度的钢称为耐热钢。可分为抗氧化钢与热强钢两类。7.5.2.1 抗氧化钢 抗氧化钢是指在高温下有较好的抗氧化能力，并具有一定强度的钢。这类钢主要用于长期在高温下工作，但强度要求不高的零件，如各种加热炉的炉底板和渗碳箱等。常用的钢种有4Cr9Si2和1Cr13SiAl等。,7.5.2.2 热强钢 热强钢是指在高温下具有良好的抗氧化能力，并有较高的高温强度的钢。常用的钢种有15CrMo和4Cr14Ni14W2Mo等。15CrMo钢是典型的锅炉用钢，可以制造500以下长期工作的零件；4C

35、r14Ni14W2Mo钢可以制造600以下工作的零件，如汽轮机叶片和大型发动机排气阀等。7.5.3 耐磨钢耐磨钢主要用于承受严重磨损和强烈冲击的零件，如球磨机衬板、挖掘机铲齿和铁路道岔等。因此要求耐磨钢具有良好的耐磨性和韧性。高锰钢ZGMn13是典型的耐磨钢。其含碳量为1.0%1.5%，含碳量高可以提高耐磨性；含锰量为11%14%，由于锰是扩大奥氏体相区的合金元素，当含量超过某一数值时，可以得到单一奥氏体组织。将高锰钢进行水韧处理，即将钢加热到10001100，保温1h，然后迅速淬入水中激冷，即可得到均匀的单相奥氏体组织。,水韧处理后的高锰钢硬度并不高(180220HBS)，塑性、韧性很好。但

36、受到强烈冲击、强大压力和剧烈的摩擦时，因表面产生加工硬化，而使硬度迅速提高到50HRC以上，获得很高的耐磨性，而心部仍保持高的塑性和韧性。由于高锰钢极易产生加工硬化，故大多数高锰钢部件都是采用铸造成形，再水韧处理后使用。,7.6 金属材料的检验,材料的化学成分、组织状态、性能、热处理以及加工过程中的变化等，都需要确定是否合乎要求；原材料及加工过程中产生的各种缺陷需要确认，并作为选材和改进加工工艺的依据；产品使用过程中的质量需要跟踪。上述这些问题都需要通过检验来分析和控制。所以，在机械工程中，材料和毛坯的检验是保证产品质量、提高产品使用寿命的重要措施。钢材质量检验一般包括：标志、数量、外观质量及

37、内部质量等几个方面的检验。钢材检验的内容和程序大致是这样的：首先检验钢材的包装、牌号、熔炼炉号、热处理炉次、规格、质量或数量是否与质量说明书中载明的情况相符，经过检验无误后，依次进行外观质量检验，光谱检验或火花检验，断口和硬度检验，以及切取试样进行化学成分和金相组织的检验。对于有特殊性能要求的钢材，可按照规定的具体要求进行相应的物理、化学、力学性能或工艺性能的检验。,7.6.1 钢材的包装、标志及数量检验7.6.1.1 钢材的包装检验为了保护钢材在运输、储存和销售过程中，价格不受损失，一般都要进行包装。钢材的包装有散装、成捆(卷、盘)包装两种。对于精度等级较高、严防锈蚀的钢材如镀层钢带和硅钢板

38、等，则需用中性防潮纸、塑料薄膜或包装布依次包裹后，再成捆或成箱包装。检查人员应根据要求检查包装情况。7.6.1.2 钢材的标志检验 标志是指在产品包装物上用文字、图形和颜色等表示其特性或某些要求的记号。钢材的标志则是用以表明生产厂家、钢材牌号、批号、尺寸级别、净重及所依据的标准等的标记符号。经常采用的方法有挂牌、打印、涂色及粘贴标志等。检查人员应根据要求检查标志情况。,7.6.1.3 钢材的数量常用的验收方法(1)整车复衡法计量。(2)点件复衡法计量。(3)理论质量检尺换算法计量。7.6.2 钢材的成分检验金属材料的成分是其组织和性能的基础。成分检验的方法通常用以下几种方法。7.6.2.1 火

39、花鉴别火花是由砂轮磨削下的金属颗粒在空气中被氧化而发出的光。由于成分不同而产生特定类型的火花，通过观察火花的形态，可对材料的成分作初步的分析。此法只能定性分析其成分，不能定量分析其含量多少，鉴别钢号时，需要一定的经验，对合金钢的检验更困难。相对来说碳钢的检验更容易一些，因此火花鉴定法在检验碳钢时效果更好。此法快速简便，是车间、现场鉴别某些钢种的常用方法。,1碳素钢的火花2合金钢的火花7.6.2.2 化学成分检验化学成分检验是确定材料成分的重要方法，可以进行定性和定量分析。化学分析的精度较高，但需要进行较长的时间，费用也较高。(1)滴定法。(2)比色法。(3)现场化学实验。,7.6.2.3 光谱

40、分析金属是由原子组成的，在外界高能激发下不同原子有确定的辐射能，代表该原子所特有的固定光谱。进行金属光谱分析时，通常用电弧或高压火花使金属汽化，利用分光镜或光谱仪分析所含元素发出的光。光谱的强度随金属中该元素的含量变化，光谱强度越大，说明该元素的含量越高。用摄谱仪拍摄光谱的照片，再用光度计测量光谱的强度。对照该标准元素的光谱强度，便可计算出合金中该元素的含量。7.6.3 组织分析组织分析的主要任务是用肉眼或显微镜观察金属的组织结构或缺陷。可分为低倍分析和高倍分析。,7.6.3.1 低倍分析低倍分析是用肉眼或低倍放大镜来观察分析金属的组织状态。生产中常用此法检查材料的宏观缺陷。常用的方法有以下几种：(1)酸蚀低倍检验。(2)断口检验。(3)硫印试验。7.6.3.2 高倍分析高倍分析又称显微组织观察，用于检验有重要用途的碳素钢和合金钢的质量。其过程是将制备好的试样，按规定的放大倍数在显微镜下进行观察，以检验金属材料的组织和缺陷。实验中应用的显微镜有以下几种。(1)光学显微镜分析。(2)电子显微镜分析。,7.6.3.3 无损探伤 无损探伤是在不破坏零件的条件下，对零件的表面或内部缺陷进行检验。其方法有以下几种。1磁力探伤 2射线探伤3超声波探伤,