機(jī)械工程材料學(xué)下

第七章合金鋼

為了提高鋼的機(jī)械性能、工藝性能或物理、化學(xué)性能，有意識(shí)地在鋼中加入一些合金元素,

這種鋼就稱為合金鋼。

冶金工業(yè)除大量生產(chǎn)碳素鋼外，還要生產(chǎn)一定數(shù)量的合金鋼,這是因?yàn)樘间撛谀承┬阅苌?/p>

不能滿足使用要求,:主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面t

<1）碳素鋼的強(qiáng)度較低，特別是用于制造結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)件，不能承受高載荷。

（2）碳素鋼的淬透性差，雖然可通過(guò)熱處理途徑提高鋼的機(jī)械性能,但對(duì)于截面較大的零

件，由于中心淬不透，零件的整個(gè)截面就不能得到均勻一致的機(jī)械性能。如40鋼水淬后，旎得

到全馬氏體的最大直徑是10?12mm，當(dāng)零件直徑達(dá)100mm時(shí)，即使水淬，袤面也得不到馬

，氏體組織。

?[,\i）碳鋼滿足術(shù)于某些零件的特殊性能要求。如在高溫下工作的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣閥,凄求具

有較高的熱強(qiáng)性；挖土機(jī)的斗齒和坦克的履稽要求較高的耐磨性和一定的韌性，切削用的刀

具，要求具有在較高溫度下仍能保持較高的硬度，即具有較油的熱硬性1電工材料甯耍的磁性、

等治性塔。上述性能要?求，金是嗾篆鋼所不能勝任的，必須乘用合亳礫"”二，，::?;：

在合金鋼中經(jīng)常加入的元素有:缽（Mn）、絡(luò)（C。、硅（Si）、案（N；）、；鋁《Md）》錨CW》：、有

（V）、的rr或部A1）尊（CU）「冕廊B）、稀土（RE）等。目前，世界上已有數(shù)千種合金

鋼。工_』七號(hào)二…寸;於一，?

冒金"性能好，但其而煉、鑄造，鍛壓、焊接等工藝比碳鈉復(fù)柒，成本*嬴申此，在選擇合

金鋼思要注意節(jié)約，物盡其用：「?......:______I

合金元素在鋼中的作用是很焚雜的，迄今對(duì)它的認(rèn)識(shí)還是很不全都磐鑼進(jìn)一步深化。

下面主要介紹合金元素對(duì)鋼性能及熱處理的影晌。.

/I

第一節(jié)合金元素對(duì)鋼性能及熱處理的影典」

合金元素對(duì)鋼性能的影響是由于這些元素的加入，對(duì)鋼中基本相產(chǎn)生了影響，引起了鋼的

組織狀態(tài)的變化,。其組織的變化，又決定于熱處理。

一、合金元素對(duì)鋼機(jī)械性能的影■，“"

（一）固溶強(qiáng)化

的基本上是由鐵素體和各種碳化物所組成的焚合庫(kù)。凡溶于鐵素體的無(wú)粘;由干它們的

原子半隹:晶體結(jié)構(gòu)和鐵原子不同，這些元素只要溶入鐵素體中，就使鐵的晶格發(fā)生埼招

因而使固溶體的強(qiáng)度和硬度有所提高。合金元素的原子半徑與鐵原子半徑相掩愈滅.集強(qiáng)化

效果愈顯著。各種元素的強(qiáng)化效果不同，如圖7-1所示?！赴悴恍枵{(diào)質(zhì)處理的普通傀合金鋼

（加16Mn、09Mn2等）的強(qiáng)度，主要是靠這一作用而尚高的1.L-冰印一）.：

合金元素對(duì)鋼的韌性和塑性的影響比較復(fù)雜，這與其強(qiáng)化作用有關(guān)般地說(shuō)?固溶強(qiáng)

73L?

愈

改形入氏還，，度

硬

到素溶奧外體

得素）、

元入氏

以金元溶等度

C奧.

可合7金難e強(qiáng)

性>入

由%合較W的

韌6（。,溶

要素體e鋼

/，主弱碳F難

5元、使

內(nèi)金最3愈

2這滲C將

，合物，

圍4響力金T

0物的r多

2范影合合C、化

化中性增

量3親的C碳

SI碳體韌,的

含素對(duì)響的高n的

6殊2鐵）影地

1）晌定6碳性M高

%特入的數(shù)

（影一和定如愈

4成1溶性（物

1f的在鐵穩(wěn)性

I形韌物化

元度素和中。定

2或0化碳

1金硬元。00性體性穩(wěn)

合鋼中824碳些

0些響型碳定人

1的對(duì)體金這

中某影的滲穩(wěn)

素碳合等著

8體但的擁為其C

索元滲對(duì)的i隨

金，性因高

6鐵入素跖T、。

入合低韌元，提

溶溶>較C高

41降和物%金物而

-能<性V、愈

7地性化素合化從

可，定C也

圖應(yīng)塑。元2碳

碳-力W

的還，金穩(wěn)度

0相殊定響7的

含影合現(xiàn)如硬

00性鋼特外決的困低（

018注親出和

塑對(duì)和體所中雪最物

忸?的除點(diǎn)

(SBH)和素體素度體對(duì)性，化

碳熔

性元碳鐵程素）定。中碳

鐵O和的

韌金滲入烈穩(wěn)大鋼殊

入鐵它

使合金溶強(qiáng)種長(zhǎng)金特

潛了且

往示合除的一集合的

強(qiáng)而

往表成素向是聚高高，

000

，2元642增，

-形）傾體易碳更大

時(shí)7金物碳內(nèi)不高性長(zhǎng)2

二。3

同圖（合化滲體也在定集1

的。碳碳，穩(wěn)聚

化善成滲體有難

增大，耐磨性提高，但塑性和韌性會(huì)下降。

鋼中加入合金元素，特別是碳化物形成元素，能阻止奧氏體晶粒的長(zhǎng)大，細(xì)化鋼的晶粒，因

而可提高鋼的強(qiáng)度，塑性和韌性。

（三）彌散強(qiáng)化

鋼中有形成碳化物、懾化物的合金元素時(shí)，在一定條件下，使生成的化合物從固溶體中

彌散析出，可有效地提高鋼的強(qiáng)度，這種現(xiàn)象稱為彌散強(qiáng)化。彌散強(qiáng)化的效果與彌散物的數(shù)

量、大小、分布及彌散物的應(yīng)力場(chǎng)有關(guān)。鈕、銬、鉗、鈦、保等元索都有很高的彌散強(qiáng)化能力。如

普通低合金鋼16MnNb,利用銀的碳化物從鐵素體中彌散析出，可使16MnNb的屈服強(qiáng)度比

16Mn提高約50MPa,15MnVN利用鈕弧化物從鐵索體中彌散,提高強(qiáng)度更為顯著。

（四）提高鋼的高溫強(qiáng)度和烯變強(qiáng)度

一些高熔點(diǎn)的合金元素如W、Mo等加入鋼中，提高了鋼的再結(jié)晶溫度，對(duì)于已有加工硬

化的鋼材，起到了阻礙再結(jié)晶軟化過(guò).理的進(jìn)行，提高了鋼的高溫強(qiáng)度。

金屬在高溫和外力長(zhǎng)期作用下，將發(fā)生極其緩慢的變形,這種現(xiàn)象稱為“蜷變”。各種細(xì)小

彌散的合金滲碳體和特殊碳化物，如FesMo3C,（VNb>4C?VC,TiC或形成金屬間化合物，在

高溫回火析出時(shí)不易聚集長(zhǎng)大，故可提高銅的蜻變強(qiáng)度。

二、合金元素對(duì)策的物理、化學(xué)性能的彩響

（1）對(duì)物理性能的影響

在金屬中,傳熱和導(dǎo)電是靠自由電子進(jìn)行的。合金元素的溶入，增加了晶體結(jié)構(gòu)中自由電

子運(yùn)動(dòng)的阻力，降低了鋼的導(dǎo)熱能力和導(dǎo)電能力。

由于合金元素降低了鋼的導(dǎo)熱性這一特點(diǎn)，對(duì)合金鋼、尤其是高合金鋼如高速鋼（W18Cr

4V）等進(jìn)行熱處理時(shí)，要考慮預(yù)熱和預(yù)冷，以防導(dǎo)熱性差而引起開(kāi)裂。

根據(jù)降低導(dǎo)電能力的特點(diǎn)，對(duì)于高電組合金，一定是高濃度的固溶體，如鐵（80%）格35

%）鋁（5%）合金等。其它作為永久磁石用的硬磁合金（如鐵銀鋁合金八大量用于電機(jī)和變壓

器鐵芯的軟磁材料（如硅鋼）等,都是由于鐵中加入合金元素而茨得特殊物理性能的綱。

（二）時(shí)化學(xué)性能的影響

金屬的腐蝕可以分為化學(xué)腐飩和電化學(xué)腐燭兩種。例如鋼在高溫下的氧化屬于化學(xué)腐

蝕；鋼在室溫下的氧化屬于電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是金屬在電解質(zhì)溶液中由于微電池作用

而引起的腐蝕。鋼鐵的腐蝕大部分是電化學(xué)腐蝕。

以普通碳鋼為例，它在退火或正火狀態(tài)下的組織是由鐵索體和滲破體組成的。當(dāng)將它浸

入硝酸酒精溶液中時(shí)，由于兩相的電極電位不同，鐵素體的電極電位較負(fù)，滲碳體的電極電位

較正，因此，在鋼表面就構(gòu)成了以鐵素體為陽(yáng)極、以滲碳體為陰極的顯微電池，并有電流產(chǎn)生。

其靖果，鐵素體不斷溶解，而滲碳體基本不變，鋼材不斷被腐蝕。兩相組成的組織愈細(xì)，所形

成的微電池?cái)?shù)量也愈多，在相同條件下,就愈容易發(fā)生電化學(xué)腐蝕。

由上述分析可知，要提高銅的耐腐蝕性可以采用兩種方法:①使鋼成為單一均勻組織，②

提高金屬本身的電極電位。

當(dāng)鋼中加入一定數(shù)量的合金元素，可以獲得單~均勻組織的鋼。例如，在鋼中加入具有面

心立方晶格的合金元素（Mn、Ni等），將使Fe-Fe,C相困中的A4上升、A3下降（Co例外），使

奧氏體區(qū)擴(kuò)大，合金元素愈多愈顯著，如圖7-3所示，所以，含錢，銀相當(dāng)多的銅，在室溫下可

133

以獲得單相組織的奧氏體綱，如Mn13耐磨銅、Crl8Ni9不銹鋼等。在銅中加入具有體心立

方晶格的合金元素（Cr等），將使Fe-Fe,C相圖中的奧氏體區(qū)縮小，合金元素愈多愈顯著，如

圖7-4所示。當(dāng)含珞量相當(dāng)多時(shí),縮小奧氏體區(qū)的結(jié)果，就可以在室溫下獲得單相組織的鐵素

體鋼，如Cr17、Cr25警均屬鐵素體類型的不銹鋼。

600

9%MnI

0.40.81.21.6

C(?)

圖7-3缽對(duì)/區(qū)的影響圖77珞對(duì)4區(qū)的影響

當(dāng)鐵素體中溶入大于13%Cr時(shí)，其電極電位將由原來(lái)的-0.53V提得到+0.12V,如

圖7-5所示。此時(shí)，如果受到腐蝕介質(zhì)作用時(shí)，麥面很快會(huì)形成一層致密的氧化膜iCrQ,）,保

護(hù)內(nèi)部不受腐蝕。

圖7-5鐵鉆合金的電極也位

三，合金元奈對(duì)熱處理的影硝

合金鋼只有經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚?，才能發(fā)揮合金元素的作用。合金元素對(duì)熱處理的影響，主

要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面I

<1）能抑制奧氏體晶粒的長(zhǎng)大：合金元素（除Mn外）的加入在加熱時(shí)使奧氏體形成速度

減慢，奧氏體晶粒的長(zhǎng)大傾向減小。細(xì)化作用最顯著的是碳化物形成元素，而非唳化物形成元

素影響較小。這是因?yàn)楹辖鹛蓟镌诟邷叵卤容^穩(wěn)定，不易溶于奧氏體,從而起到阻止奧氏體

晶粒長(zhǎng)大的作用，使鋼在高溫下較長(zhǎng)時(shí)間地加熱仍能保持細(xì)晶粒組織。

（2）提高鋼的淬透性，實(shí)踐表明，除牯以外，凡能溶入奧氏體中的合金元素可減慢奧氏體

的分解速度，使C曲線右移，因而都能提高鋼的淬透性。等透性好的鋼，不但可使零件整個(gè)截面

上的性能均勻一致,而且還可以減緩淬火時(shí)的冷卻速度，減少淬火變形和避免開(kāi)裂的可能性。

134

合金元限減緩?qiáng)W氏體轉(zhuǎn)變速度的原因，主要是由于合金元索溶入奧氏體后阻止了碳的析

出和擴(kuò)散，從而減慢了轉(zhuǎn)變速度，

（3）提高了鋼的回火穩(wěn)定性，由于合金元素能使鐵、碳原子擴(kuò)散速度減慢，使淬火鋼回

火時(shí)馬氏體不易分解，析出的碘化物也不易聚集長(zhǎng)大，增加了回火抗力，提高了回火穩(wěn)定

性，從而使鋼的硬度隨回火溫度的升高而下降的程度減弱。這就使合金鋼在相同的回火溫度

下比碳鋼具有較高的強(qiáng)度和硬度1當(dāng)合金鋼與碳鋼的回火硬度相同時(shí)，因?yàn)楹辖痄摰幕鼗饻?/p>

度高而使合金鋼具有較高的塑性和韌性。這樣有利于提高結(jié)構(gòu)鈉的塑性、韌性和工具鋼的熱

硬性。，

在含有較多碳化物形成元素（如Cr、M。,W、V、Ti等）的高合金鋼中，在400t以上的條件

下回火時(shí)，合金滲碳體轉(zhuǎn)變成細(xì)小的特殊碳化物】合金鐵素體中也可析出細(xì)顆粒的特殊碳化

物，這些特殊硬化物都不易聚集長(zhǎng)大，在500~6001C回火使鋼的硬度反而增加,即彌散硬化。

在某些高合金鋼中（如高速鋼），淬火后有較多的殘余奧氏體，加熱至500~600工仍不分

解，而是在回火冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而提高鋼的硬度，這種現(xiàn)象稱為二次硬化。

合金元素對(duì)淬火鋼回火后機(jī)械性能的不利影響是回火脆性?；鼗鸫嘈砸话闶窃?50?

400P與550?650P兩個(gè)溫度范圍內(nèi)出現(xiàn)的，如圖7-6所示。它使鋼的韌性顯著降低。前者

稱為第一類低溫回火脆性.后者稱為第二類高溫回火脆性。

由電子顯微鏡觀察表明，第一類回火脆性可能與沿馬氏體條析出斷線的碳化物薄片有關(guān),

這種回火脆性產(chǎn)生以后無(wú)法消除,因此又稱不可逆回火魔性。為了避免這類回火脆性,一般，

不在這一溫度范圍內(nèi)回火。

??3005006S0

。火M度＜6

圖7T叵火脆性

第二類回火脆性主要出現(xiàn)在合金結(jié)構(gòu)鋼中（如倍鋼、鎰鋼等）。產(chǎn)生這類同火腑性的原

因，是由于回火慢冷時(shí)，翳、銃等合金元素以及璘、錦、錫等雜質(zhì)向奧氏體品界便聚有美。偏聚

程度愈嚴(yán)重，回火脆性愈大。防止這類回火脆性的方法，對(duì)于截面較小的軍件，可自回火溫度

快速冷卻（水或油冷）;對(duì)于大截面零件，出于中心部分很難快冷，可在鋼中加入適量的用、鈴等

元素.

?135?

第二節(jié)合金鋼的分類及編號(hào)

一、合金制的分類

合金鋼有下面三種分類方法；

（1）按用途分類

1.合金結(jié)構(gòu)鋼包括普通低合金鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動(dòng)軸承鋼等.

2.合金工具鋼包括刃具鋼、模具鍋、量具鋼等。

3.特殊性能鋼包括不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等.

（二）按合金元素含量分類

1.低合金鋼合金元素總含量＜5%。

2.中合金鋼合金元素總含量為5?10%。

3.高合金鋼合金元素總含量＞10%。

（三）按正火狀態(tài)組織分類

按正火狀態(tài)所得到的組織可分為:珠光體鋼'馬氏體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼、鐵素體鋼

等.

二、合金鋼的靖號(hào)

我國(guó)合金鋼的編號(hào)方法，是以鋼的含碳晟及所含合金元素的種類和數(shù)量來(lái)表示的。從牌

號(hào)上可以直接看出鋼的化學(xué)成分、鋼種及用途，選擇和使用比較方便。

合金鋼的編號(hào)規(guī)則如下：

（一）合金結(jié)構(gòu)鋼的編號(hào)

合金結(jié)枸鋼的編號(hào)原則是采用‘?dāng)?shù)字+化學(xué)元素+數(shù)字”的方法。前面的數(shù)字表示鋼的平

均含碳量，以萬(wàn)分之幾表示，例如平均含碳量為0.25%則以25表示。合金元素直接用化學(xué)符

號(hào)（或漢字）表示，后面的數(shù)字表示合金元素的含量，以平均含量的百分之幾袈示，合金元素的

含量少于1.5%時(shí)，編號(hào)中只表明元素，不標(biāo)明含里，如果合金元素含量等于或大于1.5%、

2.5%、3.5%”,，則相應(yīng)地以2,3、4…等表示。例如，含有0.37?0.44%、C、0.8~l.l%Cr的

常鋼，以40Cr（或40格）表示。含有0.56?0.64%C,1.5?2.0%Si,0.6~0.9%Mn的

硅銃鋼以60Si2Mn（或60硅2銃）表示。

若為含硫、磷量較低（S、PV0.025%）的高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在鋼號(hào)最后加以符號(hào)（或“高”

字〉，如12CrNi3A（12輅集3高）等。

另外，對(duì)有些合金結(jié)構(gòu)鋼，為表示其用途，在鋼號(hào)前面再附以字母。如:滾動(dòng)軸承鋼在鋼號(hào)

前加以“滾”字的漢語(yǔ)拼音字首"G"字，后面的數(shù)字表示鋅的含量，以平均含量的千分之幾表

示，加GCr9（滾格9）、GCri5（滾銘15）等。

（二）合金工具鋼的編號(hào)

平均含碳量N1.0%時(shí)不你出；＜1.0%時(shí)以千分之幾表示,但高速銅平均含碳量＜1.0%

也不標(biāo)出。合金元素含量的表示方法與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。例如，9SiCr表示平均含碳最為

）.90%,Si,Cr平均含量＜1.5%的低合金工具銅。

?136?

（三;特殊性能合金鋼的編號(hào)

特殊性能合金鋼的編號(hào)方法，基本上與合金工具網(wǎng)相同，如1Cr13袤示其平均含膜最為

0.1%,倍含量為13%左右。但有些特殊性能合金鋼，只表示其主要的合金含量，含碳量不標(biāo)

出，如Mn13只表示其含鐳量為13%左右,含碳量在牌號(hào)上不予表示.

第三節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼

在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上加入一些合金元素以提高其性能就成為合金結(jié)構(gòu)鋼。

用合金結(jié)構(gòu)鋼制造各類機(jī)械零件，除了它們有較高的強(qiáng)度和較好的韌性外，還在于合金元

素的加入增大了鋼的淬透性，這就有可能使零件在整個(gè)藏面上得到既均勻又良好的綜合機(jī)械

性能，即具有按高強(qiáng)度的同時(shí)又有足夠的韌性，從而保證零件的長(zhǎng)期安全使用.

一、低合金結(jié)構(gòu)鋼

低合金結(jié)構(gòu)鋼（簡(jiǎn)稱普低鋼）是結(jié)合我國(guó)資源條件發(fā)屣起來(lái)的鋼種.合金元素含量較小，

一般不超過(guò)3%。目前已大量用于橋梁、船舶、車輛、高壓容相、管道、建筑物等方面。

低合金結(jié)構(gòu)鋼具有良好的機(jī)械性能，特別是有較席的屈服強(qiáng)度。如碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235的屈

服極限只有235MPa,而低合金結(jié)構(gòu)鋼的屈服極限可達(dá)300?400MPa,某些經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理的低

合金結(jié)構(gòu)鋼板屈跟極限能達(dá)1000MPa。由于強(qiáng)度大大提高，用低合金錯(cuò)構(gòu)鋼代替碳索結(jié)構(gòu)鋼

可以大量節(jié)約鋼材，祓輕產(chǎn)品自重，提高產(chǎn)品的可靠性。如用低合金結(jié)構(gòu)鋼16Mn代替碳素

結(jié)構(gòu)粥Q235,一般可節(jié)約鋼材20?30%.另外,它還具有比碳素結(jié)構(gòu)鋼更低的冷脆臨界溫度，

這對(duì)在北方高寒地區(qū)（一般要求在-40P時(shí),A**24?32J）使用的鋼結(jié)構(gòu)和運(yùn)輸工具,具有十

分重要的意義。

這類鋼通常在熱軋后或正火狀態(tài)下使用。為了保證良好的焊接性,其含碳量較低，一般不

超過(guò)0.2%。因此，強(qiáng)度的提高主耍依能加入合金元素來(lái)達(dá)到，如加入銃、硅等元素,可起到

對(duì)鐵素體的強(qiáng)化作用。加入供、鈦等元素.主要是細(xì)化組織，提高韌性。銅、璘等元素在鋼中能

提高鋼的耐腐蝕性，其耐腐蝕的能力約比普通碳素鋼提高2?3倍。

表7-1列出了我國(guó)生產(chǎn)的幾種常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分、性能及用途。

表7-1低合金結(jié)構(gòu)鋼的成分、性傕及用途

化學(xué)成分（%）機(jī)楨性能冷穹試驗(yàn)

銀材厚度________

包號(hào)用途

Em）"船。，)1。-試件厚度

s,其它

CMn(MPa)*%)d-心棒立徑

0.20-1.40-油阜Ji建、機(jī)車車輛、

09Mn2<0.12—<1644。?皿29522180,(d=M

0.551.80梁法等

0.12?0.20—0.80-0.015?

14MnNb490?64。35521180?(d=2”)/吆、鍋爐、橋梁等

0.180.551.200.050N5

0.12?0.281.20-橋梁，船舶，車輛、壓力

16Mn—<16510?6803452218(T(d=2。)

0.200.551.6。容帶、逑筑結(jié)構(gòu)等

】1.20?0.12-船的、壓力容林.電站設(shè)

15MnTIO.2~O.2h<2553k68。3902018(T(d=3。)

0.180.651.600.20Ti備等

0.12~0.20-1.25?0.M?壓力容辭、的的、橋梁、

15MnV>1-2561-660375：8lW(d=3a)

0.180.651.600.14V車輛:起重機(jī)械等

-137?

二.易切眼結(jié)均鋼

在鋼中加入一種或某幾種元素，使它具有良好的切削加工性能，這類鋼稱為易切削結(jié)構(gòu)

綱。目前，沿用的加入元素是硫、鉛、鈣、磷等。

材料易切性的高詆代表材料被切削的難易程度。一般都以硬度的高低來(lái)考慮：對(duì)切削性

能來(lái)說(shuō)，最好的硬度值為170?230HBS.

硫在鋼中與隹和鐵形成(Mn、Fe)S雜質(zhì)。它使切屑容易碎斷,同時(shí)還能起微摩作用，降低

切屑與刀具之間的摩擦系數(shù)。因此，硫能降低切削力和切削熱，降低工件表面粗糙度值并提高

刀具壽命。但含硫量過(guò)多會(huì)引起熱脆現(xiàn)象。一般，易切削結(jié)的鋼中含硫皆為0.08-0.30%,

同時(shí)適當(dāng)提高含鎰量(0.6?1.53%)與其配合。

偌在鋼中基本不溶,而是孤立地以2?3nm的質(zhì)點(diǎn)彌散分布于基體組織中，熊改善切削加

工性。鉗的存在使鋼材塑性下降，也使切屑變脆易于斷屑。同時(shí)也使摩擦系數(shù)降低，刀具溫度

下降，磨損減少。鉛含量一般控制在0.15?0.25%范圍內(nèi)，過(guò)多會(huì)引起嚴(yán)重的鉛偏析。

加入微量的鈣(0.001?0.005%)能改善鋼在高速切削下的切削性能。因?yàn)殁}在鈉中能形

成高熔點(diǎn)復(fù)合氨化物〈鈣鋁硅酸捻，附在刀具上，形成一層保護(hù)膜，從而減輕刀具的磨損，提商

刀具壽命。

在自動(dòng)機(jī)床上加工鋼件,應(yīng)盡量選用低碳易切削結(jié)構(gòu)鋼。

幾種常用易切削結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分如表7-2所示。

衰7-2常用易切削結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分

化學(xué)成分(%)

病號(hào)

CCrMnSiPSCa

Y120.0X0.13—0,70-1.000.15-0.350.03-0.150.12.20一

胃150.10-0.18一0.80-1.20<0.150.05?0.100.22?0.33一

Y200.17~0.25—0.70^1.00O.1D.35<0.060.0-0.15

YSO一

0.27~0.350.70^1.000.157).35<0.0S0.03?0.15-

■■■?"

Y40Mn0?87~0.46—1.20-1.550.15?0.36<0.05o.?o~o.so

YiOCrSCa0.400.940.730.320.02I0.090.0C28

注：Y力易切削結(jié)構(gòu)鋼的易字漢語(yǔ)拼音字首.

=.合金津碳鋼

??

合金滲炭鋼主要用于制造性能要求較高或截面尺寸較大的滲碳零件。

(一)化學(xué)成分

滲碳鋼的含碳量一般在0.10?0.25%之間,屬于低碳鋼。這樣的含碳量可保證滲碳零件

心部具有足夠的韌性和塑性。為了提高鋼的心部強(qiáng)度，鋼中加入一定數(shù)懸的合金元素。

合金滲碳鋼中的主要合金元素是Mn和Cr。Mn(V2.0%)及Cr(<2.0%)的加入，能強(qiáng)

化鐵素體組織，并能增加鋼的淬透性。B(<0.005%)的加入能進(jìn)一步提高鋼的淬透性。

Ni(<4.5%)在強(qiáng)化中心部分性能的同時(shí)使韌性?堤鬲，一般和Cr配合使用。此外，在滲碳鋼

中還加入微盤(pán)的丫(<0.4%)；^(<1.2%)、1?。(<0.6%)、不(0.1%)等能強(qiáng)烈形成碳化物的

元素，這些元素能細(xì)化晶粒，防止鋼件在滲洪過(guò)程中發(fā)生過(guò)熱。

(二)熱處理特點(diǎn)

為保證滲碳件表面得到高硬度和高的耐磨性，溶碳后都進(jìn)行淬火及低溫回火(180-

2002).慘碳后，鋼表層的碳濃度較高，所以在淬火、低溫回火后，表面層可獲得回火馬氏體和

一定盤(pán)的合金碳化物組織，硬而耐磨，心部獲得有足夠強(qiáng)度和塑性的低碳馬氏體，同時(shí)還可部

分地消除內(nèi)應(yīng)力，使整個(gè)零件的強(qiáng)度和塑性都得到提高，達(dá)到,表硬里韌”的性能。

(三)常用的合金滲碳鋼

根據(jù)淬透性的高低，常用合金滲碳納可分為三類：

<1)低淬透性滲碳鋼如150\20(>、151'4口2、20乂112等這類鋼經(jīng)滲碳、淬火與低溫回火

后心部強(qiáng)度較低。其中，鉆鋼的淬透性比格銅大些，而切削加工性則差些，滲碳時(shí)晶粒易長(zhǎng)大.

如性能要求較高，宜采用滲談后重新加熱淬火。

低淬透性鋼水淬臨界直徑約為20?35mm。低溫回火后的心部組織為回火低碳馬氏體。這

類鋼用作受力不太大、心部?強(qiáng)度不需要很高的耐磨零件，如柴油機(jī)的凸輪軸、抵桿、小齒輪等。

(2)中淬透性合金滲碳鋼如2QCrMnTi,12CrNi3A、2()CrMnMo、20MnVB等。這類

鋼合金元素總量在4%左右。其淬透性和機(jī)械性能較高，油淬臨界直徑約為25~60mm左

右。主要用于承受中等動(dòng)我荷的耐磨零件，如汽車變速也輪、聯(lián)軸節(jié)、齒輪軸、花鍵軸套等。由

于含有Ti,V、M。等元素，滲碳時(shí)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向較小，可自滲碳溫度預(yù)冷到約8702左

右直接淬火,經(jīng)低泡回火后，具有良好的機(jī)械性能。

圖7-7表示了應(yīng)用較廣泛的20CrMnTi鋼用于制造滲碳齒輪的熱處理工藝過(guò)程。滲碳后

萌冷到870?8802,直接油淬是為了減少淬火變形。同時(shí)，在預(yù)冷過(guò)程中，滲碳層中析出一些

二次滲碳體，在隨后淬火時(shí)，減少了滲碳層的殘余奧氏體數(shù)量.經(jīng)過(guò)這樣的處理后,2。CrMnTi

鋼可以獲得耐磨性較高的滲碳層，且心部也具有較高的強(qiáng)度和韌性.

137-720CrMnTi鋼制汽車變速箱齒輪熱處理工藝曲線

(3)高淬透性合金含碳鋼如12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA.20Q2Ni4A等.這類鋼

含合金元素總量小于7.5%。淬火及低溫回火后心部強(qiáng)度很高,主要用作重載和強(qiáng)烈磨損的大

疑零件，如內(nèi)燃機(jī)車的主動(dòng)牽引齒輪、柴油機(jī)曲軸等。這類鋼淬透性很大，臨界直徑在10。mm

以上,甚至在空弋中冷卻也能獲得馬氏體組織。此外，由于鋼中含有較多的合金元紫，使馬氏

體轉(zhuǎn)變溫度大大下降，滲碳表層在淬火后將保留大量的殘余奧氏體。為減少淬火后殘余奧氏

體量，可在淬火后進(jìn)行冷處理.

ffl7-8表示了用20Cr2Ni4A鋼制造滲碳齒輪的熱處理工藝過(guò)程.

C97-820Cr2Ni.lA綱甥齒浴映為輪熱處理工藝曲段

為了節(jié)約珞，我國(guó)已采用了無(wú)情新鋼種，如20Mn2TiB、20SiMnVB等。這些鋼的淬透性

和譏城性能均和20CrMnTi鋼相仿，均可代替20CrMnTi鋼。

常用滲碳鋼的熱處理工藝規(guī)范及機(jī)械性能如表7-3所示。

*7-3常用海碳鋼的熱處遑工藝規(guī)范及機(jī)械性傕指標(biāo)

熱處理機(jī)帔性能

毛坯

尺寸淬火咬4(J)

11號(hào)2(MPa)(MPa)%(%)*%)

冷才介質(zhì)回火SL度

(mm)(t)冷卻介旗

第一次第二次不小于

15Mn215900空歿(5003W1T

―

20Mn215沏水、油2C0水、空氣800600104048

.一

20CrMnTiIS8308T02C0水.空氣1100€50104556

20CrMaMo15850曲一200水、空氣1200900104656

15Cr15880800水、彷200水、空氣T50500114556

20Cr.,s880800水.油200水,空氣350550104048

ISCrNiSA15860780油200水,空氣950700116072

IZCrSNUA)

15860780油200水、空氣1100850105072

18Cr2Ni4WA15950則空氣200水'空氣1200850104580

加0［水，空氣

20Cr2N“A15880780油120011001045M

四、合金調(diào)質(zhì)鋼

謁質(zhì)鋼一般是指經(jīng)濟(jì)火及高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）的鋼材。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，得到回火索氏體

組織，具有良好的綜合機(jī)械性能，所以廣泛用于重耍的機(jī)械零件。尤其是一些大截面零件，若

用破鋼調(diào)質(zhì)處理，由于淬透性差，其機(jī)械性能不均勻，達(dá)不到調(diào)質(zhì)目的.

（一）化學(xué)成分

?140?

一般調(diào)質(zhì)鋼含碳成介于0.25?0.50%之間,碳量過(guò)低不易淬硬，從而在回火后不能達(dá)到

所需的強(qiáng)度。但若碳量過(guò)高，則韌性不足。由于合金元素有強(qiáng)化作用，如40Cr相當(dāng)于45鋼的

含碳量。

合金調(diào)質(zhì)鋼中的主加元素有Cr、Ni,Mn、Si等，它們大都溶于鐵素體,使鐵素體得到強(qiáng)化,

并增加鋼的淬透性。淬透性是調(diào)質(zhì)鋼的一個(gè)通要性能指標(biāo)。其它如Mo、V、Al.B等合金元

素，含量一股較少。銅的作用主要是防止在高溫回火時(shí)發(fā)生第二類回火脆性|欽_的作用是阻礙

奧氏體晶粒長(zhǎng)大，鋁的作用在第化時(shí)能加速合金詢質(zhì)鋼的班化過(guò)程，強(qiáng)化叔化效果，鋼中加

入微量的硼（0.001?0.004%）能顯著增加鋼的淬透性。微量的硼對(duì)淬透性的作用大約相當(dāng)于

0.3%的輅或0.2%的銅。硼是我國(guó)的富有元素，因此，珊鋼是很有發(fā)展前途的。

（二）熱處理特點(diǎn)?-?

調(diào)質(zhì)鋼的熱處理可分為下列兩種：

（1）預(yù)備熱處理合金調(diào)質(zhì)鋼的預(yù)備熱處理應(yīng)根據(jù)其成分和組織特點(diǎn)可采用退火、正火

或正火+高溫