常用工程材料

（2）锻造及热处理特点 莱氏体钢呈鱼骨状分布的粗大共晶碳 化物M6C。碳化物只能依靠锻打来击碎，通过反复多次的镦拔，使 其尽可能均匀分布。锻造后进行球化退火，显微组织为索氏体和其 上均匀分布的碳化物。
1.典型零件的工作条件、失效方式和性能要求
失效方式为接触疲劳破坏产生的麻点或剥落；长期摩擦造成磨 损而丧失精度；处于润滑环境下而带来的锈蚀。性能要求为具有高 的接触疲劳强度，高硬度、高耐磨性，以及良好的耐蚀性。
2.化学成分特点 碳含量为wc 0.95%～1.10%，以保证高硬度、高耐磨性和高强 度。主加元素为Cr，辅加元素为Si、Mn、V、Mo。 Cr的作用是提高淬透性，为了进一步提高淬透性，补加Mn、Si， 通过加入V、Mo可阻止奥氏体晶粒长大。
（2）油淬回火弹簧钢丝 冷拔钢丝退火后，冷绕成弹簧，再进 行淬火+中温回火处理，得到回火托氏体组织。 （3）硬拉弹簧钢丝 冷拔至要求尺寸后，利用淬火+回火来进行 强化，在冷绕成弹簧，并进行去应力退火，之后不再热处理。 4.钢种、牌号与用途 （1）以Si、Mn元素合金化的弹簧钢 淬透性显著优于碳素弹簧 钢，例如：65Mn、60Si2Mn。 （2）含Cr、V、W等元素的弹簧钢 可制作在350～400℃下承受 重载的较大型弹簧，例如阀门弹簧、汽车弹簧等。典型钢种是 50CrVA。 （六）滚动轴承钢
4.合金结构钢
该类钢的牌号是由“数字+元素+数字”三部分组成。如 36Mn2Si 和18Cr2Ni4WA。
5.合金工具钢 如9Mn2V和CrMn，特殊：W6Mo5Cr4V2。 6.滚动轴承钢
该类钢在钢号前冠以“滚”或“G”，其后为铬（Cr）+数字来 表示，数字表示铬含量平均值的千分之几。如GCr15。
元素Mn的主要作用是固溶强化铁素体，降低奥氏体晶粒的长大， 获得细小的铁素体晶粒；热轧时固溶在奥氏体内，冷却时弥散析出， 起到析出沉淀的作用。
少量的Cu 提高钢抗腐蚀能力，少量的稀土元素可改善韧性和 工艺性能。
3.热处理特点 热轧空冷状态下使用，不需要进行专门的热处理。在有特殊需 要时，如为了改善焊接接头性能，可进行一次正火处理。 4.钢种、牌号与用途 屈服点从300～650MPa分为六级。16Mn是我国低合金高强钢中 发展最早、使用最多、产量最大的钢种。例如南京长江大桥、广州 电视塔等。15MnVN是具有代表性的中等强度级别的钢种。较广泛用 于制造大型桥梁、锅炉、船舶和焊接结构。 5.发展趋势 （1）通过合金化和热处理改变基体组织以提高强度 加入较多 种的合金元素，如Cr、Mn、Mo、Ni、Si、B等。通过淬火和高温回 火，使钢获得低碳索氏体组织，得到良好的综合力学性能和焊接性 能。 （2）超低碳化 充分保证韧性和焊接性能。 （3）控制轧制 细化晶粒与合理轧制工艺结合起来，实行控制 轧制。
7.不锈钢及耐热钢
这两类钢钢号前面的数字表示含碳量的千分之几，如9Cr18和 0Cr18Ni9。
8.铸钢 如“ZG200—400”表示其屈服点为20MPa,其抗拉强度为400 MPa。 二、结构钢 结构钢包括工程用钢和机器零件用钢。 工程构件用钢主要用来制造钢架，一般钢板和型钢用普通碳素 钢和低合金高强度钢制造。不进行热处理，在冷轧空冷状态下使用。
（3）性能特点 提高了淬透性、回火稳定性及降低了过热热倾 向。采用油淬，使用温度范围可达到250℃。
（4）钢种、牌号与用途 典型的钢种为9SiCr。
4.高速钢 （1）化学成分特点 碳含量为wc 0.7%～1.6%，加入的合金元素 为W、Mo、Cr、V。 含铬量均为Wcr4%左右，铬的碳化物（Cr23C6）在淬火加热时几 乎全部溶于奥氏体中,提高了钢的淬透性。 钨和钼的作用相似，造成二次硬化，从而使钢具有良好的红 硬性。淬火加热时未溶入奥氏体的碳化物，可阻止奥氏体晶粒长 大并提高耐磨性。 钒主要的作用是细化奥氏体晶粒，提高钢的耐磨性的作用。
按化学成分分类
（二）钢的通常分类 1.按用途分类
2.按化学成分分类
3.按质ห้องสมุดไป่ตู้分类
4.按冶炼方法分类
5.按金相组织分类 （1）按退火组织分类
（2）按正火组织分类
（三）钢的编号 我国钢材的编号是按碳含量、合金元素的种类和数量以及质量 级别来编号的。
1.普通碳素结构钢
2.优质碳素结构钢 该类钢的牌号用钢中平均含碳量的两位数字表示，单位为万分 之一。如钢号45，表示平均碳质量分数为0.45%的钢。 3.碳素工具钢 碳素工具钢是在牌号前加“碳”或“T”表示，其后跟以表示钢 中平均含碳量的千分之几的数字。如T8或T10A。
（四）调质钢
调质钢主要是采用调质处理得到回火索氏体组织，综合力学性 能好，用来做轴、杆类零件。
1.典型零件的工作条件、失效方式及性能要求 轴类零件的失效方式主要是由于硬度低、耐磨性差而造成的花 键磨损，以及承受交变的扭转、弯曲载荷所引起的疲劳破坏。轴类 零件的性能要求是高强度，尤其是高的疲劳强度、高硬度，高耐磨 性及良好的塑韧性。 2.化学成分特点 碳含量为wc 0.25%～0.5%。主加元素为Mn、Cr、Si、Ni，辅加 元素为V、Mo、W、Ti。合金元素的主要作用是提高淬透性（Mn、Cr、 Si、Ni），降低第二类回火脆性倾向（Mo、W），细化奥氏体晶粒 （V、Ti），提高钢的回火稳定性。
高温回火—调质钢
中温回火—弹簧钢 低温回火—滚动轴承钢和超高强度钢 3）化学热处理后使用：渗碳钢、渗氮钢 4）高频淬火用钢—高、中频感应加热淬火后低温回火使用。
（一）普通碳素结构钢 1.用途 一般工程用热轧钢板、钢带、型钢、棒钢等。
2.成分特点和钢种
普通碳素结构钢平均碳的质量分数为 0.06%～0.38%，满足一 般工程结构及普通零件的性能要求。
3.热处理特点 在渗碳后预冷直接淬火+低温回火，渗碳时容易过热的钢种如 20Cr，渗碳后需先正火消除过热组织，再进行淬火+低温回火。心 部组织为低碳回火马氏体，表面为高碳回火马氏体+合金渗碳体+少 量残余奥氏体。 4.钢种、牌号与用途 （1）低淬透性渗碳钢 如：20Mn2、20Cr （2）中淬透性渗碳钢 如：20CrMnTi、12CrNi3 （3）高淬透性渗碳钢 如：12Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA
碳素结构钢一般以热轧空冷状态供应。如Q195和Q275。
(二)低合金高强度钢
这类材料是用来制造桥梁、船舶、大型钢结构等。用它来代替 普通碳素结构钢，屈服强度提高25%～100%。
1.对低合金高强度钢的性能要求
（1）高强度 屈服点在300MPa以上。在保证塑性和韧性的条件 下，应尽量提高其强度。 （2）高韧性 （3）良好的焊接性能和冷成形性能 要求有较高的抗腐蚀能力。 2.化学成分特点 碳含量较低（wc＜0.20%），合金元素含量较少（wMe＜3%）， 其主加元素为Mn，辅加元素为Nb、Ti、V、RE。 碳会使焊接性和冷成型性下降，使韧性明显下降，韧脆转变温 度升高，钢的碳质量分数不超过0.2%。
第二篇 常用工程材料
第三章 金属材料
第一节 工业用钢
工业用钢按化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。碳钢是指 碳的质量分数为0.0218～2.11%的铁碳合金，并含有少量的锰、硅、 硫、磷等杂质。 一、钢的分类与编号
（一）钢的新分类方法 从1991年起，实施了新的钢分类方法（GB/T13304—1991），它 是参照国际标准制订的。
（4）发展专用钢 例如低温用钢，耐海水、大气腐蚀用钢，钢 轨用钢等。
（三）渗碳钢 1.典型渗碳钢零件的工作条件、失效方式及性能要求 要求表面必须具有很高的硬度、耐磨性以及高的疲劳强度；要 求心部具有足够的强度和韧性，能承受大的冲击载荷。从保证零件 具有足够的韧性和强度入手，选用碳含量低的钢材，通过渗碳使表 面变成高碳、经淬火+低温回火后，心部和表面同时满足要求。 齿轮性能要求是：渗碳层表面具有高的硬度、高耐磨性、高的 疲劳抗力及适当的塑韧性；心部具有高的韧性和足够高的强度，即 良好的综合性能。 2.化学成分特点 保 证 心 部 的 足 够 强 度 和 良 好 的 韧 性 ， 渗 碳 钢 的 含 碳 量 为 wc 0.10%～0.25%。 合金元素的主要作用是，提高淬透性（Si、Mn、Cr、Ni、B）； 细化晶粒（V、Ti、W、Mo）。碳化物形成元素（Cr、V、Ti、W、Mo） 可增加渗碳层硬度，提高耐磨性。
按弹簧的加工工艺不同，可分为冷成形弹簧和热成形弹簧两种。 大型弹簧或复杂形状的弹簧，采用热轧成形后淬火+中温回火 （450～550℃），获得回火托氏体组织，保证高的弹性极限、疲劳 极限及一定的塑韧性。小尺寸的弹簧分为： （1）铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝 钢丝加热到Ac3(Accm)+100～ 200℃，完全奥氏体化，再在铅浴（480～540℃）中进行等温淬火， 得到塑性高的索氏体组织，经冷拔后绕卷成形，再进行消除应力的 低温退火（200～300℃）。
1.典型刃具的工作条件、失效方式及性能要求
刃具钢的性能要求为：①高硬度；②高的耐磨性；③高的切断 抗力；④高的热硬性 在高温下保持高硬度的能力（随温度升高出 现硬度下降，是由马氏体的分解、碳化物聚集长大及基体的再结晶 引起的）；⑤足够的塑性和韧性。 2.碳素工具钢 （1）化学成分特点 含碳量wc 0.65%～1.35%，保证淬火后有足 够高的硬度。 （2）热处理特点 预备热处理为球化退火，目的是降低硬度， 改善切削加工性，为后面淬火做组织准备。最终热处理是淬火+低 温回火。淬火温度为780℃，回火温度为180℃，组织为回火马氏体 +粒状渗碳体+少量残余奥氏体。
3.热处理特点
最终热处理为淬火（820～840℃）+低温回火（150～160℃）， 得到回火马氏体+细小均匀分布的碳化物+少量残余奥氏体。
4.钢种、牌号与用途 （1）铬轴承钢 最具代表性的是GCr15。 （2）无铬轴承钢 最具代表性的是GsiMnMoV、GSiMnMoVRE。