Transcript 4.碳素钢
第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 碳素钢与合金钢 授课班级 机电（3+2）1102 学习目标 授课时间 2012-2-24（1、2） 学时 2 1. 了解合金元素在钢中的作用 2.掌握碳素钢的牌号、性能和应用 3.掌握合金钢的牌号、性能和应用 学习内容 1.4 碳素钢 1.5 合金钢 教学过程组织与方法 1.复习—整体热处理—提问 2.碳素钢、合金钢的性能、牌号— 说明 3. 合金元素作用——简要介绍 4.碳素钢、合金钢的应用——举例 、互动 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1.4 碳素钢 （非合金钢） • 钢是指以铁为主要元素，碳的质量分数Wc<2.11%并含 有少量硅、锰、磷、硫等杂质元素的铁碳合金。 • 根据国家标准GB/T13304-1991规定，钢按化学成分 分为非合金钢、低合金钢、合金钢三类。 • 碳钢（非合金钢）不仅价格低廉，容易加工，而且能满 足一般工程结构和机械零件的使用性能要求，工业中应 用广泛。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1.4.1 杂质元素的影响 • （1）锰的影响 • 锰是炼钢过程中作为脱氧剂带入的，在碳素钢中 锰的含量通常为0.25%～0.8%。锰在钢中大部分溶于铁 素体，使铁素体固溶强化；小部分溶于渗碳体，形成 合金渗碳体，提高其硬度；锰还能改变相图位置，增 加并细化珠光体，从而提高钢的强度和硬度。锰可与 硫化合形成MnS，降低硫的有害作用。因此，一般认为， 锰是钢中的有益元素。但Mn含量高时，可增加钢的过 热倾向。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • （2）硅的影响 • 硅也是由炼钢过程带入的，在镇静钢(用铝、硅铁和 锰铁脱氧的钢)中，硅含量为0.10%～0.40%；在沸腾钢(只 用锰铁脱氧的钢)中，硅含量为0.03%～0.07%。硅能溶于 铁素体，产生固溶强化，从而使钢的强度、硬度及弹性提 高。硅是钢中的有益元素。 • 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • （3）硫的影响 • 在钢中，硫很难溶于铁素体，主要以FeS(1190℃)的 形态存在。FeS塑性差，使钢的脆性增大；FeS与Fe可形成 低熔点(985℃)的共晶体分布在奥氏体晶界上。钢加热到 1000～1200℃进行压力加工时，晶界共晶体已经熔化，加 工过程中就会沿晶界开裂，这种现象称为热脆性。因此， 硫是钢中的有害元素，钢中的含硫量不超过0.05%。为了 消除硫的有害作用，钢中必须加入一定量的锰。硫和锰的 亲和力较强，易形成熔点高的MnS(1620℃)，呈粒状分布 在晶粒内，避免形成FeS而产生热脆。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • （4）磷的影响 • 钢中的磷能全部溶于铁素体中，产生强烈的固溶强化， 使钢的强度、硬度提高，但使钢在室温下的塑性、韧性急 剧下降，使钢变脆，这种现象称为冷脆性，在低温时冷脆 更为严重。因此，磷是钢中的有害元素。 • 硫和磷是钢中的有害元素，在钢中应严加控制。但事 物不是绝对的，在易切削钢中，适当增加硫、磷的含量可 以改善钢的切削加工性能，延长刀具的使用寿命。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1.4.2 碳素钢的分类 （1）按钢中碳的质量分数分类 • 可分为：低碳钢（Wc<0.25%）、 • 中碳钢（0.25≤Wc≤0.60%）、 • 高碳钢（Wc>0.60%）。 (2)按用途分类： 1)碳素结构钢：主要用于制造工程结构件和机械零件，一般 wc在0.25～0.6%之间。 2)碳素工具钢：主要用来制造各种工具，一般wc＞0.6%。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 (3)按质量分类 1)普通碳素钢：wP ≤0.05% ，wS≤0.045%，是指不规定生 产过程中需要特别控制质量要求的钢种。主要包括： 一般用途碳素结构钢、碳素钢筋钢、铁道用一般碳钢 等。 2)优质碳素钢：wP ≤0.035% ，wS≤0.035%；是指除普通质 量碳钢和特殊质量碳钢以外的碳钢，主要包括：机械 结构用优质碳钢、工程结构用碳钢、冲压薄板的低碳 结构钢、焊条用碳钢、优质铸造碳钢等。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • 3)高级优质碳素钢： wP≤0.020%， wS≤0.020%、是指在 生产过程中需要特别严格控制质量和性能的碳钢。主 要包括：保证淬透性碳钢、铁道用特殊碳钢、航空、 兵器等专用碳钢、特殊焊条用钢、碳素弹簧钢、碳素 工具钢和特殊易切削钢等。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 (3)按钢水脱氧程度又可分为： 镇静钢（Z）：脱氧较完全，成分和性能较均匀，组织致 密，应用广泛； 沸腾钢（F）：脱氧不完全，成分不均匀，但成本较低； 半镇静钢（B） ：脱氧程度介于以上两种钢之间。 特殊镇静钢( TZ )：脱氧完全。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1.4.3 碳素钢的牌号、性能和用途 1. 碳素结构钢 碳素结构钢中所含有害杂质硫、磷及非金属夹杂物较多，力 学性能不高。 • 碳素结构钢牌号的表示方法为： • • Q＋数字＋质量等级符号＋脱氧方法 Q表示屈服点的汉语拼音首位字母；数字表示屈服点数 值；质量等级符号分为A、B、C、D，其中A级钢中S、P含 量最高，而D级钢中S、P含量最低；脱氧方法有F(沸腾钢)、 B(半镇静钢)、Z(镇静钢)、TZ(特殊镇静钢)。 • 例如：Q235-AF表示屈服点σs≥235 MPa，A级质量的沸腾碳 素结构钢。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • 碳素结构钢的应用 • 碳素结构钢价格低廉，工艺性能优良。主要用于一般工程 结构和普通机械零件。碳素结构钢通常热轧成各种型材, 一般不经热而直接使用。 • 碳素结构钢中的Q195、Q215，通常轧制成薄板、钢筋供 应市场。也可用于制作铆钉、螺钉、轻负荷的冲压零件和 焊接结构件等； • Q235、Q255强度相对于Q195、Q215稍高，可制作螺栓、 螺母、销子、吊钩和不太重要的机械零件以及建筑结构中 的螺纹钢、型钢、钢筋等； • 质量较好的Q235C，D级可作为重要焊接结构用材；Q275钢 可部分代替优质碳素结构钢25、30、35钢使用。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 2. 优质碳素结构钢： 优质碳素结构钢中所含有害杂质元素较少,力学性能较好,故 广泛用于制造较重要的机械零件。优质碳素结构钢又包括普 通锰的质量分数钢(wMn＜0.8%)和较高锰的质量分数钢（wMn ＝0.7～1.2%）两组。 （1）优质碳素结构钢牌号的表示方法为： • 两位数字+ Mn(或不加) • 两位数字表示钢中平均含碳量的万分数；Mn表示较高 含锰量(0.70%～1.20%)，没有Mn表示普通含锰量。例如： 45表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢；60Mn表示平 均含碳量为0.60%，较高含锰量的优质碳素结构钢。 优质碳素结构钢一般都要经过热处理以提高其机械性能。 常用钢号、化学成分及正火后的力学性能见表1-3。如：08F， 20，45，65Mn。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • （2）优质碳素结构钢的应用 • 优质碳素结构钢是用于制造机械零件的非合金钢，一般都要 经过热处理之后使用。 • 此类钢中的08F，碳的质量分数低，塑性好，强度低，主要用 于冷冲压件如汽车和仪表仪器外壳，10~25钢冷塑性变形和焊 接性好可用于强度要求不高的零件及渗碳零件，例如机罩、 焊接容器，小轴、螺母、垫圈及渗碳齿轮等； • 30~55，40Mn，50Mn钢经调质后可获得良好的综合力学性能， 主要用于受力较大的机械零件，如齿轮、连杆、机床主轴等； • 60~85钢、60Mn、65Mn钢具有较高的强度；可用于制造各种 弹簧、机车轮缘、低速车轮等。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 3. 碳素工具钢：碳素工具钢都是高碳钢，具有高的硬度、 耐磨性，主要用来制造刀具、模具、量具。按质量分， 碳素工具钢有优质和高级优质两种。 优质碳素工具钢的牌号用字母T和数字表示，数字表示 平均碳的质量的千分数。高级优质碳素工具钢的牌号 则在上述钢号后加字母A。常用碳素工具钢的牌号、成 分、性能和用途见表1-4所示。如T8，T12。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 4. 碳素铸钢 有些机械零件，例如水压机横梁、轧钢机机架、重载 大齿轮等，因形状复杂，难以用锻压方法成型，又因 力学性能要求较高，铸铁无法满足，故采用铸钢件。 碳素铸钢的牌号用字母ZG和两组数字表示，第一组数 字表示钢的最低屈服强度，第二组数字表示最低抗拉 强度。常用碳素铸钢的牌号、碳的质量分数、力学性 能和应用见表1-5。如：ZG200-400，ZG340-640 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1.5 合金钢 为了提高钢的性能，在钢中加入一定量的合金元素， 这就是合金钢。合金元素则是在冶炼时为了改善钢的 性能或使之具有某些特殊性能而有意加入的元素。常 见的合金元素有硅(wsi＞0.5％)、锰（wMn＞0.8％）、铬、 镍、钼、钨、钒、钛、铝、硼和稀土（RE）等 1.5.1元素在钢中的作用 1.形成合金铁素体：大多数合金元素都能溶入铁素体， 形成含合金元素的铁素体。 2. 形成合金碳化物：有些合金元素能与碳形成合金碳 化物。它们与碳的亲和力有强弱之分，从强到弱依次 排列为钛、铌、钒、钨、钼、铬、锰、铁。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 3. 提高共析温度并使S、E点左移 钢中加入的合金元素除锰、镍外，均使S点上升。这就意 味着大多数合金钢的热处理温度要比相同碳的质量分数的 碳钢高一些。合金元素均能使钢中的S、E点成分左移，所 以，共析钢中的碳的质量分数就不是0.77%，而是小于 0.77%，而出现共晶组织的最低碳的质量分数也不再是 2.11%，而是小于2.11%了。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 4. 细化晶粒：大多数合金元素（锰除外）在加热时能细化 奥氏体晶粒，尤其是钒、铌、钛等强碳化物的形成元素， 能使钢在较高的温度下仍保持细小的晶粒。 5. 提高淬透性：除钴以外的大多数合金元素溶入奥氏体后， 能使钢的C曲线右移，vK减小，从而提高钢的淬透性。 6. 提高耐回火性：淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为耐 回火性。在相同的温度下回火，硬度下降较低的钢，耐回 火性就好。合金元素可阻碍马氏体的分解，阻碍碳化物的 聚集长大，提高钢的耐回火性 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1.5.2 合金钢的分类和牌号表示方法 1. 合金钢的分类 ： (1)按用途分类 ： 1）合金结构钢。主要用于制造重要的机械零件和工程结 构件。 2）合金工具钢。主要用于重要的刀具量具和模具等。 3） 特殊钢。用于有特殊性能要求的零件。 (2) 按合金元素总的质量分数分类 1）低合金钢。合金元素总的质量分数小于5％。 2）中合金钢。合金元素总的质量分数为5％～10%。 3）高合金钢。合金元素总的质量分数大于10％。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 2. 合金钢的牌号表示方法 我国合金钢牌号用数字加化学元素符号加数字的方式表 示。合金元素用化学元素符号表示。元素符号后面的数字 表示该元素平均质量的百分数，当该元素的平均质量分数 小于1.5％时，一般不标数字。元素符号前面的数字表示 钢中碳的平均质量分数。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 (1) 低合金高强度结构钢牌号的表示方法为： Q＋数字＋质量等级符号 低合金高强度结构钢牌号与碳素结构钢的牌号表示方法一 致，只是屈服点数值更大一些，没有脱氧方法符号，均为镇静 钢或特殊镇静钢。例如：Q345C表示屈服点σs≥345 MPa的C级 低合金高强度结构钢。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 低合金结构钢的牌号、力学性能及用途(摘自GB/T 1591—1994) 力 学 性 屈服点 s /MPa 抗拉 边长)/mm 牌号 等级 ＞16 ＞35 ＞50 ≤16 — — — 35 50 100 强度 b /MPa 率 5 /% A B A B Q345 C D E +20 0 -20 -40 a=试样厚度 旧标准牌号 (GB 1519—1988) 钢材厚度(直径)/mm ℃ ℃ ℃ ℃ ≥ 295 275 255 235 390～570 23 345 345 345 345 345 295 295 295 295 295 275 275 275 275 275 470～630 470～630 470～630 470～630 470～630 21 21 22 22 22 325 325 325 325 325 d=弯心直径 (纵向)AKV//J ≥ Q295 180º 弯曲试验 冲击功 伸长 厚度(直径、 能 34 34 34 34 27 ≤16 d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a ＞16～100 d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a 09MnV、09MnNb 09Mn2、12Mn 12MnV、16Mn 14MnNb 12MnRE、18Nb 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 低合金结构钢的牌号、力学性能及用途(摘自GB/T 1591—1994) A B Q390 C D E A B Q420 C D E 390 390 390 390 390 420 420 420 420 420 370 370 370 370 370 400 400 400 400 400 350 350 350 350 350 380 380 380 380 380 330 330 330 330 330 360 360 360 360 360 490～650 490～650 490～650 490～650 490～650 520～680 520～680 520～680 520～680 520～680 19 19 34 34 20 34 20 27 20 18 18 34 34 19 34 19 27 19 d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=2a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a d=3a 15MnV 15MnTi 16MnNb 15MnVN 14MnVTiRE 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 (2) 合金结构钢牌号的表示方法为： 两位数字＋元素符号及数字 两位数字表示含碳量的万分数；元素符号后面的数字表 示该元素的平均含量，合金元素的含量小于1.5%时，一般不 加数字，1.5%～2.5%表示为2，2.5%～3.5%表示为3，依此类 推。例如：20CrMnTi表示平均含碳量为0.20%，合金元素Cr、 Mn、Ti的含量均小于1.5%的合金渗碳钢；60Si2Mn表示平均 含碳量为0.60%，平均含Si量为2%，含锰量小于1.5%的合金 弹簧钢。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 (3) 合金工具钢牌号的表示方法为： 一位数字(或没有)＋元素符号及数字 一位数字表示钢含碳量的千分数，当含碳量大于或等于 1%时，则不予标出；其他与合金结构钢表示相同。例如： CrWMn表示平均含碳量大于等于1.0%，平均含Cr、W、Mn 量均小于1.5%的冷作模具钢(一种合金工具钢)。 Cr12MoV ， 5CrMnMo 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 (4) 高速工具钢牌号的表示方法为： 元素符号1及数字＋元素符号2及数字＋…… 高速工具钢不标含碳量，其他与合金工具钢表示方法一 致。例如：W18Cr4V表示平均含钨量18%，平均含铬量4%， 含钒量小于1.5%的高速工具钢。 W6Mo5Cr4V2，W9Mo3Cr4V 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 (5) 滚动轴承钢牌号的表示方法为： G+Cr数字＋合金元素及数字 G表示“滚”的汉语拼音字首，Cr后面的数字表示平均含 铬量的千分数；其余合金元素表示方法与合金结构钢相同。 例如：GCr15表示平均含铬量为1.5% 的滚动轴承钢； GCr15SiMn表示平均含铬量为1.5%，平均含Si、Mn量均小于 1.5%的滚动轴承钢。 GCr9 ，GCr9SiMn 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 (6) 特殊性能钢牌号的表示方法为： 数字＋合金元素及数字 一位数字表示含碳量的千分数，与工具钢相同；另外， 当wC≤0.08%时表示为“0”，当wC≤0.03%时表示为“00”。例 如：4Cr9Si2表示平均含碳量为0.40%，平均含铬量为9%，平 均含硅量为2%的耐热钢；0Cr19Ni9表示平均含碳量小于等于 0.08%，平均含铬量为19%，平均含镍量为9%的不锈钢； 00Cr19Ni11表示平均含碳量小于等于0.03%，平均含铬量为 19%，平均含镍量为11%的不锈钢。 00Cr12，1Cr18Ni9， 3Cr18Mn12Si2N 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 钢材名称在牌号中采用的符号表示(摘自GB/T 221—2000) 名 称 汉字及 采用符号 位置 名 称 汉字及 采用符号 位置 耐候钢 耐候—NH 牌号尾 易切削非调质钢 易非—YF 牌号头 锅炉 锅—g 牌号尾 热锻用非调质钢 非—F 牌号头 压力容器 容—R 牌号尾 焊接用钢 焊—H 牌号头 桥梁用钢 桥—q 牌号尾 钢轨钢 轨—U 牌号头 焊接气瓶用钢 焊瓶—HP 牌号尾 滚动轴承钢 滚—G 牌号头 矿用钢 矿—K 牌号尾 塑料模具钢 塑模—SM 牌号头 保证淬透性钢 H 牌号尾 锚链钢 锚—M 牌号头 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1.5.3 合金结构钢 1. 低合金结构钢 ：低合金高强度结构钢的牌号表示方法与碳 素结构钢相同，有Q295、Q345、Q390、Q420、Q460等，其 中Q345应用最广泛。 低合金高强度结构钢大多在热轧后经退火或正火供应， 使用时一般不再进行热处理。 低合金高强度结构钢具有高的强度，良好的塑性、韧性， 良好的焊接性、耐蚀性和冷成形性，低的韧脆转变温度，适 于冷弯和焊接，广泛用于桥梁、车辆、船舶、锅炉、高压容 器和输油管等。 低合金结构钢不仅强度增加，在合金化过程中材料的其 他性能也有所改善，大大提高了工程构件的可靠性和紧凑性， 减少了原材料消耗和能源消耗。例如，武汉长江大桥采用 Q235制造，其主跨跨度128 m；南京长江大桥采用 Q345(16Mn)制造，主跨跨度160 m；而九江大桥用 Q420(15MnVN)建造，主跨跨度达到216 m。 低合金结构钢的牌号、力学性能及用途(摘自GB/T 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1591—1994) 力 学 屈服点 s /MPa 牌号 边长)/mm 级 ＞16 ＞35 ＞50 ≤16 — — — 35 50 100 抗拉 伸长 强度 率 b /MPa 180º 弯曲试验 ℃ ℃ ℃ a=试样厚度 C 460 440 420 400 550～720 17 460 D 460 440 420 400 550～720 17 E 460 440 420 400 550～720 17 ≤16 ＞16～100 d=2a d=3a d=2a d=3a 27 d=2a d=3a 用 途 34 34 旧标准牌号 (GB 1519—1988) 钢材厚度(直径)/mm ℃ ≥ 钢的牌号 d=弯心直径 (纵向)AKV//J 5 /% +20 0 -20 -40 ≥ Q295 能 冲击功 厚度(直径、 等 性 良好的塑性、冲击韧性、冷弯性和焊接性。用于桥梁、车辆、锅炉、容器、铁道车辆、油罐等 综合力学性能良好，低温性能也可。用于桥梁、船舶、铁路车辆、化工容器、压力容器、石油储罐、建筑结构、 Q345 Q390 起重机及矿山机械等，可用于-40℃以下严寒地区的各种构件 焊接性能良好。用于大型船舶、桥梁、车辆、起重设备、高中压锅炉和化工容器、电站设备等 综合力学性能、焊接性能良好，低温性能很好。用于大型船舶、桥梁车辆、高压容器、电站设备等大型焊接结构、 Q420 Q460 大桥、管道等 可热处理后用于大型挖掘机、起重运输机、钻井平台等 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • 2. 合金渗碳钢 ：渗碳钢即需要渗碳淬火、低温回火后使用 的钢。由渗碳钢制作的零件在渗碳热处理后才使用，这种零 件工作时，除要求较高强度可靠性外，还常常受到较大的表 面摩擦和冲击作用，故其性能要求为：① 要求表面有较高的 硬度(≥58HRC)和耐磨性，以抵抗磨损及表面接触疲劳破坏； ② 有一定的强度和塑性，以抵抗拉伸、弯曲、扭转等变形破 坏；③ 有较高的韧性以承受强烈的冲击作用；④ 当外载是循 环作用时，要求零件有好的抗疲劳破坏能力；⑤ 良好的热处 理工艺性。合金渗碳钢用来制造截面尺寸大且受较强烈的冲 击力和磨损的条件下工作的渗碳零件，其碳的质量分数一般 在0.1％～0.25%之间，以保证零件心部的韧性。 20Cr、 20MnV 、20CrMnTi 、20Cr2Ni4钢是常用的合金渗碳钢。 常见渗碳钢的牌号、热处理、性能及用途(摘自GB/T 3077—1999) 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 热处理(渗碳后) 种 类 牌 号 一次 淬火 /℃ 二次 力学性能(≥) 回火 σb / σs / /℃ MPa MPa 375 255 27 55 — 410 245 25 55 — 785 590 10 40 47 淬火 δ 5 /% ψ/% 碳 钢 空冷 空冷 水冷、 — 水冷、 油冷 透 880 20Cr 20MnV 水冷、 水冷、 水冷、油冷 水冷、 空冷 880 200 油冷 735 490 11 45 55 — 水冷、 空冷 零件及 心部韧 性高的 渗碳 零件等 200 780～820 轴、活塞销、缸套等 活塞销、凸 轮、机 车小 空冷 油冷 水冷、 代替 20Cr，小齿轮、小 200 780～820 水冷、油冷 淬 性 水冷、 空冷 880 15Cr 例 导柱、 活塞 销等形 状简 200 油冷 低 举 单的小型渗碳件 850 20Mn2 途 /J 900 20 用 /℃ 920 15 AKU 机床齿轮、 齿轮轴 、活 835 540 10 40 47 塞销、凸轮、蜗杆等 代替 20Cr，也用作锅炉、 735 590 10 40 55 高压容器、管道等 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 热处理(渗碳后) 种 类 牌 号 一次 淬火 /℃ 二次 力学性能(≥) 回火 σb / σs / /℃ MPa MPa 淬火 δ 5 /% ψ/% 用 AKU 途 举 例 /J /℃ 汽车、拖拉 机的齿 轮、 200 880 20CrMnTi 油冷 870 油冷 水冷、 1080 853 10 45 55 空冷 20MnVB 油冷 能优良 200 860 中 齿轮轴 、凸轮 等，工 艺性 — 水冷、 代替 20CrMnTi、20CrNi 1080 885 10 45 55 1130 930 10 45 55 等 空冷 淬 200 860 20MnTiB 透 性 油冷 — 水冷、 代替 20CrMnTi 空冷 20CrMnMo 油冷 代 替 含镍 较高 的 渗 碳 200 850 — 水冷、 1175 885 10 45 55 空冷 12CrNi3 油冷 塞销等 200 860 780 油冷 水冷、 空冷 钢，大 型拖拉 机齿轮 、活 齿轮、凸轮 州、油 泵转 930 685 11 50 71 子等截面稍大的渗碳零件 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 截 面 较大 的重 要 渗 碳 200 860 12Cr2Ni4 油冷 780 油冷 水冷、 1080 835 10 50 71 空冷 方向接头叉等 高 透 大型渗碳齿轮、轴、方 200 淬 件，齿轮、蜗轮、蜗杆、 860 20Cr2Ni4 油冷 780 油冷 水冷、 1175 1080 10 45 63 空冷 性 向叉、蜗杆、飞机发动机 齿轮等 大齿轮、传动轴、花键 200 950 18Cr2Ni4WA 空冷 850 空冷 水冷、 空冷 1175 835 10 45 78 轴、曲轴等大截面的重要 渗碳钢 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 渗碳钢的热处理及用途 渗碳钢的预先热处理通常为正火；但对于高淬透性的马氏 体钢，则采用空冷后于650高温回火形成回火索氏体组织，便 于加工。 渗碳钢的最终热处理：渗碳＋淬火＋低温回火。对于渗碳 后晶粒不易长大的钢(20CrMnTi等)采用直接淬火；渗碳后晶粒 长大的钢(20等)及渗碳后需要加工的钢采用一次淬火；性能要 求高的零件采用二次淬火(应用较少)。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 某载重汽车变速齿轮材料为20CrMnTi，其加工工艺流程为： 下料—→锻造—→正火—→机械加工齿形—→渗碳(930℃) — →预冷淬火(830℃) —→低温回火(200℃) —→磨削精加工—→ 装配。预备热处理正火后的组织为F+S，目的是改善锻造组织， 并得到合适的硬度(170～210HBS)，以利于机械加工；齿轮最 终热处理后得到的组织为：表面为M回＋碳化物颗粒＋Ar(残余 奥氏体)，淬透时心部组织为低碳M回＋F，未淬透时则为F＋S。 这样表面具有高的硬度和耐磨性，心部淬透时获得低碳M回， 具有很好的综合力学性能，满足了汽车齿轮的性能要求。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • 3. 合金调质钢 ：合金调质钢常用于制造要求综合力学性 能良好的各种零件。合金调质钢碳的质量分数一般在 0.25%～0.5％之间，以保证其具有足够的强度和韧性。主 加合金元素为铬、镍、硅、锰、硼，以提高淬透性和耐回 火性，并起固溶强化作用。如40Cr、40MnVB钢是常用的合 金调质钢，其淬透性与力学性能比45钢高。 35CrMo、 40CrNi、38CrMoAl 、40CrMnMo、37CrNi3 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 常用调质钢的牌号、热处理、性能及用途(摘自GB/T 3077—1999) 热处理 种 类 牌 号 45 碳 钢 40M n 力学性能(≥) 淬火 回火 σb / σs / /℃ /℃ M Pa M Pa 840 水 冷 840 水 冷 用 途 举 例 δ 5/% ψ/% AKU/J 形状简单、尺寸较小、 600 水冷、 600 335 16 40 39 油冷 曲轴、齿轮等 600 水冷、 油冷 中等韧性零件，机床主轴、 590 335 15 — 47 比 45 强韧性稍高的调质 件 第1章机械工程材料 种 热处理 牌 号 类 40Cr 45M n2 低 淬 透 性 碳素钢与合金钢 淬火 /℃ 回火 /℃ 850 油 冷 520 水冷、 840 油 冷 850 油 油冷 550 水冷、 力学性能(≥) σb / M Pa 980 σs / M Pa 785 δ 5/% 9 ψ/% 45 用 途 举 例 AKU/J 47 应用广泛，如制作轴、 曲轴、曲柄、汽车转向节、 连杆、齿轮等 885 735 10 45 47 980 785 10 45 47 油冷 500 截面 50 mm 以下代替 40Cr 代替 40Cr 冷 水冷、 油冷 40M nVB 850 油 冷 550 水冷、 油冷 980 785 10 45 47 优 于 40Cr， 部分 代 替 40CrNi、42CrM o 35SiM n 900 水 冷 570 885 735 10 45 47 代替 40Cr，但低温韧性 稍差 40M nB 第1章机械工程材料 40CrNi 40CrM n 中 淬 透 35CrM o 性 30CrM nSi 38CrM oAl 520 水冷、 油冷 550 840 油 水冷、 冷 油冷 550 850 油 水冷、 冷 油冷 520 880 油 水冷、 冷 油冷 9400 640 水冷、 水冷、 油冷 油冷 820 油 冷 碳素钢与合金钢 980 785 10 45 47 980 835 9 45 47 980 835 12 45 63 1080 885 10 45 39 980 835 14 50 71 汽车、拖拉机、机床、 柴油机等的齿轮、曲轴、 连杆等 代 替 40CrNi、 42CrM o 作高速但冲击载荷不大的 零件 代替 40CrNi 作大截面零 件 高速载荷砂轮轴、齿轮、 联轴器、离合器等高速重 载零件 高级氮化钢，制造精密 磨床主轴、镗床镗杆、蜗 杆、高压阀门等 第1章机械工程材料 37CrNi3 高 淬 透 性 40CrNiM oA 25Cr2Ni4WA 40CrM nM o 820 油 冷 850 油 活塞销、凸轮、轴、齿 500 水冷、 油冷 1130 980 10 50 47 水冷、 油冷 850 油 冷 550 水冷 850 油 600 水冷、 油冷 轮等高强度、韧性的重要 零件 锻压机曲轴、锻造机偏 600 冷 冷 碳素钢与合金钢 980 1080 835 930 12 11 55 45 78 71 心轴等大截面、受冲击载 荷的高强度零件 断面 200 mm 以下完全 淬透的重要调质零件，也 可作高级渗碳钢 980 785 10 45 63 部分代替 40CrNiM oA 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • 4. 合金弹簧钢 ：用以制造弹簧和各种弹性元件的钢种 称为弹簧钢。在机器设备中这类零件的主要作用是：利用 弹性变形吸收能量，减缓机械振动等。常用零件有汽车叠 板弹簧、仪表弹簧、汽阀弹簧等。弹簧的主要失效形式为 疲劳断裂和由于发生塑性变形而失去弹性。因此其性能要 求为：① 高的弹性极限和高的屈强比以保证良好的弹性； ② 高的疲劳强度；③ 一定的塑性和韧性以防止冲击断裂； ④ 在高温或腐蚀介质下工作时，材料应有好的环境稳定 性。 • 合金弹簧钢常用来制造尺寸较大、性能要求较高的弹性零 件。它的碳的质量分数一般为0.5％～0.7％，以保证高的 强度和弹性极限；常加的合金元素是硅、锰 。如 60Si2Mn、50CrVA、60Si2VA钢是常用的合金弹簧钢 。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 常用弹簧钢的牌号、热处理、性能及用途(摘自GB/T 1222—1984) 种 类 碳 素 热处理 牌 号 淬火 /℃ 65 70 力学性能(≥) σb / M Pa σs / M Pa δ5 /% δ 10 /% ψ /% 用 途 举 例 840 油冷 830 油冷 回火 /℃ 500 480 980 1030 780 835 — — 9 8 35 30 85 820 油冷 480 1130 980 — 6 30 65M n 830 油冷 540 980 785 — 8 30 热处理后强度、硬度 高，但淬透性低，耐热 性不好。用于 12 mm 以 下一般机械的半弹簧及 螺旋弹簧 价格低、用量大，制 造小于 25 mm 的扁簧、 弹簧发条、离合器弹簧 片等 弹 簧 钢 第1章机械工程材料 55Si2M n 5Si2M nB 870 油冷 480 1275 1175 — 6 30 60Si2M n 870 油冷 480 1275 1175 — 5 25 55SiM nVB 860 油冷 460 1375 1225 — 5 30 60Si2CrVA 850 油冷 410 1865 1665 6 — 20 50CrVA 850 油冷 500 1275 1130 10 — 40 30W4Cr2VA 1050～1100 油冷 600 1470 1325 7 — 40 合 金 弹 簧 碳素钢与合金钢 钢 汽车、拖拉机等上的 25～30 mm 的减震板簧 和螺旋弹簧，安全阀、 止回阀弹簧，工作温度 小于 250℃ 淬透性高，大截面重 要的板簧和螺旋弹簧 小于 50 mm 的高负 荷、耐冲击或耐热 (≤250℃)弹簧 大截面(30～50 mm) 的 高 应 力 或 耐 热 (≤350℃)螺旋弹簧 锅炉安全阀等高温弹 簧(≤500℃) 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • 5. 滚动轴承钢 ：制造滚动体及内外套圈的钢称为轴滚动承 钢(保持架常用低碳钢08板冲制成型)。高速运转的滚动轴承 工作时，实际受载面积很小，有很高的集中交变载荷的作用； 接触部位不仅有滚动摩擦，还有滑动摩擦。因此其工作时性 能要求为：① 高而均匀的表面硬度(61～65HRC)以提高耐磨 性；② 高的弹性极限和接触疲劳强度；③ 足够的韧性；④ 足够的淬透性和耐蚀性。 • 滚动轴承钢碳的质量分数为0.95%～1.15%，以保证高的硬度 和耐磨性。其主加元素是铬，质量分数在0.4％～1.65％之 间，作用是提高钢的淬透性，并形成细小而均匀分布的碳化 物，提高钢的耐磨性和抗疲劳性。如GCrl5、GCr9SiMn钢是 最常用的滚动轴承钢。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 高碳铬轴承钢的牌号、热处理、性能及用途(摘自GB/T 1222—1984) 牌 号 GCr9 GCr9SiMn GCr15 GCr15SiMn 热处理 淬火/℃ 回火/℃ 810～830 水冷、油冷 810～830 水冷、油冷 820～846 水冷、油冷 820～846 水冷、油冷 回火后 /HRC 用 途 举 例 150～170 62～64 一般工作条件下小于 20 mm 的滚珠、滚柱及 滚针 150～160 62～64 150～160 62～64 150～170 62～64 壁厚小于 12 mm、外径小于 250 mm 的套圈；直径 20～50 mm 的钢球；直径小于 22 mm 的滚子 淬透性高，大型或特大型轴承的套圈和滚动体 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1.5.4 合金工具钢 合金工具钢用于制造各种工具，如量具、刃具、模具 等。合金工具钢包括量具刃具钢、冷作模具钢、热作 模具钢、塑料模具钢等。 1. 合金刃具钢 刃具如车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等，在工作中 应具备高的硬度和耐磨性以及一定的强度和韧性。常 用的刃具钢有碳素工具钢、低合金工具钢和高速工具 钢。 第1章机械工程材料 (1)低合金工具钢 碳素钢与合金钢 低合金工具钢碳的质量分数在0.75%～1.50％之间，以保 证钢的高硬度并形成足够的合金碳化物。常用的低合金工 具钢有9SiCr钢和CrWMn钢。 (2)高速钢 常用高速钢碳的质量分数为0.7％～0.9％，并含有大量的 铬、钼、钨、钒等元素。铬的作用是提高淬透性，钼、钨、 钒则提高热硬性以及细化晶粒。高速钢的主要优点是热硬 性高，在600℃时仍保持高的硬度和耐磨性。另外，高速 钢还具有很高的淬透性，空冷即能淬硬。常用的高速钢有 W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 合金刃具钢的主要成分、热处理、性能及用途(摘自GB/T 1299—2000) 牌 号 主要成分 wC/% 退火 HBS 试样淬火 淬火/℃ HRC(≥) 9SiCr 0.85～0.95 241～ 197 820～860 油冷 62 形状复杂变形小的刃具、板牙、丝锥、钻头、 铰刀、冷冲模及冷轧辊等 8M nSi 0.75～0.85 ≤229 800～820 油冷 60 主要用于木工工具，凿子、锯条、长丝锥等 Cr06 1.30～1.45 241～ 187 780～810 水冷 64 硬、耐磨但较脆，作刮刀、刻刀、锉刀、刮脸 刀等 Cr2 0.95～1.10 229～ 179 830～860 油冷 62 车刀、铰刀、插刀、冷冲模、量具、样板、量 规等 9Cr2 0.80～0.95 217～ 179 820～850 油冷 62 尺寸较大的铰刀、车刀、冷轧辊、钢印、木工 工具等 W 1.06～1.25 229～ 179 800～830 水冷 62 水淬不易裂，变形较小，作小麻花钻、丝锥、 板牙、铰刀、锯条等 用 途 举 例 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 2. 合金模具钢 模具钢可分为冷作模具钢和热作模具钢两类。 (1) 冷作模具钢 冷作模具是在冷态下使金属材料产生塑性变形的模具，如 落料模、弯曲模、冷镦模等，这类模具要求有高的硬度和 耐磨性，较高的强度和一定的韧性。常用的冷作模具钢有 碳素工具钢、低合金工具钢和高碳高铬工具钢。高碳高铬 工具钢常用牌号有Cr12和Cr12MoV。Cr12钢碳的质量分数 高达2.0％～2.3％，耐磨性很高。Cr12MoV钢碳的质量分 数为1.4％～1.7％ 。 CrWMn、 9Mn2V 冷作模具钢的成分、热处理、性能及用途(摘自GB/T 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1299—2000) 主要成分 退火 wC/% HBS 0.95～1.04 197 牌 号 T10A(碳钢) 9M n2V CrWM n Cr12 Cr12M oV 0.85～0.95 0.90～1.05 2.00～2.30 1.45～1.70 ≤229 试样淬火 淬火/℃ 760～780 水冷 780～810 油冷 207～ 800～830 225 水冷 217～ 950～1000 269 油冷 207～ 950～1000 255 油冷 用 途 举 例 HRC(≥) 62 62 1.12～1.25 ≤269 油冷 负荷小的模具 淬火变形较小，适于作各种模具、 量具、丝锥、板牙、铰刀、精密丝杠 等，常代替 CrWM n 适于作高精度模具，不受热的工 62 具 ， 淬火 要 求不 变 形的 量具 、 刃 具等 60 用作冷作模具、冲模、冲头、量规、 拉丝模、冷切剪刀等 较高淬透性，淬火变形小，作各种 58 铸锻模具、冷切剪刀、圆锯、量规、 螺纹滚模等 956～980 Cr4W2M oV 小型冲模等形状简单、尺寸较小、 60 代替 Cr12 型，模具寿命有较大 提高 1020～1040 Cr5M o1V 6Cr4W3M o2VNb 6W6M o5Cr4V 0.95～1.05 0.60～0.70 0.55～0.65 ≤255 ≤255 940 油冷 1100～1160 油冷 229～ 1180～1200 179 油冷 60 空淬性 能好 ，可代 替 9M n2V、 CrWM n 高硬度和高强度，较好的韧性和疲 60 劳强度，良好的冷热加工性能，是新 型冷作模具钢 60 良好的综合性能，作冷挤压用钢、 冷作凹模、上下冲头等 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 常用塑料模具用钢 塑料模具类型及工作条件 中小型、精度不高、受力不大、生产规模小的模具 较大的载荷、磨损较大， 生产批量大的模具 大型复杂注射模、挤压模等 塑料模具用钢 45、40Cr、T10、10、20、20Cr 20Cr、12CrNi3、20Cr2Ni4、20CrMnTi 4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1、5CrNiMnMoVSCa、 3Cr2Mo、SM1(Y55CrNiMnMoV) 高耐磨、高强度热固性模具 9Mn2V、CrWMn、GCr15、Cr12、 Cr12MoV、 7CrSiMnMoV、7CrMnNiMo 耐腐蚀高、精度高的模具 镜面抛光性能和高耐磨塑料模具 无磁模具 2Cr13、3Cr13、9Cr18、PCR、18Ni 06Ni、18Ni、PMS、PCR、SM2、SM1 1Cr18Ni9Ti、7Mn15Cr2Al3V2WMo 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 (2) 热作模具钢 热作模具是使金属在高温下成形的模具，如热锻模、热挤 模、压铸模等。这类模具是在反复受热和冷却下工作的， 应具备良好的高温力学性能，即在高温下能保持高的强度、 韧性和足够的耐磨性。如 5CrMnMo、5CrNiMo 、 3Cr2W8V、4Cr5MoSiV 3. 合金量具钢 尺寸小、精度不高、形状简单的量具常用碳素工具钢制造。 精度高、形状复杂、要求淬火变形小的量具，常用低合金 工具钢和滚动轴承钢制造。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 热作模具钢的成分、热处理、性能及用途(摘自GB/T1299—2000) 主要成分 退火 试样淬火 wC/% HBS 淬火/℃ 回火 HRC 5CrMnMo 0.50～0.60 5CrNiMo 0.50～0.60 241～ 197 241～ 197 3Cr2W8V 0.30～0.40 ≤225 820～850 油冷 830～860 油冷 1075～1125 油冷 38～ 47 37～ 47 42～ 48 3Cr3Mo3W2V 0.32～0.42 ≤255 1060～11300 油冷 43～ 49 牌 号 用 途 举 例 较高淬透性和硬度，作中小型锻模 形状复杂、耐冲击的各种大、中型锤 锻模 冲击小的高耐热模具钢，作压铸模、 热挤压模 代号 HM1，较高的热强性、耐磨性 和抗冷热疲劳，作热锻模、热挤压模、 压铸模等 第1章机械工程材料 5Cr4W5M o2V 0.40～0.50 ≤269 4CrMnSiMoV 0.35～0.45 241～ 197 碳素钢与合金钢 1100～1150 油冷 870～930 油冷 45～ 48 37～ 49 47～ 49 47～ 49 48～ 52 35～ 45 4Cr5M oSiV 0.33～0.43 ≤235 1000～1030 空泠 4Cr5M oSiV1 0.32～0.45 ≤235 4Cr5W2VSi 0.32～0.42 ≤229 8Cr3 0.75～0.85 255～ 207 1000～1030 空冷 1030～1050 空冷或油冷 850～880 油冷 代号 RM 2，中小型精锻模，代替 3Cr2W8V 作某些挤压模寿命更高 新钢种，代替 5CrNiMo，寿命高 代号 H11，作铝、镁、铜、黄铜等合 金压铸 模、热 挤压 模等， 寿命比 3Cr2W8V 高 代号 H13，中温性能比 H11 好，应 用广泛 代号 H12，不含 M o，作热挤压模、 轻金属等的压铸模等 冲击不大的热作模具，作热弯、热剪 的成型冲模 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 1.5.5 特殊钢 • 特殊钢是具有特殊的物理、化学和力学性能的钢，如 不锈钢、耐热钢、耐磨钢等 。 • 1. 不锈钢 ：在腐蚀介质中具有较高抗腐蚀能力的钢， 称为不锈钢。常用的不锈钢有铬不锈钢和铬镍不锈钢。 • (1) 铬不锈钢。常用的铬不锈钢有1Cr13、2Cr13、 3Cr13、7Cr17。铬在钢中的作用是提高耐腐蚀性，碳 的作用是提高强度、硬度，但会降低耐蚀性。 • (2) 铬镍不锈钢。常见的铬镍不锈钢有：1Cr18Ni9、 1Cr18Ni9Ti。由于加入镍，钢经固溶处理后具有单相 奥氏体组织，因而耐蚀性更好。这类钢还具有良好的 塑性、韧性和焊接性能。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 常用耐热钢牌号、热处理及用途(摘自GB/T 1221—1992) 种类 马 氏 体 型 牌 号 热处理/℃ 用 途 举 例 1Cr5M o 900～950 油冷 600～700 回火空冷 抗石油裂解过程产生的腐蚀，作石油裂解管、锅炉 吊架、蒸汽机汽缸衬套、泵的零件、阀、活塞杆、高 压加氢设备部件、紧固件等 1Cr13M o 970～1020 油冷 650～750 回火快冷 1Cr11M oV 1050～1100 油冷 720～740 回火空冷 较高的热强性，良好的减震性与组织稳定性，用于 透平叶片和导向叶片 1Cr12WM oV 1000～1050 油冷 680～700 回火空冷 性能同 1Cr11M oV，还可作紧固件、转子、轮盘 4Cr9Si2 1020～1040 油冷 700～780 回火油冷 有较高的热强性，作内燃机进气阀、轻负荷发动机 排气阀 4Cr10Si2M o 1010～1040 油冷 120～160 回火空冷 作汽轮机叶片、高温高压蒸汽用耐氧化部件 同 4Cr9Si2 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 表4-19 常用耐热钢牌号、热处理及用途(摘自GB/T 1221—1992) 铁 素 体 型 2Cr25N 780～880 快冷 耐高温腐蚀性强，1082℃以下不产生易剥落的氧化 皮，用于燃烧室 0Cr13Al 780～830 空冷或缓冷 冷却硬化少，作燃气透平压缩机叶片、退火箱、淬 火台架 00Cr12 700～820 空冷或缓冷 耐高温焊接好，作汽车排气阀净化装置、喷嘴等 第1章机械工程材料 种类 牌 号 2Cr25Ni20 1Cr16Ni35 奥 氏 体 型 0Cr18Ni9 0Cr18Ni10Ti 4Cr14Ni14W2M o 3Cr18M n12Si2N 热处理/℃ 1030～1180 快冷 固溶处理 1030～1180 快冷 固溶处理 1010～1180 快冷 固溶处理 920～1150 快冷 固溶处理 820850 快冷 固溶处理 1100～1150 快冷 固溶处理 碳素钢与合金钢 用 途 举 例 能承受 1035℃的抗氧化钢，作加热炉部件、重油燃 烧器等 抗渗碳、抗渗氮好，1035℃以下作炉用材料、石油 裂解装置 通常用作耐氧化钢，可 870℃以下反复加热 400～900℃腐蚀条件下使用的部件，高温用焊接结 构部件 较高的热强性，用于内燃机重负荷排气阀 较高热强性，较好抗硫、抗增碳，作高温渗碳炉构 件、加热炉传送带、料盘、炉爪等 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • 2. 耐磨钢 ：耐磨钢用来制造在强烈冲击和严重磨损条件 下工作的零件，如拖拉机履带、铁路道叉、挖掘机的铲齿 等。典型的耐磨钢是ZGMn13。其wc =0.9％～1.5％， wMn=11％～14%。这种钢经水韧处理（ 即固溶处理，将 铸件加热至高温1050～1100℃使碳化物完全溶入奥氏体中， 然后水淬，使碳化物不析出而得到单相奥氏体组织) ）后， 硬度不高，塑性、韧性良好；当受到剧烈冲击和摩擦时， 表面层因产生塑性变形而迅速强化，得到高的硬度（大于 50HRC）和耐磨性，而心部仍保持奥氏体状态，能承受 冲击；当旧的表面磨损后，露出的新表面又可继续得到强 化 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 • 小结 • 1. 合金元素在钢中的作用 • 2. 碳素钢的牌号、性能和应用 • 3. 合金钢的牌号、性能和应用 • 作业 • 1-16，1-17 • 参考[email protected](参考资料) • 密码jxzzjc999999 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 指出下列各钢牌号的名称及各符号的含义 08 45 65Mn T12A ZG230-450 Q235A Q345 40Cr 20CrMnTi 60Si2Mn GCr9 CrWMn 9SiCr Cr12MoV W6Mo5Cr4V2 3Cr2Mo 1Cr13 0Cr19Ni9 4Cr9Si2 ZGMn13 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 习题课1 例1.用一根冷拉钢丝绳吊装一大型工件进入热处理炉， 并随工件一起加热到1000℃保温，当出炉后再次吊装 工件时，钢丝绳发生断裂，试分析其原因. 答：冷拉钢丝绳是利用加工硬化效应提高其强度的，在 这种状态下的钢丝中晶体缺陷密度增大，强度增加， 处于加工硬化状态。在1000℃时保温，钢丝将发生回 复、再结晶和晶粒长大过程，组织和结构恢复到软化 状态。在这一系列变化中，冷拉钢丝的加工硬化效果 将消失，强度下降，在再次起吊时，钢丝将被拉长， 发生塑性变形，横截面积减小，强度将比保温前低， 所以发生断裂。 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 习题课2 例2.要制造齿轮、连杆、热锻模具、弹簧、冷 冲压模具、滚动轴承、车刀、锉刀、机床床 身等零件，试从下列牌号中分别选出合适的 材料并叙述所选材料的名称、成分、热处理 工艺和零件制成后的最终组织。 T10 65Mn HT300 W6Mo5Cr4V2 GCr15Mo 40Cr 20CrMnTi Cr12MoV 5CrMnMo 第1章机械工程材料 碳素钢与合金钢 解（1）齿轮：20CrMnTi渗碳钢；C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<1.5%；渗碳＋淬火 ＋低温回火；组织为回火马氏体。 （2）连杆：40Cr调质钢；C%=0.4%,Cr<1.5%；调质处理（淬火＋高温回 火）；组织为回火索氏体。 （3）弹簧：65Mn弹簧钢；C%=0.65%,Mn<1.5%；淬火＋中温回火；组织 为回火托氏体。 （4）冷冲压模具：Cr12MoV冷变形模具钢；C%>1%,Cr=12%,Mo,V<1.5%； 淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。 （5）滚动轴承：GCr15Mo轴承钢；C%＝1%,Cr=1.5%,Mo<1.5%；球化退火 ＋淬火＋低温回火；组织为回火马氏体。 （6）车刀：W6Mo5Cr4V2高速钢；W%=6%,Mo%=5%,Cr%=4%,V%=2%；淬火＋ 560℃三次回火；组织为回火马氏体＋碳化物。 （7）锉刀：T10碳素工具钢；C%＝1%；淬火＋低温回火；组织为回火马 氏体＋碳化物。 （8）热锻模具：5CrMnMo热变形模具钢；C%=0.5%,Cr,Mn,Mo<1.5%；淬 火＋高温回火；组织为回火索氏体。 （9）机床床身：HT300灰口铁；无需热处理。