金屬材料與熱處理 教學(xué)PPT課件,金屬材料與熱處理,教學(xué)PPT課件,金屬材料,熱處理,教學(xué),PPT,課件 金屬材料與熱處理金屬材料與熱處理項(xiàng)目六項(xiàng)目六 合金鋼合金鋼項(xiàng)目導(dǎo)入項(xiàng)目導(dǎo)入碳鋼在機(jī)械制造得到了廣泛的應(yīng)用，但是碳鋼中存在著淬透性差、回火穩(wěn)定性差，綜合力學(xué)性能低等不足，不能用于尺寸大、重載的零件，也不能用于耐腐蝕的零件。為了提高鋼的力學(xué)性能，改善鋼的工藝性能或得到某些特殊的物理或者是化學(xué)性能，在冶煉時(shí)有目的的加入一種或多種合金元素，這種含有合金元素的鋼叫做合金鋼。合金鋼有著較好的綜合力學(xué)性能，良好的物理化學(xué)性能，良好的熱處理工藝性能，能夠滿足不同工作條件的產(chǎn)品要求，雖然也存在著合金鋼的沖壓、切削等工藝性能比較差，成本比較高的缺點(diǎn)，但是重要的工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械零件都使用合金鋼制造。01目錄CONTENT合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用合金鋼的分類和牌號合金鋼的分類和牌號合金工具鋼合金工具鋼020403合金結(jié)構(gòu)鋼的分類合金結(jié)構(gòu)鋼的分類CONTENT特殊性能鋼特殊性能鋼05任務(wù)一合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用 合金元素加入鋼中，不僅會(huì)與鐵碳元素發(fā)生反應(yīng)，而且會(huì)對鋼的組成相、Fe-Fe3C相圖、鋼在加熱或者是冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變以及淬火鋼回火轉(zhuǎn)變都有著較大的影響，因此合金元素在鋼中起著舉足輕重的作用。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)分析合金元素在鋼中的作用。任務(wù)描述任務(wù)描述合金元素在鋼中的作用。一、合金元素對鋼組織的影響 合金元素在鋼中主要以合金鐵素體與合金碳化物的形式存在。1.形成合金鐵素體合金元素溶入鋼中的鐵素體形成合金鐵素體。此時(shí)，合金元素的直接作用是固溶強(qiáng)化。合金元素溶入鐵素體后，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化作用，使其強(qiáng)度硬度提高，其中Si、Mn的強(qiáng)化作用十分顯著。但是，當(dāng)鐵素體中的wSi0.6%、wMn1.5%、wNi5%、wCr2%時(shí)，韌度明顯下降，因此，鋼中合金元素的合理質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)是有一定的范圍的。一、合金元素對鋼組織的影響 2.形成合金碳化物 錳、鉻、鉬、鎢、釩、鈮、鋯、鈦等與碳的親和力較強(qiáng)，在鋼中能形成碳化物。一般認(rèn)為，鈦、鋯、鈮、釩是強(qiáng)碳化物形成元素;鉻、鉬、鎢為中碳化合物形成元素;錳、鐵是弱碳化物形成元素。當(dāng)加入到鋼中的合金元素，除溶入鐵素體外，還進(jìn)入滲碳體，形成合金滲碳體，如錳和鉻;當(dāng)碳化物形成元素超過一定量后，將形成自己的碳化物，即特殊碳化物，如釩、鈮和鈦。碳化物是鋼中的重要組成相之一，其類型、數(shù)量、形態(tài)及分布對鋼的性能有著重要的影響。二、合金元素對鐵碳平衡相圖的影響 1.對奧氏體相區(qū)的影響 （1）擴(kuò)大奧氏體相區(qū) Ni、Mn、Co、N等元素的加入可使鋼的A1、A3點(diǎn)降低，使奧氏體相區(qū)擴(kuò)大。當(dāng)這些元素在鋼中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠高時(shí)，將使A3溫度降至室溫以下，此時(shí)鋼具有單相奧氏體組織，即為奧氏體鋼，如高錳鋼和高鎳鋼。（2）縮小奧氏體相區(qū) Si、Cr、W、Mo、V、Ti等元素的加入可使鋼的A1、A3點(diǎn)升高，使鐵素體相區(qū)擴(kuò)大。若鋼中這些元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)足夠高時(shí)，鋼的組織在高溫及室溫時(shí)均為單相鐵素體，如高鉻或高硅鋼。二、合金元素對鐵碳平衡相圖的影響 2.對E、S點(diǎn)位置的影響 E點(diǎn)是鋼與鑄鐵的分界點(diǎn)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過此點(diǎn)、（碳鋼E點(diǎn)成分為wc=2.11%），將出現(xiàn)共晶萊氏體組織，必然對鋼的性能（主要是強(qiáng)韌性）和其加工工藝（如鍛造）產(chǎn)生影響。幾乎所有的合金元素均使 E點(diǎn)左移，其中強(qiáng)碳化物形成元素如W、Ti、V、Nb的作用最強(qiáng)烈，對高合金鋼W18Cr4V（wC =0.7%0.8%）、Cr12MoV（wC=1.4%1.7%）等，鑄態(tài)組織中有萊氏體存在，故稱萊氏體鋼。在大多數(shù)情況下，幾乎所有的合金元素也將使S點(diǎn)左移，如4Cr13、3Cr2W8V等鋼的wc雖小于0.77%，但都已屬過共析鋼。在退火或正火處理時(shí)，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的合金鋼組織中比碳鋼具有更多的珠光體，故其硬度和強(qiáng)度較高。三、合金元素對鋼熱處理的影響 1.對鋼加熱時(shí)奧氏體形成過程的影響 （1）對奧氏體化的影響 絕大多數(shù)合金元素（尤其是碳化物形成元素）對非奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體時(shí)的形核與長大、殘余碳化物的溶解、奧氏體成分均勻化都有不同程度的阻礙與延緩作用。因此大多數(shù)合金鋼熱處理時(shí)一般應(yīng)有較高的加熱溫度和較長的保溫時(shí)間，但對一些需要較多未溶碳化物的高碳合金工具鋼，則不應(yīng)采用過高加熱溫度和過長的保溫時(shí)間。（2）對奧氏體晶粒度的影響 合金元素對奧氏體晶粒長大傾向的影響各不相同:Ti、V、Zr、Nb等強(qiáng)碳化物形成元素可強(qiáng)烈阻止奧氏體晶粒長大，起細(xì)化晶粒的作用;W、Mo、Cr等元素的阻止作用中等;非碳化物形成元素如Ni、Si、Cu等的作用微弱，可不予考慮;而Mn、P則提高了奧氏體晶粒的長大傾向，因此含Mn鋼（如65Mn、60Si2Mn）加熱時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間，否則將會(huì)得到粗大的晶粒而降低鋼的強(qiáng)韌性。三、合金元素對鋼熱處理的影響 2.對鋼冷卻時(shí)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變過程的影響 除Co外，固溶于奧氏體中的所有合金元素都將使C曲線右移，降低了鋼的臨界冷卻速度，提高了淬透性。合金元素對鋼淬透性的影響取決于該元素的作用強(qiáng)度和 可溶解量。非碳化物形成元素和弱碳化物形成元素，如鎳、錳、硅會(huì)使C曲線右移，而中強(qiáng)和強(qiáng)碳化物形成元素，如鉻、鎢、鉬、釩等，不僅使C曲線右移，而且改變C曲線形狀，把珠光體轉(zhuǎn)變與貝氏體轉(zhuǎn)變明顯地分為兩個(gè)獨(dú)立的區(qū)域。三、合金元素對鋼熱處理的影響 除Co、Al外，固溶于奧氏體中的合金元素均可使馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)的Ms、Mf下降，增加鋼淬火后的殘留奧氏體量，某些高碳高合金鋼（如W18Cr4V）淬火后殘留奧氏體量高達(dá)30%40%（體積分?jǐn)?shù)），這顯然會(huì)對鋼的性能產(chǎn)生不利影響，如硬度降低、疲勞性能下降。為了將殘留奧氏體量控制在適當(dāng)范圍，可通過淬火后冷處理和回火處理。三、合金元素對鋼熱處理的影響 3.對淬火鋼回火過程的影響 （1）提高鋼的回火穩(wěn)定性 回火穩(wěn)定性是指淬火鋼對回火時(shí)所發(fā)生的組織轉(zhuǎn)變和硬度下降的抗力，絕大多數(shù)合金元素均有此作用。表現(xiàn)較明顯的有強(qiáng)碳化物形成元素（V、Nb、W、Mo、Cr）和Si元素，當(dāng)鋼中這類元素較多時(shí)，可使回火馬氏體組織維持到相當(dāng)高的溫度（500600）?；鼗鸱€(wěn)定性高表明鋼在較高溫度下的強(qiáng)度和硬度也較高;或者在達(dá)到相同硬度、強(qiáng)度的條件下，可在更高的溫度下回火，故鋼的韌性可進(jìn)一步改善。所以合金鋼與碳鋼相比，具有更好的綜合性能。（2）產(chǎn)生二次硬化 當(dāng)鋼中含有較多中強(qiáng)或強(qiáng)碳化物形成元素Cr、W、Mo、V等，并在450600 溫度范圍內(nèi)回火時(shí)，因組織中析出了細(xì)小彌散分布的特殊合金碳化物（如W2C、Mo2C、VC等），這些碳化物硬度極高、熱穩(wěn)定性高且不易長大，此時(shí)，鋼的硬度與強(qiáng)度不但不降低、反而會(huì)明顯升高（甚至比淬火鋼硬度還高），這就是“二次硬化”現(xiàn)象。三、合金元素對鋼熱處理的影響（3）產(chǎn)生高溫回火脆性 含有Cr、Mn、Ni等元素的合金鋼，淬火后在450650 高溫范圍內(nèi)回火并緩慢冷卻后，出現(xiàn)如圖所示的沖擊韌度急劇下降現(xiàn)象，這就是高溫回火脆性（又稱第二類回火脆性）。這種脆性可通過高于脆化溫度的再次回火后快冷予以消除，消除后如再次在脆化溫度區(qū)回火、或經(jīng)更高溫度回火后緩慢冷卻通過脆化溫度區(qū)，則重復(fù)出現(xiàn)，所以又稱為可逆回火脆性。產(chǎn)生的原因一般為Sb、Sn、P等雜質(zhì)元素在原奧氏體晶界上偏聚，鋼中Ni、Cr等合金元素促進(jìn)雜質(zhì)的這種偏聚，而且本身也向晶界偏聚，從而增大了產(chǎn)生回火脆性的傾向。任務(wù)二合金鋼的分類和牌號合金鋼的分類和牌號學(xué)習(xí)合金鋼首先要知道合金鋼的分類以及合金鋼的牌號，通過本任務(wù)的學(xué)習(xí)，可以了解到合金鋼的分類以及主要化學(xué)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，為合金鋼的深入學(xué)習(xí)，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)對合金鋼進(jìn)行分類。會(huì)識別合金鋼牌號。任務(wù)描述任務(wù)描述合金鋼的分類。合金鋼的牌號。一、合金鋼的分類 1.按用途分類 （1）合金結(jié)構(gòu)鋼 用于制造機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)的鋼。（2）合金工具鋼 用于制造各種工具的鋼。（3）特殊性能鋼 具有某種特殊物理、化學(xué)性能的鋼，如:不銹鋼。2.按合金元素總含量分類 （1）低合金鋼 合金元素總含量小于5%。（2）中合金鋼 合金元素總含量5%10%。（3）高合金鋼 合金元素總含量大于10%。3.按所含的主要合金元素分類 鉻鋼（Cr-Fe-C）鉻鎳鋼（Cr-Ni-Fe-C）錳鋼（Mn-Fe-C）硅錳鋼（Si-Mn-Fe-C）二、合金鋼的牌號 我國合金鋼牌號采用碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、合金元素的種類及質(zhì)量分?jǐn)?shù)、質(zhì)量級別來編號的。1.合金結(jié)構(gòu)鋼 合金結(jié)構(gòu)鋼牌號的表示方法為兩位數(shù)字+元素符號+數(shù)字。兩位數(shù)字表示鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)，元素符號表明鋼中含有的主要合金元素，后面的數(shù)字表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。合金元素小于1.5%時(shí)不標(biāo)，平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%2.5%，2.5%3.5%時(shí)，則在相應(yīng)地標(biāo)以2，3如40Cr表示平均wc=0.40%，主要合金元素為鉻，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%以下;又如60Si2Mn表示平均wc=0.60%，主要合金元素錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%，硅的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%。合金鋼如果是高級優(yōu)質(zhì)鋼，在牌號后加“A”字，如18Cr2Ni4WA，如果為特級優(yōu)質(zhì)鋼，則在牌號后面加“E”字。二、合金鋼的牌號 2.滾動(dòng)軸承鋼 滾動(dòng)軸承鋼的牌號的表示方法是在牌號前面加“G”（“滾”字漢語拼音字首），鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不標(biāo)出，合金元素鉻后面的數(shù)字表示鉻平均含量的千分之幾。GCr15鋼中鉻的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wCr=1.50%。3.合金工具鋼 合金工具鋼的牌號為一位數(shù)字+元素符號+數(shù)字。一位數(shù)字表示鋼的平均碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)，元素符號表明鋼中含有的主要合金元素，后面的數(shù)字表示該元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于1%則不予標(biāo)出。如9SiCr表示平均wc=0.9%，主要合金元素硅、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于1.5%;又如Cr12MoV表示平均wc1.0%，主要合金元素鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12%，鉬和釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均小于1.5%。合金工具鋼一般都為高級優(yōu)質(zhì)鋼，因此其牌號后不標(biāo)“A”。二、合金鋼的牌號 4.高速鋼 高速鋼的牌號表示方法與合金工具鋼的表示方法略有不同。高速鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.0%時(shí)不予標(biāo)出，如W18Cr4V表示平均wc1.0%，主要合金元素鎢的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為18%，鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%，釩的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%。5.特殊性能鋼 特殊性能鋼的牌號和合金工具鋼的表示方法基本相同。在特殊性能鋼中當(dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均小于0.03%時(shí)，在牌號前用“00”表示，當(dāng)鋼中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均為0.03%0.08%時(shí)，在牌號前用“0”表示。例如00Cr17Ni14Mo2鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù) wc0.03%、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wCr=17%、鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wNi=14%，鉬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wMo=2%;0Cr19Ni9鋼中碳的平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)wc0.08%、鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wCr=19%、鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為wNi=9%。任務(wù)三合金結(jié)構(gòu)鋼的分類合金結(jié)構(gòu)鋼的分類合金結(jié)構(gòu)鋼是一類可焊接的低碳低合金工程結(jié)構(gòu)用鋼，廣泛用于房屋、橋梁、船舶、車輛、鐵道、高壓容器及大型軍事工程。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)會(huì)合理應(yīng)用各種合金結(jié)構(gòu)鋼。任務(wù)描述任務(wù)描述合金結(jié)構(gòu)鋼的分類。合金結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分、性能、熱處理和應(yīng)用。一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 低合金鋼是在碳素鋼的基礎(chǔ)上，通過加入少量合金元素并在熱軋或熱處理狀態(tài)下，具有高強(qiáng)度、高韌性、較好的焊接性、成型性或耐腐蝕性等特征的鋼材，主要用于制造橋梁、車輛、鍋爐、壓力容器、起重機(jī)械等結(jié)構(gòu)件。一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 1.化學(xué)成分 低合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量較低，一般控制在wc=0.1%0.2%，并以錳為主加元素（wMn=0.8%1.8%），硅的含量較普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼為高（wSi=0.2%0.6%）。為改善鋼的性能，A、B級鋼可加入V或Nb或Ti等細(xì)化晶粒元素。如果不作為合金元素加入時(shí)，其含量下限不受限制。除各牌號A、B級鋼外，其他鋼中應(yīng)至少含有細(xì)化晶粒元素（Al、Nb、V、Ti）其中的一種;如果這些元素同時(shí)使用則至少應(yīng)有一種元素的含量不低于規(guī)定的最小值。有時(shí)為改善鋼的性能，高性能級別鋼可加入鉬、稀土等元素一、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 2.性能特點(diǎn) （1）高的屈服強(qiáng)度與良好的塑性和韌性 由于合金元素強(qiáng)化鐵素體，細(xì)化鐵素體晶粒，增加珠光體數(shù)量以及合金元素可以形成碳化物、氮化物，能夠從固溶體中析出細(xì)小的化合物，所以低合金結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度比碳素結(jié)構(gòu)鋼要高25%50%，當(dāng)其主加元素錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)wMn1.5%以下時(shí)，仍具有良好的塑性與韌性。（2）良好的焊接性能 低合金結(jié)構(gòu)鋼的含碳量低，合金元素少，塑性好，不易在焊縫區(qū)產(chǎn)生淬火組織及裂紋，且加入鈮、鈦、釩還可抑制焊縫區(qū)的晶粒長大，使其焊接性能大大提高。（3）較好的耐蝕性 在低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼中加入合金元素，可明顯提高鋼的耐蝕性。這是發(fā)展低合金鋼的重要原因之一。二、合金滲碳鋼 滲碳鋼主要用于制造要求高耐磨性、承受高接觸應(yīng)力和沖擊載荷的重要零件，如汽車、拖拉機(jī)的變速齒輪，內(nèi)燃機(jī)上凸輪軸、活塞銷等。合金滲碳鋼表面具有高 硬度和高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強(qiáng)度，即表硬里韌;具有良好的熱處理工藝性能，如高的淬透性和滲碳能力，在高的滲碳溫度下，奧氏體晶粒長大傾向小以便于滲碳后直接淬火。二、合金滲碳鋼 2.熱處理和組織特點(diǎn) 滲碳后的熱處理通常采用直接淬火加低溫回火。使用狀態(tài)下的組織為表面是高碳回火馬氏體加顆粒狀碳化物和殘余奧氏體，心部是低碳回火馬氏體加鐵素體（淬透）或屈氏體加少量的回火馬氏體及鐵素體（未淬透）。二、合金滲碳鋼 3.常用鋼種 根據(jù)淬透性不同，可將滲碳鋼分為三類。（1）低淬透性滲碳鋼 典型鋼種如20、20Cr等，其淬透性和心部強(qiáng)度均較低，水淬后臨界直徑不超過2035 mm。只適用于制造受沖擊載荷較小的耐磨件，如小軸、小齒輪、活塞銷等。（2）中淬透性滲碳鋼 典型鋼種如20CrMnTi等，其淬透性較高，油淬后臨界直徑約為2560 mm，力學(xué)性能和工藝性能良好，大量用于制造承受高速中載、抗沖擊和耐磨損的零件，如汽車、拖拉機(jī)的變速齒輪、離合器軸等。（3）高淬透性滲碳鋼 典型鋼種如18Cr2Ni4WA等，其油淬后臨界直徑大于100 mm，且具有良好的韌性，主要用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機(jī)、坦克的曲軸和齒輪等。三、合金調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼用于制造一些受力復(fù)雜的重要零件，它既要求有很高的強(qiáng)度，又要有很好的塑性和韌性，即具有良好的綜合力學(xué)性能。三、合金調(diào)質(zhì)鋼 1.化學(xué)成分 合金調(diào)質(zhì)鋼的wC=0.25%0.50%。碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低，則淬硬性不足而使鋼的強(qiáng) 度、硬度過低;碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，則塑性、韌性不夠。調(diào)質(zhì)零件的力學(xué)性能與淬透性密切相關(guān)，零件尺寸較大時(shí)，合金調(diào)質(zhì)鋼的性能水平將大大優(yōu)于非合金鋼。鋼中加入的合金元素有錳、硅、鉻、鎳、硼、釩、鉬、鎢等，主要是為了提高淬透性。其中錳、鉻、鎳、硅等還能強(qiáng)化鐵素體;鉬、鎢、釩等碳化物形成元素，可細(xì)化晶粒，提高耐回火性;鉬、鎢能防止第二類回火脆性。三、合金調(diào)質(zhì)鋼 2.熱處理和組織特點(diǎn) 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。為防止第二類回火脆性的出現(xiàn)，某些調(diào)質(zhì)鋼回火后應(yīng)進(jìn)行快冷。三、合金調(diào)質(zhì)鋼 3.常用鋼種 按淬透性的高低，合金調(diào)質(zhì)鋼分為以下三類:（1）低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 合金元素含量較少，淬透性較差，但力學(xué)性能和工藝性能較好，主要用于制作一般尺寸的重要零件。為節(jié)約鉻，常用40MnB或42SiMn代替40Cr。（2）中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 合金元素含量較多，淬透性較高，主要用來制造截面較大、承受較大載荷的調(diào)質(zhì)件，如曲軸、連桿等。常用牌號為40CrMn、35CrMo、38CrMoAl。（3）高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼 合金元素含量比前兩類調(diào)質(zhì)鋼多，淬透性高，主要用于制造大截面、承受重載荷的重要零件，如汽輪機(jī)主軸、航空發(fā)動(dòng)機(jī)主軸等。常用牌號有40CrMnMo、40CrNiMoA、25Cr2Ni4WA等。四、合金彈簧鋼 彈簧鋼是用于制造彈簧等彈性元件的鋼種。彈簧鋼是在沖擊、振動(dòng)或長期交變應(yīng)力下使用，所以要求彈簧鋼有高的抗拉強(qiáng)度、彈性極限、高的疲勞強(qiáng)度。在工藝上要求彈簧鋼有一定的淬透性、不易脫碳、表面質(zhì)量好等。四、合金彈簧鋼 1.化學(xué)成分 一般碳素彈簧鋼的wc=0.6%0.9%，以保證得到較高的疲勞極限和屈服點(diǎn)。由于合金元素的加入，使共析點(diǎn)左移，故合金彈簧鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為wc=0.45%0.7%。在合金彈簧鋼加入錳、硅、鉻、釩、鉬等合金元素，主要目的是提高鋼的淬透性，使回火后沿整個(gè)截面獲得均勻的回火屈氏體，當(dāng)然也使鋼的鐵素體得到強(qiáng)化。因而提高了鋼的力學(xué)性能。輔加元素是少量的鉬、鎢、釩。作用是減少脫碳和過熱傾向，同時(shí)進(jìn)一步提高屈強(qiáng)比、彈性極限和耐熱性。釩還能提高沖擊韌性。另外，彈簧鋼的純度對其疲勞強(qiáng)度有很大影響，因此，對承受較高應(yīng)力的合金彈簧鋼絲來說，其硫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)小于0.02%。四、合金彈簧鋼 2.合金彈簧鋼的熱處理 根據(jù)彈簧的尺寸的不同，成型與熱處理方法也有所不同。彈簧鋼一般以熱處理狀態(tài)交貨。（1）熱成型彈簧的熱處理 板彈簧多數(shù)是將熱成型和熱處理結(jié)合進(jìn)行的，即利用熱成型后的預(yù)熱進(jìn)行淬火，然后再進(jìn)行中溫回火。而螺旋彈簧則大多是在熱成型結(jié)束后，再重 新進(jìn)行淬火和中溫回火處理。（2）冷成型彈簧的熱處理 冷拉彈簧鋼絲一般以熱處理狀態(tài)交貨。按照制造工藝不同，可分為索氏體化處理冷拉鋼絲、油淬回火鋼絲及退火狀態(tài)供應(yīng)的合金彈簧鋼絲三種類型四、合金彈簧鋼 索氏體化處理冷拉鋼絲:鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行去應(yīng)力回火，以消除應(yīng)力。油淬回火鋼絲:冷拉成所需尺寸后，進(jìn)行油淬回火處理。鋼絲制成彈簧后只需進(jìn)行去應(yīng)力回火，以消除應(yīng)力。退火冷拉鋼絲:退火狀態(tài)供應(yīng)的合金彈簧鋼絲首先是冷卷成彈簧后，再進(jìn)行淬火和回火處理。彈簧因要求高的表面質(zhì)量，在熱處理后，往往需采用噴丸處理，以消除或減輕表面缺陷的有害影響，使表面產(chǎn)生硬化層和由表面硬化產(chǎn)生的應(yīng)力。五、滾動(dòng)軸承鋼 滾動(dòng)軸承鋼是用于制造各種軸承的滾珠、滾柱和內(nèi)外套圈，也可用來制造各種工具和耐磨零件。滾動(dòng)軸承在工作中需承受很高的交變載荷，滾動(dòng)體與內(nèi)外圈之間的接觸應(yīng)力大，同時(shí)又工作在潤滑劑介質(zhì)中。因此，滾動(dòng)軸承鋼具有高的抗壓強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度，有一定的韌性、塑性、耐磨性和耐蝕性。五、滾動(dòng)軸承鋼 1.化學(xué)成分 常用的軸承鋼是高碳低鉻鋼，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.95%1.15%，以保證軸承鋼具有高強(qiáng)度、硬度，并形成足夠的合金碳化物以提高耐磨性。鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%1.65%。加入鉻是為了提高淬透性，并在熱處理后形成細(xì)小均勻分布的合金滲碳體，提高鋼的硬度、接觸疲勞強(qiáng)度。如果含鉻過多，會(huì)增加淬火后的殘余奧氏體量，并使碳化物分布不均勻。制造大尺寸軸承時(shí)，為進(jìn)一步提高其淬透性，可加硅、錳等元素。高碳低鉻軸承鋼對硫、磷含量限制極嚴(yán)（ws0.02%、wp0.027%），因硫、磷會(huì)形成非金屬夾雜物，降低接觸疲勞抗力。故軸承鋼是一種高級優(yōu)質(zhì)鋼（但在牌號后不加“A”字）。五、滾動(dòng)軸承鋼 2.常用的軸承鋼及熱處理 目前我國以高碳低鉻軸承鋼應(yīng)用最廣（占90%左右）。在高碳低鉻軸承鋼中，又以GCr15、GCr15SiMn鋼應(yīng)用最多。前者用于制造中、小型軸承的內(nèi)外套圈及滾動(dòng)體，后者應(yīng)用于大型滾動(dòng)軸承。對于承受很大沖擊或特大型軸承，常用合金滲碳鋼制造，常用的滲碳軸承鋼有 20Cr2Ni4、20CrMo等，對于要求耐腐蝕的軸承，可采用馬氏體型不銹鋼制造。五、滾動(dòng)軸承鋼 滾動(dòng)軸承鋼的熱處理包括預(yù)備處理（球化退火）和最終熱處理（淬火后低溫回火）。球化退火的目的是降低鍛造后鋼的硬度，以便于切削加工，并為淬火做好組織準(zhǔn)備。淬火后低溫回火的目的是使鋼的力學(xué)性能滿足使用要求，提高零件強(qiáng)度、硬度和耐磨性，并獲得必要的韌性。淬火、低溫回火后，組織由極細(xì)的回火馬氏體，細(xì)小而均勻分布的碳化物及少量殘余奧氏體組成，硬度為6165 HRC。對于精密軸承零件，為了保證使用過程中的尺寸穩(wěn)定性，淬火后還應(yīng)進(jìn)行冷處理使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變，然后再進(jìn)行低溫回火。磨削加工后，再在120130 下時(shí)效510 h。任務(wù)四合金工具鋼合金工具鋼工業(yè)生產(chǎn)中所用的模具和刃具都是由合金工具鋼制造的，本任務(wù)我們將詳細(xì)了解下合金工具鋼的分類、性能和應(yīng)用。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)看牌號會(huì)識別各種合金工具鋼。會(huì)合理應(yīng)用各合金工具鋼。任務(wù)描述任務(wù)描述合金工具鋼的分類。合金工具鋼的牌號含義。合金工具鋼的性能、熱處理和應(yīng)用。一、合金刃具鋼 用來制造車刀、銑刀、鉆頭等各種金屬切削刀具，圖是常用的各種切削刀具。刃具在工作條件下產(chǎn)生強(qiáng)烈的磨損并發(fā)熱，還有震動(dòng)和承受一定的沖擊負(fù)荷。因此，刃具鋼要求具備高硬度、耐磨和高的熱硬性（在高溫仍能保持足夠高硬度的特性），有足夠的強(qiáng)度和韌性。合金刃具鋼分為低合金刃具鋼和高速鋼兩種。一、合金刃具鋼 1.低合金刃具鋼 （1）化學(xué)成分 低合金刃具鋼是在碳素工具鋼的基礎(chǔ)上加入少量的合金元素的鋼。鋼中主要加入鉻、錳、硅等合金元素，目的是提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性，保持高的硬度。加入少量的鎢、釩是為了提高鋼的硬度和耐磨性，并防止加熱時(shí)過熱，保持晶粒細(xì)小。（2）常用的低合金刃具鋼 9SiCr是最常用的低合金刃具鋼。9SiCr由于加入鉻和硅，使其有高的淬透性及回火穩(wěn)定性，碳化物小而均勻，熱硬度可達(dá)250 以上，適用于制作刀刃細(xì)薄的低速切削刀具。如絲錐、板牙、鉸刀等。CrWMn鋼的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.90%1.05%，鉻、鎢、錳同時(shí)加入，使鋼具有更高的 硬度和耐磨性，但熱硬性不如9SiCr。主要用來制造較精密的低速刀具，如長鉸刀、拉刀等。一、合金刃具鋼（3）低合金刃具鋼的熱處理 低合金刃具鋼的熱處理工藝與碳素工具鋼基本相同。低合金刃具鋼的熱處理包括預(yù)先熱處理（球化退火）和最終熱處理（淬火后低溫回火）。低合金刃具鋼的預(yù)先熱處理為球化退火，在機(jī)加工之前進(jìn)行球化退火。組織為球狀珠光體。最終熱處理為淬火后低溫回火，低溫回火后的組織為細(xì)的回火馬氏體、碳化物顆粒和少量殘余奧氏體，熱處理后硬度達(dá)6065 HRC。一、合金刃具鋼 2.高速鋼 用于制造較高速度切削刃具的鋼稱為高速鋼。其具有熱硬性高、耐磨性好、強(qiáng)度高等特性，也可用于制造性能要求高的模具、軋輥、高溫軸承和高溫彈簧等。高速工具鋼在600 左右的工作溫度下仍能保持高的硬度，而且其韌性、耐磨性和耐熱性均較好，使刀具的使用壽命可成倍的增加。目前，廣泛用于制造切削速度較高的刀具和形狀復(fù)雜、載荷較大的成形刀具。高速鋼的第二個(gè)特點(diǎn)是淬透性高，這種鋼在空氣中冷卻也可得到馬氏體組織，所以也稱“鋒鋼”。一、合金刃具鋼（1）化學(xué)成分 高速鋼一般含碳量為0.70%1.65%，以保證足夠的碳與各種碳化物形成元素相配合形成碳化物，淬火加熱時(shí)部分碳化物溶于奧氏體，保證了馬氏體的高硬度，另一部分未溶碳化物則可阻礙奧氏體晶粒長大。高速工具鋼常加入的合金元素有W、Mo、Cr、V、Co等合金元素。鎢和鉬是高速鋼回火時(shí)產(chǎn)生二次硬化最基本的合金元素。鎢和鉬作用相似，Mo的原子量約為W的一半，一般可用1%Mo取代2%W。鎢在高速鋼中形成很穩(wěn)定的合金碳化物 （Fe4W2C），它在淬火時(shí)部分固溶，回火時(shí)又以W2C碳化物彌散析出，使鋼強(qiáng)化，提高硬度和耐磨性，剩下未溶的Fe4W2C碳化物（主要來自共晶碳化物）可阻止淬火加熱時(shí)的晶粒長大和增加耐磨性。一、合金刃具鋼 加入鉻元素是為保證鋼的高淬透性，各種高速鋼都含鉻4%左右。在淬火加熱時(shí)，鉻幾乎全部溶于奧氏體中，鉻還提高鋼的回火抗力，并在回火時(shí)析出鉻的碳化物，改善耐磨性。但含鉻太多會(huì)增加鋼中的殘余奧氏體量，降低鋼的硬度。釩是提高耐磨性和熱硬性的重要元素之一。釩在鋼中生成的碳化物淬火加熱時(shí)可部分固溶，未溶的碳化物有助于阻止淬火加熱時(shí)晶粒長大，而且由于硬度極高，能顯著提高鋼的耐磨性。（2）常用高速工具鋼 我國的高速鋼有鎢系、鎢鉬系、超硬系三大類。W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2和W9Mo3Cr4V為較常用的高速鋼，這三個(gè)鋼號的產(chǎn)量占目前國內(nèi)生產(chǎn)和使用的95%以上。一、合金刃具鋼（3）高速工具鋼的熱處理 高速鋼的退火:高速鋼退火的目的是降低硬度，便于切削加工，消除鍛造的應(yīng)力（內(nèi)、外應(yīng)力）并為隨后的機(jī)械加工、淬火做好組織準(zhǔn)備。生產(chǎn)中常采用等溫球化退火，即將工件 加熱至860880 保溫，快冷至720750 保溫，使奧氏體等溫分解，隨爐冷至500 以下出爐空冷。高速鋼的淬火及回火:高速鋼刀具所要求的硬度、強(qiáng)度、熱硬度和耐磨性是通過正確的淬火和回火之后獲得的，所以淬火和回火工藝決定刀具的使用性能和壽命，是熱處理的關(guān)鍵。一、合金刃具鋼 高速鋼導(dǎo)熱性差，塑性較低。如果直接將工件由室溫加熱至1200 以上，將產(chǎn)生很大的應(yīng)力，加熱時(shí)易引起變形開裂。冷卻時(shí)這種由加熱過急造成的應(yīng)力，也增加了變形開裂的傾向。為了減少熱應(yīng)力，實(shí)踐中采用分級預(yù)熱，熱處理工藝中的500600 和800850 兩次預(yù)熱，通過預(yù)熱縮短了高溫加熱時(shí)間，有利于防止工件的氧化脫碳。一、合金刃具鋼為了消除淬火應(yīng)力，穩(wěn)定組織，減少殘余奧氏體，達(dá)到所要求的性能指標(biāo)，高速鋼淬火后必須及時(shí)進(jìn)行回火（一般進(jìn)行三次）。這是因?yàn)楦咚黉摯慊鸷蟠蟛糠洲D(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，殘余奧氏體量是20%25%，甚至更高。第一次回火后，又有15%左右的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。還有10%左右的殘余奧氏體，15%左右新轉(zhuǎn)變未經(jīng)回火的馬氏體，還會(huì)產(chǎn)生新的應(yīng)力，對性能還有一定的影響。為此，要進(jìn)行二次回火，這時(shí)又有5%6%的殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，同樣原因?yàn)榱耸故Ｓ嗟臍堄鄪W氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，和使淬火馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體并消除應(yīng)力，需進(jìn)行第三次回火。經(jīng)過三次回火殘余奧氏體約剩1%3%。二、模具鋼 模具鋼是用于制造各種金屬成型用的模具、工具。根據(jù)工作條件的不同，模具鋼分為冷作模具鋼、熱作模具鋼等。1.冷作模具鋼 冷作模具鋼是指用于制造在冷態(tài)下變形或分離的模具用鋼，如冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模、拉絲模和滾絲膜等。冷作模具在工作時(shí)要承受很大的載荷，如剪刀、壓力、彎矩等，而且這些載荷大都帶有沖擊性質(zhì);同時(shí)模具與配料間還發(fā)生強(qiáng)烈摩擦，因此，冷作模具鋼的性能要求與刃具鋼相似，要求具有高強(qiáng)度、高硬度、足夠的韌性和良好的耐磨性。對于高精度的模具要求熱處理變形小，以保證模具的加工精度，大型模具還要求良好的淬透性。二、模具鋼（1）化學(xué)成分 冷作模具鋼的化學(xué)成分與低合金刃具鋼和高速工具鋼相似具有較高的碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，一般碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0%以上。冷作模具鋼常加入Cr、Mo、W、V等合金元素，形成難溶碳化物，以提高鋼的硬度和耐磨性。如常用冷作模具鋼Cr12、Cr12MoV，含鉻量高達(dá)11%13%。鉻還可顯著提高鋼的淬透性。鉬和釩除改善鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性外，還起到細(xì)化晶粒、改善碳化物的不均勻性的作用。對于要求不高的小型冷作模具，則大多采用碳素工具鋼或低合金刃具鋼。如T10A、T12、9CrSi、CrWMn和GCr15等。大型冷作模具鋼Cr12、Cr12MoV一般采用高碳高鉻鋼制造，這類鋼具有高的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。二、模具鋼（2）冷作模具鋼的熱處理 冷作模具鋼的性能要求與刃具鋼相似，但要求熱處理后的變形要小，而對熱硬性的要求不高。一般冷作模具鋼在鍛造之后需進(jìn)行球化退火，目的是為消除鍛造應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能，細(xì)化晶粒為淬火作好組織準(zhǔn)備。冷作模具鋼的最終熱處理為淬火后低溫回火，最終熱處理后的組織為回火馬氏體、未溶碳化物和少量殘余奧氏體。二、模具鋼 2.熱作模具鋼 熱作模具鋼是用來制造金屬在高溫下成型的模具，如制造熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。熱作模具在工作時(shí)需要承受較大的載荷（如壓力、擴(kuò)張力等），如金屬在型腔內(nèi)流動(dòng)的摩擦力，反復(fù)急冷急熱時(shí)產(chǎn)生的熱應(yīng)力等。因此，要求熱作模具鋼應(yīng)具有高的熱硬性和高溫耐磨性、足夠的強(qiáng)度和韌性、高的熱穩(wěn)定性和高的抗熱疲勞強(qiáng)度。二、模具鋼（1）化學(xué)成分 熱作模具鋼一般是中碳鋼（含碳量wc=0.3%0.6%），以保證在回火后獲得較高的強(qiáng)度和韌性。鋼中加入的合金元素為鉻、鎳、錳、鎢、鉬、釩等。鉻、鎳、錳的主要作用是提高淬透性、強(qiáng)度和抗氧化性能;鉬、鎢、釩加入能產(chǎn)生二次硬化。（2）常用的熱作模具鋼 表6-7是常用的熱作模具鋼的牌號、化學(xué)成分、熱處理及用途。（3）熱作模具鋼的熱處理 對于熱作模具鋼，要進(jìn)行反復(fù)鍛造，其目的是使碳化物均勻分布。鍛造后退火，目的在于消除鍛造應(yīng)力，改善切削加工性能。退火后的組織為細(xì)片狀珠光體與鐵素體。熱作模具鋼的最終熱處理一般為淬火后高溫（或中溫）回火，以獲得均勻的回火索氏體（或回火托氏體）組織，硬度為40 HRC左右，具有一定的強(qiáng)度和較高的韌性。二、模具鋼 3.合金量具鋼 合金量具鋼是用于制造各種測量工具（如卡尺、塊規(guī)、千分尺、卡規(guī)、塞規(guī)、樣板等）所使用的合金鋼。為了保證量具的精確性，要求量具有高的硬度和耐磨性，同時(shí)還必須有高的尺寸穩(wěn)定性。二、模具鋼 量具鋼的熱處理方法與刃具鋼相似，進(jìn)行球化退火，淬火后低溫回火。為了獲得較高的硬度和耐磨性，回火溫度可低些。量具熱處理的主要問題是要保證量具在使用過程中的尺寸穩(wěn)定性。出現(xiàn)量具尺寸不穩(wěn)定的原因，主要是由于殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗瘃R氏體時(shí)所引起的尺寸膨脹，馬氏體在室溫下析出碳化物引起尺寸收縮，淬火及磨削所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力也導(dǎo)致尺寸的變化。量具鋼沒有專用鋼。用高碳鋼制造尺寸小且形狀簡單的量具;用低合金刃具鋼制造復(fù)雜的精密量具;用不銹鋼制造要求耐蝕性高的量具。任務(wù)五特殊性能鋼特殊性能鋼 生活中有許多具有某些特殊物理或化學(xué)性能的鋼，比如不生銹的刀具。這些具有特殊性能的鋼廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造行業(yè)之中。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)認(rèn)識不銹鋼。會(huì)合理使用不銹鋼。任務(wù)描述任務(wù)描述特殊性能鋼的分類。特殊性能鋼的成分、性能和應(yīng)用。一、不銹鋼 不銹鋼是不銹耐酸鋼的簡稱，耐空氣、蒸汽、水等弱腐蝕介質(zhì)或具有不銹性的鋼種稱為不銹鋼;而將耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕（酸、堿、鹽等化學(xué)侵蝕）的鋼種稱為耐酸鋼。由于兩者在化學(xué)成分上的差異而使它們的耐蝕性不同，普通不銹鋼一般不耐化學(xué)介質(zhì)腐蝕，而耐酸鋼則一般均具有不銹性。一、不銹鋼 1.常用不銹鋼 按化學(xué)成分可分為鉻不銹鋼、鎳鉻不銹鋼、鉻錳不銹鋼等。按金相組織特點(diǎn)則可分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼及奧氏體鐵素體不銹鋼四種類型。（1）奧氏體不銹鋼 在常溫下具有奧氏體組織的不銹鋼。鋼中含Cr17%19%、Ni8%11%、C小于0.15%時(shí)，具有穩(wěn)定的奧氏體組織。奧氏體鉻鎳不銹鋼包括著名的 18Cr-8Ni鋼和在此基礎(chǔ)上增加Cr、Ni含量并加入Mo、Cu、Si、Nb、Ti等元素發(fā)展起來的高Cr-Ni系列鋼。奧氏體不銹鋼無磁性而且具有高韌性和塑性，但強(qiáng)度較低，不能通過相變使之強(qiáng)化，僅能通過冷加工進(jìn)行強(qiáng)化。如加入S、Ca、Se、Te等元素，則具有良好的易切削性。此類鋼除耐氧化性酸介質(zhì)腐蝕外，如果含有Mo、Cu等元素還能耐硫酸、磷酸以及甲酸、醋酸、尿素等的腐蝕。此類鋼中的含碳量若低于0.03%或含Ti、Ni，就可顯著提高其耐晶間腐蝕性能。由于奧氏體不銹鋼具有全面的和良好的綜合性能，在各行各業(yè)中獲得了廣泛的應(yīng)用。一、不銹鋼（2）鐵素體不銹鋼 在使用狀態(tài)下以鐵素體組織為主的不銹鋼。含鉻量在11%30%，具有體心立方晶體結(jié)構(gòu)。這類鋼一般不含鎳，有時(shí)還含有少量的Mo、Ti、Nb等元素，這類鋼具有導(dǎo)熱系數(shù)大，膨脹系數(shù)小、抗氧化性好、抗應(yīng)力腐蝕優(yōu)良等特點(diǎn)，多用于制造耐大氣、水蒸氣、水及氧化性腐蝕的零部件。這類鋼存在塑性差、焊后塑性和耐蝕性明顯降低等缺點(diǎn)，因而限制了它的應(yīng)用。爐外精煉技術(shù)（AOD或VOD）的應(yīng)用可使碳、氮等間隙元素大大降低，因此使這類鋼獲得廣泛應(yīng)用。（3）馬氏體不銹鋼 通過熱處理可以調(diào)整其力學(xué)性能的不銹鋼，通俗地說，是一類可硬化的不銹鋼。典型牌號為Cr13型，如2Cr13、3Cr13、4Cr13等。淬火后硬度較高，不同回火溫度具有不同強(qiáng)韌性組合，主要用于蒸汽輪機(jī)葉片、餐具、外科手術(shù)器械。根據(jù)化學(xué)成分的差異，馬氏體不銹鋼可分為馬氏體鉻鋼和馬氏體鉻鎳鋼兩類。二、耐熱鋼 耐熱鋼是在高溫下具有較高的強(qiáng)度和良好的化學(xué)穩(wěn)定性的合金鋼。耐熱鋼常用于制造鍋爐、汽輪機(jī)、動(dòng)力機(jī)械、工業(yè)爐和航空、石油化工等工業(yè)部門中在高溫下工作的零部件。耐熱鋼包括抗氧化鋼和熱強(qiáng)鋼兩類。二、耐熱鋼 1.抗氧化鋼 一般鋼鐵在較高溫度下（650 以上），表面容易氧化，主要是由于在高溫下生成松脆多孔的FeO較易剝落。氧原子容易通過FeO進(jìn)行擴(kuò)散，使鋼的內(nèi)部能繼續(xù)進(jìn)行氧化，最終導(dǎo)致零件破壞?？寡趸撝屑尤牒辖鹪劂t、硅、鋁等，它們與氧更容易反應(yīng)，故優(yōu)先被氧化，形成一層牢固的在鋼表面覆蓋的致密的、高熔點(diǎn)氧化膜（氧化鉻、二氧化硅、氧化鋁），可隔絕金屬與外界高溫氧化性氣體，從而避免金屬被進(jìn)一步氧化。生活中實(shí)際使用的抗氧化鋼，大多數(shù)是在鉻鋼、鉻鎳鋼、鉻錳氮鋼基礎(chǔ)上添加硅、鋁制成的。這些抗氧化鋼和不銹鋼一樣，含碳量越多，越會(huì)降低鋼的抗氧化性。所以一般抗氧化鋼都是低碳鋼。二、耐熱鋼 2.熱強(qiáng)鋼 金屬在高溫下的強(qiáng)度有兩個(gè)特點(diǎn):一是隨著溫度的升高，金屬原子間的結(jié)合力減弱和強(qiáng)度下降;二是在再結(jié)晶溫度以上，即使該溫度下金屬的彈性極限超過了金屬受的應(yīng)力，塑性變形也會(huì)慢慢地進(jìn)行，而且變形量隨著時(shí)間的延長而增加，最后就會(huì)造成不可逆的金屬破壞。這種現(xiàn)象稱為蠕變。產(chǎn)生蠕變的原因是:在高溫下金屬原子擴(kuò)散能力增大，使那些在低溫下起強(qiáng)化作用的因素逐漸減弱或消失。例如，可促使回復(fù)與再結(jié)晶，使加工硬化效果減弱或消失;促使過飽和固溶體（如馬氏體）發(fā)生分解及彌散的硬化質(zhì)點(diǎn)聚集，使淬火硬化效果減弱或消失等。所有這些過程都導(dǎo)致金屬逐漸軟化而產(chǎn)生蠕變。顯然，其過程與溫度、時(shí)間有關(guān)。二、耐熱鋼 根據(jù)上述分析，提高材料高溫強(qiáng)度的方法有:（1）提高再結(jié)晶溫度 鋼中加入鉻、鉬、鎢、錳、鈮等元素，鋼基體中固溶體的原子間結(jié)合力就會(huì)增加，使原子擴(kuò)散困難，并推遲再結(jié)晶過程的進(jìn)行，其中以鎢、鉬作用最強(qiáng)。非碳化物形成元素鈷、鎳、硅也能提高再結(jié)晶溫度。（2）利用析出碳化物相而產(chǎn)生強(qiáng)化 在鋼中加入鈦、鈮、釩、鎢、鉬、鉻等元素，就會(huì)形成彌散分布而又穩(wěn)定的碳化物等，這些碳化物等在較高溫度下，不容易匯聚長大，所以可以起到阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加高溫強(qiáng)度的作用。（3）采用較粗晶粒的鋼 因高溫下晶界的強(qiáng)度比晶粒內(nèi)部強(qiáng)度低（這與室溫時(shí)情況正好相反），因此，粗晶粒鋼的高溫強(qiáng)度比細(xì)晶粒鋼好。此外，在熱處理上采取適當(dāng)措施，使鋼組織在工作溫度下，能長期保持穩(wěn)定，不致因組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生軟化或脆化。二、耐熱鋼 根據(jù)上述分析，提高材料高溫強(qiáng)度的方法有:（1）提高再結(jié)晶溫度 鋼中加入鉻、鉬、鎢、錳、鈮等元素，鋼基體中固溶體的原子間結(jié)合力就會(huì)增加，使原子擴(kuò)散困難，并推遲再結(jié)晶過程的進(jìn)行，其中以鎢、鉬作用最強(qiáng)。非碳化物形成元素鈷、鎳、硅也能提高再結(jié)晶溫度。（2）利用析出碳化物相而產(chǎn)生強(qiáng)化 在鋼中加入鈦、鈮、釩、鎢、鉬、鉻等元素，就會(huì)形成彌散分布而又穩(wěn)定的碳化物等，這些碳化物等在較高溫度下，不容易匯聚長大，所以可以起到阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，增加高溫強(qiáng)度的作用。（3）采用較粗晶粒的鋼 因高溫下晶界的強(qiáng)度比晶粒內(nèi)部強(qiáng)度低（這與室溫時(shí)情況正好相反），因此，粗晶粒鋼的高溫強(qiáng)度比細(xì)晶粒鋼好。此外，在熱處理上采取適當(dāng)措施，使鋼組織在工作溫度下，能長期保持穩(wěn)定，不致因組織轉(zhuǎn)變產(chǎn)生軟化或脆化。二、耐熱鋼（1）珠光體鋼 這類鋼在350600 范圍內(nèi)使用。其含碳量較低，合金元素總量不超過35%。它廣泛應(yīng)用于動(dòng)力、石油部門作為鍋爐用鋼與管道材料。（2）馬氏體鋼 這類鋼在小于620 范圍內(nèi)使用。常用的鋼號有馬氏體不銹鋼1Cr13、2Cr13以及在其基礎(chǔ)上發(fā)展的1Cr11MoV、1Cr12WMoV。此外，4Cr9Si2及4Cr10Si2Mo等鉻硅鋼是另一類馬氏體熱強(qiáng)鋼，它們含碳量為中碳，主要為提高耐磨性，常用作制造內(nèi)燃機(jī)的氣閥，故又稱為氣閥鋼。（3）奧氏體鋼 這類鋼一般在600700 范圍內(nèi)使用，常用的鋼號有1Cr18Ni9Ti，它是奧氏體不銹鋼，同時(shí)又有高的抗氧化性（700900），并在600 還有足夠的強(qiáng)度。常用于高壓鍋爐的過熱器、化工高壓反應(yīng)器。三、耐磨鋼（高錳鋼）用于制造坦克、拖拉機(jī)的履帶、碎石機(jī)顎板、鐵路道岔、挖掘機(jī)鏟斗、防彈鋼材等零件。高錳鋼的主要成分為鐵、碳和錳，wc=1.0%1.5%，wMn=11%14%，典型牌號是 ZGMn13。高碳含量可以提高耐磨性;錳含量很高，可以保證熱處理后得到單相奧氏體組 織。通常錳碳比（Mn/C）控制在911。對于耐磨性要求較高、沖擊韌性要求稍低、形狀不復(fù)雜的零件，錳碳比取下限（wc=1.2%1.3%、wMn=11%14%）;反之，則取上限（wc=0.9%1.1%、wMn=10%13%）。三、耐磨鋼（高錳鋼）高錳鋼鑄態(tài)組織中存在著沿奧氏體晶界析出的碳化物，使鋼的力學(xué)性能變壞，特別是使沖擊韌度和耐磨性降低，所以必須經(jīng)過正確的熱處理使其全部獲得奧氏體組織才呈現(xiàn)出優(yōu)良的性能。高錳鋼熱處理的方法是將鋼經(jīng)10501100 加熱保溫，使碳化物全部溶入奧氏體，然后在水中快冷，防止碳化物析出，保證得到單相奧氏體組織，這種熱處理方法稱為“水韌處理”。經(jīng)水韌處理后的高錳鋼的強(qiáng)度、硬度不高，而塑性、韌性良好。當(dāng)這種鋼在工作時(shí)，如果受到強(qiáng)烈的沖擊、壓力與摩擦，則表面因塑性變形會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，并發(fā)生奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，表面硬度可達(dá)到5058 HRC，從而使表層金屬具有高的硬度和耐磨性，而心部仍保持原有奧氏體所具有的高的塑性和韌性。當(dāng)舊表面磨損后，新露出的表面又可在沖擊與摩擦作用下，獲得新的耐磨層。這種表面硬化，隨著工件不斷磨損而不斷硬化，直到工件報(bào)廢。謝謝