分类和典型牌号：     天津恒华钢铁贸易有限公司主营:各种规格的型材、板材、管材、合金圆钢、u型钢、c型钢。公司主要产品有：q345bh型钢、焊接h型钢、q345b槽钢、日标槽钢、q345b镀锌槽钢、q345b工字钢、镀锌工字钢、等边角钢、不等边角钢 、圆钢，方管，镀锌方管、镀锌管、q345b方管,不锈钢管、不锈钢板、镀锌工字钢、热镀锌扁钢、热镀锌等边角钢、热镀锌角钢,中低压不锈钢管、高压不锈钢管、镀锌板、锰板，碳钢板、中厚板、合金板、耐磨板规格齐全。           低淬透性渗碳钢，典型钢种20、20cr，其水淬临界直径20－35mm，渗碳淬火后，心部强韧性较低，只适于制造受冲击载荷较小的耐磨零件，如销、凸轮、滑块、小齿轮等。中淬透性渗碳钢，典型钢种为20crmnti，其油淬临界直径约为25～60mm，主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨性的汽车、拖拉机齿轮等零件。高淬透性渗碳钢，典型钢种为18cr2ni4wa、20cr2ni4a，其油淬临界直径>100mm，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等。 常用牌号：15、20、20cr、20crmnti、20mntib等，通常尺寸小、受力小的零件，采用低碳钢，而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢。热处理特点：预备热处理，一般是正火，组织为p＋f，目的是硬度，组织和切削加工性能；终热处理，一般是渗碳后直接淬火＋低温回火。其组织为：表面组织为“m回＋碳化物＋少量ar”,心部组织依钢的淬透性及工件尺寸而定，淬透时为低碳m回，未淬透为低碳m回＋f＋p。应用举例：下面以应用广泛的20crmnti钢为例，分析其热处理工艺规范。20crmnti是中淬透性钢，适宜制造承受高速中载并且抗冲击和耐磨损的零件。如汽车、拖拉机的后桥和变速箱齿轮、离合器轴、伞齿轮和一些重要的轴类零件。用20crmnti钢制作齿轮的加工工艺路线如下：下料→锻造→正火→机加工齿形→滲碳，预冷淬火＋低温回火→磨齿。预备热处理为正火，正火后的组织为（s＋f），其目的是锻造组织；硬度（170～210hbs）便于机加工。终热处理为滲碳后预冷到875℃直接淬火＋低温回火；预冷的目的在于淬火变形，同时在预冷中，滲层中可以析出二次滲碳体，在淬火后了残余奥氏体量。终热处理后组织由表面到心部为“m回＋碳化物＋少量a残→m回+少量a残→低碳m＋f＋p。2．调质钢采用调质处理，即淬火+高温回火后使用的优质碳素钢和合金结构钢，统称为调质钢。应用：用于受力较复杂的重要结构零件。如机床主轴、火车发动机曲轴、汽车后桥半轴等轴类零件，以及连杆、螺栓、齿轮等。性能要求：具有良好的综合力学性能，即高的强度、良好塑性和韧性。成分特点：碳含量：中碳wc：0.25～0.5％，保证热处理后具有足够的强度、良好的塑性和韧性。含碳量太低，强度硬度不足；太高，塑性、韧性；为达到两者兼顾，取中碳范围。一般碳素调质钢的淬透性低，含碳量偏上限；合金调质钢淬透性好，随合金元素的，含碳量趋于下限，如30crmnsi、38crmoal。合金元素：主加cr、ni、mn、si、al等，淬透性，调质处理后有良好的综合力学性能；辅加w、mo元素，防止高温回火脆性，细化晶粒，回火性。分类及典型牌号：按淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类：①低淬透性调质钢。典型钢种45、40cr，这类钢的油淬临界直径为30～40mm，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。35simn、40mnb是为节约铬而发展的代用钢种。②中淬透性调质钢。典型钢种40crni，这类钢的油淬临界直径为40～60mm，含有较多的合金元素，用于制造截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。③高淬透性调质钢。典型钢种40crnimoa，这类钢的油淬临界直径为60～100mm，多半为铬镍钢。铬、镍的适当配合，可大大淬透性，并能比较优良的综合机械性能。用于制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力机曲轴、发动机曲轴等。钢种的选择根据零件的工作载荷大小及其尺寸、形状来确定的。载荷大、尺寸大、形状复杂的零件，为保证有足够的淬透性，就要采用合金调质钢。热处理工艺特点：（1）预备热处理：采用完全退火或正火（高淬透性的调质钢正火后应再高温回火），其目的是细化晶粒，组织；硬度，切削加工性能。组织（p+f）。（2）终热处理：u       调质处理，组织为回火索氏体，具有良好的综合机械性能。u       调质处理＋表面淬火、低温回火。对除了要求良好综合机械性能外，还要求表有高硬度、高耐磨性的调质件，调质处理后还需进行“表面淬火+低温回火”处理，表面淬火多采用感应加热表面淬火。表面组织为m回，心部为s回。分析热处理工艺规范（1）用40cr制作拖拉机上的连杆、螺栓。其工艺路线为：下料→锻造→退火或正火→粗机加工→调质→精机加工→装配。在工艺路线中，预备热处理采用退火（或正火），其目的是锻造组织，细化晶粒；硬度、便于切削加工；为淬火做好组织。调质工艺采用830℃加热、油淬、马氏体组织；然后在525℃回火水冷，水冷为防止第二类回火脆性，终使用状态下的组织为回火索氏体，具有良好综合机械性能。（2）45或40cr钢制造机床主轴或齿轮的生产工艺流程一般为：下料→锻造→正火→机加工→调质处理→精加工→局部表面淬火+低温回火→磨削。1.有一40cr钢制机床主轴，心部要求有良好的强韧性（200～300hbs），轴颈处要求硬而耐磨（54～58hrc），试回答下列问题：（1）       应选择何种预备及终热处理？（2）       说明各热处理后的组织？分析：40cr为低淬透性钢，应采用正火作预备热处理，细化晶粒，组织及切削加工性能；正火处理后的组织为（p+f）；终热处理宜选用调质处理，然后对轴颈处进行“表面淬火+低温回火”的热处理，可达到性能要求。调质处理后的组织为回火索氏体；“表面淬火+低温回火”后，心部组织仍为回火索氏体，表面组织则为“m回＋少量a残”。2．某厂用45钢制作一批齿轮，制作中因45钢数量有够用，想用20钢代替。试问：这两种钢在制作齿轮的热处下工艺上有何不同，并指出热处理后的组织。分析：45钢为调质钢，制作齿轮时，预备热处理采用正火，组织为（s＋f），细化组织、切削加工性能；终热处理为调质处理，组织为s回，良好综合力学性能；后齿面再进行“表面淬火＋低温回火”，齿轮心部组织为s回，齿面组织“m回＋少量a残”，齿面硬度及耐磨性，淬火应力。20钢为渗碳钢，预备热处理采用正火，组织为s＋f；机加工成形后渗碳，再淬火＋低温回火，齿面组织为“m回＋渗碳体＋少量a残”，心部为“板条m回＋s＋f”。新的趋势：用低碳和金刚经“淬火+ 低温回火”低碳马氏体代替中碳调质钢，可以零件的承载能力，减轻重量。在汽车、石油、矿山方面应用效果好。应用实例：（1）汽车螺栓：用15mnvb代替40cr，承载能力45—70%；使用寿命；（2）用20simnmov代替35crmo制造石油钻井用的吊环，使吊环减轻68公斤。3．弹簧钢应用：用于制造汽车、拖拉机和火车的板弹簧或螺旋弹簧。性能要求：具有高的弹性极限和屈强比，高的疲劳强度和足够的塑性、韧性。成分特点：wc ：0.45—0.70% ，多数0.6% 左右，为中、高碳：含碳量过高，塑性和韧性，疲劳极限也下降。me ：si、mn、cr、v、nb、mo、w 。主加元素mn、si，淬透性，强度及屈强比；辅加元素 w、mo、v等，进一步淬透性，细化晶粒，回火性和耐热性。常用牌号：65mn 、60si2mn、50crva热处理工艺：根据弹簧的加工成形不同，弹簧分为热成形弹簧和冷成形弹簧。一般，截面尺寸>10～15mm的弹簧采用热成形；截面尺寸<10mm采用冷成形。（1）热成型弹簧：淬火+中温回火，组织为t回。这类弹簧多用热轧钢丝或钢板制成。以60si2mn制造的汽车板簧为例，工艺路线如下：下料→加热压弯成型→淬火+中温回火→喷丸处理→装配成型后采用淬火+中温回火（350～500℃），组织为t回，硬度39～52hrc，具有高的弹性极限、屈强比和足够的韧性喷丸处理可进一步疲劳强度。如用板簧经喷丸处理，使用寿命5～6倍。（2）冷成型弹簧：去应力退火。这类弹簧是用铅浴索氏体化处理的冷拉钢丝或油淬回火钢丝冷圈成型。成型后不必淬火处理，只需进行一次去应力退火处理（250～300℃保温1小时），目的是内应力、尺寸。由于冷拉中产生加工硬化，强度大大。 4．轴承钢用于制作各类轴承的内外套圈、体。常用钢种和牌号： 有两大类（1）高碳铬轴承钢：gcr15、gcr15simn。含碳量：0.95～1.15，高碳，过共析成分，保证形成足够铬的碳化物强化相，强度、硬度及耐磨性。合金元素：主加cr元素，淬透性和疲劳抗力，细化晶粒。对大尺寸轴承，加入si、mn进一步淬透性。       从化学成分看，轴承钢属于工具钢范畴，所以这类钢也经常用于制造各种精密量具、冷冲模具、丝杠、冷轧辊和高精度的轴类等耐磨零件。    （2）高碳无铬轴承钢：为了节铬，加入了mo、v的，常用牌号gmnmovre、gsimnmov，其性能与gcr15相近。热处理工艺：（1）预备热处理：采用球化退火，球状珠光体，组织，硬度（<210hbs），便于切削加工。（2）终热处理：淬火+低温回火（150～180℃），m回＋粒状碳化物＋a残，硬度61～65hrc。低温回火保持淬火后的高硬度和高耐磨性，淬火应力。对精密轴承零件，为了将残余奥氏体到程度，尺寸性，常采用淬火后冷处理，并时效。冷处理后，恢复到室温，立即低温回火。第四节  工具钢工具钢是用来制造、模具和量具的钢。按化学成分分为碳素工具钢、低合金工具钢、高合金工具钢等。按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢。刃具：用于切削加工的工具，车刀，刨刀，转头等；模具：用于进行压力加工的工具。冷作模具：〈200—3000c；热作模具：〉600 0c；量具：测量尺寸的工具，如卡尺、千分尺、块规等。共性：一般都在磨损条件下工作，要求具有高硬度和高耐磨性。不同：具体工作条件的不同，对各自的性能又有特殊要求。如刃具钢要求热硬性好，冷作模具钢要求热处理变形小，热作模具钢要求在高温下保持高的硬度和韧性，量具钢要求热处理后组织好。所以，各类工具在钢材的选用和热处理上各有其特点。（一）刃具钢1．切削刃具的工作条件及性能要求切削刃具的种类繁多，工况条件各有特点，性能要求也各有不同。以车刀为例：工作条件：    （1）刀刃与工件之间发生的，造成严重的磨损；    （2） 刀刃部分温度高（高速切削时，温度达600度）；    （3）进刀时，发生冲击与振动。失效形式：磨损，崩刃，折断。性能要求：高硬度和耐磨性；高的热硬性；高的抗弯强度和足够的韧性。热硬性：又称红硬性，指刃具钢在高温下保持高硬度的能力称为热硬性，是衡量刃具钢使用寿命的重要指标。2．碳素工具钢碳素工具钢以成本低、具有一般的性能，在钳工、木工和形状简单受力不大的刃具、磨具中广泛应用。成分：高碳0.65～1.35％。常用钢种及用途：这类钢淬火后的硬度相近，但随碳含量，未熔渗碳体增多，钢的耐磨性，韧性下降。t7、t8钢多用于制造承受冲击负荷的工具，如凿子、锤子、冲头等。t9～t11钢多用于制造要求中等韧性的工具，如形状简单的小冲模、手工锯条等。t12、t13耐磨性，但韧性，多用于制造不受冲击负荷的量具、锉刀、等。优质碳素工具钢（t7a～t13a），由于其淬火时产生裂纹的倾向较小，因此多用于制造形状较为复杂的工具。热处理工艺：（1）预备热处理：机加工之前进行，采用球化退火（t7钢可采用完全退火），组织为球状珠光体，硬度≤217hbs。目的是硬度，改装切削加工性能，并为淬火作组织。（2）终热处理机加工之后进行，采用淬火+低温回火，组织为回火马氏体+粒状渗碳体+少量a残（一般t7有2～3%，t12有5～8%），硬度可达60～65hrc。目的是硬度和耐磨性，低温回火淬火应力。性能特点：耐磨性和加工性，价格低，生产上广泛应用。缺点：是红硬性差；刃部工作温度不能超过200℃；淬透性低，尺寸大的淬不透，形状复杂的水淬容易变形和开裂。 3．低合金工具钢为了克服碳素工具钢热硬性差，淬透性低，易变形开裂等缺点，在碳素工具钢的基础上加入少量的合金元素，一般不超过3～5%，制造了低合金工具钢。成分特点：含碳量：0.75～1.50%，高碳；保证高硬度，并形成足够的合金碳化物，耐磨性。合金元素：主加元素硅、锰、铬、钼，固溶强化，硬度和淬透性；辅加元素钼、钨、矾，细化晶粒，形成特殊碳化物，硬度和耐磨性。常用钢种及用途：9sicr、crwmn、9mn2v（1）用于制作形状复杂、尺寸不大的低速切削，如铣刀、拉刀，板牙、丝锥、钻头、铰刀等。（2）尺寸较大、形状较复杂的冷作模具和量具。例如：9sicr具有高的淬透性和回火性，工作温度可达300℃；9sicr多采用分级或等温淬火，变形，适宜制造形状复杂的薄刃，如板牙、丝锥、钻头等。注：硅使钢在加热时容易脱碳，退火后硬度偏高（hb217～241），造成切削加工困难，热处理时要予以注意。crwmn钢的含碳量为0.90%～1.05%,铬、钨、锰同时加入，使钢具有更高的硬度（64～66hrc）和耐磨性，但热硬性不如9crsi。但crwmn钢热处理后变形小，故称微变形钢。主要用来制造较精密的低速，如长铰刀、拉刀等。热处理工艺：同碳素工具钢。球化退火，淬火＋低温回火。m回＋碳化物＋少量a残9sicr制造圆板牙工艺路线和热处理工艺（书上）：（1）预备热处理采用等温球化退火，等温冷却使球化更充分，为节省时间500℃后出炉冷却，这时组织已转变完成。目的：锻造应力，硬度，便于切削加工。（2）终热处理采用等温淬火加低温回火。等温淬火是淬火应力和变形的主要。一般在盐浴中等温，转变产物为下贝氏体组织，具有良好的综合机械性能。低温回火目的是应力，保持高硬度和高的耐磨性。4．高速钢    高速钢是高速切削用钢的代名词。尽管低合金工具钢的淬透性、耐磨性及热硬性已有所，但其工作温度也只有250～300℃，不能高速切削的要求。需要更优异的刃具材料。高速钢就是随着工业技术的不断发展，为适应高速切削的要求发展起来的钢种。常用牌号及用途：我国常用是w18cr4v、w6mo5cr4v2，简称18-4-1和6-5-4-2。前者的过热性小，磨削性好，但由于热塑性差，通常适于制造一般高速切削，如车刀、铣刀、绞刀等；后者的耐磨性、韧性和热塑性要好些，适于制造耐磨性和韧性很好配合的高速，如丝锥、齿轮铣刀、插齿刀等。成分特点：碳含量：0.7～1.65％，属高碳。高的含碳量，保证高硬度，并与w、v等形成特残碳化物或合金渗碳体，保证具有高的耐磨性和良好的热硬性。合金元素：含有大量合金元素，主要是cr、w、mo、v等。　（1）高的ｗ含量：使钢保持红硬性，回火抗力，淬透性。在500-600度回火时产生而弥散分布w2c。        （2）cr:淬透性和回火抗力，抗氧化、抗脱碳、抗腐蚀能力。（3）v：硬度和红硬性，细化晶粒。（4）mo：主要是热硬性。性能特点：具有高的硬度、耐磨性和热硬性。工作温度可达600℃，硬度仍保持在60hrc以上。这是高速钢区别于其它钢种的主要特性。由于它切削金属材料很锋利，又称为“锋钢”；因其淬透性好，在空气中就能淬火，又称“风钢”。是刃具材料中重要的钢种。热处理工艺：下面以w18cr4v制造盘形齿轮铣刀为例，说明高速钢制作的工艺路线及热处理工艺的制定。下料→锻造（反复镦粗、三镦三拔）→等温球化退火→ 机加工 → 淬火（12800c）目的： 打碎的碳化物并均    适当硬度，利于切削   碳化物溶于奥氏体中匀分布，钢的性能    加工并为淬火作组织。 a中含有较多的金属元→ 回火（5600c三次）→喷砂→磨削→成品残余ar的量，内应力、组织，硬度。终组织：细针状m回 + 粒状碳化物+少量ar性能特点：一定强度、塑性、韧性。高硬度；红硬性；回火抗力。（1）锻造：高速钢的铸态组织为“鱼骨状碳化物+网状莱氏体+m+a残”。碳化物的出现使铸态高速钢的脆性很大，且难以用热处理来，必须经过反复锻造。（2）球化退火：锻造后机加工前进行，860～880℃加热保温，然后冷却到720～750℃等温珠光本转变，炉冷至550℃以下出炉。硬度207～225hbs，组织为s＋碳化物。（3）淬火、回火高速钢优异的性能必须经正确的淬火、回火才能发挥出来。w18cr4v钢的淬火、回火工艺示意图。与其它钢的淬火回火工艺相比较，高速钢的淬火、回火可归纳为“两高一多”，即淬火温度高（1250～1300℃），回火温度高（560℃），回火多（3次）。w18cr4v钢的淬、回火工艺曲线淬火：w18cr4v钢的淬火温度为1270～1280℃。由于合金元素多，导热性差，加热时采用分级加热。高速钢的热硬性取决于马氏体中合金元素的含量，即加热时溶入奥氏体中的合金元素量（图示）。所以，高速钢的淬火加热温度尽量高些，这样可以使较多的w、v溶入奥氏体中，在1000℃以上加热淬火，w、v在奥氏体中的溶解度急速；1300℃左右加热，各合金元素在奥氏体中的溶解度也大为。但时间稍长，会造成晶粒长大。因此，在不使钢发生过热的前提下，淬火温度越高越好。w18cr4v一般选择在1270～1280℃，淬火冷却采用油中分级淬火法，组织为m+粒状碳化物+a残。回火：淬火后及时回火。常用的回火工艺是560℃左右保温1小时，重复三次。图示为回火温度对硬度的影响。在560℃左右时产生二次硬化现象，出现了硬度峰值。所以，回火温度确定在560℃左右。采用三次回火是由于高速钢淬火组织中残余奥氏体多，一次回火不能转变完全，三次回火的才能基本转变完。硬度峰值的出现，一是回火时mo、w、v等碳化物的弥散析出，二是每次回火冷却时发生残奥氏体转变成马氏体的二次淬火现象。为回火，使高速钢中的残余奥氏体量到程度，往往还需进行冷处理。回火后的组织为：回火m+粒状碳化物+少量a残，硬度66～63hrc。当刃具的工作温度高于700℃时，一般高速钢也无法胜任，应使用硬质合金材料制作，工作温度达800～1000℃；或陶瓷材料，工作温度达1000～1200℃；等。