非合金钢的详细介绍

一、 碳素结构钢
     碳素结构钢的硫、磷含量较多，但碳含量低，由于冶炼容易，工艺性好，价格便宜，具有较高的强度和良好的塑性与韧生。因此，碳素结构钢广泛用于一般建筑、工程结构及普通机械零件。约占钢材总量的70％。Q195、Q215、Q235塑性好，有一定的强度，用于制造受力不大的零件，如：螺钉、螺母、垫圈等，焊接件、冲压件及桥梁建筑等金属结构件 。Q255、Q275强度较高，用于制造承受中等载荷的零件，如：小轴、销子、连杆、农机零件等。

二、优质碳素结构钢
     Ws、Wp均≤0.035％。这类钢随钢号数字增加，其碳的含量增加，组织中的珠光体量增加，铁素体量减少，因此钢的强度也随之增加，而塑性指标越来越低。
     08F、10F钢的含碳量低非合金钢，塑性好，焊接性能好，主要用于制造冲压和焊接件。
     15、20、25钢属于渗碳钢。这类钢强度低，但塑性和韧性较高，焊接性和冷冲压性都好，可以制造各种受力不大，但要求高韧性的零件，此外还可用作冷冲压件和焊接件。渗碳钢经渗碳、淬火＋低温回火后，表面硬度可达60HRC以上，耐磨性好防腐锈冷拉钢，而心部具有一定的强度和韧性，可用来制作表面耐磨并能承受冲击载荷的零件。   
    30、35、40、45、50、55钢属于调质钢，经淬火＋高温回火后，具有良好的综合力学性能，主要用于要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，如轴类零件堆焊耐磨钢板。这类钢在机械制造中应用广泛，其中以45钢更为突出。
    6 0、65、70钢属于弹簧钢，经淬火＋中温回火后可获得高的规定非比例伸长应力，主要用于制造弹簧等弹性零件及耐磨零件 。

三 、碳素工具钢
     这类钢的含碳量为Wc＝0.65％～1.35％，分优质碳素工具钢与高级优质碳素工具钢两类。牌号后加“A”的属高级优质（Ws≤0.020％，Wp≤0.030％；对平炉冶炼的钢，Ws≤0.025％）。
碳素工具钢在机械加工前一般进行球化退火镀镍的价格，组织为 F+细小均匀分布的粒状渗碳体，硬度≤217HBS。作为刃具，终热处理为淬火（一般为760～780℃）＋低温回火（180℃），组织为回火马氏体＋粒状渗碳体＋少量残余奥氏体。其硬度可达60～65HRC，耐磨性和加工性都较好，价格又便宜，生产上得到广泛应用。

     碳素工具钢的缺点是热硬性差，当刃部温度高于 250℃时，其硬度和耐磨性会显著降低。此外，钢的淬透性也低，水中淬透临界直径约为20㎜并容易产生淬火变形和开裂。因此，碳素工具钢大多用于制造刃部受热程度较低的手用工具和低速，小进给量的机用工具，亦可制作尺寸较小的模具和量具。

四、 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，难以用锻压方法成形，用铸铁又无法满足性能要求，此时可采用铸钢件。

     碳素铸钢中含碳量为 Wc＝0.15～0.60％。碳的质量分数过高则塑性差，易产生裂纹。

     ZG200－400 有良好的塑性、韧性和焊接性能。

     ZG230－450有一定的强度和较好的塑性、韧性、焊接性能良好，切削加工性尚可。

     ZG270－500 有较高的强度和较好的塑性，铸造性能良好，焊接性能尚好，切削加工性能好。

     ZG310－570 强度和切削加工性能良好，塑性和韧性较低，用于制作承受载荷较高的各种机械零件。

     ZG340－640 有高的强度、硬度和耐磨性，切削加工性中等，焊接性能较差，流动性好，裂纹敏感性较大。

低合金钢

一、 低合金高强度结构钢
     低合金钢高强度结构钢是在碳素结构钢的基础上加入少量合金元素（ Mn为主加元素）而制成的。产品同时保证力学性能与化学成分。

1、 成分特点 ：
     ⑴低碳 为保证有良好的塑性与韧性，良好的焊接性能和冷成形性能，低合金高强度结构钢中碳的含量一般均较低，大多数为Wc＝0.16％～0.20％。
     ⑵ 锰为主加元素，并辅加钒、钛、铌、硅、铝、铬、镍等。这些元素的主要作用是：加入锰、硅、铬、镍元素为强第铁素体；加入钒、铌、钛、铝等元素为细化铁素体晶粒；合金元素使 S点左移，增加珠光体数量；加入碳化物形成元素（钒、铌、钛）及氮化物形成元素（铝），使细小化合物从固溶体中析出，产生弥散强化作用。

2、 性能特点：
     ⑴良好的综合力学性能，在确保良好的塑性、韧性条件下具有高的强度，特别是把屈服点提高到 265N/㎜~460N/㎜ 2 ，以便减轻结构自重，增加承载能力，节约钢材，保证安全。
     ⑵良好的焊接性能，较好的耐大气腐蚀性能，良好的加工工艺性能
⑶较低的韧脆转变温度（碳素结构钢的韧脆转变温度一般为－ 20℃左右，而低合金高强度结构则一般为－30℃左右）。这对北方高寒地区使用的构件及运输工具，具有十分重要意义。

二、 易切削结构钢
     易切削结构钢是在钢中加入一种或几种能够改善其切削加工性能的元素，从而具有良好的切削加工性的钢。目前，通常加入的元素有S、Pb、Ca、P等，主要是利用这些元素本身或与其它元素形成一种对切削加工有利的夹杂物，来改善钢的切削加工性。

     S是广泛应用的易削添加元素。当钢中含足够量的锰时，硫主要以MnS夹杂物微粒的形式分布在钢中，并在热加工时沿压延方向排列，它能中断基体的连续性，促使形成卷曲半径小而短的切屑，减少切屑与刀具的接触面积；它还能降低切削力和切削热，减少刀具磨损（因MnS本身硬度低，仅190HV，有润滑作用），降低表面粗糙度并提高刀具寿命；改善排屑性能。但钢中硫的含量增加过多，会导致加工性能进一步变坏，如形成纤维组织、呈现各向异性；产生低熔点共晶，引起热脆。因此，一般易切削结构钢中的含量限定在Ws＝0.08％～0.33％范围内，同时适当提高锰的含量（WMn＝0.60％～1.55％）与之配合。
易切削结构钢牌号以字母“ Y ” 为首，后面数字为平均碳的质量分数的万倍，对锰的含量较高的，其后标出“ Mn”；对添加易削元素Pb、Ca等，应在其后标出相应的元素符号。易切削结构钢可进行终热处理，但一般不进行预备热处理，以免损害其切削加工性。

第六节 机械结构用合金钢和工程结构用合金钢

     机械结构用合金钢主要用于制造各种机械零件，一般须经过热处理后再使用。按其用途、热处理特点，机械结构用合金钢可分为渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢等。

一、合金渗碳钢
     合金渗碳钢通常是指经渗碳淬火及低温回火后使用的合合金钢。

     1.用途。合金渗碳钢主要用来制造性能要求较高或截面尺寸较大，且在承受较强烈的冲击作用和磨损条件下工作的渗碳零件。例如，制作承受动载荷和重载荷的汽车变速箱齿轮和汽车后桥齿轮等。凡是要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有较高的强度和足够韧性的零件，都可采用合金渗碳钢。

     2.性能特点。合金渗碳钢的渗碳层具有优异的耐磨必、抗疲劳性及适当的塑性和韧性未渗碳的心部具有足够的强度及优良的韧性。如心部强度不足时，则对表面硬、脆的渗碳层缺乏足够的支撑，渗碳层易破坏、剥落。心部韧性不足时，在冲击载荷或较大过载作用下容易断裂。合金渗碳钢具有良好的热处理工艺性能，在渗碳温度（900～950℃）下奥氏体晶粒不易明显长大。此外，还有良好的淬透性。

     3.成分特点。合金渗碳钢中碳的含量一般在Wc＝0.10％～0.25％之间，这是为了保证渗碳零件心部具有良好的韧性。碳素渗碳钢的淬透性低，热处理对心部的性能改变不大，加入合金元素可提高钢的淬透性，改善心部性能。常用的合金元素有铬、镍、锰和硼等，其中以镍的作用好。为了细化晶粒，还加入少量阻止奥氏体晶粒篚的强碳化物形成元素，如钛、钒、钼等，它们形成的碳化物在高温渗碳时不溶解，有效地抑制渗碳时的过热现象。
     5.常用合金渗碳钢。按其淬透性大小，合金渗碳钢分为三类：

     a）低淬透性合金渗碳钢 如20Cr、20Mn2等，这类钢由于淬透性不高，心部性能不很好，只适于制造承受载荷不大的大小型耐磨零件，如活塞销、凸轮轴、滑块等。
     b）中淬透性合金渗碳钢，如20CrMnTi、20SiMnVB等，这类钢含有合金元素较高，其淬透性和力学性能均较高，可用来制造承受中等载荷的受磨零件，如汽车变速齿轮、花键轴套、凸轮盘等。
     c）高淬透性合金渗碳钢，如20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA等，这类钢含有较多的铬、镍等元素。其淬透性高，甚至空冷也能淬成马氏体，渗碳层和心部的性能都非常优异，主要用来制造承受重载荷及强烈磨损的重要大型零件，如飞机、坦克的发动机齿轮。
二、合金调质钢
     合金调质钢是经调质后使用的合金钢。

     1.用途。合金调质主要用来制造一些重要零件，如机床的主轴、汽车底盘的半轴、柴油机连杆螺栓等。零件均在多种载荷下工作，承受载荷情况复杂，因此，既要求零件具有良好的综合力学性能，又要有较高的韧性。

     2. 性能特点。合金调质钢的基本性能是具有良好的综合力学性能。但在生产实践中，由于零件承受载荷的情况不同，具体的性能要求也有差异。对截面承受载荷均匀的零件（连杆、联接螺栓等），要求整个截面都有较高强度和韧性，对截面承受载荷不均匀的零件（弯曲或扭转的轴），只要求承受载荷较大的零件表层有较好强度和韧性，其余地方要求不高。因此，选材时还要考虑合金调质钢的淬透性要求。

     3.成分特点。合金调质钢的含碳量一般在Wc在0.25％～0.50％之间。碳的质量分数过低不易淬硬，回火后达不到所需要的强度；如果碳的质量分数过高，则零件韧性较差。

     4.热处理特点。

     a）预备热处理。调质零件锻造毛坯应进行预备热处理，对珠光体类钢可在AC3以上进行正火或退火。马氏体钢则行在AC3以上进行一次空冷淬火，然后再在AC1以下进行高温回火，获得回火索氏体组织。

     b）终热处理。一般采用淬火后进行500～650℃的高温回火，经获得回火索氏体，使钢件具有高的综合力学性能。

三、合金弹簧钢
    合金弹簧钢是指用于制造各种弹簧及其它弹性零件的合金钢。

     1.用途。合金弹簧钢主要用于制造各种弹性元件，如在汽车、拖拉机、坦克、机车车辆上制作减震板簧和螺旋弹簧，大炮的缓冲弹簧，钟表的发条等。

     2.成分特点。合金弹簧钢的含碳量一般为Wc为0.5％～0.7％，碳的质量分数过高时，塑性和韧性差，疲劳强度下降。常加入以硅、锰为主的提高淬透性的元素。硅、锰合金元素溶入铁素体中，使铁素休得到强化，使屈强比接近1。但硅有使钢脱碳，锰有使钢热处理时容易过热的不良作用。辅加元素钨、钒、铬的作用是减少脱碳与过热倾向，同时进一步提高规定非比例伸长应力、屈强比和耐热性。钒能细化晶粒，提高韧性。这此合金元素均能增加奥氏体稳定性。

     3.热处理特点。根据弹簧尺寸的不同，成形与热处理方法也有不同。

     a）热成形弹簧钢。弹簧丝直径或弹簧钢板厚度＞10～15㎜的螺旋弹簧或板弹簧通常在热态下成形，成形后利用余热进行淬火，然后中温回火（350～500℃）处理，得到回火托氏体，具有高的规定非比例伸长应力与疲劳强度，硬度一般为42～48HRC。

     弹簧经热处理后，一般还要进行喷丸处理，使表面强化，并在表面产生残余压应力，以提高其疲劳强度。

     b）冷成形弹簧钢。对于钢丝直径＜8～10㎜的弹簧，常用冷拔弹簧钢丝冷绕而成。冷拔弹簧钢丝在钢厂经索氏体化处理。钢丝在冷拔过程中，首先将盘条坯料加热至奥氏体组织后（Ac3以上80～100℃），在500～550℃的铅浴或盐浴中等温转变获得索氏体组织，然后经多次冷拔，得到均匀的所需直径和具有冷变形强化效果的钢丝。用这种钢丝冷卷成弹簧，只需在200～250℃的油槽中进行一次去应力退火，就可以获得成品弹簧。

四、滚动轴承钢

     1.轴承钢是用来制造滚动轴承中的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）及内、外滚道的专用钢种。也可做其它用途，如形状复杂的工具、冷冲模具、精密量具以及要求硬度高、耐磨性高的结构零件。

     2. 成分特点。一般的轴承用钢是高碳铬钢，其碳的含量为Wc＝0.95％～1.15％，属过共析钢，目的是保证轴承具有高的强度、硬度和足够碳化物，以提高耐磨性。

     铬的含量为0.4％～1.65％，铬的作用主要是提高淬透性，使组织均匀，并增加回火稳定性。铬与碳作用形成的（Fe、Cr）3C合金渗碳体，能阻碍奥氏体晶粒长大，减少钢的过热敏感性，使淬火后获得细针马氏体或隐针马氏体组织，从而增加钢的韧性。但铬含量＞1.65％，淬火后残余奥氏体量会增加，使零件的硬度和尺寸稳定性降低，增加碳化物的不均匀性，降低韧性和疲劳强度。

     用于大型轴承的轴承钢，还需要加入硅、锰等元素，以便进一步提高钢的淬透性，提高钢的强度和规定非比例伸长应力。

     滚动轴承钢的纯度要求极高，硫、磷含量限制极严（Ws＜0.020％、Wp＜0.027％。因硫、磷形成非金属夹杂物，降低接触疲劳抗力。故它是一种高级优质钢（但在牌号后不加“A”）。

     .热处理特点。滚动轴承钢的热处理包括预备热处理（球化退火）和终热处理（淬火与低温回火）。球化退火目的是获得球化体组织，以降低锻造后钢的硬度（207～229HBS），而利于切削加工，并为淬火作好组织上准备。退火工艺一般是将钢加热到780～810℃，在710～720℃保温3～4h，以使碳化物全部球化。

     淬火与低温回火是决定轴承钢终性能的重要热处理工序。温度过高，晶粒粗大，就出现过热组织，则疲劳强度和韧性下降，且容易淬裂和变形；如温度过低时，会使硬度不足。淬火温度应严格控制在840±10℃的范围内，回火温度一般为150～160℃。轴承钢淬火、回火后的组织为极细回火马氏体和分布均匀的细小碳化物以及少量的残余奥氏体。回火后硬度为61～65HRC。

五、耐磨钢

     1. 用途 耐磨钢是指在强大压力和严重冲击力作用下才能发生硬化的钢，是一种常用的工程结构用合金钢。耐磨钢主要用于工作时承受很大压力、强烈冲击和严重磨损的机械零件，如拖拉机履带、挖掘机铲齿、防弹钢板和保险箱钢板等。

     2.成分特点 耐磨钢的成分特点是高碳高锰。含碳量高，Wc＝1.0％～1.5％，以提高钢的耐磨性；含锰量很高，Wmn＝11％～14%，锰是扩大A相区的元素，含锰量高可使钢获得全部奥氏体组织，具有很强的加工硬化能力和良好的韧性。

     3.热处理特点 高锰耐磨钢机械加工比较困难，但铸造性能好，一般采用铸造成形。但其铸态组织中存在沿奥氏体晶界析出的网状渗碳体，脆性很大，耐磨性并不高。因此，必须经过水韧处理后才能使用。所谓水韧处理，是将高锰钢件加热到1000～1100℃，使碳化物全部溶解于奥氏体，然后进行水冷的热处理工艺。

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