機械結構用合金鋼

這類鋼是指適用於製造機器和機械零件的合金鋼。它是在優質碳素鋼的基礎上，適當地加入一種或數種合金元素，用來提高鋼的強度、韌性和淬透性。這類鋼通常要經過熱處理後使用。主要包括常用的合金結構鋼和合金彈簧鋼兩大類，其中包括調質處理的合金鋼、表面硬化處理的合金鋼、冷塑性成型用合金鋼。按化學成分基本組成系統可分為Mn系鋼、SiMn系鋼、Cr系鋼、CrMo系鋼、CrNiMo系鋼、Ni系鋼、B系鋼等

基本介紹

• 中文名：機械結構用合金鋼
• 用途：製造機器和機械零件
• 分類：滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼、軸承鋼
• 化學成分分類：Mn系鋼、SiMn系鋼、Cr系鋼

用途

機械結構用合金鋼主要用於製造各種機械零件，一般須經過熱處理後

再使用。

機械結構用合金鋼

分類

按其用途、熱處理特點，機械結構用合金鋼可分為滲碳鋼、調質鋼、彈簧鋼、軸承鋼等。

合金滲碳鋼

合金滲碳鋼通常是指經滲碳淬火及低溫回火後使用的合合金鋼。 1.用途。合金滲碳鋼主要用來製造性能要求較高或截面尺寸較大，且在承受較強烈的衝擊作用和磨損條件下工作的滲碳零件。例如，製作承受動載荷和重載荷的汽車變速箱齒輪和汽車後橋齒輪等。凡是要求表面具有高的硬度和耐磨性，心部具有較高的強度和足夠韌性的零件，都可採用合金滲碳鋼。 2.性能特點。合金滲碳鋼的滲碳層具有優異的耐磨必、抗疲勞性及適當的塑性和韌性未滲碳的心部具有足夠的強度及優良的韌性。如心部強度不足時，則對表面硬、脆的滲碳層缺乏足夠的支撐，滲碳層易破壞、剝落。心部韌性不足時，在衝擊載荷或較大過載作用下容易斷裂。合金滲碳鋼具有良好的熱處理工藝性能，在滲碳溫度（900～950℃）下奧氏體晶粒不易明顯長大。此外，還有良好的淬透性。 3.成分特點。合金滲碳鋼中碳的含量一般在Wc=0.10%～0.25%之間，這是為了保證滲碳零件心部具有良好的韌性。碳素滲碳鋼的淬透性低，熱處理對心部的性能改變不大，加入合金元素可提高鋼的淬透性，改善心部性能。常用的合金元素有鉻、鎳、錳和硼等，其中以鎳的作用最好。為了細化晶粒，還加入少量阻止奧氏體晶粒篚的強碳化物形成元素，如鈦、釩、鉬等，它們形成的碳化物在高溫滲碳時不溶解，有效地抑制滲碳時的過熱現象。

5.常用合金滲碳鋼。按其淬透性大小，合金滲碳鋼分為三類： a）低淬透性合金滲碳鋼 如20Cr、20Mn2等，這類鋼由於淬透性不高，心部性能不很好，只適於製造承受載荷不大的大小型耐磨零件，如活塞銷、凸輪軸、滑塊等。

b）中淬透性合金滲碳鋼，如20CrMnTi、20SiMnVB等，這類鋼含有合金元素較高，其淬透性和力學性能均較高，可用來製造承受中等載荷的受磨零件，如汽車變速齒輪、花鍵軸套、凸輪盤等。

c）高淬透性合金滲碳鋼，如20Cr2Ni4、18Cr2Ni4WA等，這類鋼含有較多的鉻、鎳等元素。其淬透性高，甚至空冷也能淬成馬氏體，滲碳層和心部的性能都非常優異，主要用來製造承受重載荷及強烈磨損的重要大型零件，如飛機、坦克的發動機齒輪。

合金調質鋼

合金調質鋼是經調質後使用的合金鋼。 1.用途。合金調質主要用來製造一些重要零件，如工具機的主軸、汽車底盤的半軸、柴油機連桿螺栓等。零件均在多種載荷下工作，承受載荷情況複雜，因此，既要求零件具有良好的綜合力學性能，又要有較高的韌性。 2. 性能特點。合金調質鋼的基本性能是具有良好的綜合力學性能。但在生產實踐中，由於零件承受載荷的情況不同，具體的性能要求也有差異。對截面承受載荷均勻的零件（連桿、聯接螺栓等），要求整個截面都有較高強度和韌性，對截面承受載荷不均勻的零件（彎曲或扭轉的軸），只要求承受載荷較大的零件表層有較好強度和韌性，其餘地方要求不高。因此，選材時還要考慮合金調質鋼的淬透性要求。 3.成分特點。合金調質鋼的含碳量一般在Wc在0.25%～0.50%之間。碳的質量分數過低不易淬硬，回火後達不到所需要的強度；如果碳的質量分數過高，則零件韌性較差。 4.熱處理特點。 a）預備熱處理。調質零件鍛造毛坯應進行預備熱處理，對珠光體類鋼可在AC3以上進行正火或退火。馬氏體鋼則行在AC3以上進行一次空冷淬火，然後再在AC1以下進行高溫回火，獲得回火索氏體組織。 b）最終熱處理。一般採用淬火後進行500～650℃的高溫回火，經獲得回火索氏體，使鋼件具有高的綜合力學性能。

合金彈簧鋼

合金彈簧鋼是指用於製造各種彈簧及其它彈性零件的合金鋼。 1.用途。合金彈簧鋼主要用於製造各種彈性元件，如在汽車、拖拉機、坦克、機車車輛上製作減震板簧和螺旋彈簧，大炮的緩衝彈簧，鐘錶的發條等。 2.成分特點。合金彈簧鋼的含碳量一般為Wc為0.5%～0.7%，碳的質量分數過高時，塑性和韌性差，疲勞強度下降。常加入以矽、錳為主的提高淬透性的元素。矽、錳合金元素溶入鐵素體中，使鐵素休得到強化，使屈強比接近1。但矽有使鋼脫碳，錳有使鋼熱處理時容易過熱的不良作用。輔加元素鎢、釩、鉻的作用是減少脫碳與過熱傾向，同時進一步提高規定非比例伸長應力、屈強比和耐熱性。釩能細化晶粒，提高韌性。這此合金元素均能增加奧氏體穩定性。 3.熱處理特點。根據彈簧尺寸的不同，成形與熱處理方法也有不同。 a）熱成形彈簧鋼。彈簧絲直徑或彈簧鋼板厚度>10～15㎜的螺旋彈簧或板彈簧通常在熱態下成形，成形後利用餘熱進行淬火，然後中溫回火（350～500℃）處理，得到回火托氏體，具有高的規定非比例伸長應力與疲勞強度，硬度一般為42～48HRC。 彈簧經熱處理後，一般還要進行噴丸處理，使表面強化，並在表面產生殘餘壓應力，以提高其疲勞強度。 b）冷成形彈簧鋼。對於鋼絲直徑<8～10㎜的彈簧，常用冷拔彈簧鋼絲冷繞而成。冷拔彈簧鋼絲在鋼廠經索氏體化處理。鋼絲在冷拔過程中，首先將盤條坯料加熱至奧氏體組織後（Ac3以上80～100℃），在500～550℃的鉛浴或鹽浴中等溫轉變獲得索氏體組織，然後經多次冷拔，得到均勻的所需直徑和具有冷變形強化效果的鋼絲。用這種鋼絲冷捲成彈簧，只需在200～250℃的油槽中進行一次去應力退火，就可以獲得成品彈簧。

滾動軸承鋼

1.軸承鋼是用來製造滾動軸承中的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）及內、外滾道的專用鋼種。也可做其它用途，如形狀複雜的工具、冷沖模具、精密量具以及要求硬度高、耐磨性高的結構零件。 2. 成分特點。一般的軸承用鋼是高碳鉻鋼，其碳的含量為Wc=0.95%～1.15%，屬過共析鋼，目的是保證軸承具有高的強度、硬度和足夠碳化物，以提高耐磨性。 鉻的含量為0.4%～1.65%，鉻的作用主要是提高淬透性，使組織均勻，並增加回火穩定性。鉻與碳作用形成的（Fe、Cr）3C合金滲碳體，能阻礙奧氏體晶粒長大，減少鋼的過熱敏感性，使淬火後獲得細針馬氏體或隱針馬氏體組織，從而增加鋼的韌性。但鉻含量>1.65%，淬火後殘餘奧氏體量會增加，使零件的硬度和尺寸穩定性降低，增加碳化物的不均勻性，降低韌性和疲勞強度。 用於大型軸承的軸承鋼，還需要加入矽、錳等元素，以便進一步提高鋼的淬透性，提高鋼的強度和規定非比例伸長應力。 滾動軸承鋼的純度要求極高，硫、磷含量限制極嚴（Ws<0.020%、Wp<0.027%。因硫、磷形成非金屬夾雜物，降低接觸疲勞抗力。故它是一種高級優質鋼（但在牌號後不加“A”）。 .熱處理特點。滾動軸承鋼的熱處理包括預備熱處理（球化退火）和最終熱處理（淬火與低溫回火）。球化退火目的是獲得球化體組織，以降低鍛造後鋼的硬度（207～229HBS），而利於切削加工，並為淬火作好組織上準備。退火工藝一般是將鋼加熱到780～810℃，在710～720℃保溫3～4h，以使碳化物全部球化。 淬火與低溫回火是決定軸承鋼最終性能的重要熱處理工序。溫度過高，晶粒粗大，就出現過熱組織，則疲勞強度和韌性下降，且容易淬裂和變形；如溫度過低時，會使硬度不足。淬火溫度應嚴格控制在840±10℃的範圍內，回火溫度一般為150～160℃。軸承鋼淬火、回火後的組織為極細回火馬氏體和分布均勻的細小碳化物以及少量的殘餘奧氏體。回火後硬度為61～65HRC。

耐磨鋼

1. 用途 耐磨鋼是指在強大壓力和嚴重衝擊力作用下才能發生硬化的鋼，是一種常用的工程結構用合金鋼。耐磨鋼主要用於工作時承受很大壓力、強烈衝擊和嚴重磨損的機械零件，如拖拉機履帶、挖掘機鏟齒、防彈鋼板和保險箱鋼板等。 2.成分特點 耐磨鋼的成分特點是高碳高錳。含碳量高，Wc=1.0%～1.5%，以提高鋼的耐磨性；含錳量很高，Wmn=11%～14%，錳是擴大A相區的元素，含錳量高可使鋼獲得全部奧氏體組織，具有很強的加工硬化能力和良好的韌性。 3.熱處理特點 高錳耐磨鋼機械加工比較困難，但鑄造性能好，一般採用鑄造成形。但其鑄態組織中存在沿奧氏體晶界析出的網狀滲碳體，脆性很大，耐磨性並不高。因此，必須經過水韌處理後才能使用。所謂水韌處理，是將高錳鋼件加熱到1000～1500℃，使碳化物全部溶解於奧氏體，然後進行水冷的熱處理工藝。