工業(yè)使用的鋼鐵材料中非合金鋼占有重要地位。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.0218%~2.11%范圍內(nèi)的鐵碳合金為碳素鋼。碳素鋼除以鐵、碳為主要元素外，還含有少量的錳、硅、硫、磷等常存雜質(zhì)。由于碳素鋼容易冶煉，價格低廉，工藝性好，具有較好的使用性能，能滿足許多場合的需要，因而在機械工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鋼是通過鐵礦石、生鐵或廢鐵冶煉而來的，由于原料和冶煉工藝的原因，碳素鋼中除鐵與碳兩種元素外，不可避免地還存有雜質(zhì)元素。對鋼的性能影響較大的雜質(zhì)元素有錳、硅、硫、磷等四種，稱為常存雜質(zhì)。它們對鋼的性能有一定影響，尤其是后兩種，是生產(chǎn)中

1)氧化和脫碳及其防止措施。淬火加熱時，鋼件與周圍加熱介質(zhì)相互作用往往會產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減小，表面粗糙度增大，并嚴(yán)重影響淬火冷卻速度，進(jìn)而使淬火工件出現(xiàn)軟點或硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性，并顯著降低其疲勞強度。因此，淬火加熱時，在獲得均勻化奧氏體的同時，必須注意防止氧化和脫碳現(xiàn)象。在空氣介質(zhì)爐中加熱時，防止氧化和脫碳最簡單的方法是在爐子升溫加熱時向爐內(nèi)加入無水分的木炭，以改變爐內(nèi)氣氛，減少氧化和脫碳。此外，采用鹽爐加熱、用鑄鐵屑覆蓋工件表面，或是在工件表面熱涂

(1)足夠高的屈服強度及良好的塑性、韌性  采用普通低合金結(jié)構(gòu)鋼的主要目的是，減輕金屬結(jié)構(gòu)的重量，提高可靠性。因此，要求其有較高的屈服強度，較低的脆性轉(zhuǎn)折溫度，良好的室溫沖擊韌度和塑性。在普通低合金鋼中加入合金元素（主要是錳、硅）強化鐵素體，加入鋁、釩、鈦等細(xì)化鐵素體晶粒，增加珠光體量，以及加入能形成碳化物、氮化物的合金元素（釩、鈮、鈦），使細(xì)小化合物從固溶體中析出，產(chǎn)生彌散強化作用。所以低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼在熱軋或正火后具有高的強度，其屈服強度一般在300MPa以上，當(dāng)錳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)WMn<

在碳素鋼的基礎(chǔ)上，有目的地在冶煉的過程中加入一定量的合金元素。含有合金元素的鋼叫做合金鋼。常用的合金元素有：錳（wMn>1.0%）、硅（wSi>0.5%）、鉻、鎳、鉬、鎢、釩、鈦、鋯、鋁、硼、稀土( RE)等。根據(jù)我國資源情況，富產(chǎn)元素有硅、錳、鉬、鎢、釩、鈦、硼及稀土元素。選用合金時，應(yīng)優(yōu)先考慮采用我國資源豐富的鋼種。合金鋼與碳素鋼相比，具有較高的綜合力學(xué)性能、良好的熱處理工藝性能，并具有特殊的物理、化學(xué)性能。雖然合金鋼的生產(chǎn)工藝過程復(fù)雜、成本較高，但由于其具有優(yōu)良的性能，能夠滿足不同工作條件下的產(chǎn)品

鋼的熱處理多數(shù)是在連續(xù)冷卻條件下進(jìn)行的，因此連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖對熱處理生產(chǎn)具有直接指導(dǎo)作用。1)從連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖上可以獲得真實的鋼的臨界淬火速度。鋼的臨界淬火速度與連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖的形狀和位置有關(guān)。若某鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變圖中珠光體轉(zhuǎn)變孕育期較短，而貝氏體轉(zhuǎn)變孕育期較長，那么該鋼的臨界淬火速度可用與珠光體開始轉(zhuǎn)變線相切的冷卻曲線對應(yīng)的冷卻速度表示。反之，對于珠光體轉(zhuǎn)變孕育期比貝氏體長的鋼件，其臨界淬火速度可用與貝氏體開始轉(zhuǎn)變線相切的冷卻曲線表示。對于亞共析鋼、低合金鋼及過共析鋼，臨界淬火速度則取決于抑制先共析鐵素體或抑制先共析

(1)鋼的碳氮共滲  向鋼件表層同時滲入碳和氮的過程稱為碳氮共滲。碳氮共滲方法有液體和氣體碳氮共滲兩種。液體碳氮共滲使用的介質(zhì)氰鹽是劇毒物質(zhì)，污染環(huán)境，故逐漸為氣體碳氮共滲所替代。根據(jù)共滲溫度不同，碳氮共滲可分為高溫( 900~950℃)、中溫(700~ 880℃)及低溫(500~ 570℃)三種。目前工業(yè)上廣泛應(yīng)用的是中溫和低溫氣體碳氮共滲。其中低溫氣體碳氮共滲主要是提高耐磨性及疲勞強度，而硬度提高不多，故又稱為軟氮化，多用于工模具。中溫氣體碳氮共滲多用于結(jié)構(gòu)零件。(2)鋼的滲硼 &

合金量具鋼是用于制造測量工件尺寸的工具（如卡尺、量塊、千分尺、卡規(guī)、塞規(guī)、樣板等）所使用的合金鋼。量具在使用過程中主要受磨損，因而要求量具有高的硬度和耐磨性，同時還必須有高的尺寸穩(wěn)定性，良好的磨削加工性能，使量具能有較小的表面粗糙度值，形狀復(fù)雜的量具還要求熱處理變形小。通常合金工具鋼如8MnSi、9SiCr、Cr2、W鋼等都可用來制造各種量具；高精度、形狀復(fù)雜的量具，可采用微變形合金工具鋼如CrWMn和滾動軸承鋼GCr15制造；形狀簡單、尺寸較小、精度要求不高的量具也可用碳素工具鋼T10A、T12A制造，或用滲碳鋼

塑料模具鋼是指在加熱狀態(tài)下，將細(xì)粉或顆粒狀塑料壓制成形的模具用鋼。塑料模具在工作時持續(xù)受熱、受壓，并受到一定程度的摩擦和有害氣體的腐蝕，因此，塑料模具鋼要求在200℃時具有足夠的強度和韌性，并具有較高的耐磨性和耐蝕性。隨著塑料工業(yè)的迅速發(fā)展，塑料模具鋼逐漸發(fā)展成為一個體系，它涉及了從結(jié)構(gòu)鋼到工具鋼，從碳素鋼到合金鋼的許多鋼種。根據(jù)模具鋼的強化方式或服役特性，可將塑料模具鋼大體分為滲碳型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼、時效硬化型塑料模具鋼、耐蝕型塑料模具鋼等。滲碳型塑料模具鋼主要用于制造承受載荷較

同一鋼件經(jīng)淬火加回火熱處理后，可以得到回火托氏體和回火索氏體組織，由過冷奧氏體直接分解也能得到托氏體和索氏體組織。它們都是鐵素體加碳化物的珠光體類型組織，但是回火托氏體和回火索氏體中的碳化物是呈顆粒狀的，而托氏體和索氏體中的碳化物是片狀的。碳化物呈顆粒狀的組織使鋼的許多性能得到改善。因此，工程上凡是承受沖擊并要求優(yōu)良綜合力學(xué)性能的工件都要進(jìn)行淬火加高溫回火處理，即調(diào)質(zhì)處理，以得到具有優(yōu)良綜合力學(xué)性能的回火索氏體組織。對于具有回火脆性的鋼種，進(jìn)行等溫淬火獲得的下貝氏體比淬火加低溫回火獲得回火馬氏體的性能優(yōu)越得多。所以

鋼的淬透性是鋼的熱處理工藝性能，在生產(chǎn)中有重要的實際意義。工件在整體淬火條件下，從表面至中心是否淬透，對其力學(xué)性能有重要影響。在拉壓、彎曲或剪切載荷下工作的零件，例如各類齒輪、軸類零件，希望整個截面都能被淬透，從而保證這些零件在整個截面上得到均勻的力學(xué)性能。選擇淬透性較高的鋼，即能滿足這一性能要求。而淬透性較低的鋼，零件截面不能全部淬透，表面到心部力學(xué)性能不同，尤其心部的沖擊韌度很低。鋼的淬透性越高，能淬透的工件截面尺寸越大。對于大截面的重要工件，為了增加淬透層的深度，必須選用過冷奧氏體很穩(wěn)定的合金鋼，工件越大，要

鋼在加熱、冷卻時所發(fā)生的相變與原子擴散速度有關(guān)。合金鋼中存在的合金元素會對原子的擴散速度產(chǎn)生影響。碳化物形成元素使碳的擴散速度減慢，碳化物形成元素不易析出，析出后也較難聚集長大。非碳化物形成元素（除硅外）則有增大碳擴散速度的作用。合金元素都能增大鐵原子間的結(jié)合力，使鐵的擴散速度下降。合金元素在固溶體中的擴散速度也比碳的擴散速度低得多。因此，在其他條件相同時，合金鋼擴散型的相變過程比碳素鋼緩慢，熱處理時應(yīng)引起注意。(1)合金元素對奧氏體形成速度的影響  合金鋼在加熱時，合金元素會改變碳的擴散速度，

為進(jìn)一步提高零件的使用性能和加工零件的質(zhì)量，降低制造成本，有時還把兩種或幾種加工工藝混合在一起，構(gòu)成復(fù)合加工工藝。例如把塑性變形和熱處理結(jié)合一起，形成形變熱處理新工藝等。目前在軋鋼生產(chǎn)中廣泛采用的控制軋制與控制冷卻技術(shù)從本質(zhì)上講也屬于形變熱處理，即軋制和熱處理相結(jié)合的復(fù)合加工工藝。形變熱處理是將塑性變形和熱處理有機結(jié)合在一起的一種復(fù)合工藝。該工藝既能提高鋼的強度，又能改善鋼的塑性和韌性，同時還能簡化工藝，節(jié)省能源。因此，形變熱處理是提高鋼的強韌性的重要手段之一。形變熱處理雖有很多優(yōu)點，但增加了變形工序，設(shè)備和工藝條

耐熱鋼按正火狀態(tài)下組織的不同，可分為鐵素體型鋼、珠光體型鋼、馬氏體型鋼、奧氏體型鋼等。(1)珠光體型耐熱鋼  這類鋼450~ 600℃范圍內(nèi)，按碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及應(yīng)用特點可分為低碳耐熱鋼和中碳耐熱鋼。低碳珠光體型耐熱鋼具有優(yōu)良的冷熱加工性能，主要用于鍋爐鋼管等，常用的牌號有15CrMn、15CrMo、12CrMoV等。中碳珠光體型耐熱鋼在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用具有優(yōu)良的高溫綜合力學(xué)性能，主要用于耐熱的緊固件、汽輪機轉(zhuǎn)子、主軸、葉輪等，常用的牌號有25Cr2MoVA、35CrMoV等。(2)馬氏體型耐熱鋼&n

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。鍛造后要退火，其目的是消除鍛造應(yīng)力、細(xì)化組織、降低硬度，以便于切削加工。熱作模具鋼的最終熱處理一般為淬火及高溫（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40HRC左右，具有一定的強度和較高的韌性。一般冷作模具鋼在鍛造之后需進(jìn)行球化退火，目的是消除鍛造應(yīng)力，降低硬度，改善可加工性，細(xì)化晶粒，為淬火做好組織準(zhǔn)備。冷作模具鋼的最終熱處理為淬火和低溫回火，最終熱處理后的組織為回火馬氏體、未溶碳化物和少量殘留奧氏體。與碳素工具鋼相比，由于合金元素的

球墨鑄鐵的感應(yīng)淬火本質(zhì)上與鋼沒有區(qū)別，但由于處理前的鑄造組織較粗、成分不均勻，因此鐵素體向奧氏體轉(zhuǎn)變的溫度較高，在快速加熱中轉(zhuǎn)變不易完成。感應(yīng)淬火主要適用于珠光體為基體的球墨鑄鐵。以鐵素體為基體的球墨鑄鐵，由于感應(yīng)加熱太快，碳來不及向奧氏體固溶及擴散，淬火后馬氏體硬度不高，并保留有大量未轉(zhuǎn)變的鐵素體，所以硬度低。因此以鐵素體為基體的球墨鑄鐵，感應(yīng)淬火前先要經(jīng)過正火轉(zhuǎn)變成珠光體再進(jìn)行。感應(yīng)加熱溫度常采用850~1000℃，淬火層組織為細(xì)針狀馬氏體及球狀石墨，過渡層為小島狀馬氏體和細(xì)小的鐵素體，感應(yīng)處理后具有很好的耐磨

等溫轉(zhuǎn)變圖反映過冷奧氏體在等溫條件下的轉(zhuǎn)變規(guī)律，可以用來指導(dǎo)等溫?zé)崽幚砉に嚒５?，鋼的正火、退火、淬火等熱處理以及鋼在鑄、鍛、焊后的冷卻都是從高溫連續(xù)冷卻到室溫的。所謂鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變指的是在一定冷卻速度下，過冷奧氏體在一個溫度范圍內(nèi)所發(fā)生的轉(zhuǎn)變。這種轉(zhuǎn)變可變的外部因素就是過冷奧氏體的冷卻速度，研究連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變實質(zhì)上就是研究冷卻速度對過冷奧氏體分解及分解產(chǎn)物的影響，而這種影響又是通過溫度起作用的。連續(xù)冷卻過程實際上是過冷奧氏體通過了由高溫到低溫的整個區(qū)間。連續(xù)冷卻速度不同，到達(dá)各個溫度區(qū)間的時間以及在各個溫度區(qū)間停

將金屬工件放入含有某種活性原子的化學(xué)介質(zhì)中，通過加熱使介質(zhì)中的原子擴散滲入工件一定深度的表層，改變其化學(xué)成分和組織并獲得與心部不同性能的熱處理工藝叫做化學(xué)熱處理。和表面淬火不同，化學(xué)熱處理后的工件表面不僅有組織的變化，而且也有化學(xué)成分的變化?？梢哉f，鋼的化學(xué)熱處理就是改變鋼的表層化學(xué)成分和性能的一種熱處理工藝?；瘜W(xué)熱處理后的鋼件表面可以獲得比表面淬火更高的硬度、耐磨性和疲勞強度，心部在具有良好的塑性和韌性的同時，還可獲得較高的強度。通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)熱處理還可使鋼件表層具有減摩、耐腐蝕等特殊性能。因此，化學(xué)熱處理工藝已

高溫形變熱處理是將鋼加熱至Ac3以上，在穩(wěn)定的奧氏體溫度范圍內(nèi)進(jìn)行變形，然后立即淬火，使之發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變并回火得到所需要性能的熱處理工藝（見圖1）。由于形變溫度遠(yuǎn)高于鋼的再結(jié)晶溫度，形變強化效果易于被高溫再結(jié)晶所削弱，故應(yīng)嚴(yán)格控制形變后至淬火前的停留時間，形變后要立即淬火冷卻。高溫形變熱處理和一般熱處理相比，在提高鋼的抗拉強度和屈服強度的同時，還能改善鋼的塑性和韌性。圖1   高溫形變熱處理工藝過程示意圖高溫形變熱處理適用于一般碳素鋼、低合金鋼結(jié)構(gòu)零件以及機械加工量不大的鍛件或軋材，如連桿、曲軸、彈簧、葉

球墨鑄鐵的力學(xué)性能主要取決于金屬基體，通過熱處理控制奧氏體化溫度、保溫時間和冷卻條件可以改變奧氏體及其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，從而可以顯著改善球墨鑄鐵的力學(xué)性能。在熱處理過程中，石墨作為球墨鑄鐵中的一個相，也參與相變過程。石墨的存在相當(dāng)于一個儲碳庫，形成鐵素體球墨鑄鐵時，碳全部或大部分集中于石墨這個儲碳庫中。球墨鑄鐵熱處理加熱時，球狀石墨表面的碳有部分溶入奧氏體，供應(yīng)必要的碳量?？刂萍訜釡囟瓤梢钥刂茒W氏體中含碳量，從而可以得到低碳馬氏體或者高碳馬氏體。奧氏體化后的球墨鑄鐵在Ar1以下緩慢冷卻時析出石墨，或沉積在原來石

球墨鑄鐵退火熱處理工藝包括消除內(nèi)應(yīng)力退火、高溫退火和低溫退火三種。球墨鑄鐵消除內(nèi)應(yīng)力退火一般是以75～100℃/h的速度加熱到500~ 600℃，根據(jù)鑄件壁厚可按每25mm保溫1h來計算，而后空冷。這種方法消除鑄件90%~95%的應(yīng)力，可提高鑄件的塑性及韌性，但組織并沒有發(fā)生明顯改變。高溫退火是將鑄件加熱到900~ 950℃，保溫1～4h，進(jìn)行第一階段石墨化，然后爐冷至720~780℃，保溫2~8h，進(jìn)行第二階段石墨化。如果在900~950℃保溫后爐冷至600℃空冷，則由于第二階段石墨化沒有進(jìn)行，將得到珠光體球墨鑄