作者：樊新民,黄洁雯
出版社：机械工业出版社
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结构钢热处理技术数据手册试读：
前言
结构钢是机械工业中常用的结构件用钢。结构件为了满足对性能的要求,一般需要在热处理后使用。金属热处理是机械制造业中的关键工序之一,对提高结构件性能有着重要意义。正确选择热处理工艺参数是提高结构件和零件的性能、发挥金属材料潜力,降低能耗,保证和提高机械产品使用寿命的有效手段。
本书按照现行国家标准中优质碳素结构钢和合金结构钢的排列顺序,介绍了每一个钢种的基本性能、特点、用途、化学成分、物理性能、临界温度、热处理工艺数据、经过不同热处理后的力学性能,以及过冷奥氏体转变图和淬透性曲线。本书内容以图和表为主,编排格式统一,便于读者查阅。
本书由樊新民、黄洁雯编写。由于编者水平有限,书中错误在所难免,恳请广大同行和读者批评指正。编者第1章 概述1.1 结构钢的类型
结构钢是用于制造各种工程结构和机器零件的钢种，分为工程结构用钢和机械结构用钢两大类。工程结构用钢用于制造各种工程结构，如钢架、车辆、船舶、桥梁、钢轨、高压容器等。这类钢主要用于承受各种载荷，要求有较高的屈服强度、良好的塑性和韧性，以保证结构的可靠性；其次为适应工作环境，要求有好的低温韧性，能耐大气腐蚀或海水腐蚀；另外还要有良好的冷变形性能和焊接性。工程结构用钢通常是碳的质量分数小于0.2％的低碳钢，一般在热轧空冷状态下使用，有时也在回火状态下使用。工程结构用钢主要有碳素结构钢和低合金高强度结构钢等。
机械结构用钢用于制造各种机器零件，如各种轴类、齿轮、连接件、弹簧和轴承等。机器零件在工作时承受拉伸、压缩、剪切、扭转、冲击、振动、摩擦等多种载荷中的一种或几种同时作用，工作环境可能是高温、低温，或者是腐蚀条件。因此机械结构用钢对力学性能的要求是多方面的，不但要求有足够的强度和韧性，而且对疲劳强度、耐磨性、缺口敏感性等方面都有要求。机械结构用钢包括优质碳素结构钢、合金结构钢、弹簧钢、轴承钢等。为满足机械零件的性能要求，机械结构用钢通常是在热处理后使用。
结构钢的热处理包括退火、正火、淬火、回火以及渗碳、渗氮等多种工艺，最常用的是调质和渗碳两种工艺。
淬火与高温回火相结合的热处理工艺称为调质。调质处理得到的组织为回火索氏体。调质可使工件具有良好的综合力学性能。在机械结构中，许多重要的零件，如轴、齿轮、连杆和螺栓等，均在多种负荷下工作，受力情况复杂，要求具有良好的综合力学性能。这类零件一般都选用中含碳量的碳素结构钢和合金结构钢来制造，通过调质处理使其达到所需的性能。通常将适用于调质处理的钢称为调质钢。调质钢的含碳量（质量分数，下同）一般为0.25％～0.60％。含碳量过低，则碳化物数量不足，弥散强化作用小，强度不足；含碳量过高则韧性不足。一般来说，如果零件要求较高的塑性与韧性，则用含碳量低于0.4％的调质钢；如果零件要求较高的强度与硬度，则用含碳量高于0.4％的调质钢。
渗碳是把低碳钢或低碳合金钢零件置于具有增碳能力、含活性碳原子的介质中，并在900～950℃加热保温，使活性碳原子渗入零件表面，在碳浓度梯度的作用下，碳原子由表向里扩散，形成要求厚度和碳浓度的扩散层即渗碳层。渗碳的目的是在低碳钢或低碳合金钢零件的表面得到高的含碳量，然后经过淬火-低温回火得到高的硬度和耐磨性的渗碳层，而零件心部具有高的强韧性。对多数中、小型零件，渗碳层深度为0.7～1.5mm，表层碳的质量分数为0.7％～0.9％。渗碳钢的含碳量一般都在0.15％～0.25％范围内，对于重载的渗碳件，可以提高到0.25％～0.30％，以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。渗碳钢的含碳量不能太低，否则就不能保证一定的强度。
本书将以现行优质碳素结构钢和合金结构钢的现行国家标准的牌号顺序，给出每种钢的热处理工艺和热处理后的性能。1.2 优质碳素结构钢的化学成分
优质碳素结构钢的化学成分见表1.2-1，其硫、磷含量应符合表1.2-2的规定。表1.2-1 优质碳素结构钢的化学成分（GB／T 699—1999）（续）注：表中所列牌号为优质钢。如果是高级优质钢，在牌号后面加“A”（统一数字代号最后一位数字改为“3”）；如果是特级优质钢，在牌号后面加“E”（统一数字代号最后一位数字改为“6”）；对于沸腾钢，在牌号后面加“F”（统一数字代号最后一位数字为“0”）；对于半镇静钢，在牌号后面加“b”（统一数字代号最后一位数字为“1”）。表1.2-2 优质碳素结构钢的硫、磷含量1.3 合金结构钢的化学成分
合金结构钢的化学成分见表1.3-1，其硫、磷及残余铜、铬、镍、钼含量应符合表1.3-2的规定。表1.3-1 合金结构钢的化学成分(GB/T 3077-1999）（续）（续）（续）（续）（续）（续）（续）注：1.标准中规定带“A”字标志的牌号仅能作为高级优质钢订货，其他牌号按优质钢订货。2.根据需方要求，可对表中各牌号按高级优质钢（指不带“A”）或特级优质钢（全部牌号）订货，只需在所订牌号后加“A”或“E”字标志（对有“A”字牌号应先去掉“A”）。需方对表中牌号化学成分提出其他要求可按特殊要求订货。3.统一数字代号系根据GB／T 17616规定列入，优质钢尾部数字为“2”，高级优质钢（带“A”钢）尾部数字为“3”，特级优质钢（带“E”钢）尾部位数字改“6”。4.稀土成分按0.05％（质量分数）计算量加入，成品分析结果供参考。表1.3-2 合金结构钢的硫、磷及残余铜、铬、镍、钼含量1.4 手册中常用符号的意义1.物理性能符号的意义
ρ——密度；
ρ′——电阻率；
E——弹性模量；
G——切变模量；
μ——泊松比；
c——比热容；
λ——热导率；
α——线胀系数。2.热处理临界温度符号的意义
A——在平衡状态下，奥氏体、铁素体、渗碳体或碳化物共存1的温度；
A——亚共析钢在平衡状态下，奥氏体和铁素体共存的最高温3度；
Ac——加热时下临界温度；1
Ac——加热时亚共析钢上临界温度；3
Ar——冷却时下临界温度；1
Ar——冷却时亚共析钢上临界温度；3
Ms——马氏体转变开始温度；
Mf——马氏体转变终了温度。3.力学性能符号的意义
R——抗拉强度；m
R——上屈服强度；eU
R——下屈服强度；eL
R——规定塑性延伸强度，使用的符号应附以下标说明所规定p的塑性延伸率，例如R表示规定塑性延伸率为0.2％时的应力；p0.2
A——断后伸长率，对于比例试样，若原始标距不为（S为平行长度的原始横截面积），符号A应附以0下标说明所使用的比例系数，例如A表示原始标距为11.3的断后伸长率；
Z——断面收缩率；
a——冲击韧度。K第2章 优质碳素结构钢2.1 08钢1.概述
08钢强度低而塑性和韧性很高，有着良好的冲压性、拉深性、焊接性和弯曲性，用于只要求容易加工成形而不要求强度的制件，除表面需强化处理的零部件外，一般使用时都不需热处理。冷加工可以增加08钢的强度，但退火则可恢复其原有韧性。08钢常在热轧供应状态下或正火后使用，经冷拉或正火处理之后，能提高其可加工性，是一种塑性很好的冲压用钢。
08钢广泛用于制造无强度要求，而易加工成形的深冲压、深拉深的盖罩件及焊接件，可制作心部强度要求不高而表面需要硬化的渗碳、碳氮共渗零件，如离合器盘、齿轮等，经退火处理后，还可制作具有良好导磁性能、剩磁较少的磁性零件，如电磁吸盘、软性电磁铁等。2.化学成分（见表2.1-1）表2.1-1 08钢的化学成分3.08钢和08F钢的物理性能（见表2.1-2和表2.1-3）表2.1-2 08钢的物理性能（续）表2.1-3 08F钢的物理性能4.临界温度（见表2.1-4）表2.1-4 临界温度（单位：℃）5.热处理工艺规范（见表2.1-5）表2.1-5 热处理工艺规范6.力学性能（见表2.1-6）表2.1-6 不同温度时的力学性能7.过冷奥氏体转变图（见图2.1-1）图2.1-108 钢等温转变图注：1.化学成分（质量分数，％）：C0.06，Mn0.43。2.奥氏体化温度为910℃，晶粒度为7级，Ac为730℃，Ms为480℃。12.2 10钢1.概述
10钢强度低，塑性和韧性高，易于挤压成形和压模成形，焊接性好，在冷拉状态下或经正火处理之后的可加工性明显提高，淬透性及淬硬性很差，无回火脆性倾向。
10钢可用镦锻、弯曲、冷冲、热压、拉深及焊接等多种加工方法，制作各种韧性高、负荷小的零件，如卡头、钢管、垫片、垫圈、摩擦片、汽车车身、防尘罩、容器、深冲器皿、搪瓷制品、轴承支架、冷镦螺栓螺母及各种受载较小的焊接件，也可制作渗碳件，如链轮、齿轮、链的滚子和套筒、犁壁等。2.化学成分（见表2.2-1）表2.2-1 化学成分3.物理性能（见表2.2-2）表2.2-2 物理性能4.临界温度（见表2.2-3）表2.2-3 临界温度（单位：℃）5.热处理工艺规范（见表2.2-4）表2.2-4 热处理工艺规范6.力学性能
1）不同热处理状态的力学性能见表2.2-5。表2.2-5 10钢不同热处理状态的力学性能注：试验用钢化学成分（质量分数，％）：C0.10，Si0.15～0.35，Mn0.30～0.60。
2）不同截面尺寸在不同热处理状态的力学性能见表2.2-6。表2.2-6 10钢不同截面尺寸在不同热处理状态的力学性能（续）7.过冷奥氏体转变图（见图2.2-1和图2.2-2）
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