钢的分类
一、黑色金属、钢和有色金属
在介绍钢的分类之前先简单介绍一下黑色金属、钢与有色金属的基本概念。
1、黑色金属是指铁和铁的合金。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。
2、有色金属又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。另外在工业上还采用铬、镍、锰、钼、钴、钒、钨、钛等，这些金属主要用作合金附加物，以改善金属的性能，其中钨、钛、钼等多用以生产刀具用的硬质合金。以上这些有色金属都称为工业用金属，此外还有贵重金属：铂、金、银等和稀有金属，包括放射性的铀、镭等。 二、钢的分类
钢是含碳量在0.04%-2.3%之间的铁碳合金。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。钢的分类方法多种多样，其主要方法有如下七种： 1、按品质分类
(1) 普通钢（P ≤ 0.045%，S ≤ 0.050%） (2) 优质钢（P、S均 ≤ 0.035%）
(3) 高级优质钢（P ≤ 0.035%，S ≤ 0.030%） 2、按化学成份分类
(1) 碳素钢：a.低碳钢（C ≤ 0.25%）；b.中碳钢（C ≤ 0.25~0.60%）；c.高碳钢（C ≤ 0.60%）。 (2) 合金钢：a.低合金钢（合金元素总含量 ≤ 5%）；b.中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）；c.高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 3、按用途分类
(1) 建筑及工程用钢：a.普通碳素结构钢；b.低合金结构钢；c.钢筋钢。 (2) 结构钢
a.机械制造用钢：(a)调质结构钢；(b)表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢；(c)易切结构钢；(d)冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。 b.弹簧钢 c.轴承钢
(3) 工具钢：a.碳素工具钢；b.合金工具钢；c.高速工具钢。 (4) 特殊性能钢：a.不锈耐酸钢；b.耐热钢：包括抗氧化钢、热强钢、气阀钢；c.电热合金钢；d.耐磨钢 e.低温用钢；f.电工用钢。
(5) 专业用钢 —— 如桥梁用钢、船舶用钢、锅炉用钢、压力容器用钢、农机用钢等 4、综合分类 (1)普通钢
a.碳素结构钢：(a) Q195；(b) Q215(A、B)；(c) Q235(A、B、C)；(d) Q255(A、B)；(e) Q275。 b.低合金结构钢
c.特定用途的普通结构钢
(2)优质钢（包括高级优质钢）
a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。
b.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。
c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。 5、按成形方法分类：(1) 锻钢；(2) 铸钢；(3) 热轧钢；(4) 冷拉钢。 6、按金相组织分类 (1) 退火状态的：a.亚共析钢（铁素体+珠光体）；b.共析钢（珠光体）；c.过共析钢（珠光体+渗碳体） d.莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。
(2) 正火状态的：a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。
I
(3) 无相变或部分发生相变的 7、按冶炼方法分类 (1) 按炉种分
a.平炉钢：(a)酸性平炉钢；(b)碱性平炉钢。
b.转炉钢：(a)酸性转炉钢；(b)碱性转炉钢。或 (a)底吹转炉钢；(b)侧吹转炉钢；(c)顶吹转炉钢。 c. 电炉钢：(a)电弧炉钢；(b)电渣炉钢；(c)感应炉钢；(d)真空自耗炉钢；(e)电子束炉钢。 (2)按脱氧程度和浇注制度分
a.沸腾钢；b.半镇静钢；c.镇静钢；d.特殊镇静钢。
热处理的目的是改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能，通过适当的热处理可以显著提高钢的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。 热处理工艺分类：（根据热处理的目的、要求和工艺方法的不同分类如下） 1、 整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质； 2、 表面热处理：包括表面淬火、物理和化学气相沉积等； 3、 化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。 热处理的三阶段：加热、保温、冷却
钢的退火与正火
常用的热处理工艺分为两大类：
预备热处理目的：消除坯料、半成品中的某些缺陷，为后续冷加工，最终热处理作组织准备。 最终热处理目的：使工件获得所要求的性能。
退火与正火的目的 : 消除钢材经热加工所引起的某些缺陷,或为以后的切削加工及最终热处理做好组织准备。一、钢的退火
1、 概念： 将钢件加热到适当温度 (Ac 1 以上或以下)，保持一定时间，然后缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺称为退火。 2、 目的：
（ 1）降低硬度，提高塑性， （ 2）细化晶粒，消除组织缺陷 （ 3）消除内应力
（ 4）为淬火作好组织准备
3、类型：(根据加热温度可分为在临界温度（Ac 1 或Ac 3 ）以上或以下的退火，前者又称相变重结晶退火，包括完全退火、扩散退火均匀化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再结晶退火及去应力退火。)
（1） 完全退火：
1） 概念：将亚共析钢（ Wc＝0.3％~0.6％）加热到AC 3 +（30~50） ℃， 完全奥氏体化后，保温缓冷（随炉、埋入砂、石灰中），以获得接近平衡状态的组织的热处理工艺称为完全退火。 2） 目的：细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度、改善切削加工性能。
3） 工艺：完全退火采用随炉缓冷可以保证先共析铁素体的析出和过冷奥氏体在 Ar1以下较主温度范围内转变为珠光体。工件在退火温度下的保温时间不仅要使工件烧透，即工件心部达到要求的加热温度，而且要保证全部看到均匀化的奥氏体，达到完全重结晶。完全退火保温时间与钢材成分、工件厚度、装炉量和装炉方式等因素有关。 实际生产时，为了提高生产率，退火冷却至 600℃左右即可出炉空冷。 4） 适用范围：中碳钢和中碳合金钢的铸，焊，锻，轧制件等。
II
注意事项：低碳钢和过共析钢不宜采用完全退火。低碳钢完全退火后硬度偏低，不利于切削加工。过共析钢加热至 Ac cm 以上奥氏体状态缓冷退火时，有网状二次渗碳体析出，使钢的强度、塑性和冲击韧性显著降低。
（2） 球化退火
1） 概念：使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺称为球化退火。
2） 工艺：一般球化退火工艺Ａ c 1 +(1０~2０)℃ 随 炉 冷 至 500~600 ℃空冷。 3） 目的：降低硬度、改善组织、提高塑性和切削加工性能。
4） 适用范围：主要用于共析钢、过共析钢的刃具、量具、模具等。
过共析钢中有网状二次渗碳体时，不仅硬度高，难以进行切削加工，而且增大钢的脆性，容易产生淬火变形及开裂。为此，钢热加工后必须加一道球化退火，使网状二次渗碳体和珠光体中的片状渗体发生球化，得到粒状珠光体。 冷却速度和等温温度也会影响碳化物获得球化的效果，冷却速度快或等温温度低，珠光体在较低温度下形成，碳化物颗粒太细，聚集作用小，容易形成片状碳化物，从而使硬度偏高。如果冷却速度过慢或等温温度过高，形成碳化物颗粒较粗大，聚集作用也很强烈，易形成粗细不等的粒状碳化物，使硬度偏低。
（３） 均匀化退火（扩散退火） 1） 工艺：把合金钢铸锭或铸件加热到 Ac 3 以上150~00℃，保温10~15h后缓慢冷却以消除化学 成分不均匀现象的热处理工艺。
2） 目的：消除结晶过程中的枝晶偏析，使成分均匀化。由于加热温度高、时间长，会引起奥氏体晶粒严重粗化，因此一般还需要进行一次完全退火或正火，以细化晶粒、消除过热缺陷。 3） 适用范围：主要用于质量要求高的合金钢铸锭、铸件、锻件。
4） 注意：高温扩散退火生产周期长，消耗能量大，工件氧化、脱碳严重，成本很高。只是一些优质合金钢及偏析较严重的合金钢铸件及钢锭才使用这种工艺。对于一般尺寸不大的铸件或碳钢铸件，因其偏析程度较轻，可采用完全退火来细化晶粒，消除铸造应力。 （４） 去应力退火
1) 概念： 为去除由于塑性变形加工 ,焊接等而造成的应力以及铸件内存在的残余应力而进行的退火称为去应力退火。（去应力退火不发生扭变） 2) 工艺：将工件缓慢加热到 Ac 1 以下100~200℃（500~600℃）保温一定时间（1~3h）后随炉缓冷至200℃，再出炉冷却。 钢的一般在 500～600℃
铸铁一般在 500～550℃超过550扣容易造成珠光体的石墨化。 焊接件一般为 500～600℃。
3）适用范围：消除铸、锻、焊件，冷冲压件以及机加工工件中的残余应力，以稳定钢件的尺寸，减少变形，防止开裂。
二、钢的正火
1、概念： 将钢件加热 到Ac 3 (或Ac cm )以上３０～５０℃，保温适当时间后；在静止空气中冷却的热处理工艺称为钢的正火。
2、 目的：细化晶粒，均匀组织，调整硬度等。
3、 组织：共析钢 S 、亚共析钢F+S、过共析钢Fe 3 CⅡ＋S
4、工艺：正火保温时间和完全退火相同，应以工件透烧，即心部达到要求的加热温度为准，还应考虑钢材、原始组织、装炉量和加热设备等因素。正火冷却方式最常用的是将钢件从加热炉中取出在空气中自然冷却。对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度，达到要求的组织和性能。
5、应用范围：
1）改善钢的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素钢和低合金钢，退火后硬度较低，切削加工
III
时易于“粘 刀”，通过正火处理，可以减少自由铁素体，获得细片状珠光体，使硬度提高，可以改善钢的切削加工性，提高刀具的寿命和工件的表面光洁程度。
2）消除热加工缺陷。中碳结构钢铸、锻、轧件以及焊接件在加热加工后易出现粗大晶粒等过热缺陷和带状组织。通过正火处理可以消除这些缺陷组织，达到细化晶粒、均匀组织、消除内应力的目的。 3）消除过共析钢的网状碳化物，便于球化退火。过共析钢在淬火之前要进行球化退火，以便于机械加工并为淬火作好组织准备。但当过共析钢中存在严重网状碳化物时，将达不到良好的球化效果。通过正火处理可以消除网状碳化物。 4）提高普通结构零件的机械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳钢和合金钢零件采用正火处理，达到一定的综合力学性能，可以代替调质处理，作为零件的最终热处理。
三、退火和正火的选择 退火与正火的主要区别：
1、正火的冷却速度比退火稍快，过冷度较大
2、正火后所得到的组织比较细，强度和硬度比退火高一些。 退火与正火的选择 ：
１、含碳量＜0.25％的低碳钢，通常采用正火代替退火。因为较快的冷却速度可以防止低碳钢沿晶界析出游离三次渗碳体，从而提高冲压件的冷变形性能；用正火可以提高钢的硬度，低碳钢的切削加工性能；在没有其它热处理工序时，用正火可以细化晶粒，提高低碳钢强度。
２、 含碳量在 0.25～0.5％之间的中碳钢也可用正火代替退火，虽然接近上限碳量的中碳钢正火后硬度偏高，但尚能进行切削加工，而且正火成本低、生产率高。
３、 含碳量在 0.5～0.75％之间的钢，因含碳量较高，正火后的硬度显著高于退火的情况，难以进行切削加工，故一般采用完全退火，降低硬度，改善切削加工性。
４、 含碳量＞ 0.75％的高碳钢或工具钢一般均采用球化退火作为预备热处理，如有网状二次渗碳体存在，则应先进行正火消除。
退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。缓冷是退火的主要特点，退火件一般随炉冷却至 550℃以下时出炉空冷。
退火是应用非常广泛的热处理，在工模具或机械零件等的制造过程中，经常作为预备热处理安排在铸锻焊之后，切削（粗）加工之前，用以消除前一道工序所带来的某些缺陷，并为随后的工序做好准备。 退火目的①降低材料硬度，以利于切削加工；②消除各类应力，防止零件变形；③细化粗大晶粒，改善内部组织，为最终热处理做好准备。
钢 的 淬 火
钢的淬火是热处理工艺中最重要、也是用途最广泛的工序。淬火可以显著提高钢的强度和硬度。
一、钢的淬火的定义
定义：将钢件加热到 Ac 3 或Ac 1 以上某一温度，保持一定时间。然后以适当速 度冷却获得 M或B 下 组织的热处理工艺。
二、淬火温度的选择
主要学习碳钢与合金钢的淬火
1.碳钢的淬火加热温度由Fe－Fe 3 C相图来确定，其目的是为了 ①淬火后希望得到全部细小的马氏体；②淬火后希望硬度高。
① 亚共析钢 Ac 3 +(30~50)℃,可获得细小的均匀的马氏体，如温度过高则有晶粒粗化现象，淬火后获得粗大的M，使钢的脆性增大；如温度过低则淬火后M+F，有铁素体出现，淬火硬度不足。
② 共析钢与过共析钢 Ac 1 +(30~50)℃，由于有高硬度的渗碳体和马氏体存在，能保证得到高的硬度和耐磨性。如果加热温度超过Ac cm 将会使碳化物全部溶入奥氏体中，使奥氏体中的含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，降低钢的硬度和耐磨性；淬火温度过高，奥氏体晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易
IV
