常用结构用钢基础知识

第一部分  结构用钢

一    碳素结构钢

（一）            低碳结构用钢   含碳量≤0.20% 

          常见牌号：08Al、10、15、20；

1、   用途 

（1）    冷冲压用钢，可以成型后直接使用，也可以在成型后进行热处理强化表面；

（2）    不太重要的机械零件-——量大时往往会采用易切削钢；

（3）    不太重要的渗碳结构件。

2、   通常的热处理方法——这类材料一般不能直接淬火强化

（1）     渗碳或碳氮共渗；

（2）     氮化；

（3）     其他——介绍一种NiP改性涂层：

NiP改性涂层是一种电镀与热处理结合的表面硬化方法，它的表面硬度可达HV600~1000，硬化层厚度可达10~20μ，具有处理温度低、变形小、涂层耐腐蚀性好的特点。

 （二）中碳结构钢   含碳量0.25~0.55%，

     最常用的牌号为45钢/C50，这类材料规格齐全，价格较低，易于采购；

       1、用途

（1）    一般用途的机械构件，如受力不大的无磨损要求的零件——量大时往往会采用易切削钢；

（2）    调质处理的零件，要求较高强度的运动部件，如较小的轴、齿轮、蜗杆等；

 3、   通常的热处理方法

（1）     调质处理：淬火+高温回火，需注意的是45钢的淬透性较差，通常￠20mm的材料调质时就可能造成表面与心部硬度不一致，因此较大直径及较复杂的零件应采用中碳合金结构钢。案例：比亚迪螺丝从￠18mm调质后加工到￠8mm,￠18mm表面硬度HRC35，￠8mm心部硬度为HRC25；

（2）     淬火加硬：最高硬度为HRC50~55

A、    油淬：板料以3mm厚度为限，棒料以8mm为限；

B、    水淬：直径或厚度以15mm为限，同时水淬变形较大，易开裂。

（3）     高频表面处理：最高硬度为HRC55~57

（4）     调质加工+氮化处理：可增加表面耐磨性

需注意的是，由于氮化的温度较高，对应的调质硬度较低，所以一般不用于受力较大及寿命要求较高的零件；

45钢氮化处理的硬度：调质+氮化→HV600

                    直接氮化→HV400

 （三）中高碳结构钢    含碳量0.25~0.55%，

         常见的牌号为60、65、70、80（日本牌号SK4、SK5、SK7）

1、         用途：通常在较高硬度下使用，如较高硬度的冲压零件、各种小型轴类零          件、各种弹片；

2、         热处理方法

（1）           淬火加硬：通常为成品或接近成品进行淬火，由于此类材料加热时容易脱碳，一般用网带炉淬火，淬火硬度HRC58~60；

（2）           高频表面淬火：硬度HRC60以上；

（3）           通常不作毛坯调质处理，零件也不作氮化处理。

二、合金结构钢

   在碳素结构钢的基础上加入1~3%的合金元素，材料的淬透性大幅增加，可以在油冷条件实现淬火，变形小，可实现大尺寸零件的完全淬火；

（一）      渗碳系列——低碳合金结构钢，

       常见的牌号：  20Cr、15CrMo、20CrMnTi

1、         用途：重要用途的较大尺寸渗碳结构件，表面渗层厚，硬度高，心部高强度、高韧性，如较大载荷的齿轮、曲轴、花键轴；

2、         多用炉或网带炉渗碳，其中网带炉只能用于较浅层的渗碳（0.4mm下）；

（二）      淬火系列-——中碳合金结构钢 ，常用的高强度钢均在          这一系列 ；

常见牌号：40Cr、42CrMo、35CrMo 、40CrNiMo

1、         热处理状态及用途：

A、        调质状态（淬火+高温回火）：HRC32~38 ，综合性能好，加工性能好，可直接用于中速机床的轴类、齿轮

B、         调质+高频表面淬火：表面耐磨，HRC60以上，心部综合性能良好，用于表面耐磨的重要结构件，如齿轮、轴、曲轴、连杆、销子、进气阀等；

C、         淬火+中温回火：HRC48~52，用于耐冲击的重载荷零件，如主轴、油泵转子、滑块等；

D、        淬火+低温回火：HRC52~58，用于重载荷但低冲击、高耐磨的零件，如蜗杆、轴、轴套等；

2、         贝氏体淬火技术：贝氏体具有高硬度和高韧性兼备的性能，目前是解决许多零部件韧性和寿命不足的优秀工艺手段，而贝氏体淬火目前主要在中碳合金结构钢中实现；实现贝氏体淬火的方法为，材料加热后，直接在280~300℃的盐浴中等温6~8小时；由于等温的温度较高，因而较大尺寸的零件目前还难以获得完全的贝氏体组织。

真空贝氏体淬火技术：利用真空高压气体淬火获得贝氏体是一项全新的贝氏体淬火技术，它的最大特点是可以实现较大尺寸零件的贝氏体淬火。

（三）氮化系列——中碳氮化专用合金结构钢 

          牌号为38CrMoAl、39CrMoV

1、         氮化专用合金结构钢的性能特点：

2、         热处理：调质+氮

      化主要用于中等动负荷、高耐磨要求的零件

     （四）弹簧钢系列——中高碳合金结构钢

常见牌号  65Mn、60Si2Mn、50CrV，这类钢在淬火+中温（400~450℃）回火后，具有很高的弹性极限和疲劳寿命。

     （五） 高碳系列

一般来讲，高碳低合金钢均列入模具钢系列，但也有少数钢钟专用于结构零件，如轴承钢； GCr15、GCr6、SUJ2；

热处理：较小零件可用网带炉，较大零件用多用炉。

 三、不锈钢

    不锈钢分为热处理可强化的不锈钢和热处理不可强化的不锈钢二大类；

   （一）热处理可强化的不锈钢，也称马氏体不锈钢，常用的中国牌号有1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、9Cr18Mo等，国外牌号为410、416、420、440C等；用于需要一定硬度的又能防锈的零件，如各种刀片、微电机轴等；

  1、用途：

   通常根据零件所要求的硬度不同选择不同牌号的材料，如：

   1Cr13最高硬度为HRC40~42；

   2Cr13最高硬度为HRC46~48；

3Cr13/4Cr13最高硬度为HRC52~56；

440C最高硬度为HRC58~60；

2、热处理

（1）冲压零件及小型轴类零件可用钢带炉淬火，低温回火即可获得本色表面；

（2）较大零件可用真空炉高压气淬，也可获得本色表面；

（3）由于淬火温度高，零件易于变形，因此精密零件淬火时应有适当的防止变形的措施，

案例：佳能相机拨叉。

  （二）热处理不可强化的不锈钢，也称奥氏体不锈钢

        常见的牌号有301、302、303、304、305、316、310

        中国牌号为0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr25Ni20

1、用途：一般用于制作耐腐蚀性要求较高，而不需要较高硬度的零件；

2、零件的性能（硬度）可通过选用不同冷作硬化的材料来实现，如SUS301：

选用冷作硬化状态的原材料制作的零件（大多为冲压件），由于材料存在原始内应力，加上制作过程产生的应力，因此零件成型后一般需进行定型烧钝处理，处理温度约300℃，处理后零件的硬度会上升20~50HV。

案例：手机内支架。

  （三）沉淀硬化型不锈钢

     1、常用牌号

     2、热处理方式

        高温固溶（1000~1050℃）+沉淀硬化（470~495℃）

四、粉末冶金材料

    粉末冶金制品是将铁粉与配料混合后在模具内压制成型，再通过高温烧结使材料发生分子扩散而实现定型的一种零件制作方法。

  （一）部分零件在烧结后进行适当加工即可使用；

  （二）零件如有进一步的硬度要求，需进行热处理，通常的热处理有淬火或渗碳淬火，可在网带炉上进行，也可在多用炉上进行；

     1、粉末冶金零件热处理的硬度决定于零件烧结后的含碳量（而不是配料时的含碳量）和零件的压制密度；

     2、热处理的变形决定于压制的密度和零件的形状。

 五、电工用钢

   （一）电工纯铁

      含碳量小于0.06%的钢，是一种软磁材料，即通电时产生强磁性，断电时没有磁性。

      国产的牌号有DT-1、DT-2、DT-3、DT-4

     热处理的目的是追求最少的晶界、最整齐的晶体结构，工艺上称为磁性退火，温度900℃，一般采用氢气炉或真空炉，需缓慢升温和缓慢降温，工艺时间较长。

   （二）硅钢

      含硅1.5~2.5%的钢，也属于软磁材料，通常以矽钢片的形式应用于变压器内的铁芯，这些矽钢片冲压成型后需进行退火处理，以实现重结晶和消除加工应力，工艺为780℃真空退火。 

第二部分  工模具用钢

  一、冷作模具钢

   （一）低合金冷作模具钢-——合金含量5%以下，含碳量0.7~1.2%

      1、主要牌号有：9Mn2V、9CrWMn（中）

                     2510（德）

                     DF-2（ASSAB）

     2、主要用途及特点

      易加工，淬火硬度高（HRC63~65）、变形小，耐磨性较好，但淬透性较差，一般用于制造截面较小而较复杂的冷冲模、量具等，需注意的是此模具材料是在低温回火的条件下获得高的硬度，因此对于工作中易摩擦发热的模具是不适用的，同时模具精加工时应避免磨削过热而产生磨削裂纹。

  （二）高合金冷作模具钢——合金含量5%以上，含碳量0.9~2.5%

     1、主要牌号有：Cr12、Cr12MoV（中）

                    2379（德）

                    SKD11、DC53（日）

                    D2（美）

     2、主要用途及特点

      耐磨性高，承载能力大，热处理变形小，一般为2510的1/2~1/4，主要用于冷冲、冷挤压模具，滚丝、搓丝工具；

       Cr12：含碳量高达2.3%，耐磨性好，但韧性差，易脆裂，适合制造冲击负荷较小的高耐磨的模具，如冲头、下料模、冷敦模、冷挤压模等；

       Cr12MoV：含碳量为1.5%，淬透性好，韧性较Cr12有较大改良，用于制造比Cr12截面大、冲击力大的模具；

       SKD11：日本钢种，成分与Cr12MoV相近，但增加了Mo和V的含量，耐磨性和韧性均有所提高；

       DC53：是SKD11的进一步改良，具有高硬度和高韧性兼备的特点，用于精密冲模、拉伸模、搓丝模，寿命与Cr12MoV相比有明显提高。

  （三）高速钢-——切削刀具用钢，钢的红硬性良好

     1、主要牌号：M2、M35、M42（美）

        W6Mo5Cr4V2、W6Mo5Cr4V2Co5、W2Mo9Cr4VCo8（中）

      2、主要用途：

        （1）制作刃具，如丝锥、铣刀、铰刀、拉刀；

        （2）制作高耐磨的模具，如冲头、冷敦模

      3、粉末高速钢——常见牌号ASP23

     这是均匀性最好的一类高速钢，耐磨性及韧性均极佳，热处理尺寸稳定，不过价格也非凡，目前国内尚不能生产，用于制造长寿命切削工具和模具。