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合金钢
滚动轴承钢
滚动轴承钢
滚动轴承钢用来制造滚动轴承的内外套圈及滚动体（滚珠、滚柱、滚针），也可用来制造各种工具和耐磨零件，如冷冲模、机床丝杠等。
一、性能要求
滚动轴承是在周期性交变载荷下工作的，套圈与滚动体之间产生强烈摩擦。因此，滚动轴承钢必须具有高的接触疲劳强度、高的弹性极限、高的硬度和耐磨性，并有足够的韧性、淬透性和一定的耐蚀性。
二、成分特点
1. 含碳量高
为了保证轴承的高硬度、高硬度和高耐磨性，滚动轴承钢的含碳量较高，一般为C=0.95％-1.15％。
二、成分特点
2. 基本合金元素为铬
一般Cr=0.4％-1.65％，铬能提高钢的淬透性，并在热处理后形成细小均匀分布的碳化物，从而提高钢的硬度、耐磨性和接触疲劳强度。
二、成分特点
3. 加入锰、硅、钒等合金元素
目的是进一步提高钢的淬透性、耐磨性并防止过热，以便于制造大型轴承。
二、成分特点
4. 质量高
滚动轴承钢都是高级优质钢，其对有害元素及非金属杂质控制严格，一般规定：S＜0.02％，P＜0.027％；非金属杂质（如氧化物、硅化物、硅酸盐等）含量必须很低，以保证轴承钢的力学性能，延长轴承使用寿命。
因此，轴承钢一般采用电冶炼，并采用真空脱氧等技术，以提高钢的纯度。
三、热处理特点
滚动轴承钢的热处理包括预备热处理和最终热处理。
1. 预备热处理为球化退火，目的是获得球状珠光体组织，以降低锻造后钢的硬度，便于切削加工，并为最终热处理作组织上的准备。
2. 最终热处理为淬火+低温回火，目的是获得极细小的回火马氏体和细小的均匀分布的碳化物组织，硬度可达61-65HRC，以提高轴承的硬度和耐磨性。
精密轴承必须保证在长期存放和使用中不变形，为了稳定尺寸，淬火后可立即进行“冷处理”（-60～-80℃），并在回火和磨削加工后进行低温时效处理，即至于120-130℃环境中保温5-10小时。
四、常用牌号及用途
高碳铬轴承钢的牌号前加字母“G”，不标出含碳量。如GCr15，牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量的千分数，其他元素仍按百分数表示。
渗碳轴承钢则在渗碳钢的牌号前加字母“G”，如 GCr20NiMoA 为含碳量为0.2％左右的高级优质合金渗碳轴承钢。
对于高铬不锈轴承钢和耐热轴承钢，则在不锈钢或耐热钢的牌号前加字母“G”，如G95Cr18、G80Cr4Mo4V等。
四、常用牌号及用途
高速钢
高速钢
高速钢是一种具有高红硬性、高耐磨性的合金工具钢。高速钢的红硬性可达 600 ℃ ，切削时能长期保持刃口锋利，故又称为锋钢。
常用于制造切削速度较高的刀具（如车刀、铣刀、钻头等）和形状复杂、载荷较大的成形刀具（如齿轮铣刀、拉刀等）。此外，高速钢还可用于制造冷挤压模及某些耐磨零件。
高速钢
一、成分特点
1. 含碳量高
一般C＞0.70％，最高可达1.5％左右。主要作用是保证与钨、铬、钒形成足够数量的碳化物，并使钢在淬火加热时有一定数量的碳溶于奥氏体中，以保证马氏体的高硬度，使高速钢具有高的硬度和耐磨性。
一、成分特点
2. 加入铬、钨、钼、钒等强碳化物形成元素
高速钢中加入合金元素的总量一般都大于10％。几乎所有的高速钢的含铬量均为4％左右，铬元素的作用主要是提高钢的淬透性，还可提高钢的抗氧化性和脱碳能力；钨和钼元素能提高钢的红硬性；钒对提高钢的硬度和耐磨性作用显著，并能提高红硬性和细化晶粒。
二、热处理特点
高速钢的热处理工艺为：
等温退火
预热
高温淬火＋高温回火（三次）
二、热处理特点
1. 退火
高速钢锻造后必须进行退火处理，为了缩短时间，一般采用等温退火，以降低硬度、消除应力、改善切削加工性能，且为淬火作组织上的准备。退火组织为索氏体十颗粒状碳化物。
W18Cr4V钢的等温退火工艺曲线如下图所示。
二、热处理特点
2. 预热
由于高速钢的合金元素含量高，导热性差，而淬火温度又很高，因此，淬火加热前必须进行一次或两次的预热（一次预热的温度为800一850℃；两次预热的温度为500一600℃和800 一850℃）。
二、热处理特点
3. 淬火温度高
高速钢的淬火温度比一般合金工具钢要高得多，因为高速钢中含有大量钨、钼、铬等难溶碳化物，只有在1200 ℃以上的高温，这些碳化物才能大量溶入奥氏体中。
因此，高速钢的淬火加热温度很高（一般为1220一1280℃），以保证淬火十回火后获得高的红硬性。
高速钢常在油中淬火，淬火组织为马氏体＋残余奥氏体＋碳化物。
二、热处理特点
4. 2-3次高温回火
高速钢淬火后必须进行2-3次 550-570℃高温回火，以消除淬火应力，稳定组织，使残余奥氏体转变为回火马氏体，进一步提高钢的硬度及耐磨性。高速钢经淬火＋回火后的硬度达63-66HRC，组织为回火马氏体（含有较多合金元素）＋合金碳化物（分布均匀的细颗粒状）十残余奥氏体（少量）。
W18Cr4V钢的最终热处理工艺曲线如下图所示。
二、热处理特点
三、常用牌号及用途
常用高速钢有钨系高速钢和钨钥系高速钢两类。钨系高速钢的典型钢种为W18Cr4V钢，简称18-4-1；钨铝系高速钢的典型钢种为W6M05Cr4V2钢，简称 6-5-4-2 。由于我国的钨资源很丰富，因此 W18Cr4V钢应用最为广泛。由于高速钢具有很高的热硬性、耐磨性及足够的强度和韧性，因此广泛应用于制造切削速度较高的车刀、铣刀、钻头和承受载荷较大、形状复杂的成型刀具（如拉刀、齿轮铣刀等），还可用于制造冷作模具和有耐磨性要求的机械零件。
常用高速钢的牌号、化学成分、热处理及用途见下表。
三、常用牌号及用途
三、常用牌号及用途
冷作合金模具钢
冷作合金模具钢
冷作模具钢主要用于制造金属材料冷态成型用的各种冷冲模、冷墩模，冷挤压模及拉丝模等冷作模具。小型冷作模具可用碳素工具钢（如T10A,T12等）和低合金刃具钢（如9SiCr, 9Mn2V,CrWMn等）来制造；大型冷作模具一般采用高碳高铬钢（如Cr12,Cr12MoV等）制造。
一、冷作模具钢的分类
冷作模具钢一般分为：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、高速钢、基体钢（指高强韧性的冷作模具钢，是在高速钢的基体成分上添加少量其他元素，改善性能以适应某些要求的钢种，如5CrW2Mo3V,6Cr4Mo3Ni2WV等）和中碳合金钢等。
二、工作条件与性能要求
冷作模具多为常温下工作，其工作时承受很大的压力、弯曲力、剪切力、冲击载荷和强烈的摩擦，主要损坏形式是磨损，也常出现崩刃、断裂和变形等失效现象。因此冷作模具钢应具有以下基本性能：
①高硬度、高耐磨性，一般为58一62HRC；
②较高的抗弯强度和变形抗力；
③足够的强度、韧性和疲劳强度；
④热处理变形小。
三、成分特点
冷作模具钢的含碳量高，一般 C≥1.0％，有时达2％，以保证高硬度和高耐磨性。
钢中主加合金元素为Cr，辅加元素为Mo，W，V等碳化物形成元素，以形成难溶碳化物，从而提高钢的强度、韧性、淬透性、耐磨性和回火稳定性。
四、热处理工艺
冷作模具钢的预备热处理通常为锻造后进行球化退火处理。
最终热处理视钢种不同而有差异，一般进行强韧化处理，主要包括：低淬低回、高淬高回、微细化处理、等温及分级淬火等。
四、热处理工艺
五、应用实例
热作合金模具钢
热作合金模具钢
热作模具钢热作模具钢是用于制造在高温下金属成型的各种模具，如热锻模、热压模、热挤压模和压铸模、热冲裁模具等。
一、热作模具钢的分类
热作模具钢的分类方法很多，可按用途、性能及工作温度分类。热作模具钢的分类见下表。
二、工作条件与性能要求
热作模具钢在高温下工作，且承受巨大的冲击载荷、强烈的摩擦、剧烈的冷热循环所引起的不均匀热应变和热应力以及高温氧化，常出现崩裂、塌陷、磨损、龟裂等失效现象。因此热作模具钢必须具备以下主要性能：
①高的热硬性和热强性；
②高的抗氧化能力和高温耐磨性；
③高的热疲劳抗力（以防止龟裂破坏）；
④高的淬透性和导热性（因热作模具尺寸较大）；
⑤足够高的韧性（尤其对受冲击较大的热锻模钢）。
三、成分特点
1. 含碳量适中
热作模具钢的碳含量一般为0 .3％一0 .6 ％，属中碳合金钢，以保证高强度、高韧性，较高的硬度（35一52 HRC）和较高的热疲劳抗力。含碳量太低不能保证钢的强度和硬度；而含碳量过高则使钢的韧性和导热性降低。
2. 加入较多的合金元素
加入Cr，Si，Ni，Mn等合金元素，以提高钢的淬透性、韧性、回火稳定性和耐热疲劳性能。加入Mo， W，V等元素，使钢产生二次硬化，提高钢的耐磨性、高温强度和回火稳定性，还能细化晶粒和防止第二类回火脆性。
四、热处理特点
为使碳化物分布均匀及获得所需模具形状，通常对热作模具钢进行反复锻造。热作模具钢的预备热处理为锻造后进行退火处理，目的是消除锻造应力、降低硬度（197一241HBS），以改善切削加工性能。最终热处理为淬火＋中温回火或高温回火（调质处理），获得回火托氏体或回火索氏体组织，以获得良好的综合力学性能，满足使用要求。
四、热处理特点
四、热处理特点
对于中小尺寸（截面尺寸小于等于300mm2的模具，一般采用 5CrMnMo制造；大尺寸（截面尺寸大于400 mm2的模具，一般采用 5CrNiMo制造。
四、热处理特点
塑料模具钢
塑料模具钢
从儿童玩具到我们每天使用的生活用品，塑料制品在生活中无处不在。这些塑料制品大都是通过塑料模具压注出来的。
目前，塑料模具的制造已经成为模具制造中最主要的内容，如下图所示。
塑料制品与塑料模具
一、塑料模具钢简介
我国过去无专用的塑料模具钢，一般塑料模具用正火的45和40Cr经调质后制造，因而模具硬度低、耐磨性差，表面粗糙度值高，加工出来的塑料产品外观质量较差，而且模具使用寿命低；精密塑料模具及硬度高塑料模具采用CrWMo、Cr12MoV等合金工具钢制造，不仅机械加工性能差，而且难以加工复杂的型腔，更无法解决热处理变形问题。
由此，国内对专用塑料模具用钢进行了研制，并获得了一定的进展。我国已有了自己的专用模具钢系列，目前已纳入国家标准的有两种，即3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo，纳入行业标准的已有20多种，已在生产中推广应用10多种新型塑料模具钢，初步形成了我国塑料模具用钢体系。
二、性能要求
塑料模具对材料的强度和韧性的要求低于冷作模和热作模，根据其失效形式和工作要求，其基本性能要求如下：
①要有足够的耐磨性；
②由于注塑零件的形状往往比较复杂，塑料模具在淬硬后很难加工，有时甚至无法加工，所以应选用热处理变形小的材料；
③塑料模具的型腔复杂，切削加工量大，所以应具有优良的切削加工性能；
④塑料模具型腔表面的质量要求很高，材料必须具有良好的抛光性和刻蚀性；
⑤塑料模具型腔中往往要添加各种化学添加剂，所以模具材料需要有良好的耐腐蚀性能。
三、开发应用动向
1. 发展易加工、抛光性好的材料
随着光盘、磁盘、棱镜等精密件的生产，对易加工镜面钢的要求增加。这种钢含非金属杂质少，金相组织细致均一，没有纤维方向性。它是塑料模具钢材的主要发展方向。
2. 耐蚀钢
模具在长期运转和保持过程中，容易生锈受蚀，而且近来随着塑料成型中添加各种成分，模具更容易受蚀。因此要求提高母材机体的耐腐蚀性能，开发了一些耐蚀不锈钢材。
三、开发应用动向
3. 马氏体时效合金钢
这种刚才具有足够的力学性能和突出的工艺性能，特别是有较高的强度、韧度、耐磨性、低的热膨胀系数，是制造注塑模的好钢材，但是价格贵。
4. 硬质合金　　
主要用于制作寿命要求很高，制件生产批量大的模具。
四、常用塑料模具钢的类别、牌号、特性及用途
合金量具钢
合金量具钢
用于制造各种测量工具（如游标卡尺、千分尺、螺旋测微仪、量规、塞规和样板等）的钢称量具钢。
一、性能要求
量具在使用过程中经常与被测工件接触，受到碰撞而磨损，因此，量具钢必须具备以下性能：
1. 高的硬度和耐磨性（量具工作部分）；
2. 足够的韧性；
3. 高的尺寸稳定性（在长期存放与使用中形状尺寸不变）。
尺寸稳定是对量具的最基本的性能要求，尤其是对一些精度要求很高的量具更为重要。因此，量具钢的金相组织应该是高碳的回火马氏体＋细小均匀分布的碳化物，而没有残余奥氏体，且必须充分消除内应力。
二、成分特点
根据量具的性能与组织要求，量具钢的化学成分与低合金刃具钢相同，即：含碳量高，一般 C=0.9％一1.5％，以保证较高的硬度和耐磨性；加入铬、钨、锰等合金元素，以形成合金碳化物，提高钢的淬透性和耐磨性，减少淬火变形及应力，提高马氏体的稳定性，从而获得较高的尺寸稳定性。
三、热处理特点
量具钢的主要热处理工艺为：淬火＋低温回火。为使量具的尺寸稳定，减少时效效应，通常需要有三个附加的热处理工序：淬火之前的调质处理、常规淬火之后的冷处理（淬火后马上进行）、常规热处理后的时效处理。
调质处理的目的是获得回火索氏体组织，减少淬火变形和应力，从而有利于降低量具的时效效应。
冷处理的目的是为了使残余奥氏体转变为马氏体，减少残余奥氏体量，从而提高量具的尺寸稳定性。
时效处理通常在磨削后进行，一般是在温度为110一150℃下进行6一36h的人工时效处理，以稳定组织。
四、常用量具钢及应用
量具的制造没有专用钢种，对一般要求的量具，可用碳素工具钢、合金工具钢和滚动轴承钢制造；精度要求较高的的量具，均采用微变形合金工具钢制造。
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