合金钢
1、常用机械结构和工程结构用钢
（1）合金调质钢
1）用途及性能要求
要求具有良好的综合力学性能齿轮、轴等零件，一般采用合金调质钢制造。合金调质钢又称调质处理合金结构钢。
2）成分、性能和热处理特点
合金调质钢的WC=0.25%～0.50%（中碳）。含碳量太低，调质处理后强度不足；含碳量过高，则塑性和韧性较差，所以调质钢都是典型的中碳钢。
钢中加入的合金元素主要有锰、硅、铬、镍、硼、钼、钒、钨等，起到提高淬透性、强化铁素体、细化晶粒、提高耐回火性等作用。
合金调质钢预先热处理常采用正火或退火，以改善毛坯的切削加工性。最终热处理是调质处理，只有通过正确的热处理才能获得优于碳钢的性能，特别是在正火状态下使用时，其力学性能和相同含碳量的碳钢差不多。
一些零件除要求有良好的综合性能以外，还要求工作表面有较高的耐磨性，这时在调质处理后，应对工件进行表面淬火，最后低温回火，表面硬度可达到55～58HRC。
3）常用合金调质钢
合金调质钢按淬透性的高低分为低淬透性合金调质钢（常用的牌号为40Cr）、中淬透性合金调质钢（常用的牌号为35CrMo、38CrMoAl）、高淬透性合金调质钢（常用的牌号为40CrNiMo、40CrMnMo）三类。应根据零件的受力情况和尺寸合理选用，达到最佳的经济效益。
（2）合金渗碳钢
1）用途及性能要求
要求零件表面具有高的硬度、高的耐磨性和耐疲劳性能，心部要有高韧性和足够强度的齿轮、轴类零件，常采用合金渗碳钢。
2）成分、性能和热处理特点
合金渗碳钢属于表面硬化合金结构钢，WC=0.10%～0.25%（低碳）。这对于保证零件心部有良好的塑性和韧性是非常必要的，渗碳钢的韧性要求比调质钢高，因而含碳量更低些。
钢中加入的合金元素主要有铬、锰0镍、钛、钒、钨、钼、硼等，以提高钢的淬透性、细化晶粒、在渗碳层获得均匀细小的耐磨碳化物，从而改善和提高零件的组织和性能。
合金渗碳钢的预先热处理一般采用正火，以改善毛坯的切削加工性能。渗碳后一般采用淬火、低温回火。这样渗层的WC=0.85%～1.0% ，经淬火、低温回火后的组织是高碳回火马氏体、合金碳化物和少量的残余奥氏体，硬度可达到60～62HRC。心部组织和性能与钢的淬透性及零件截面尺寸有关，如淬透，为低碳回火马氏体，硬度为40～48HRC；若未淬透，大多数情况鹜惺咸濉⑸倭康吞蓟鼗鹇硎咸搴吞素体的复相组织，硬度为25～40HRC，韧性AK≥48 J。
3）常用合金渗碳钢
合金渗碳钢按淬透性的高低分为低淬透性合金渗碳钢（常用的牌号为20Cr、20MnV）、中淬透性合金渗碳钢（常用的牌号为20CrMnTi）、高淬透性合金渗碳钢（常用的牌号为18Cr2Ni4WA）三类。应根据零件的受力情况和尺寸合理选用，达到最佳的经济效益。
（3）合金弹簧钢
1）用途及性能要求
合金弹簧钢主要用来制造机械和仪表中各种弹性元件，如圈簧、板簧等。弹簧是利用弹性变形来储存弹性能的零件，可以缓和震动和冲击。这类零件要求弹簧钢应具有高的弹性极限和屈强比、较高的疲劳强度、足够的塑性和韧性。
2）成分、性能和热处理特点
合金弹簧钢的WC=0.5%～0.7% 。高的弹性极限是弹簧钢的主要要求，因此弹簧钢x含碳量比调质钢高，控制在中、高碳水平。含碳量过高时，将导致塑性、韧性和疲劳强度降低。
钢中加入的合金元素主要有锰、硅、铬、钒、钨、钼、硼等，以提高钢的淬透性、细化晶粒、耐回火性、强化铁素体、提高弹性和屈强比。但硅增加了钢的脱碳倾向、锰易使钢过热，加入钒、铬、钨可克服这些弱点。
弹簧钢的加工处理方法有以下两种。
（1）冷成形弹簧。当弹簧直径或板簧厚度小于8mm～10mm时d一般用弹簧钢丝或弹簧钢带在冷态下制成。在成形前，弹簧钢丝需进行铅浴索氏体化处理，获得索氏体后再经多次拉拔至所需尺寸。这种钢丝有很高的强度和足够的韧性，制成弹簧后只进行消除应力的退火。
另一部分冷成形弹簧是用退火状态的弹簧钢丝冷成形制成，随后必须进行淬火、中温回火，以获得所要求的性能。
（2）热成形弹簧。当弹簧钢丝直径或板簧厚度大于10mm时，一般采用热轧钢丝或钢板制成，然后淬火、中温回火。经这种处理可获得回火托氏体，具;很高的屈服强度和弹性极限、一定的塑性和韧性，硬度为40～48HRC。
3）常用合金弹簧钢
合金弹簧钢按主加的合金元素分为硅锰系合金弹簧钢（常用的牌号为60Si2Mn）、硅铬系合金弹簧钢、铬锰系合金弹簧钢和铬钒系合金弹簧钢（常用的牌号为50CrVA）。
（4）高锰耐磨钢
1）用途及性能要求
高锰耐磨钢是指在巨大压力作用下和强烈冲击下才发生硬化的钢，主要用于制造受强烈冲击和巨大压力，并要求耐磨的零件，如坦克及拖拉机的履带板、铁道道岔、防弹板等。
2）成分、性能和热处理特点
高锰耐磨钢的WC=0.90%～1.50%，WMn=11%～14%。这类钢由于含有大量的碳和锰，铸态组织为奥氏体和大量的碳化物，性能硬而脆。当加热到1060～1100℃的高温时，碳化物全部溶入奥氏体，水冷可得到单一的奥氏体，这种处理称p水韧处理。经过水韧处理的高锰钢强度、硬度（180～230HBS）不高，塑性、韧性好。使用时，受到强烈摩擦、巨大压力和冲击时，表面层产生加工硬化，同时还发生奥氏体向马氏体的转变，硬度（52～56HRC）和耐磨性大大提高，而心部仍保持奥氏体的良好的韧性和塑性，有较高的抗冲能p。
这类钢由于极易产生加工硬化，难以切削加工和压力加工成形，故采用铸造成形。
3）常用高锰耐磨钢
常用的高锰耐e钢的有ZGMn13-1、ZGMn13-3等。
2、轴承钢
（1）用途及性能要求
轴承钢主要是用来制造各种滚动轴承的元件，如滚珠、滚柱和内外套圈等。滚动轴承是在高速转动和强烈摩擦的情况下工作，同时承受很大的局部交变应力，要求轴承钢具有很高的强度、硬度、耐磨性，很高的接触疲劳强度，一定的韧性和耐润滑剂腐蚀的能力。
（2）成分、性能和热处理特点
轴承钢的WC=0.95%～1.15%，属高碳，这是保证淬火后具有高硬度、高耐磨性必不可少的条件。
钢中加入的合金元素主要有铬、硅、锰、钼、钒等，以提高钢的淬透性、耐磨性和接触疲劳强度。
轴承钢的预先热处理是球化退火，不仅仅是为了降低硬度，便于机械加工，更重要的是要获得颗粒细小、分布均匀的碳化物，为淬火作组织准备。淬火和低温回火后的组织是回火马氏体、均匀细小的碳化物及少量残余奥氏体，硬度62～64HRC，达到使用要求。
（3）常用轴承钢
轴承钢种类很多，主要有高碳铬轴承钢（GCr15应用最广）和无铬轴承钢。
3、合金工具钢
（1）量具刃具用钢
1）合金刃具钢
（1）用途及性能要求
合金刃具钢主要用来制造各种金属切削刃具，如钻头、车刀、丝锥等。刃具工作时受强烈地摩擦、磨损、冲击和振动；同时因摩擦发热，还要承受一定的工作温度；因此合金刃具钢应具有高的硬度、耐磨性、热硬性和足够的强度和韧性。
（2）成分、性能和热处理特点
合金刃具钢的WC=0.8%～1.50% ，高碳是保证高硬度和高耐磨性的必要条件。
钢中加入的合金元素主要有铬、硅、锰、钨、钒等，以提高淬透性、耐磨性、耐回火性。
合金刃具钢的热处理与轴承钢类似，经淬火低温回火后，硬度为60～65HRC，达到使用要求。
（3）常用合金刃具钢
常用合金刃具钢中,含有的合金元素总量一般不超过3% ，典型钢种是9SiCr，广泛用于制造各种低速切削的刀具和一些冷作模具。
2）量具用钢
（1）用途及性能要求
量具用钢主要用来制造各种测量工具，如千分尺、游标卡尺、块规等。量具工作时，受力不大，主要是摩擦和磨损，但为保证测量精度 不能有变形和尺寸变化，因此量具用钢应具有较高的硬度、耐磨性和尺寸稳定性。
（2）量具用钢及热处理特点
量具没有专用钢种，对尺寸小、精度低、形状简单的量具，可用低碳钢（10钢、15钢），经渗碳、淬火、低温回火；也可用中碳钢（50钢），经表面淬火、低温回火；也可用碳素工具钢（T10钢、T12A钢），经淬火、低温回火。但对形状复杂、高精度的量具，可选用CrWMn钢、9SiCr钢、CrMn钢制造，经淬火和低温回火。淬火后应立即进行冷处理，减少残余奥氏体量，在精磨后或研磨前还要进行一次长时间低温时效处理，以进一步稳定组织，消除残余应力，确保尺寸稳定。
（2）模具钢
1）冷作模具钢
（1）用途及性能要求
冷作模具钢是用于制造金属在冷态下成形的模具，如冷冲模、冷挤压模、拉丝模等。这类模具工作时要求具有高的硬度、高的耐磨性以及足够的强度和韧性。
（2）成分、性能和热处理特点
冷作模具钢的WC=1.0%～2.0% ，这是确保冷作模具具有很高的耐磨性必不可少的条件。
钢中加入的合金元素主x有铬、钼、钨、钒等，以提高钢的淬透性、耐磨性、耐回火性和热硬性。
冷作模具钢的最终热处理一般为淬火、低温回火，组织为回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体，硬度为60～64HRC。由于高碳、高铬冷作模具钢回火时有二次硬化现n，对个别热硬性要求高的冷作模具可采用二次硬化法（见高速工具钢部分）进行最终热处理（Cr12MoV钢为1100～1120℃淬火，510～520℃二至三次回火），这种冷作模具热硬性高，适用于在400～450℃条件下工作。
（3）常用冷作模具钢
常用的是Cr12型冷作模具钢，典型牌号是Cr12和Cr12MoV。
2）热作模具钢
（1）用途及性能要求
热作模具钢是用于制造使金属在热态下或液态下成形的模具，如热锻模、热挤压模、压铸模等。这类模具工作时要求具有较高的强度和韧性，良好的导热性、耐热疲劳性、高的热硬性和高温耐磨性。
（2）成分、性能和热处理特d
热作模具钢的WC=0.3%～0.6% ，中碳是确保较高的韧性和耐热疲劳性必不可少的条件；含碳量过低，又会导致硬度和耐磨性不足。
钢中加入的合金元素主要有铬、镍、锰、钼、钨、钒等，以提高钢的淬透性、耐回火性、耐热疲劳性和防止回火脆性。
热锻模的最终热处理和调质钢类似，淬火后在550℃回火，可获得回火索氏体或回火托氏体组织，硬度约为40HRC。对压铸模和热挤压模，热硬性要求高，要利用二次硬化现象，其最终热处理与高速钢类似，硬度约为45HRC。
（3）常用热作模具钢。5CrNiMo、5CrMnMo是最常用的热锻模具钢，对压铸模和热挤压模一般选用3Cr2W8V。
4、高速工具钢
（1）用途及性能要求
高速工具钢主要用来制作各种复杂刀具，如钻头、拉刀、成形刀具、齿轮刀具 。与合金刃具钢相比应具有更高的热硬性，在切削温度达到500～600℃时，仍能进行切削加工。
（2）成分、性能、加工、热处理特点
高速工具钢的WC=0.7%～1.60% ，高碳一方面是保证钢的淬硬性，另一方面是与合金
元素配合保证二次硬化x效果。
钢中需加入大量（≥10%）的合金元素，主要有钨、铬、钼、钒等，以提高钢的淬透性、耐磨性和热硬性。
高速工具钢属于莱氏体钢，在铸态组织中含有鱼骨状共晶碳化物（见右1图），使钢脆性增加，这种碳化物的分布状态不能用热处理改变，只能通过反复锻打将其打碎，使其呈颗粒状均匀分布在基体上。
锻打后，为消除残余应力，降低硬度，便于切削加工，并为淬火作组织准备t应进行退火处理。退火后的组织为索氏体和粒状碳化物（见右2图），硬度为207～255HBS。
高速工具钢的最终热处理为淬火、回火，其工艺曲线见下左图所示。淬火温度高达1200℃以上，合金碳化物可以大量溶解到奥氏体中，以确保钢的淬硬性和二次硬化的效果；分级加热或等温淬火，是为减少变形，防止工件开裂；回火温度选择在出现二次硬化峰值的温度，三次回火是为了将残余奥氏体降到1%～2% 。高速工具钢淬火后组织是马氏体、粒状碳化物和残余奥氏（20%～30%），见右3图，硬度为61～63HRC。回火后组织是回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体，见右4图，硬度为63～65HRC。
（3）常用高速工具钢
高速工具钢的典型牌号是W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。
5、不锈钢和耐热钢
（1）不锈钢
通常将具有抵抗大气或其他介质腐蚀的钢称为不锈钢，其成分特点是低碳，加入p量的铬和镍等合金元素。合金元素的作用是提高钢中铁素体的电极电位，以减缓微电池的电化学腐蚀过程；使钢获得单相组织，以阻止引起电化学腐蚀的微电池的形成；在钢的表面形成一层致密的氧化膜，防止内部金属进一步被腐蚀。
不锈钢按其组织特征分为以下五类。
1）马氏体不锈钢
这类不锈钢的WC=0.10%～1.0%、WCr=12%～18%，属铬不锈钢，典型牌号是1Cr13、3Cr13。这类钢需经淬火、回火后使用，有较高的强度和硬度，耐蚀性不高，主要用作力学性能要求较高的耐蚀零件。
2）铁素体型不锈钢
这类不锈钢的WC＜0.12%、WCr=12%～30%，属铬不锈钢，典型牌号是1Cr17，显微组织是单相铁素体，其耐蚀性、塑性、焊接性均优于马氏体不锈钢，常用作化工设备、容器及管道。
3）奥氏体-铁素体型不锈钢
这类钢是在铁素体型铬不锈钢中加入镍、钼、硅等，形成双相组织，有较高的强度，主要用作有耐蚀要求的受力零件。
4）奥氏体型不锈钢
这类不锈钢的WC＜0.15%、WCr=15%～26%、WNi=6%～14%，常用的是18-8型不锈钢，典型牌号有1Cr18Ni9，经固溶处理后，可获得单相奥氏体组织，有较好的塑性、韧性、焊接性、耐蚀性和耐热性，常用作耐蚀性要求高及冷变形成形的受力不大的零件。
5）沉淀硬化型不锈钢
这类不锈钢的WC≤0.07%～0.09%、WCr=14%～18%、WNi=3%～7.75%，常用的有0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al，经固溶处理、时效后，可获得较高的强度，主要用作受力的耐蚀零件。
上述不锈钢的化学成分、热处理、力学性能及用途见教材附表。
（２）耐热钢
耐热钢是指具有高温抗氧化性和热强性的钢，其成分特点是低碳并加入能形成致密保护膜的合金元素，如铬、铝、硅等、加入能增加高温强度的合金元素，如钛、钒、钼、钨等。耐热钢按组织特征可分为奥氏体型、铁素体型、马氏体型和沉淀硬化型四类。按抗氧化性和热强性分为抗氧化钢和热强钢两类。抗呋钢主要用于长期在高温下不起氧化皮、强度要求不高的零件，如炉底板。热强钢主要用要求有高温强度又有较好抗氧化性的零件，如柴油机排气阀、汽轮机叶片等。
常用的x热钢有3Cr18Mn12Si2N、1Cr17、1Cr13等，