§1-3 金属材料及钢的热处理
    金属材料及热处理的主要的内容是：研究金属及合金的内部结构、性能及其用途；研究金属及合金的成分、温度、结构之间的关系，以及改变结构其性能变化情况。
§1-3-1 金属及合金的主要性能
在已发现的化学元素中大多数为金属元素，如铁、铝、铜、镍、铬、钨等。由两种或两种以上的金属元素，或者金属与非金属元素所组成的具有金属性质的物质叫合金。如钢是由铁和碳组成的合金；黄铜是由铜和锌组成的合金。金属与合金统称金属材料。由于合金比纯金属具有更好的的机械性能和工艺性能，而且成本一般较纯金属低，因此在机器制造中所用的金属材料以合金为主，很少使用纯金属。从CA6140普通车床所使用的金属材料来看，铁碳合金应用得最多。。
（1） 不同的材料有不同的用途。
（2） 同一种材料，通过不同的热处理方法，可作不同的用途。
（3） 要以零件的具体工作条件出发，选择能够满足零件技术要求的材料和热处理工艺。
因此，在设计和机械零件时，首先熟悉材料的使用性能和工艺性能是十分必要的。所谓使用性能是指机械零件在正常工作情况下，材料应具备的性能。它包括机械性能（或称力学性能）和物理化学性能等。而工艺性能是指机械零件在冷、热加工制造过程中，材料应具备的性能。
一、 金属材料的机械性能
金属在进行压力加工时，以及被制成机械零件或工具来
使用时，都要受到外力的作用，通常把这种外力叫做载荷。载荷有大有小，方向也不尽相同；作用的情形有静止的、冲击的、变化的、不变化的。由于外力的不同，金属的变形情况也不同，常见的有：压缩、拉伸、扭转、剪切和弯曲等变形。
金属材料在外力作用下，所引起的变形分为弹性变形
（指外力除去后，变形完全消失而恢复原状的）机塑性变形（指外力除去后，残余有永久变形的）。
     金属材料和机械性能是指金属抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。材料的机械性能是设计零件时选择材料的重要依据。常用的机械性能指标有：强度、硬度、塑性、冲击韧性等。
1、强度   强度是指金属材料在静载荷的作用下抵抗变形和锻炼的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷（应力）表示，符号为σ，单位为MPa。工程中常用的强度指标有屈服强度和抗拉强度。屈服强度是指材料刚开始产生塑性变形时的最低应力值，用σs表示；抗拉强度是指材料在破坏前所能承受的最大应力值，用бb表示。它们是零件设计时的主要依据，也是评定金属材料强度的重要指标。
2、硬度  硬度是材料抵抗外物压入的能力，也可以说是材料抵抗局部塑性变形的能力。它是材料的主要性能之一。一般情况下硬度高时耐磨性能也较好，并且硬度雨强度之间有一定的关系。根据经验，硬度与抗拉强度有如下近似关系；即高碳钢要与低碳钢бb相同必须增加硬度。
      低碳钢          бb=0.36HB
      高碳钢          бb=0.34HB
      调质合金钢      бb=0.325HB
测定硬度的方法常采用压入法。就是把硬质材料制成的圆球或锥体，用压力压入金属材料的表层，然后根据压痕的深度或面积来确定被测金属的硬度值。常用的硬度指标有布氏硬度和洛氏硬度。
1） 布氏硬度
布氏硬度测定原理：它是用载荷为P的压力，把直径为D的钢球压入金属表面（图1-32）并保持一定时间，而而后去除载荷，测量圆球在金属表面上所压出的圆形凹陷压痕的直径d，据此计算压痕球面积F。求出每单位面积所受的力P／F凹，用以作为金属的硬度值，称为布氏硬度值，以符号HB来表示。
HB=
试验所得的压痕直径应在下列范围之内：0.25〈d〈0.6D。d〈0.25D，则灵敏度和准确性随之降低；若d〉0.6D测钢球的压下量太大亦引起不准确。对于钢来讲，一般确定采用钢球的直径D为10毫米，载荷P为300公斤，压入时间为10秒。假如用一般规定试验条件所得压痕直径不在上列范围内时，即应考虑选用其他载荷量作试验，并在布氏硬度值符号HB的右下角加以注明；如HB10／100／10，即表示用10毫米直径的钢球，在1000公斤力的载荷下保持10秒钟后所得的结果。它的使用上限一般不起过HB450，所以适用于测定退火、正火、调板钢，铸铁及有色金属的硬度、进行布氏硬度试验时，应根据金属的种类和试件的厚度，正常选择。实验条件：钢球直径、载荷大小和加载时间.
布氏硬度试验方法的优缺点：
优点：测量值较准确。与其他机械性能，特别与бb之间存在一定的关系。
缺点：由于钢球本身存在变形问题，不能测量硬度＞HB450的材料。压痕较大，对成品检测不适宜。
2） 洛氏硬度
       洛氏硬度测定原理：和布氏硬度试验一样，也是压痕试验法之一。所不同的是，它不是测定压痕大小，而是用测量压痕凹陷深度来表示硬度值（图1-33）。在同一级硬度下，金属越硬，压痕深度越小；反之，金属越软，压痕深度越大。
洛氏硬度试验的压头分硬质和软质两种。硬质压头的顶角为120°的金刚石圆锥体，适用于淬火钢材等较硬材料的硬度测定；软质压头由直径为1.588毫米（16分之一）或3.175毫米（8分之一）钢球制成，洛氏硬度所加负荷根据试验金属本身硬度不同而作不同规定（表1-3）。其常用的三种符号以HRA、HRB、HRC表示。
洛氏硬度试验方法的优缺点：
优点：操作迅速，简便。可以直接得出硬度值。压痕小，不损伤工件表面，可以测量较软到极硬的或厚度较薄的材料硬度。
表1-3常用的三种洛氏硬度试验范围
缺点：用不同硬度级测得硬度值无法比较；误差稍大。由于金刚石圆锥压头顶角和圆弧半径的误差（顶角为120°±30′，顶角圆弧半径为0.2±0.01毫米）造成了各国洛氏硬度标准的差别，给比较和使用不同国家试验数据造成困难。
3、塑性  塑性是指金属在静载荷的作用下产生塑性变形而不破坏的能力。
塑性与硬度、强度的关系，并不是在所有情况下，硬度大，强度高的材料，其塑性就一定差。由表1-4可见，Fe、Ni金属不但硬度高并且塑性也很好。常用的塑性指标有延伸率σ和断面收缩率ψ。
1） 延伸率  它是用试样拉断后的总伸长同原始长度之比值的百分率来度良性的大小。由于总伸长是均匀伸长与产生局部缩颈后的伸长只和，故σ值的大小与试样尺寸有关。为了便于比较，试样必须标准化。σ5或σ10表示试样的计算长度为其直径的5倍或10倍。
2） 断面收缩率  它是用试样在拉断后，断口面积的缩减同截面面积之比值的百分率来度量塑性的大小。
一般来说塑性材料的σ或ψ较大，而脆性材料的σ或ψ
较小。由于σ的大小随试样尺寸而变化，因此，它不能充分地代表材料的塑性。而断面收缩率与试样尺寸无关，它能较可靠地代表金属材料的塑性。
塑性指标在工程技术中具有重要的实际意义。首先，良好的塑性可顺利完成某些成型工艺，如冷冲，冷拔等。其次，良好的塑性使零件在使用时，万一超载，也能由于塑性变形使材料强度提高而避免突然断裂，故在静载荷下使用的机械零件都需要具有一定的塑性。根据不同的工艺而有不用的要求。但是一般并不需要很大的塑性，σ达5%或ψ达10%能满足绝大多数零件的要求，过高的塑性是没有必要的。
4、冲击韧性  前面讨论的是在静载荷作用下的机械作用下的机械性能指标，但是机器上的零件还经常受到各种冲击动载荷作用。比如，机床的爪形离合器，柴油机上的连杆、曲轴、连杆螺钉等零件在工作时都要受到冲击载荷的作用；冲床的冲头，锻锤的锤杆等也在冲击载荷下工作。对承受冲击载荷的工件，不仅要求有高的强度和一定的硬度，还必须具有抵抗冲击载荷而不破坏的能力。所谓冲击韧性就是衡量材料抵抗冲击破坏能力的指标。
为了测量材料的冲击韧性，在冲击机上利用升高的摆锤降试样打断，算出打断试样所需要的冲击功Ak，再用试样断口处的截面积F去除，所得商值，即为冲击韧性dk（焦／米²）。
Xk值愈大，表示材料的韧性愈好，在受到冲击时愈不容易断裂。对于重要零件要求Xk大于500千焦／米²。
二、金属的结构
金属及合金的性能是由其成分及内部的结构所决定。一切固体物质按其构造可分为非晶体与晶体两种。非晶体的特点是原子的排列不规则，如玻璃，沥青和松香等都是非晶体；晶体的特点是它们的原子都按一定的次序作有规则的排列，如金刚石、石墨和一切固态金属都属于晶体。
1、 纯金属的晶体结构
1） 体心立方晶体图（图1-34a），在立方晶胞的中心和八个顶角上各有一个原子。属于这种晶体结构的纯金属有铬、钼、钨、铁（α-Fe）等。
2） 面心立方晶体（图1-34b），在立方晶胞的八个角和六个面的中心各有一个原子。属于这种晶体结构的纯金属有铜、铅、铝、铁（γ-Fe）等。
3） 密排六方晶体（图1-34c），它是由七个原子组成的上下两个六方底面，在两个底面之间还有三个原子。属于这种晶体结构的纯金属有镁、锌等。
金属的晶体结构不同，性能也不同。如同是纯铁，
面心立方结构的γ-Fe比体心立方结构的α-Fe有较好的塑性。
2、 合金的结构
     所谓合金，指由两种或两种以上的金属元素或金属元素与非金属元素组成的具有金属特性的物质。如钢是铁与碳的合金，黄铜是铜与锌的合金。
     合金的内部结构与纯金属不同，根据合金元素的性能及含量的不同，可将合金结构分为固溶体、金属化合物和混合物三种类型。
     1）固溶体   组成合金的各元素，在液态时能相互溶解，在固态时也能相互溶解，组成均匀固态金属的为固溶体。固溶体各元素中保留原有晶体结构的元素为溶剂，溶于溶剂中的元素为溶质。根据溶质原子在晶格里的存在位置，，固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。如图1-35所示。
溶质原子占据了部份溶剂晶格结点的位置而形成的固溶体叫置换固溶体（图1-35a）。溶质原浸入溶剂晶格的间隙而形成的固溶体叫间隙固溶体（图1-35b）。固溶体随着溶质含量的增加，其强度，硬度也增加，而塑性和韧性逐渐下降。适当控制固溶体的溶质含量，可以得到较高的强度和硬度，同时还可以得到相当还的塑性和韧性。
具有固溶体结构的合金如铁碳合金中的铁元素和奥氏体组织的合金。
2）金属化合物  组成合金的各元素相互作用生成一种具有金属特性的化合物为金属化合物。金属化合物的晶体结构不同于组成元素的晶体结构，其结构一般都很复杂，其特性是：熔点高、硬度高、韧性差而耐磨性好。
具有金属化合物结构的合金组织如铁碳合金中的渗碳体（Fe3C）。
3）混合物   组成合金的元素或化合物，在固态下不能互相溶解，又不能形成化合物，而是机械地混合在一起故为混合物。混合物既可以是纯金属、固溶体或化合物各自的混合物，也可以是它们之间的混合物。
三、铁碳合金
1，金属的是微组织  如果取一小块纯铁从中锯开，将其载面经过磨平、抛光，再在酸液（95%酒精+5%硝酸）中浸蚀后，用水洗净，吹干，就可以放大100～2000倍的光学显微镜下观察显微组织。图1-36所示为纯铁的显微组织。
所谓金属的显微组织，是指金属内部一种或多钟晶体相互结合的形式在显微镜下所表现出来的特征，它比较本质地反映了金属的内部结构及其与化学成分、性能之间的关系。
从图1-36中可以看出，一块纯铁是由无数外形不规则的小晶粒所组成的，这种由许多小晶粒组成的晶体为多晶体。普通金属材料都是多晶体。现在用人工方法也可以制造出各种金属的单晶体，它是由一个晶粒组成的。生产半导体管的锗和硅都是单晶体。图1-37是单晶体与多晶体的结构示意图。
在多晶体的晶界处，由于晶格排列方向极不一致，犬牙交错，相互咬合，从而加强了金属的结合，故金属的晶粒愈细，强度和硬度愈高。又由于在多晶体中的每一个晶粒内部的晶格排列方向是大体一致的，所以晶面与晶面之间在外力作用下容易彼此相对滑移。故晶粒愈细，塑性也愈大。因为塑性变形时，总和变形量是各晶体滑移量的总和。这就是晶粒愈细，机械性能愈好的主要原因。
3、 铁碳合金的基本组织  钢和铸铁都是由铁与碳两种元素组成的合金。在钢中的碳的含量一般不超过2%，铸铁中的碳的含量也很少超过5%，所以在钢和铸铁中占主要地位的仍然是铁。因此在研究铁碳合金的组织结构时，还是以铁为基础老讨论。
1） 纯铁的同素异构转变  同一种成分的金属在固态下，晶体结构随温度的变化而发生改变的现象，称为同素异构转变。
         固态纯铁的同素异构转变过程如下：
        δ—Fe←1394℃→γ—Fe←912℃→α—Fe
          （体心立方）   （面心立方）   （体心立方）
纯铁在912℃以下及在1394℃～1534℃之间，呈体心立方晶体，分别用α—Fe→δ—Fe 表示；早912℃～1394℃之间，呈面心立方晶格，用γ—Fe表示。铁的同素异构转变，是铁原子重新排列的过程，实质上也是一种结晶过程。
2） 铁碳合金的基本组织
（1） 铁素体（符号F） 铁素体是碳溶解于α—Fe中的固溶体，晶体结构呈体心立方晶格。碳在α—Fe中的溶解度极小，在723℃最大溶解量为0.02%；在常温下只能溶解0.008%，故其组织和性能与纯铁相似，即强度бb=230MPa，硬度HBS=80，伸长率δ=50%，冲击韧性αk=160～200J／cm²。
（2） 奥氏体（符号A）它是碳溶解于γ—Fe中的固溶体，晶体结构呈面心立方晶体。奥氏体一般只在高温条件下存在，且溶碳能力强，在1148℃时可达2.11%。奥氏体具有良好的塑性和低的变形抗力，锻造时一般在这一组织下进行。
（3） 渗碳体（符号FeC或C）它是由93.31%的铁和6.69%的碳化合物而成的碳化铁。晶体结构复杂，与铁的晶格截然不同，故其性能与铁素体相差悬殊。
   渗碳体具有很高的硬度（HBW＞8000），脆性很大，塑性几乎等于零，在钢中起强化作用。钢中含碳呈愈高，渗碳体所占的比重愈大，则其强度、硬度愈高，而塑性，韧性愈低。
（4） 珠光体（符号P）珠光体是铁素体和渗碳体薄层交替重叠的层状混合物。是含碳量呈0.77%的奥氏体在727℃时发生共析反应的产物。它具有较好的综合体机械性能，强度бb≈750MPa，硬度HBS≈180，伸长率δ≈20%～25%，冲击韧性αk≈30～40J／cm²。
所以的碳钢在室温下，就是由铁素体加珠光体、珠光体加渗碳体或全部由珠光体所组成。
   四、铁碳合金状态图
   铁碳合金的组织结构比较复杂，为了熟悉和掌握这些组织结构，就要了解这些组织结构的形成过程，而铁碳合金状态图则能较全面地说明这以过程，同时铁碳合金状态又是制定铸、锻、热处理等热加工工艺的重要依据之一。
铁碳合金状态图表示不同成分的铁碳合金在不同温度时具有的组织状态。状态图的横坐标表示铁碳合金的成分，纵坐标表示温度。合金的组织是在缓慢加热和冷却的条件下获得的，接近平衡状态。状态图又常称为平衡状态图，所获得的组织又称为平衡组织。由于含碳量大于6.69%的含碳合金脆性极大，没有使用价值，因此铁碳合金状态图只研究含碳量小于6.69%的合金部份。
1、 对铁碳合金状态图的分析
     状态图中的各条线都是铁碳合金内部组织发生转变的接线，所以这些线就是组织转变线。对于某一固定成分的铁磁合金来说，与组织转变线相交的温度点，是合金组织发生突变的点，这些点叫做临界点。
     ACD线——液态线。合金在此线以上全部呈液态，冷却至此线时开始结晶。AC线以下结晶出奥氏体。CD线以下结晶出Fe3C，称为一次渗碳体。
     AECF线——固态线，合金冷却至此线以下时全部呈固态。
     ES线——奥氏体溶碳量变化曲线。又称Acm线。随着温度的下降，碳在奥氏体中溶解度下降，冷却至此线开始由奥氏体中析出FeCⅡ，称为二次渗碳体。
GS线——奥氏体和铁素体相互转变线，又称A3线。奥氏体冷却至此线开始向铁素体转变。铁素体加热至此线开始向奥氏体转变。
ECF线——共晶线。液态合金冷却至此线时，在恒温（1148℃）下同时结晶出奥氏体和渗碳体。此反应称共晶反应。C点称共晶点。
PSK线——共析线。又称A1线。奥氏体冷却至此线时，在恒温（723℃）下同时析出铁素体和渗碳体。此反应称共析反应。S点称共析点。
2、 铁碳合金状态图各区的组织
根据对铁碳状态图的分析，便可填出铁碳合金在各区的组织，如图1-38所示。
五、铁碳合金的分类
根据铁碳状态图，铁碳合金分为工业纯铁和钢和白口铸铁三大类。
1、 工业纯铁——含碳量小于0.0006%的铁碳合金。工业纯铁在工业中应用较少。
2、 钢——含碳量以0.006%～2.11%之间的铁碳合金。钢的用途极广。根据刚在常温条件下组织结构的不同，又可分为以下三类：
1） 亚共析钢——含碳量小于0.77%而大于0.0218%的铁碳合金。常温下的组织由铁素体和珠光体组成。随着含碳量的增加，亚共析钢组织中的铁素体量减少，珠光体量增加。
2） 共析钢——含碳量为0.77%的铁碳合金。常温下的组织由单一的珠光体组成。
3） 过共析钢——含碳量大于0.77%而小于2.11%的铁碳合金。
4） 随着含碳量的增加，过共析钢中的渗碳量不断增加，珠光体量逐渐减少。
3、 白口铸铁——含碳量大于2.11%小于6.69%的铁碳合金。常温下的组织均匀由渗碳体和珠光体组成。随着含碳量的增加，白口铸铁组织中的渗碳体量不断增加，由于渗碳体是金属化合物，硬度高，脆性大，实际生产中很少用白口铸铁直接制造机械零件。工业用铸铁是使白口铸铁经石墨化后才应用的，这时铸铁中的碳以石墨形态存在。
六、铁谈状态图的应用
铁谈状态图除了作为选择材料的重要依据外，还可以作
为制定铸、锻、热处理等加工工艺的依据，现将铁谈状态图的这方面应用简述如下：
1、 在铸造生产方面的应用
其次，状态图还可以告诉我们工业纯铁和共晶成分的铁碳合金，凝固温度区间最小（为零），故它们的流动性较好，分散缩孔较少，可使缩孔集中在冒口内，有可能得到致密的铸件。另外共晶成分合金结晶温度较低，操作也比较方便。因此在铸造生产中接近于共晶成份的铸铁，得到广泛的应用。
铸钢也是常用的铸造合金，含碳量一般在0.15～0.6之
间。从状态图中可看出，铸钢的铸造性能并不是太理想的。首先，铸钢的凝固温度区间较大，因此缩孔就较大，且容易形成分散缩孔，流动性也差，化学成份不均匀性严重。其次，铸钢的溶化温度比铸铁高得多；铸钢晶粒粗大，使钢材的塑性和韧性大大降低。另外，铸件冷却迅速，内应力较大。
铸钢在机器制造中，用于制造一些形状复杂，难于进行锻造或切削加工，而又要求较高的强度和塑性的零件。由于铸钢的铸造性较差，又需价昂的炼钢设备，故近年来在铸造生产中，有以球墨铸铁部份代替铸钢的趋势。
2、 在锻造生产方面的应用
钢处于奥氏体状态时，强度较低，塑性较好，便于塑性变形。因此，钢材的轧制或锻造必须选择在状态图A（奥氏体）单相区中的适当温度范围内进行。其选择原则是开始轧制或锻造温度不得过高，以免钢材氧化严重甚至发生晶界溶化；而终止轧制或锻造温度也不能过低，以免钢材塑性差，导致产生裂纹。在图1-40所示的状态图锻轧区阴影范围内是较合适的锻轧加热温度。
3、 在热处理方面的应用
进行热处理时，更是与铁谈状态图分不开。退火、正火、淬火等各种处理的加热温度选择都必须依据状态图进行。
七、碳钢的分类、编号和用途
     （一）碳钢的分类  碳钢分类可按钢的含碳量、质量和用途来分。现分述如下：
    1、按钢的含碳量分类：
低碳钢——含碳量小于0.25%；
中碳钢——含碳量小于0.25～0.6%；
高碳钢——含碳量大于0.6%。
3、 按钢的质量分类：根据碳钢质量的高低，即主要依
据钢中所含有害杂质S、P的多少来分。
普通碳素钢——钢中S、P含量分别不大于0.055%和
0.045%；
优质碳素钢——钢中S、P含量分别不大于0.045%和0.040%；
高级优质碳素钢——钢中S、P含量分别不大于0.03%和0.035%。
4、 按用途分类：
碳素结构：这类钢主要用于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、建筑用钢）和机器零件（如齿轮、轴、螺钉、连杆等）。这类钢一般属于低碳和中碳钢。
碳素工具钢：这类钢主要用于制造各种刃具、量具、模具、这类钢一般属于高碳钢。
（二） 碳钢的编号和用途
1、普通碳素钢
   （1）甲类钢：这类钢按保证机械性能供应。其钢号以甲字和“A”字加上顺序数字表示之。
     甲类钢的适用范围：AO只用于建筑工业上作为钢筋。A1、A2、A3塑性较高，有一定强度，通常用作普通的铆钉、螺钉、螺母、轴套、端盖、垫片等。也可以制成板材、型材。小轴、螺杆、锅杆等，一般均经正火或调质处理。
   （2）乙类钢：这类钢按化学成份供应。其钢号以“乙”字或“B”字加上顺序数字表示之。
这类钢轧制成槽钢、角钢、扁钢、带钢、棒料、钢丝等。往往要经过热加工后使用。为了制订正确的热加工工艺，以保证零件的性能，就必须知道钢的化学成份。
应该知道，甲类钢和乙类钢实际上是比较接近的，在生产中有时可以互换使用。
2、优质碳素结构钢
优质碳素钢与普通钢不同，必须同时保证钢的化学成份和机械性能。
（1） 正常含锰量的优质碳素结构钢：所谓正常
含锰量，对含碳量小于0.25%的碳素结构钢，是含锰量在0.35%～0.65%之间；而对含碳量大于0.25%的碳素结构钢，含锰量在0.50～0.80%之间。
这类钢的平均含碳量用两位数字来表示，以0.01%为单位。例如钢号45，表示平均含碳量为0.45%的钢。
   （2）较高含锰量的优质碳素结构钢：所谓较高含锰量，对含碳量为0.15～0.60%的碳素结构钢，含锰量在0.7～1.0%之间；而对含碳量大于0.60%的碳素结构钢，含锰量在0.9～1.2%之间。
这类钢的表示方法是在含碳量两位数字后面附以汉字锰或化学符号“Mn”。如钢号20锰或20Mn，表示单位含碳量为0.20%，含锰量为0.7～1.0%含锰量为0.9～1.2%的钢。
优质结构钢主要用作机械零件和弹簧等。
3、碳素工具钢
这类钢的编号原则是在碳和化学符号“T”字的后面附以数字来表示的，数字表示钢中的平均含碳量，以0.1为单位。例如钢号碳8或T8，表示平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。若为高级优质碳素工具钢，则在钢号的末端在附以“高”或“A”字，如T12A。
这类钢用以制作各种量具、刃具、模具等。
八、合金钢的编号
所谓合金钢，就是为了改善钢的性能，特意在碳素钢的基础上适当地加入一种或数种合金元素的钢。例如Cr、Mn、
Si、Ni、Mo、W、V、Ti等合金元素。
采用合金钢来制造各类机械零件，除了它们有较高的强度或较好的人性外，另外还因合金元素的加入增大了钢的淬透能力，这就是有可能使零件在整个截面上得到均匀的良好的综合机械性能，从而保证零件的长期安全使用。
合金钢的编号原则是采用数字+化学元素+数字的方法。前面的数字表示钢的平均含碳量，以万分之几表示，合金元素直接用化学符号表示，后面的数字表示合金元素的含量，以平均含量的百分之几表示，合金元素的含量少于1.5%时，编号中只标明元素，如果平均含量等于或大于1.5%、2.5%、3.5%……，则相应地以2、3、4、……等表示，例如：40Cr表示含碳量为0.40%，含铬量为小于1.5%。又如60Si2Mn则表示为含碳量0.60%，含硅量大于等于1.5%，含锰量小于1.5%。
若为高级优质钢，则在钢号的最后加符号“A”或“高”字。例如：20Cr2Ni4A或20铬2 镍4高。
此外，为了表示钢的用途，往往在钢号的前面再附以字母，例如：滚珠轴承钢在钢号前面加“G”（“滚”字的汉语拼音字首）字，后面的数字表示铬的含量，以平均含碳的千分之几表示，例如：GCr9—G表示滚珠轴承钢，含碳量大于1%，含铬量0.9%。
除上述介绍的碳钢、合金钢编号外，还有按用途划分如①合金工具钢，其编号方法为：平均含碳量≥1%时不标出；＜1%时，用一位数字表示，以千分之几表示。合金元素含量的表示方法不变。例如：CrMn表示平均含碳量≥1%，Cr、Mn平均含量＜1.5%；又如9CrSi表示平均含碳量为0.9%，Cr、Si平均含量＜1.5%。①高速钢、W18Cr4V。表示平均含碳量≥1%，平均含钨量18%，平均含铬量≥3.5%，平均含钒量＜1.5%③不锈钢，1Cr13，表示平均含碳量0.1%，平均含铬量13%。还有耐热钢、模具钢等等，编号方法与前述基本相同，使用中可从有关手册上查出。
九、钢铁材料的现场鉴别
钢铁材料品种繁多，性能各异，因此对钢铁材料的鉴别是非常必要的。常采用的鉴别方法有火花鉴别法、涂色标志法及断口鉴别法等。
1、火花鉴别法
火花鉴别法是利用钢铁材料在旋转的砂轮上磨削，根据所产生的火花形状、光亮度、色泽的不同特征来大致鉴别钢铁材料的化学成分。
1）火花的构成
     钢铁材料在砂轮上磨削时所射出的火花由根部火花、中部火花和尾部火花来组成，
磨削时由灼热粉末形成的线条状花火称为流线。流线在飞行途中爆炸而发出稍粗而明亮的点称为节点。火花在爆裂时所射出的线条称为芒线。芒线所组成的火花称为节花。节花分一次花，二次花、三次花等。芒线附近呈现明亮的小点称为花粉。
由于钢铁材料的化学成分不同，流线尾部出现不同的尾部火花，称为尾花。尾花有苞状尾花、菊花状尾花、尾花、羽状尾花等。如图1-5-3所示。
2）常用钢铁材料火花的特征
碳是钢铁材料火花形成的基本元素，也是火花鉴别法测定的主要成分。含碳量的不同，其火花形状、亮度均不同。
（1）碳素钢火花的特征
随着含碳量的增加，火花束中流线增多，长度逐渐缩短并变细。芒线也逐渐变短变细。节花由一次花增加到二次花、三次花。色泽由草黄色带暗红色逐渐转变为黄色在转为暗红色。光亮度逐渐增加。
低碳钢的火花束为粗流线，流线量稀少，一次花较多。色泽草黄色带暗红。
中碳钢流线较直，中部较粗大，根部稍细，二次花较多。色泽呈黄色。
高碳钢流线长，密而多。有二次花及三次花。色泽呈黄色且明亮。
（2）合金钢火花的特征
合金钢的火花特征与加入合金元素有关。例如：Ni、Si、Mo、W等有抑制爆裂的作用，而Mn、V、Cr却有助长爆裂的作用。所以对合金钢火花的鉴别较难掌握。图1-45是几种合金钢火花特征示意图。
铬钢的火花束白亮，流线稍粗而长，爆裂多位一次花，花型较大，呈大星形，分叉多而细，附有很多碎化粉，爆裂的花心很明亮。
镍铬不锈钢的火花呈花色光，火花束细，发光较暗，爆裂为一次花，五、六根分叉，呈星形，尖端微有爆裂。
高速钢火花束细长，流线数量较少，无火花爆裂。色泽呈暗红色。根部和中部为断续流线，尾花呈狐尾状。
（3）灰铸铁火花的特征
图1-46是灰铸铁火花示意图。灰铸铁火花束细而短，尾花呈羽状。色泽呈暗红色。
2、涂色标记法
在管理钢材和使用钢材时，为了避免出差错，常在钢材的两端面涂上不同的颜色的油漆作为标记，以便在使用时辨认。所涂油漆的颜色和要求应严格按照标准执行。
碳素结构钢Q235钢——红色
优质碳素结构钢45钢——白色+棕色
优质碳素结构钢60Mn钢——绿色三条
合金结构钢20CrTi钢——黄色+黑色
铬轴承钢CTCr15钢——蓝色一条
高速钢W18Cr4V钢——棕色一条+蓝色一条。
3、断口宏观鉴别法
工厂常用观察被折断的钢铁材料的断口特征初步判断钢铁材料的种类。通过肉眼，放大镜，低倍率光学显微镜来研究断口的特征。
常用钢铁材料断口特征大体是：
低碳钢一般不易折断，断口周围有明显的塑性变形现象，断口晶粒均匀、清晰。
中碳钢断口周围的塑性变形现象没有低碳钢明显，断口晶粒较细密。
高碳钢断口周围五明显塑性变形现象，断口晶粒很细密。
铸铁较易折断，断口周围没有塑性变形现象，断口晶粒粗大。
§1-3-2钢的热处理
一、概述
热处理就是将金属在固态下进行不同的加热、保温、和冷却，以达到改变材料内部组织，得到所需性能的一种工艺方法。热处理与其他加工工序一起，构成零件完整的加工过程。它与铸造、锻压、焊接和切削加工等以“成形”为同的加工方法不同，其工艺目的只在于使材料“变性”。在现代工业生产中，热处理是保证产品质量、改善加工条件、节约材料的一项重要工艺措施。因为钢铁及其他很多合金的优良性能（硬度、强度、弹性、耐磨性及良好的切削性能等）除要求在冶金时保证一定的化学成分外，还要经过适当的热处理才能获得。现在各种机械产品上大部分零件需要进行热处理，另外，如刃具、量具、模具、轴承等都需要进行热处理。
热处理的方法很多，常用的有退火、正火、淬火、回火以及表面热处理和化学热处理等。不同的热处理工序常安排在零件制造过程的各个冷、热加工工序中进行。因为热处理既可以作为预先热处理以消除上一工序加工过程中产生的组织缺陷，为下一工序做好准备；也可作为最终热处理，进一步改善材料的性能，从而充分发挥材料潜力，达到零件的最终使用要求。
任何一种热处理工艺过程，对哦普包括下列三个步骤：
（1） 以一定速度把零件加热到规定的温度范围。
（2） 在此温度下保温，使工件全部热透。
（3） 以某种速度把零件冷却到常温状态。 
二、 工艺过程
    1、加热
    金属加热到一定温度，原始组织发生转变，以便给以后冷却过程中进一步发生变化做好准备。因此，加热是热处理中极重要的一环。加热的温度由材料的种类、成分和热处理的目的决定。热处理加热设备要能按不同工艺要求达到并较好地控制炉温。炉堂尺寸和形状也应满足零件加热时安放位置的需要。为满足这些要求，生产中使用了各种形式和级别的加热炉。http://item.taobao.com/item.htm?id=14198272381&ali_refid=a3_420791_1007:1104582779:7::a25d5da02f0601503162913889956280&ali_trackid=1_a25d5da02f0601503162913889956280