第4章 碳素鋼的熱處理

4.1 低碳鋼

4.1.1 10鋼

1.性能特點

10鋼強度稍高于08、08F鋼，塑性、韌性很好，易冷熱加工成形，正火或冷加工后可加工性好，焊接性優良，無回火脆性，淬透性和淬硬性均差。

2.化學成分、臨界點及對應牌號（見表4-1）

表4-1 10鋼化學成分、臨界點及對應牌號

3.熱處理工藝（見表4-2）

表4-2 10鋼熱處理工藝

4.10鋼等優質碳素結構鋼的力學性能（見表4-3）

表4-3 10鋼等優質碳素鋼的力學性能（GB/T 699—1999）

5.應用

1）冷擠壓模具沖頭，可用作冷軋、冷沖、冷鐓、冷彎、熱軋、熱擠壓、熱鐓等工藝成形。

2）制造要求受力不大、韌性高的模具零件。

3）經滲碳淬火及回火，制作塞規、卡尺框等小量具。

4）制造心部強度要求不高的滲碳件及碳氮共滲件。

5）用于制造夾鋼工具的基體。

4.1.2 20鋼

1.性能特點

20鋼強度稍高于15、15F鋼，塑性、焊接性均好，熱軋或正火后韌性好，經熱處理后可改善可加工性，無回火脆性，淬透性和淬硬性均差。

2.化學成分、臨界點及對應牌號（見表4-4）

表4-4 20鋼化學成分、臨界點及對應牌號

3.熱處理工藝（見表4-5）

表4-5 20鋼熱處理工藝

4.力學性能指標

20鋼力學性能指標見表4-3。

5.淬透性

20鋼淬透性數據見表4-6，淬透性曲線見圖4-1，頂端淬火淬透性曲線見圖4-2。

表4-6 20鋼淬透性數據

圖4-1 20鋼的淬透性曲線

6.應用

1）用于制作小型高壽命冷沖裁工具。

2）用于制作粉末冶金壓模。

3）用于制作沖頭：冷擠壓沖頭、重載冷鐓沖頭、10～25mm中厚鋼板沖孔沖頭、直徑φ5～φ6mm的小沖頭，可用于奧氏體鋼、彈簧鋼、高強度鋼的中、小型沖頭。

4）用于制作鋸齒鎖緊墊圈沖模。該沖模用于沖壓硬度為179～217HBW的65Mn鋼帶，原采用T10A鋼，硬度為48～50HRC，使用壽命小于1500次；后采用Cr12MoV鋼，硬度仍為48～50HRC，使用壽命3000次；而選用20鋼低碳馬氏體強化（淬火，不回火），硬度為46～48HRC，使用壽命達到3萬～4萬次。

5）制作扳手。20鋼制多種規格雙頭呆扳手，扳手口字處設計滲碳，要求滲層深度為0.6～0.8mm，硬度為52～56HRC。固體滲碳后于780～800℃鹽浴加熱淬火，240～260℃×2h回火，最后經發藍出廠。

6）制作彈性夾頭。借鑒國外的先進經驗，某些彈性夾頭用20鋼滲碳淬火及回火代替原合金鋼夾頭，取得很好效果。其工藝為：920℃×4～6h滲碳，滲層深度控制在0.8～1.0mm，不可超滲，滲后出爐空冷，以消除不良組織。于790～810℃鹽浴加熱淬火，淬火冷卻介質為160～180℃的硝鹽溶液，冷卻至室溫后于160～180℃×4～6h硝鹽回火，回火后硬度為58～62HRC，符合頭部高硬度要求。對于硬度要求相對低的彈性部分，可在520～550℃的硝鹽浴中施以快速回火，回火時間視具體規格而定，加熱后立即置于流動的自來水中快冷，將硬度控制在40～45HRC。

圖4-2 20鋼頂端淬火淬透性曲線

4.1.3 Q235鋼

1.性能特點

在生產廠家供貨狀態時，該牌號保證力學性能而不保證化學成分（但也有大概的成分標準），所以S、P等雜質成分相對偏多一點。通常情況下，該鋼不需要經過熱處理而直接使用，但用來制作工具還需進行必要的熱處理。

GB/T 700—2006中，Q235鋼按冶金質量分為A、B、C、D四個等級，各等級中硅的質量分數均為0.30%，區別在于C、S、P含量的不同。A、B級Q235鋼碳的質量分數為0.14%～0.22%、0.12%～0.20%，而C、D級碳的質量分數≤0.18%、≤0.17%。A級的Mn含量最低，D級S、P含量最少。

國內有不少單位用低碳馬氏體強烈淬火工藝制造塑料模、冷作模具的實例。利用雙層離子轟擊滲金屬技術，在該鋼的表面進行鉬鉻共滲，厚度在100μm以上，表面化學成分接近于鉬系高速鋼，淬火及回火后硬度達1300HV，超過一般冶金高速鋼熱處理后的硬度。

2.化學成分、臨界點及對應牌號（見表4-7）

表4-7 Q235鋼化學成分、臨界點及對應牌號

3.熱處理工藝（見表4-8）

表4-8 Q235鋼熱處理工藝

4.Q235鋼等碳素結構鋼的力學性能（見表4-9）

表4-9 碳素結構鋼的力學性能（GB/T 700—2006）

①Q195鋼的屈服強度僅供參考，不作交貨條件。

②厚度>100mm鋼材，抗拉強度下限允許下降20N/mm²。

③厚度<25mmQ235B級鋼材，如供方能保證沖擊吸收能量合格，經需方同意可不做試驗。

5.應用

1）可用于各種模具把手以及其他不太重要的模具零件。

2）剪板機片螺栓鍛件胎模沖頭，曾選用過GCr15、9SiCr、T8及45鋼，由于工件有咬模、粘模現象發生，鍛坯很難從模具中沖出來，致使沖頭塑性變形、彎曲和斷裂，壽命較短，每10件沖頭約沖螺栓800～1200件；然后用Q235鋼制作沖頭，經淬火后（不回火）直接使用，硬度為36～40HRC，每10件沖頭能沖螺栓2000件以上，而且失效形式為塑性變形，解決了沖頭在使用中的碎裂現象。

3）Q235鋼制木工刨刀快速膏劑滲碳。在欲滲碳的刨刀刃部涂厚度為2.5mm左右的膏劑，各部分要均勻。涂好后在室溫下自然干燥2～3h，然后放入帶有風扇的烘箱中烘干。在高溫箱式爐中經1000℃×5～10min滲碳后直接淬入鹽水，淬后表面硬度為62～65HRC，滲碳層深度為0.45mm。

4）Q235鋼制防滑鏟。防滑鏟硬度要求35～40HRC。對Q235制防滑鏟進行強化淬火，930～960℃×2～3min鹽浴加熱，淬火冷卻介質為10%～15%（質量分數）NaOH水溶液或淬入5%～8%（質量分數）NaCl水溶液中。淬火后硬度為36～40HRC，較滲碳淬火效率高數十倍，后改用網帶爐淬火更好。

5）Q235鋼制飼料粉碎機錘塊。錘塊是飼料粉碎機的關鍵部件，很容易磨損，安裝在高速旋轉（1480r/min）的粉碎機上，靠高速旋轉的錘頭把飼料粉碎。對進口的粉碎機錘頭進行材料金相分析可知，國外錘塊是用20Cr鋼碳氮共滲處理。為降低成本，就地取材，試用普通Q235鋼，經滲碳-碳氮共滲-高頻感應淬火加回火的復合處理工藝，其使用性能和壽命超過進口產品。

6）Q235鋼制鐵鍬、犁鏵、水田耙耙片、鋤頭、鐮刀等農機具及園林工具等。這些工具除采用低碳馬氏體強韌化處理外，還使用滲碳等復合處理工藝。