常用金属材料钢工业用钢解析教学提纲.ppt

常用金属材料常用金属材料钢钢工工业业用用钢钢解析解析常用金常用金属材料属材料工业用钢工业用钢有色合金有色合金铸铁的石墨化铸铁的石墨化铸铁的分类、性能及应用铸铁的分类、性能及应用铸铁铸铁铝及铝合金铝及铝合金铜及铜合金铜及铜合金钛及钛合金钛及钛合金钢的分类及牌号钢的分类及牌号合金元素在钢中的作用（合金钢）合金元素在钢中的作用（合金钢）结构钢、工具钢和特殊钢结构钢、工具钢和特殊钢轴承合金轴承合金按化学成分按化学成分碳素钢碳素钢（非合金钢）（非合金钢）合金钢合金钢低碳钢（低碳钢（Wc0.3%0.3%）中碳钢（中碳钢（Wc=0.3%-0.6%=0.3%-0.6%）高碳钢（高碳钢（Wc0.6%0.6%）按合金按合金元素分元素分按合金元按合金元素含量分素含量分锰钢锰钢铬钢铬钢铬镍钢铬镍钢低合金钢（低合金钢（Wme5%10%10%）中合金钢（中合金钢（Wme=5%-10%=5%-10%）第一节第一节工业用钢工业用钢一、钢的分类一、钢的分类按用途分按用途分结构钢结构钢特殊钢特殊钢船舶用钢船舶用钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工具钢工具钢工程用钢工程用钢机器用钢机器用钢建筑用钢建筑用钢桥梁用钢桥梁用钢车辆用钢车辆用钢调质钢调质钢渗碳钢渗碳钢轴承钢轴承钢弹簧钢弹簧钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢按质量分按质量分普通钢（普通钢（Ws0.045%0.045%，Wp0.05%0.05%）高级优质钢（高级优质钢（Ws，Wp0.025%0.025%）优质钢（优质钢（Ws，Wp0.035%0.035%）二、碳素钢的分类和牌号二、碳素钢的分类和牌号碳素钢：含碳量小于1.35%(0.1%-1.2%)，除Fe、C和限量以内的Si、Mn、P、S等杂质外，不含其他合金元素的钢。碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性和可焊性降低。与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本低，性能范围宽，用量最大。（一）碳素钢的分类（一）碳素钢的分类碳素钢碳素钢（非合金钢）（非合金钢）低碳钢（低碳钢（Wc0.3%0.3%）中碳钢（中碳钢（Wc=0.3%-0.6%=0.3%-0.6%）高碳钢（高碳钢（Wc0.6%0.6%）按含碳量分按含碳量分按用途分按用途分碳素结构钢碳素结构钢碳素工具钢碳素工具钢普通碳素结构钢普通碳素结构钢优质碳素结构钢优质碳素结构钢铸造碳钢铸造碳钢(二二)碳素钢的牌号碳素钢的牌号编号编号Q235（AF）Q+屈服强度屈服强度+质量等级质量等级+脱氧程度脱氧程度1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢屈服强度大于屈服强度大于235MPa，质量等级为，质量等级为A的沸腾钢的沸腾钢2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢S、P杂质含量低杂质含量低塑性、韧性高塑性、韧性高用两位数字表示碳含量的万分之几用两位数字表示碳含量的万分之几45号钢号钢平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.45%保证成分、性能保证成分、性能编号编号3.碳素工具钢碳素工具钢(Tool)T8T8或或T8AT8A4.铸造碳钢（铸钢）铸造碳钢（铸钢）ZG200-400ZG200-400ZG+ZG+s s b b用于制造各种刃具、模具、量具和其他工具的钢用于制造各种刃具、模具、量具和其他工具的钢编号编号编号编号采用铸造方法而生产出来的一种钢铸件。铸钢主要用于制造采用铸造方法而生产出来的一种钢铸件。铸钢主要用于制造一些形状复杂、难于进行锻造或切削加工成形而又要求较高一些形状复杂、难于进行锻造或切削加工成形而又要求较高的强度和塑性的零件的强度和塑性的零件。T+数字数字+质量级别质量级别T8:平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.8%的优质碳素工具钢的优质碳素工具钢;T8A:平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.8%的高级优质碳素工具钢的高级优质碳素工具钢屈服强度大于屈服强度大于235MPa，抗拉强度为，抗拉强度为400MPa的铸钢的铸钢三、合金钢的分类和牌号三、合金钢的分类和牌号（一）合金钢的分类（一）合金钢的分类按性能和用途分按性能和用途分合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢低合金高强结构钢低合金高强结构钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金调质钢合金调质钢合金弹簧钢合金弹簧钢滚动轴承钢滚动轴承钢合金模具钢合金模具钢合金刃具钢合金刃具钢合金量具钢合金量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢按合金元素含量分按合金元素含量分低合金钢低合金钢中合金钢中合金钢高合金钢高合金钢 5%5%-10%10%编号编号40Cr平平均均碳碳质质量量分分数数的的万万分分数数+合合金金元元素素+合合金金元元素素质质量量千千分数（小于分数（小于1.5%时不标出）时不标出）1.合金结构钢：合金结构钢：在碳素结构钢的基础上，加入适量的一种或数种合金元素（总含量一般不超过5）的钢。平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.4%，平均，平均Cr质量分数小于质量分数小于1.5%的合金结构钢的合金结构钢编号编号9SiCr平平均均碳碳质质量量分分数数的的千千分分数数（大大于于1%时时不不标标出出）+合合金金元素元素+合金元素质量分数（小于合金元素质量分数（小于1.5%时不标出）时不标出）平平均均碳碳质质量量分分数数为为0.9%，平平均均Si、Cr质质量量分分数数小小于于1.5%的合金工具钢的合金工具钢2.合金工具钢合金工具钢在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钨、钒等合金元素以提高淬透性、韧性、耐磨性和耐热性的一类钢种（二）合金钢的牌号（二）合金钢的牌号编号编号1Cr18Ni9Ti平平均均碳碳质质量量分分数数的的千千分分数数+合合金金元元素素+合合金金元元素素质质量量百分数（小于百分数（小于1.5%时不标出）时不标出）3.特特殊殊性性能能钢钢：具有特殊物理或化学性能，用来制造除要求具有一定的机械性能外，还要求具有特殊性能的零件。平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.1%，平均，平均Cr、Ni、Ti的质量分的质量分数分别为数分别为18%、9%以及小于以及小于1.5%的特殊钢的特殊钢编号编号00Cr18Ni10平均碳质量分数小于平均碳质量分数小于0.03%，平均，平均Cr、Ni质量分数质量分数分别为分别为18%和和10%的特殊钢的特殊钢编号编号0Cr19Ni9平均碳质量分数小于平均碳质量分数小于0.08%，平均，平均Cr、Ni质量分数质量分数分别为分别为19%和和9%的特殊钢的特殊钢Si能脱氧能脱氧,有很强的固溶强化作用，可以有很强的固溶强化作用，可以消消除除FeO夹杂的影响。夹杂的影响。Mn脱氧、去硫脱氧、去硫,取代取代FeS中的中的Fe形成高熔点形成高熔点MnS。提高钢的强度和硬度。提高钢的强度和硬度。四、常存杂质元素对钢性能的影响四、常存杂质元素对钢性能的影响（一（一）有益元素有益元素Si、Mn元素的影响元素的影响来源：生铁和脱氧剂来源：生铁和脱氧剂Mn:0.250.250.8%0.8%Si:0.4%0.4%（二）（二）有害元素有害元素:P:P、S S P 有有很很强强的的固固溶溶强强化化作作用用,增增加加钢钢的的强强度度和和硬硬度度，但但使使塑塑性性和和韧韧性性显显著著降降低低，特特别别是是低低温温下韧性极差下韧性极差 (冷脆冷脆 )。S 常常以以FeSFeS形形式式存存在在，并并与与Fe形形成成低低熔熔点点（985）共共晶晶体体（FeS+Fe)并并分分布布在在晶晶界界，引引起起钢钢在热加工时或高温工作下开裂在热加工时或高温工作下开裂 (热裂热裂 )。来源：生铁和燃料来源：生铁和燃料S0.055%、P0.045%（三）（三）气体元素气体元素:N、O、H N N：钢钢中中过过饱饱和和N N在在常常温温放放置置过过程程中中会会发发生生时时效效脆脆化化，包包括括淬火时效和应变时效。加淬火时效和应变时效。加TiTi、V V、AlAl等元素可消除时效倾向。等元素可消除时效倾向。O O：在在钢钢中中主主要要以以氧氧化化物物夹夹杂杂形形式式存存在在，破破坏坏了了钢钢基基体体的的连连续性，易成为疲劳裂纹源。续性，易成为疲劳裂纹源。H H：原原子子态态的的过过饱饱和和氢氢时时将将降降低低韧韧性性,引引起起氢氢脆脆。当当氢氢在在缺缺陷陷处处以以分分子子态态析析出出时时，会会产产生生很很高高内内压压，形形成成微微裂裂纹纹，其其内内壁壁为白色，称白点或发裂为白色，称白点或发裂。钢中白点钢中白点1.合金元素与铁和碳的作用。合金元素与铁和碳的作用。1）.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金F或合金或合金A：固溶强化：固溶强化。五、合金元素在钢中的作用五、合金元素在钢中的作用Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱弱强强2 2）.与与碳碳作作用用形形成成合合金金碳碳化化物物（合合金金渗渗碳碳体体）(Fe,Cr)(Fe,Cr)3 3C C。3 3）.单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物 TiCTiC、VC VC。v 弱碳化物元素弱碳化物元素:Fe、Mn。v 中强碳化物元素中强碳化物元素:Cr、Mo、W。(Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C、(Fe、W)3Cv 强碳化物元素强碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。TiC、NbC、VC。与碳亲和能力与碳亲和能力合金渗碳体较渗碳体稳定，硬度更高合金渗碳体较渗碳体稳定，硬度更高特殊碳化物较合金渗碳体更稳定，显著提高钢的硬度、强特殊碳化物较合金渗碳体更稳定，显著提高钢的硬度、强度和耐磨性，又不明显降低钢的韧性。度和耐磨性，又不明显降低钢的韧性。2.2.合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。相图的影响。1）.扩大奥氏体区扩大奥氏体区Mn、Ni、Co、Cu、C、N等元素。等元素。作用作用:使使A3线温度下降线温度下降,A4线温度上升。线温度上升。Mn元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响A42 2）.缩小奥氏体区缩小奥氏体区Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素。等元素。作用作用:使使A3线温度上升线温度上升,A4线温度下降。线温度下降。Cr 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响3）.改变改变E E、S S点的位置点的位置几乎所有的合金元素。几乎所有的合金元素。作用作用:使使S点和点和E点的成分向左移。点的成分向左移。使使A1线线的温度变化。的温度变化。合金元素对合金元素对 S点成分的影响点成分的影响合金元素对合金元素对A1线线的影响的影响1.合金元素对加热时奥氏体形成的影响合金元素对加热时奥氏体形成的影响除除（Co、Ni）元元素素外外,多多数数合合金金元元素素的的加加入入,均均使使奥氏体的奥氏体的形成速度形成速度减慢（减慢（AlAl、SiSi、MnMn影响较小）。影响较小）。强强碳碳化化物物形形成成元元素素和和（Al-AlN、Al2O3）能能强强烈烈的的阻止奥氏体阻止奥氏体晶粒长大晶粒长大(Ti、V、Zr、Nb等等)。非非碳碳化化物物形形成成元元素素能能轻轻微微的的阻阻止止奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大(Si、Ni、Cu、Co等等)。3.合金元素对钢的热处理的影响。合金元素对钢的热处理的影响。2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素对过冷奥氏体转变的影响v除除Co元素外元素外,所有的合金元素均使钢的所有的合金元素均使钢的TTT 曲线曲线向右移。向右移。v提高钢的提高钢的淬透性淬透性,常常用的元素有用的元素有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等（合金等（合金钢比碳素钢钢比碳素钢淬透性高）淬透性高）。v除除Co、Al元素外元素外,所有的合金元素都使马氏体转所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。（变温度下降。（Mn、Cr、Ni最显著）最显著）3.合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响回火稳定性回火稳定性（抗力）的增加（抗力）的增加:淬火钢回火时抵抗软化淬火钢回火时抵抗软化的能力的能力二次硬化的产生二次硬化的产生W、Mo、V 等等碳碳化化物物在在550析析出出，并并对对马马氏氏体体起起到到弥弥散散强强化化作作用用，使使钢钢达达到到最最高高硬硬度度,产生二次硬化。产生二次硬化。六、结构钢六、结构钢结构钢结构钢工程结构用钢工程结构用钢机械结构用钢机械结构用钢普通碳素结构钢普通碳素结构钢低合金高强结构钢低合金高强结构钢铸造用钢铸造用钢渗碳钢渗碳钢调质钢调质钢弹簧钢弹簧钢滚动轴承钢滚动轴承钢易切削钢易切削钢结构钢：用于形成结构的钢材，主要用途为承载。结构钢：用于形成结构的钢材，主要用途为承载。（一）普通碳素结构钢（一）普通碳素结构钢1、成分、成分WC0.2%2、性能：具有良好的塑性、韧性及焊接性能、性能：具有良好的塑性、韧性及焊接性能3、用途：建筑、桥梁、用途：建筑、桥梁铆钉、螺钉铆钉、螺钉连杆、拉杆等连杆、拉杆等冲压件冲压件焊接件焊接件4、编号编号Q2351 1、工程结构用钢、工程结构用钢工程结构钢：主要用于各种结构的钢材，一般采用普通结构工程结构钢：主要用于各种结构的钢材，一般采用普通结构钢。钢。（二）（二）低合金高强钢低合金高强钢1、成分普通碳素结构钢中加入少量合金元素、成分普通碳素结构钢中加入少量合金元素(3%)主加合金元素主加合金元素:Mn、Si。辅加合金元素辅加合金元素:V、Ti、Nb。2、性能：优于普通碳素结构钢，具有高的塑性、韧、性能：优于普通碳素结构钢，具有高的塑性、韧性，较高的强度和良好的焊接性能性，较高的强度和良好的焊接性能3、用途：、用途：强度级别较低：冲压件、建筑构件、低压锅炉汽包强度级别较低：冲压件、建筑构件、低压锅炉汽包强度级别较高：工程建筑、船舶、桥梁、车辆、管道、强度级别较高：工程建筑、船舶、桥梁、车辆、管道、压力容器、厂房钢架等压力容器、厂房钢架等4、编号编号Q295用途实例用途实例Q460钢含钢含Mo、B，正火组织，正火组织为为B，强度高，用于石化中温，强度高，用于石化中温高压容器。高压容器。压力容器压力容器南京长江大南京长江大桥桥Q345钢钢(16Mn)综合性能好，综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。型钢结构。Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度，强度高，用于中等压力的容器。高，用于中等压力的容器。万吨远洋轮万吨远洋轮（三）（三）铸造碳钢铸造碳钢1、对于构件形状复杂，用锻造方法难以生产而力学、对于构件形状复杂，用锻造方法难以生产而力学性能要求又比较高的零件，可用铸造方法生产出的钢性能要求又比较高的零件，可用铸造方法生产出的钢铸件。铸件。2、性能：具有较高的强度和塑性，但整体性能差于、性能：具有较高的强度和塑性，但整体性能差于铸铁铸铁3、用途：重型机械、矿山机械、机车车辆等、用途：重型机械、矿山机械、机车车辆等4、编号编号ZG200-400（一）（一）渗碳钢渗碳钢 2 2、机械结构用钢机械结构用钢机械结构钢：主要用于制造各种类型的机器零件，一般采用机械结构钢：主要用于制造各种类型的机器零件，一般采用优质碳素结构钢和合金结构钢。优质碳素结构钢和合金结构钢。1、成分、成分WC=0.1%-0.25%（低碳）（低碳）2、性能：表面具有较高硬度、强度和耐磨性，心部、性能：表面具有较高硬度、强度和耐磨性，心部具有较高的韧性和足够的强度（具有较高的韧性和足够的强度（表硬里韧表硬里韧）。）。3、用途：、用途：变速齿轮、齿轮轴、活塞销变速齿轮、齿轮轴、活塞销等等4、渗碳钢的加工工艺路线为：、渗碳钢的加工工艺路线为：制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。主要用于制造既承受冲击载荷，制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。主要用于制造既承受冲击载荷，表面又受强烈磨损的零件。表面又受强烈磨损的零件。正火正火：为了调整硬度，便于切削加工。：为了调整硬度，便于切削加工。淬淬火火+低低温温回回火火：为为了了降降低低残残余余应应力力和和脆脆性性，获获得得高高硬硬度度，高高强度和耐磨性强度和耐磨性5.合金渗碳钢的牌号合金渗碳钢的牌号20Mn2TiA等级等级:高级优质高级优质含钛量含钛量WTi1.5%含锰量含锰量WMn 2%含碳量含碳量WC 20%00碳素渗碳钢碳素渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢化学成分Wc 0.25%Wc=0.150.25%合金元素:Cr、Mn、Ni、B、V、W、Mo、Ti等。热处理后的组织表层:M回+Fe3C+A残心部:P+F表层:M回+Fe3C+A残心部:低碳M回+F6.渗碳钢的成分和组织渗碳钢的成分和组织7.典型合金渗碳钢种介绍典型合金渗碳钢种介绍低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量钢含合金元素总量3%15Cr、20Cr、20Mn2。用用 于受力小的耐磨件，如柴于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4%左左右。右。20CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB。用于中等载荷。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销(20Cr)高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4%6%。18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A等。用于大载荷等。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。的耐磨件，如柴油机曲轴。柴油机曲轴柴油机曲轴20CrMnTi钢制造齿轮的热处理工艺曲线钢制造齿轮的热处理工艺曲线（二）（二）调质钢调质钢1、成分、成分WC=0.3%-0.5%（中碳）（中碳）2、性能：表面具有较高硬度、强度和耐磨性，心部、性能：表面具有较高硬度、强度和耐磨性，心部具有较高的韧性和足够的强度（具有较高的韧性和足够的强度（既强又韧）。既强又韧）。3、用途：、用途：机床主轴、发动机曲轴、传动齿轮、汽车机床主轴、发动机曲轴、传动齿轮、汽车后桥半轴后桥半轴等等4、调质钢的热处理，、调质钢的热处理，调质钢：经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢调质钢：经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢退火退火：消除应力，调整硬度，改善切削加工性能。：消除应力，调整硬度，改善切削加工性能。调质调质：1）为表面淬火做组织准备；）为表面淬火做组织准备；2）获得优良的综合力学性）获得优良的综合力学性能。能。表面淬火表面淬火+低温回火低温回火：提高工件表面硬度和耐磨性。：提高工件表面硬度和耐磨性。碳素调质钢碳素调质钢合金调质钢合金调质钢化学成分Wc=0.250.6%Wc=0.250.5%合金元素:Cr、Mn、Ni、B、Si、V、W、Mo、Ti等。热处理后的组织表层:S回心部:P+F表层:S回心部:S回5.合金调质钢的牌号合金调质钢的牌号40Cr40Mn40MnB35CrMo38CrMoAlA25Cr2Ni4WA6.典型合金调质钢种介绍典型合金调质钢种介绍低淬透性调质钢低淬透性调质钢钢含合金元素总量钢含合金元素总量3%40Cr、40MnB等等中淬透性调质钢中淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4%左右。左右。38CrSi、35CrMo等。等。常用于制造较小的齿轮、常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。轴、螺栓等零件。圆圆锥锥齿齿轮轮柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴高淬透性调质钢高淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4%10%。制制造造大大截截面面重重载载荷荷零零件件，如如曲曲轴轴等等用用高高淬淬透性的零件等透性的零件等 。38CrMoAlA、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA等。等。40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线（三）（三）弹簧钢弹簧钢1、成分、成分WC=0.5%-0.7%（中高碳）（中高碳）2、性能：、性能：高的高的e、高的、高的s/b、高的、高的-1、良好的、良好的韧韧性性。3、用途：车辆上板弹簧或圆弹簧、气阀、安全阀、用途：车辆上板弹簧或圆弹簧、气阀、安全阀等耐热弹簧等耐热弹簧4、弹簧钢的热处理：、弹簧钢的热处理：弹簧钢：用于制造各种弹簧或弹性元件的钢弹簧钢：用于制造各种弹簧或弹性元件的钢碳素弹簧钢碳素弹簧钢合金弹簧钢合金弹簧钢化学成分Wc=0.60.9%Wc=0.50.7%合金元素:Si、Mn、Cr、V、W、Mo等。热处理后的组织T回制造尺寸小于815mm的小型弹簧。T回制造尺寸在2025mm左右的弹簧。5.弹簧钢的牌号弹簧钢的牌号6565Mn55Si2Mn60Si2Mn50CrVA50CrMnA55SiMnMoVNb6.冷成形弹簧生产工艺特点冷成形弹簧生产工艺特点用于生产尺寸小于用于生产尺寸小于815mm的小型的小型弹弹簧簧,常用常用弹弹簧簧钢丝钢丝(片片)冷冷绕绕成形成形,其制造方法有其制造方法有:铅铅淬后淬后S组织组织冷拔后冷拔后冷成型冷成型+200300去去应应力力退火。退火。60、75、85、65Mn。油淬中温回火油淬中温回火S回回后冷成型后冷成型+去去应应力退火。力退火。退火退火组织组织冷成型冷成型+淬火淬火+中温回火。（中温回火。（较较少少应应用用）55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧热卷大弹簧热卷大弹簧簧弹丝簧弹丝（四）滚动轴承钢（四）滚动轴承钢滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承用于制造轴承套和混动体的专用钢种。用于制造轴承套和混动体的专用钢种。1、成分、成分Wc=0.951.15%（高碳）（高碳）优质钢材优质钢材:WS0.2%、WP0.27%主加主加Cr,0.41.65%，提高淬透性提高淬透性辅辅加加Si、Mn、V、Mo，进进一一步步提提高高淬淬透透性性，V V、MoMo可可阻阻止止奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大2、性能：、性能：高的硬度强度和耐磨性高的硬度强度和耐磨性;高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度;足够的韧性和耐蚀性足够的韧性和耐蚀性;3.滚动轴承钢的牌号滚动轴承钢的牌号GCr9SiMn含含Mn量量WMn1.5%含含Si量量WSi1.5%含含Cr量量WCr 0.9%滚动轴承钢滚动轴承钢应用最广的为应用最广的为GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承还，大量用于大中型轴承；大型轴承还可用可用GCr15SiMn5.轴承钢热处理后的组织轴承钢热处理后的组织M回+颗粒状碳化物+A残4.铬轴承钢制造轴承的工艺路线铬轴承钢制造轴承的工艺路线球化退火：消除网状渗碳体球化退火：消除网状渗碳体淬火淬火+冷处理：淬火为了得到冷处理：淬火为了得到M转变，深冷处理为了减少残转变，深冷处理为了减少残余余A低温回火：消除内应力低温回火：消除内应力（五）易切削钢（五）易切削钢在自动机床上进行的高速切削性能好的钢。在自动机床上进行的高速切削性能好的钢。1、成分、成分WC=0.1%-0.18%（低中碳）（低中碳）2、性性能能：降降低低切切削削力力和和切切削削热热,减减少少刀刀具具磨磨损损,延延长长刀具寿命刀具寿命,排屑容易排屑容易,提高切削速度。提高切削速度。3、用用途途：适适用用于于高高速速切切削削和和在在自自动动加加工工机机床床上上加加工的材料，螺栓、螺母、管接头。工的材料，螺栓、螺母、管接头。4、易切削钢的热处理：、易切削钢的热处理：低碳易切削钢低碳易切削钢(Y12、Y15、Y20、Y15Pb)：渗：渗碳或淬火成低碳马氏体。碳或淬火成低碳马氏体。中碳易切削钢中碳易切削钢(Y40)：调质及表面淬火。：调质及表面淬火。5.易切削钢的牌号易切削钢的牌号Y40Mn含锰量含锰量WMn1.5%含碳量含碳量WC 0.4%易切削钢易切削钢七、工具钢七、工具钢碳素工具钢碳素工具钢合金刃具钢合金刃具钢合金模具钢合金模具钢合金量具钢合金量具钢刃具刃具量量具具模模具具用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。工具钢工具钢低合金刃具钢低合金刃具钢高速钢高速钢1.碳素工具钢碳素工具钢主要制作手动工具的工具钢。主要制作手动工具的工具钢。锉锉刀刀手手锤锤1、成分、成分WC=0.65%-1.35%（高碳）（高碳）2、性性能能：随随含含碳碳量量增增加加，硬硬度度和和耐耐磨磨性性提提高高，但但韧韧性性下降下降3、用用途途：由由于于碳碳工工钢钢热热硬硬性性、淬淬透透性性差差，只只用用于于制制造造小尺寸的手工工具和低速刃具小尺寸的手工工具和低速刃具。4、碳工钢的热处理：、碳工钢的热处理：正火正火+球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火5、热处理后的组织：、热处理后的组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A残残T12A高级优质高级优质Wc=1.2%碳素工具钢碳素工具钢6、碳工钢的牌号、碳工钢的牌号共有七个牌号：共有七个牌号：T7-T13。T7-T9：制制造造承承受受冲冲击击的的工工具具，如如木木工工工工具具：冲冲子子、凿凿子子、锤锤子等；子等；T10-T11:制造低俗切削工具，如钻头、丝锥、锯条、车刀等；制造低俗切削工具，如钻头、丝锥、锯条、车刀等；T12-T13:制造耐磨工具，如锉刀、刮刀等制造耐磨工具，如锉刀、刮刀等2.合金刃具钢合金刃具钢1、成分、成分Wc=0.75-1.5%（高碳）（高碳）+合金元素合金元素2、性性能能：高高硬硬度度、高高耐耐磨磨性性、有有一一定定的的红红硬硬性性（外部受热升温时工具钢仍能维持高硬度）、强强度度和韧性和韧性,工作温度不超过工作温度不超过300。3、用用途途：应应用用最最多多的的是是9SiCr。用用于于制制造造形形状状复复杂杂、要求变形小的低速刃具，如、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙丝锥、板牙等等。4、同同碳碳工工钢钢的的热热处处理理：正正火火+球球化化退退火火+淬淬火火+低低温温回火回火5、热处理后的组织：、热处理后的组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A残残2.1.低合金刃具钢低合金刃具钢在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素（在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素（5%)。9SiCr钢板牙热处理工艺曲线钢板牙热处理工艺曲线板牙板牙2.2.高速工具钢高速工具钢(高速钢，锋钢）高速钢，锋钢）车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头比低合金工具钢允许有更高的切削速度而得名。比低合金工具钢允许有更高的切削速度而得名。1、成分、成分Wc=0.75-1.5%（高碳）（高碳）+合金元素合金元素2、性性能能：高高硬硬度度、高高耐耐磨磨性性、高高的的红红硬硬性性(600时时,HRC63以上以上)、有一定的强度和韧性。、有一定的强度和韧性。3、用用途途：常常用用钢钢号号为为W18Cr4V和和W6Mo5Cr4V2。用于高速切削刃具，如车刀、铣刀、刨刀和钻头等。用于高速切削刃具，如车刀、铣刀、刨刀和钻头等。锻造锻造目的：高速钢属于莱氏体钢，脆性大且热处理无法消除。目的：高速钢属于莱氏体钢，脆性大且热处理无法消除。因此只能用反复锻击的方法将其击碎，并均匀分布在基体上；因此只能用反复锻击的方法将其击碎，并均匀分布在基体上；具有成型和改善碳化物形态的双重作用。具有成型和改善碳化物形态的双重作用。退火退火：降低硬度，便于切削加工，为淬火做组织准备；：降低硬度，便于切削加工，为淬火做组织准备；淬火淬火：获得高合金元素含量的马氏体；：获得高合金元素含量的马氏体；M+Fe3C+A残残(2025%)回火回火：减少残余奥氏体，消除内应力，稳定组织。：减少残余奥氏体，消除内应力，稳定组织。M回回+Fe3C+A残残(12%)W18Cr4V钢的热处理过程示意图钢的热处理过程示意图机加工机加工三三.合金模具钢合金模具钢v冷冷作作模模钢钢:工工作作温温度度为为200300。冷冷冲冲模模、冷冷挤挤压压模模、拉丝模拉丝模等等v热热作作模模钢钢:工工作作温温度度为为600以以上上。热热锻锻模模、热热挤挤压压模模、压压铸模铸模等等用于制造模具的钢。用于制造模具的钢。一一)冷作模钢冷作模钢制造金属冷成型模具的钢。制造金属冷成型模具的钢。1.性能要求性能要求:高的硬度高的硬度,HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;足够高的韧性与足够高的韧性与疲劳抗力疲劳抗力;热处理变形小热处理变形小;2.化学成分特点化学成分特点:高碳高碳12%;合金元素合金元素:Cr,Mo、W、V。莱氏体钢通过反复锻造将网状共晶碳化物打碎莱氏体钢通过反复锻造将网状共晶碳化物打碎A.A.低合金冷作模具钢：低合金冷作模具钢：CrWMnCrWMn、9Mn2V9Mn2V 小尺寸、形状简单、受力不大的模具热处理：热处理：淬火淬火+低温回火低温回火优点：便宜，加工性能好优点：便宜，加工性能好缺点：淬透性差，缺点：淬透性差，热处理变形较大，热处理变形较大，耐磨性较差耐磨性较差4 4、分类、用途及热处理、分类、用途及热处理最终组织最终组织：M回回+Fe3C+少量少量A残残B.高合金冷作模具钢：高合金冷作模具钢：Cr12，Cr12MoV尺寸大、重载的模具、变形小尺寸大、重载的模具、变形小热处理：热处理：二）热作模具钢二）热作模具钢用于制造经加热的固态或液态金属在压力下成形的模具。用于制造经加热的固态或液态金属在压力下成形的模具。1.1.要求：要求：1 1）高的热硬性高的热硬性和高温耐磨性和高温耐磨性 2 2）高的抗氧化能力，）高的抗氧化能力，高的热强性高的热强性和足够高的韧性和足够高的韧性 3 3）高的热疲劳抗力高的热疲劳抗力2.2.化学成分：化学成分：w wc c =0.4%=0.4%0.6%0.6%（中碳），保证足够的强度和韧性（中碳），保证足够的强度和韧性 主加元素：主加元素：CrCr、NiNi、MnMn、SiSi3.3.常用钢种：常用钢种：1 1）热锻模钢）热锻模钢5CrNiMo:5CrNiMo:大型热锻模大型热锻模5CrMnMo:5CrMnMo:中小型热锻模中小型热锻模2)2)压铸模钢压铸模钢3Cr2W8V3Cr2W8V，为过共析钢。，为过共析钢。中碳（中碳（0.3-0.4%0.3-0.4%）+合金元素合金元素曲轴模具曲轴模具3.热处理特点热处理特点:*热锻模钢热锻模钢:5CrMnMo热处理工艺热处理工艺:淬火淬火+550回火回火热处理后的组织热处理后的组织:S回回或或T回回温度时间500820850预冷预冷油冷油冷530550回火回火*压铸模钢压铸模钢:3Cr2W8V热处理工艺热处理工艺:淬火淬火+600三次回火三次回火热处理后的组织热处理后的组织:M回回+Cm粒状粒状+A汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模4.合金量具钢合金量具钢卡卡尺尺量量 规规千分尺千分尺1、成分、成分Wc=0.9-1.5%（高碳）（高碳）+合金元素合金元素2、性性能能：高高的的硬硬度度,HRC62;高高的的耐耐磨磨性性；高高的的尺尺寸寸稳稳定定性性;足足够够高高的的心心部部韧韧性性;热热处处理理变变形形小小;尺尺寸寸稳稳定定;良好的耐蚀性良好的耐蚀性;3、用用途途：制制造造千千分分尺尺、卡卡尺尺、块块规规、螺螺旋旋测测微微仪仪等等。用于制造测量加工零件的工具的钢。用于制造测量加工零件的工具的钢。第四节第四节特殊性能钢特殊性能钢特殊性能钢：指具有特殊物理、化学性能的钢。主要包括特殊性能钢：指具有特殊物理、化学性能的钢。主要包括不锈钢、耐热钢和耐磨钢。不锈钢、耐热钢和耐磨钢。一一.不锈钢不锈钢1.定义定义:在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。2.概念概念:*在空气中的年腐蚀量为在空气中的年腐蚀量为0.01mm以内的钢以内的钢,称为在空称为在空气中使用的不锈钢。气中使用的不锈钢。*在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内的钢以内的钢,称为在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。称为在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。3金属腐蚀的机理金属腐蚀的机理.金属腐蚀的种类金属腐蚀的种类:1)化化学学腐腐蚀蚀（不不产产生生电电流流）:金金属属与与介介质质(干干燥燥气气体体和和非非电电解解质质溶溶液液)发发生生化化学学反反应应而而产产生生的的腐腐蚀蚀。例例如如:高高温温氧氧化化、脱碳等。脱碳等。2)电电化化学学腐腐蚀蚀（产产生生电电流流）:金金属属与与介介质质(电电解解质质溶溶液液,即即酸酸、碱碱、盐盐溶溶液液)发发生生电电化化学学反反应应而而产产生生的的腐腐蚀蚀（电电极极电电位不同）。位不同）。电化学腐蚀过程示意图电化学腐蚀过程示意图珠光体电化学腐蚀示意图珠光体电化学腐蚀示意图4.防腐措施防腐措施:1)形形成成氧氧化化层层:加加入入合合金金元元素素Cr、Al、Si等等,形形成成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。等氧化膜。2)提提高高金金属属的的电电极极电电位位:加加入入合合金金元元素素Cr、Ni、Si等等,提提高高金金属基体的电极电位。属基体的电极电位。3)使钢在室温下呈使钢在室温下呈单相组织单相组织:加入合金元素加入合金元素Mn、Ni等能扩大等能扩大区区,可在室温获得奥氏体钢。可在室温获得奥氏体钢。加入合金元素加入合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等能扩大等能扩大区区,可在可在室温获得铁素体钢。室温获得铁素体钢。5.5.不锈钢的成分特点、分类及用途不锈钢的成分特点、分类及用途1 1）化学成分特点）化学成分特点a a、低碳：碳高，则降低耐蚀性、低碳：碳高，则降低耐蚀性b b、CrCr：提高耐蚀性的主要因素：提高耐蚀性的主要因素形成稳定致密的形成稳定致密的CrCr2 2O O3 3氧化膜；氧化膜；CrCr含量大于含量大于13%13%时，形成单相铁素体组织；时，形成单相铁素体组织；提高基体电极电位提高基体电极电位c c、NiNi：获得单相奥氏体组织：获得单相奥氏体组织d d、MoMo：耐有机酸腐蚀；：耐有机酸腐蚀；e e、TiTi，NbNb：防止奥氏体钢晶间腐蚀。：防止奥氏体钢晶间腐蚀。消防栓消防栓晶间腐蚀晶间腐蚀1)铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢l化学成分特点化学成分特点:Wc=0.1%左右左右WCr=12-30%l热处理特点热处理特点:不能进行热处理强化。不能进行热处理强化。l牌号牌号:0Cr13Al、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等等l用途用途:化工设备中要求耐蚀性高、化工设备中要求耐蚀性高、强度低强度低的容器、管道等。的容器、管道等。l易出现脆性易出现脆性:析出富析出富Cr相相.6、常用不锈钢、常用不锈钢硝酸生产装置硝酸生产装置合成氨生产装置合成氨生产装置2)马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢-Cr13型钢型钢,l化学成分特点化学成分特点:Wc=0.10.4%WCr=13%l热处理特点热处理特点:正火后的组织是马氏体。正火后的组织是马氏体。l牌号牌号:1Cr134Cr13l用途用途:强度高强度高,又需耐蚀又需耐蚀.l汽轮机叶片、医疗器械汽轮机叶片、医疗器械医用镊子医用镊子3)3)奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢-18 8-18 8型钢型钢l化学成分特点化学成分特点:Wc=0.080.14%；WCr=1719%WNi=811%；Cu、Ti、Mo等。等。l加工特点加工特点:不能进行热处理强化不能进行热处理强化,只能冷塑性变形强化。只能冷塑性变形强化。l性能特点性能特点:耐蚀性好耐蚀性好塑性好塑性好焊接性能好焊接性能好无磁性，价格较高。无磁性，价格较高。l热处理特点热处理特点:固溶处理固溶处理;消除应力退火。消除应力退火。l用途用途:化工容器、管道等。化工容器、管道等。l牌号牌号:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti大型化工储罐大型化工储罐(304)(304)管板换热器管板换热器(304)二二.耐热钢耐热钢1.定义定义:在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。2.性能要求：抗氧化性性能要求：抗氧化性(热稳定性热稳定性)，高温强度，高温强度(热强性热强性)包括包括蠕变强度和持久强度。蠕变强度和持久强度。3.提高钢的耐热性的途径提高钢的耐热性的途径:加入合金元素加入合金元素Cr、Si、Al等等,在钢的在钢的表面形成稳定、致密的氧化膜。表面形成稳定、致密的氧化膜。4.提高钢的耐热性的途径提高钢的耐热性的途径:1)固溶强化固溶强化2)弥散强化弥散强化3)晶界强化晶界强化5.钢种及钢种及用途用途抗氧化钢抗氧化钢(不起皮钢不起皮钢):铁素体型铁素体型奥氏体型钢奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti等等,工作温度工作温度850。热强钢热强钢珠光体型珠光体型16Mo，15CrMo和和12CrMoV工作温度小于工作温度小于600(小载荷小载荷)。马氏体型马氏体型1Cr13，工作温度工作温度600受力较大。受力较大。奥氏体型奥氏体型18-8型，型，工作温度工作温度850。耐耐热热钢钢的的用用途途发动机叶片发动机叶片航空发