6第七章合金钢.ppt

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1、第七章第七章 合金钢合金钢工业用钢工业用钢按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。按化学成分分为碳素钢和合金钢两大类。7-1概述概述l l碳钢的在性能上主要有以下几方面的不足：碳钢的在性能上主要有以下几方面的不足：碳钢的在性能上主要有以下几方面的不足：碳钢的在性能上主要有以下几方面的不足：(1)(1)淬透性低淬透性低淬透性低淬透性低(2)(2)强度和屈强比较低强度和屈强比较低强度和屈强比较低强度和屈强比较低(3)(3)回火稳定性差回火稳定性差回火稳定性差回火稳定性差(4)(4)不能满足特殊性能的要求不能满足特殊性能的要求不能满足特殊性能的要求不能满足特殊性能的要求 1l合金元素在钢中的存在形式合金

2、元素在钢中的存在形式l1、溶于铁素体、溶于铁素体,起固溶强化作用起固溶强化作用l非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体都溶于铁素体，形成合金铁素体.lSi、Mn对强度、硬度提高显著。对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在在适当范围内提高韧性。适当范围内提高韧性。一、合金元素在钢中的作用一、合金元素在钢中的作用对铁素体冲击韧性影响对铁素体冲击韧性影响2、形成碳化物，起强化相作用、形成碳化物，起强化相作用合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。Ti、N

3、b、V为强碳化物形成元素，碳化物为强碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高，如的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高，如TiC、VC等。等。钢中钢中钢中钢中碳碳碳碳化物化物化物化物2lW、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、为中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如硬度、耐磨性较高，如W2C等。等。lMn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较低，如耐磨性较低，如Fe3C等。等。（二）合金元素对力学性能的影响（二）合金元素对力学性能的影响a）固溶强化。）固溶强化。b）细晶强化。）细晶

4、强化。c）弥散强化。）弥散强化。3三、合金元素对三、合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响l1、对奥氏体相区的影响、对奥氏体相区的影响l面心立方面心立方Ni、Mn、Cu、C、N等是等是扩大奥氏体相区的元素扩大奥氏体相区的元素.当当Mn 13%或或Ni 9%时，时，S点降到点降到0以下，室温下为以下，室温下为单相奥氏体组织，称单相奥氏体组织，称奥氏体钢奥氏体钢。l体心立方晶格体心立方晶格Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是缩小奥氏体相区的元素。等是缩小奥氏体相区的元素。l当当含大量含大量Cr时，奥氏体相区消失，室温时，奥氏体相区消失，室温下为单相铁素体组织，称下为单相铁素体组织，称铁素体钢

5、铁素体钢.锰对奥氏体相区锰对奥氏体相区的影响的影响铬对奥氏体相区铬对奥氏体相区的影响的影响4l2、对、对E点和点和S点位置的影响点位置的影响l所有合金元素均使所有合金元素均使E点和点和S点左移，点左移，即这两点的含即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织(如如4Cr13）或共晶组织或共晶组织（如（如W18Cr4V）。5l三、合金元素对热处理的影响三、合金元素对热处理的影响l1、对奥氏体化的影响、对奥氏体化的影响l对奥氏体形成速度的影响：对奥氏体形成速度的影响：除除Ni、Co外外,都减缓奥氏体化过程都减缓奥氏体化过程.l对奥氏体晶粒长大倾向

6、的影响：对奥氏体晶粒长大倾向的影响：碳、碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。Mn、P促进长大。促进长大。2、对过冷奥氏体转变的影响、对过冷奥氏体转变的影响对对C曲线和淬透性的影响：曲线和淬透性的影响：除除Co外，外，凡溶入奥氏体的合金元素均使凡溶入奥氏体的合金元素均使C曲线曲线右移，淬透性提高。右移，淬透性提高。常用提高淬透性的元素为常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。对对Ms、Mf点的影响：点的影响：除除Co、Al外外,所有元素都所有元素都使使Ms、Mf点下降。点下降。合金元素合金元素对钢淬透对钢淬透性的影响性的影响6淬火碳钢淬火碳钢回火回火

7、时的时的硬度变化硬度变化l3、对回火转变的影响、对回火转变的影响l提高耐回火性：提高耐回火性：淬火钢在回火过程中淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称抵抗硬度下降的能力称耐回火性耐回火性。l合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集。析出与聚集。当回火硬度相同时，合金当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。如果同钢比同含碳量碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。温度回火，合金钢硬度比碳钢高。l产生二次硬化产生二次硬化l含高含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火由于析出细小弥散的特殊碳化

8、物及回火冷却时冷却时A转变为转变为M回回,使硬度不仅不下降，使硬度不仅不下降，反而升高的现象称反而升高的现象称二次硬化二次硬化。l防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性l加加W、Mo可防止第二类回火脆性。可防止第二类回火脆性。高速钢高速钢7四、合金钢的分类与编号四、合金钢的分类与编号（一）合金钢的分类（一）合金钢的分类1按用途分按用途分（1）合合金金结结构构钢钢:主主要要用用于于重重要要的的机机械械零零件件和和工工程程结结构构；包包括括普普通通低低合合金金钢钢、易易切切削削钢钢、渗渗碳碳钢钢、弹弹簧簧钢、调质钢、滚动轴承钢等。钢、调质钢、滚动轴承钢等。（2）合合金金工工具具钢钢:主主要要用用于于

9、重重要要的的工工模模具具；刃刃具具钢钢、模具钢、量具钢等。模具钢、量具钢等。（3）特特特特殊殊殊殊性性性性能能能能钢钢钢钢：具具备备特特殊殊的的物物理理或或化化学学性性能能，用用于于有有特特殊殊要要求求的的零零件件。如如不不锈锈钢钢、耐耐热热钢钢、耐耐磨磨钢钢等。等。82.2.按合金元素含量多少合金钢分为：按合金元素含量多少合金钢分为：按合金元素含量多少合金钢分为：按合金元素含量多少合金钢分为：低合金钢低合金钢低合金钢低合金钢：合金元素总量低于：合金元素总量低于：合金元素总量低于：合金元素总量低于5%5%中合金钢中合金钢中合金钢中合金钢：合金元素总量为：合金元素总量为：合金元素总量为：合金元素

10、总量为5%5%10%10%高合金钢高合金钢高合金钢高合金钢：合金元素总量高于：合金元素总量高于：合金元素总量高于：合金元素总量高于10%10%3.按正火状态分类（金相组织）按正火状态分类（金相组织）铁素体钢：铁素体钢：Cr17、Cr25、Cr28奥氏体钢：奥氏体钢：1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、Mn13马氏体钢：马氏体钢：3Cr13、4Cr13、1Cr11MoV、1Cr12WmoV珠光体钢：珠光体钢：15CrMo、12CrMoV贝氏体钢：贝氏体钢：12MoVWBSiRE91.合金结构钢和合金弹簧钢的编号合金结构钢和合金弹簧钢的编号两位数字（表示平均含碳量的万分之几）两位数字（表示平均含碳

11、量的万分之几）+合金元素符号合金元素符号+该元该元素百分含量数字素百分含量数字+数字数字+化学元素化学元素+数字数字合金元素含量的百分之几，合金元素含量的百分之几，平均含碳量平均含碳量0.1%时时,用一位数字表示用一位数字表示,如如2Cr13（平均含碳量为（平均含碳量为0.20%）l当当0.1%含碳量上限含碳量上限0.03%时时,以以“0”表示，如表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限为（含碳量上限为0.08%）l当当0.03%含碳量上限含碳量上限0.01%时（超低碳）时（超低碳）,以以“03”表表示，如示，如03Cr19Ni10(含碳量上限为含碳量上限为0.03%）l当含碳量上限当含碳量上限0

12、.01%时时(极低碳极低碳)，以以“01”表示表示，如，如01Cr19Ni11（含碳量上限为（含碳量上限为0.01%）。）。13第二节第二节 合金结构钢合金结构钢l对结构钢的性能要求为：对结构钢的性能要求为：l使用性能使用性能以强韧性为主。以强韧性为主。l工艺性能工艺性能以可焊性、淬透性为主。以可焊性、淬透性为主。l合金结构钢除少量为中高合金钢外，合金结构钢除少量为中高合金钢外，都是低合金钢都是低合金钢.一、低合金结构钢一、低合金结构钢铜铜陵陵长长江江公公路路大大桥桥1、性能要求、性能要求高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。良好的焊接性能。良好的焊接性能。良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。良好的

13、耐蚀性及低的韧脆转变温度。14l3、热处理、热处理：大多数大多数热轧空冷热轧空冷后使用后使用。少数可用正火。少数可用正火+高温高温回火处理。回火处理。l4、使用状态下组织、使用状态下组织：F+P低合金高强钢合金元素细化晶粒作用低合金高强钢合金元素细化晶粒作用2、成分特点、成分特点低碳：低碳：0.2%C.合金元素：合金元素：主要是主要是Mn，还有少量，还有少量V、Ti、Nb等。等。lMn的作用的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。是强化铁素体；增加珠光体的量。lV、Ti、Nb等等起细化晶粒和弥散强化作用。起细化晶粒和弥散强化作用。l另外加另外加Cu、P可提高耐蚀性；加可提高耐蚀性；加RE可提高韧性

14、、疲劳极限，降可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。低冷脆转变温度。15l5、用途：、用途：lQ345钢钢(16Mn)综合性能好，用于船综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。舶、桥梁、车辆等大型钢结构。lQ390钢含钢含V、Ti、Nb，强度高，用强度高，用于中等压力的压力容器。于中等压力的压力容器。lQ460钢含钢含Mo、B，正火组织为贝氏正火组织为贝氏体，强度高体，强度高,用于石化中温高压容器用于石化中温高压容器.南京长江大桥南京长江大桥16二、易切钢二、易切钢在钢中添加在钢中添加S、Pb、Ca、P等合金元素，使等合金元素，使钢成为容易切削。钢成为容易切削。（一）性能要求：良好的切

15、削加工性。（一）性能要求：良好的切削加工性。作用：使切屑易断，不易形成作用：使切屑易断，不易形成“切屑积瘤切屑积瘤”，减摩、降低切削力、切削热。但使钢减摩、降低切削力、切削热。但使钢的性能下降。的性能下降。（二）合金化与组织要求：（二）合金化与组织要求：钢号：钢号：Y12、Y15、Y20、Y30、Y40Mn、Y40CrSCa、T10Pb17l1、性能要求、性能要求l表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧够的韧性和强度，即表硬里韧。l良好的热处理性能良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。如淬透性和渗碳能力。l2、成分特点、成分特点l低碳

16、：低碳：0.10.25%Cl合金元素作用：合金元素作用：l提高淬透性：提高淬透性：Cr、Mn、Ni、Bl强化铁素体：强化铁素体：Cr、Mn、Nil细化晶粒：细化晶粒：W、Mo、Ti、V三、渗碳钢三、渗碳钢制造渗碳零件的钢种。制造渗碳零件的钢种。渗渗碳碳炉炉渗碳件渗碳件渗碳件渗碳件传动传动传动传动齿轮齿轮齿轮齿轮18l3、热处理特点、热处理特点l渗碳件的加工工艺路线为：下料渗碳件的加工工艺路线为：下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火l正火目的正火目的为调整硬度，便于切削加工。为调整硬度，便于切削加工。l淬火温度淬火温度一般为一般为Ac1+30-50。l4、使用状态下

17、组织使用状态下组织l心部：心部：M回回+Fl表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)；5、常用钢号及用途、常用钢号及用途低淬透性钢：低淬透性钢：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。塞销、凸轮轴等。中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。19l1、性能要求、性能要求l良好的综合力学性能良好的综合力学性能.l良好的淬透性。良好的淬透性

18、。四、调质钢四、调质钢调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。2、成分特点、成分特点中碳：中碳：0.30.5%C合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B强化铁素体强化铁素体:Mn、Si、Cr、Ni细化晶粒细化晶粒:Ti、V防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性:W、Mo调质件（螺杆）调质件（螺杆）调质件（冷却轮）调质件（冷却轮）破碎机主轴破碎机主轴20l3、热处理及组织特点、热处理及组织特点l调质件的加工工艺路线为：下料调质件的加工工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗粗加工加工调质调质精加工精加工装配装配l调质目的：获得良好综合力学性能调质目的：获得良好综合力学性能

19、l使用状态下的组织为使用状态下的组织为：S回回l为提高表面耐磨性，调质后可为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。进行表面淬火或氮化。回火索氏体回火索氏体调质处理车间调质处理车间(表面淬火表面淬火+低温回火低温回火)装配装配为表面淬火作组织准备；为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织获得最终心部组织.表面：表面：M回回；心部：心部：S回回21l4、常用钢号及用途、常用钢号及用途l低淬透性钢：低淬透性钢：D0油油60mm,常常用用40CrNiMo,用于制造大截面用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。重载荷零件，如曲轴等。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴单缸汽车曲轴单缸汽车曲轴22l制造弹簧或类似性能

20、零件的钢种。制造弹簧或类似性能零件的钢种。l1、性能要求、性能要求l弹簧是利用弹性变形储能或缓和冲击的零件。弹簧是利用弹性变形储能或缓和冲击的零件。l高的高的s，s/b；高的高的-1；足够的韧性足够的韧性l高的淬透性高的淬透性。五、弹簧钢五、弹簧钢汽车弹簧汽车弹簧弹簧丝弹簧丝弹簧丝弹簧丝2、成分特点、成分特点中高碳：中高碳：碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%C；合金合金弹簧钢为弹簧钢为0.450.7%C合金元素作用：合金元素作用：提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si、Cr提高提高 s/b：Si细化晶粒：细化晶粒：V23l3、热处理及组织特点、热处理及组织特点l冷成型弹

21、簧：冷成型弹簧：冷拔冷拔冷成型冷成型定型处理定型处理(250300)。l用于用于10mm)4 4、弹簧的表面质量、弹簧的表面质量、弹簧的表面质量、弹簧的表面质量弹簧的表面质量对其寿命影响很大。弹簧的表面质量对其寿命影响很大。提高表面质量的方法提高表面质量的方法:防止表面脱碳；防止表面脱碳；避免表面缺陷；避免表面缺陷；进行喷丸处理，使表面产生压应力。进行喷丸处理，使表面产生压应力。24l5、常用钢号及用途、常用钢号及用途lSi、Mn弹簧钢弹簧钢，如，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹簧。用于制造较大截面弹簧。lCr、V弹簧钢弹簧钢，如，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。用

22、于大截面、大载荷、耐热的弹簧。大型热卷弹簧大型热卷弹簧汽车板簧汽车板簧25六、滚动轴承钢六、滚动轴承钢六、滚动轴承钢六、滚动轴承钢l用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。l1、性能要求、性能要求轴承工作时轴承工作时,承受接触应力承受接触应力(达达30003500MPa)、周期性交变周期性交变载荷载荷(频率达数万次频率达数万次/分分)和摩擦。和摩擦。高而均匀的硬度和耐磨性。高而均匀的硬度和耐磨性。高的高的 b和接触疲劳强度。和接触疲劳强度。足够的韧性、淬透性和耐蚀性足够的韧性、淬透性和耐蚀性.圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承自动调心球轴承自动调心球轴承2、成分特点、成分特点

23、高碳：高碳：0.951.10%C合金元素：合金元素：以以Cr为主为主,加入加入Mn、Si。Cr、Mn、Si的主要作用是提的主要作用是提高淬透性高淬透性Cr还提高耐磨性还提高耐磨性（形成合金渗碳体）（形成合金渗碳体）和耐蚀性。当和耐蚀性。当1.65%Cr时时,会因会因A增加而使硬度和稳定性下降。增加而使硬度和稳定性下降。26l3、热处理和组织特点、热处理和组织特点l滚动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢是过共析钢。l热处理：热处理：球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火l组织：组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(-60-80),可以减可以减少

24、少A、稳定尺寸、稳定尺寸.4、常用钢号及用途、常用钢号及用途轴承生产车间轴承生产车间应用最广的是应用最广的是GCr15，大量用于，大量用于大中型轴承；大中型轴承；大型轴承用大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具这类钢还可用于制造模具、量具等等.27第三节第三节 合金工具钢合金工具钢按用途分为按用途分为:刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢模模具具刃具刃具刃具刃具量具量具量具量具28l一、刃具钢一、刃具钢l工作条件及性能要求工作条件及性能要求l1、高硬度高硬度(HRC60),主要主要取决于含碳量。取决于含碳量。l2、高耐磨性高耐磨性靠高硬度和析靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来

25、达到。出细小均匀硬碳化物来达到。l3、高热硬性高热硬性即高温下保持即高温下保持高硬度的能力。高硬度的能力。l4、足够的韧性足够的韧性以防止脆断以防止脆断和崩刃。和崩刃。切削加工的基本形式切削加工的基本形式29l碳素工具钢碳素工具钢l共有七个牌号：共有七个牌号：T7T13l1、成分特点：成分特点：高碳高碳(0.651.35%C)l随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性下降。2、热处理及组织、热处理及组织热处理：热处理：正火正火+球化退球化退火火+淬火淬火+低温回火低温回火球化退火目的：球化退火目的：降低硬度降低硬度,便于加工便于加工;为

26、淬火作组织准备。为淬火作组织准备。使用状态下的组织：使用状态下的组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)球状珠光体球状珠光体T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织30l3、用途、用途l由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。速刃具。lT7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。T10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。lT12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等制造耐磨工具，如锉刀

27、、锯条等。丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻钻头头31l低合金工具钢低合金工具钢l由碳素工具钢基础上加入少量合金由碳素工具钢基础上加入少量合金元素元素(35)形成形成.l 1、成分特点：、成分特点：l高碳：高碳：0.751.5%Cl合金元素作用合金元素作用l提高淬透性提高淬透性:Cr、Mn、Sil提高耐回火性提高耐回火性：Sil提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒:W、V2、热处理及组织、热处理及组织同碳素工具钢同碳素工具钢,只是只是淬火介质为油淬火介质为油(碳素工具钢为水碳素工具钢为水).使用状态下的组织为使用状态下的组织为:M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)3、常用钢号及用途

28、、常用钢号及用途应用最多的是应用最多的是9SiCr。用于制造形状复杂、要。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等.低合金工具钢制品低合金工具钢制品丝丝锥锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手32l高速钢高速钢（俗称风钢）（俗称风钢）l制造高速切削刃具用钢制造高速切削刃具用钢.l1、性能特点、性能特点:高热硬性高热硬性(600)、高淬透性、高淬透性l2、成分特点、成分特点l高碳高碳:0.701.5%Cl合金元素作用合金元素作用l提高淬透性：提高淬透性：Cr高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带高速钢形材高速钢形材提高热硬性、耐磨性提高热硬性、耐磨性:W

29、、Mo、V3、加工与热处理、加工与热处理加工工艺路线：加工工艺路线：下料下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火回火回火磨削磨削33高速钢是莱高速钢是莱氏体钢氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树鱼骨状莱氏体与树枝状枝状M+T组成，组成，脆性大且无法热处理改善。脆性大且无法热处理改善。锻造目的：锻造目的：打碎粗大鱼骨状共晶碳化物，使其均匀分布于基体中。打碎粗大鱼骨状共晶碳化物，使其均匀分布于基体中。退火目的：退火目的：降低硬度，便于切削加工；为淬火作组织准备。降低硬度，便于切削加工；为淬火作组织准备。退火后的组织：退火后的组织：S+颗粒状碳化物颗粒状碳化

30、物淬火目的淬火目的:获得高合金含量马氏体。因此淬火温度高获得高合金含量马氏体。因此淬火温度高(1200)。回火目的：回火目的：减少减少A。消除内应力、稳定组织。消除内应力、稳定组织。常用常用560三次回火三次回火.铸态铸态淬火回火态淬火回火态淬火态淬火态退火态退火态不同状态不同状态不同状态不同状态下下下下W18Cr4VW18Cr4V的组织的组织的组织的组织34汽车冲压模具汽车冲压模具l用以制造冷热模具的钢种用以制造冷热模具的钢种.l冷作模具钢冷作模具钢制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种.l1、性能要求、性能要求l高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。l足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。l

31、良好的工艺性能良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）（淬透性、切削加工性等）二、模具钢二、模具钢2、常用钢种、常用钢种小尺寸、形状简单、受力不大的模具小尺寸、形状简单、受力不大的模具,可用碳素工具钢可用碳素工具钢和低合金工具钢制造和低合金工具钢制造.截面、受力大的冷模具用截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢型冷作模具钢制造制造.35l成分特点成分特点:高碳高碳(1.42.3%C);高铬高铬(11.513%Cr)l合金元素作用：合金元素作用：Cr提高淬透性提高淬透性；Mo、V提高耐磨性，细化晶粒提高耐磨性，细化晶粒。l加工及热处理加工及热处理:Cr12型模具钢也是莱型模具钢也是莱氏体钢，需

32、进行锻造、退火氏体钢，需进行锻造、退火,目的同高速目的同高速钢。钢。l最终热处理为最终热处理为:淬火淬火+低温回火低温回火l使用状态下的组织使用状态下的组织:M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l常用钢号常用钢号为为Cr12和和Cr12MoV。用于制。用于制造造冷冲模冷冲模、挤压模挤压模等。等。汽车外板冷汽车外板冷冲模冲模Cr12钢钢冷冷冷冷冲压件冲压件冲压件冲压件36l热作模具钢热作模具钢l制造使加热金属或液态金属成型模具钢种制造使加热金属或液态金属成型模具钢种.l1、性能要求、性能要求l高温下良好的综合力学性能。高温下良好的综合力学性能。l抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。l高的淬透

33、性和良好的导热性。高的淬透性和良好的导热性。l2、常用钢种、常用钢种l热锻模钢热锻模钢5CrNiMo、5CrMnMol前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模模.l成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。使用状态下的组织使用状态下的组织:S回回曲轴模具曲轴模具曲轴模具曲轴模具热热模锻曲轴毛坯模锻曲轴毛坯热镦模热镦模凸缘模凸缘模37l压铸模钢压铸模钢l典型钢号是典型钢号是3Cr2W8V,为过共析钢为过共析钢.l中碳中碳(0.30.4%C),合金元素作用同高速钢。合金元素作用同高速钢。W、Cr提高抗热疲劳提高抗热疲劳性能

34、性能.淬火淬火+回火后组织：回火后组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)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38l制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。块规、塞规等。l1、性能要求、性能要求量具在使用过程中与被量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。测零件接触，承受摩擦和冲击。l高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。l高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。l足够的韧性。足够的韧性。三、量具钢三、量具钢卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺渐开线花键渐开线花键环规、塞规环规、塞规39l2、量具用钢、量具用钢l低碳钢低碳钢渗碳、渗碳

35、、中碳钢中碳钢表面淬火表面淬火l碳素工具钢、低合金工具钢碳素工具钢、低合金工具钢两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。具。l滚动轴承钢、冷作模具钢滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量。用于制造精密量具具.l不锈钢不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。用于制造接触腐蚀介质的量具。l3、量具钢的热处理特点、量具钢的热处理特点l淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。l下限温度淬火及冷处理。目的是减少下限温度淬火及冷处理。目的是减少A。l长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏

36、体的正方度。体的正方度。量块量块電子卡電子卡尺尺量规量规40第四节第四节 特殊性特殊性能钢能钢 特特特特殊殊殊殊性性性性能能能能钢钢钢钢是是是是指指具具有有特特殊殊物物理理、化化学学性性能能的的钢钢。本节只介绍不锈钢和耐热钢。本节只介绍不锈钢和耐热钢。一、不锈钢一、不锈钢在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。金属的腐蚀金属的腐蚀金属的腐蚀分金属的腐蚀分化学腐蚀化学腐蚀和和电化学腐蚀电化学腐蚀。化学腐蚀化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。是指金属在非电解质中的腐蚀。电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。腐蚀，是有电

37、流参与作用的腐蚀。化化工工管管道道的的腐腐蚀蚀裂解裂解管内管内壁的壁的高温高温腐蚀腐蚀减薄减薄41l防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施：l 获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。l 提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。l 使表面形成致密的钝化膜使表面形成致密的钝化膜.l工业发达国家每年金属腐蚀工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占造成的直接经济损失占GNP的的4%左右。中国每年腐蚀左右。中国每年腐蚀的损失至少达的损失至少达400亿元以上亿元以上.珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图电解液电解液Zn-Cu原电池原电池示意图示意图ZnZn42l不锈钢中合金元素的作用不锈钢中合金元素

38、的作用l1、低碳：、低碳：碳高，则降低耐蚀性。碳高，则降低耐蚀性。l2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素是提高耐蚀性的主要元素l形成稳定致密形成稳定致密的的Cr2O3氧化膜氧化膜.lCr含量大于含量大于13%时，形成单相铁素体组织。时，形成单相铁素体组织。l提高基体电极电位提高基体电极电位(n/8规律规律)l3、Ni：获得单相奥氏体组织。获得单相奥氏体组织。l4、Mo：耐有机酸腐蚀。耐有机酸腐蚀。l5、Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀.晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大危害很大.它是由于它是由于Cr23C6析出于晶界，析出于晶界，使

39、晶界附近使晶界附近Cr含量降到含量降到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的CrCr2323C C6 6析出析出析出析出晶间腐蚀晶间腐蚀43晶间腐蚀晶间腐蚀破坏破坏304不锈钢不锈钢消火栓消火栓齿轮架齿轮架44l常用不锈钢常用不锈钢l1、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢主要主要是是Cr13型不锈钢型不锈钢钢号为钢号为1Cr134Cr13.随含碳量提高，强随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降度、硬度提高，耐蚀性下降.l1Cr13、2Cr13热处理热处理:淬火淬火+高温回高温回火火.使用状态下的组

40、织使用状态下的组织:S回。回。1Cr13、2Cr13具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好具有耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能。的综合力学性能。l3Cr13、4Cr13热处理：热处理：淬火淬火+低温回低温回火。火。使用状态下的组织：使用状态下的组织：M回回。具有较具有较高强度、硬度。高强度、硬度。用于要求耐蚀、耐磨件，用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。医疗器械、量具等。医疗器械医疗器械透平转轮透平转轮45l2、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢l典型钢号典型钢号如如0Cr13、1Cr17等。等。l成分：成分：高铬低碳高铬低碳l无无相变相变，不能进行热处理强化。，不能进行热处理强化。l组织组织：单

41、相铁素体单相铁素体l性能特点性能特点耐酸蚀，抗氧化能力强，塑耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：性好。但有脆化倾向：l475脆化：脆化：加热到加热到450550停留，产停留，产生脆化生脆化.再加热到再加热到600快冷可消除。快冷可消除。l 相脆化：相脆化：在在600800长期加热时，长期加热时，析出硬而脆的析出硬而脆的 相。相。l用途用途广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。1Cr17削片刀削片刀铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器钢中钢中相相46l3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢l主要是主要是18-8（18Cr-8N

42、i）型不锈钢。型不锈钢。l性能特点：性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加具有良好的耐蚀性，冷热加工性及工性及可焊性。高的塑韧性，无磁性。可焊性。高的塑韧性，无磁性。l热处理：热处理：采用采用固溶处理固溶处理。即加热到。即加热到1100使碳化物溶解后水冷。使碳化物溶解后水冷。l组织为组织为单相奥氏体单相奥氏体。l常用钢种常用钢种l为为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Til广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道.不不锈锈钢钢带带大型化工储罐大型化工储罐(304)47l应力腐蚀应力腐蚀l奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即即在特定合金在特定合金-环境体系环境体系中，应力与

43、腐蚀共同作用引起的破坏中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易。应力腐蚀易在含在含Cl的介质中发生，裂纹为树枝状的介质中发生，裂纹为树枝状.发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹48l性能要求性能要求l1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性：l指钢在高温下对氧化作用的抗力。指钢在高温下对氧化作用的抗力。l钢中加入钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定的可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。氧化性。l2、高的热强性、高的热强性l热强性是指金属在高温下的强度热强性是指金属在高温下的强度.l指标为蠕变强

44、度和持久强度。指标为蠕变强度和持久强度。l蠕变指金属在高温低于蠕变指金属在高温低于s的应力下所发的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形生的极其缓慢的塑性变形.二、耐热钢二、耐热钢气轮机气轮机叶片叶片飞机飞机发动机发动机过热过热器器49l提高高温强度的途径提高高温强度的途径:l固溶强化；固溶强化；l析出强化；析出强化；l晶界强化晶界强化(加入加入B、Zr等降低晶界能量等降低晶界能量)高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物50l常用耐热钢常用耐热钢l1、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢l常用钢号为常用钢号为15CrM

45、o、12Cr1MoV，是低是低合金钢。合金钢。l合金元素作用：合金元素作用：Cr提高抗氧化性；提高抗氧化性；lMo提高热强性提高热强性(T再再);V弥散强化。弥散强化。l热处理：热处理：正火正火+高温回火高温回火l组织组织:F+Pl用途：用途：600以下的锅炉零件以下的锅炉零件,压力容压力容器，热交换器等。器，热交换器等。涡轮机机壳涡轮机机壳锅炉管锅炉管烟管式锅炉烟管式锅炉51l2、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢l常用钢号为常用钢号为1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2l合金元素作用：合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性提高抗氧化性;lMo提高热强性提高热强性(T再再);V弥散强化。弥散强

46、化。l热处理：热处理：调质调质。l组织：组织：S回回。l用途：用途：1Cr13、1Cr11MoV用于用于550以下以下汽轮机叶片；汽轮机叶片；4Cr9Si2是汽车阀门用钢。是汽车阀门用钢。汽轮机汽轮机叶片叶片汽车汽车阀门阀门锅炉安全锅炉安全泄压阀泄压阀(2Cr13)52过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱l3、奥氏体耐热钢、奥氏体耐热钢l最典型钢号是最典型钢号是1Cr18Ni9Ti。lCr的作用是提高抗氧化性；的作用是提高抗氧化性；lNi的作用是获得单相奥氏体的作用是获得单相奥氏体;lTi的作用是弥散强化。的作用是弥散强化。l热处理采用固溶处理热处理采用固溶处理l组织为单相组织为单相A。l

47、主要用于过热器管道等。主要用于过热器管道等。53l是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢高锰钢.只有只有ZGMn13一个钢号一个钢号.l1、成分特点成分特点l高碳高碳：1.01.3%C以保持高耐磨性。以保持高耐磨性。l高锰高锰：1114%Mn以以保证形成奥氏体组织保证形成奥氏体组织.三、三、耐磨钢耐磨钢耐磨钢耐磨钢高锰钢铸件高锰钢铸件高锰钢高锰钢2、热处理及组织、热处理及组织铸态组织为铸态组织为奥氏体奥氏体+碳化物碳化物,性能硬而脆性能硬而脆.热处理采用水韧处理。热处理采用水韧处理。即将即将钢加热到钢加热到1100，使碳化物，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。

48、溶入奥氏体，并进行水淬。室温组织为过饱和单相奥氏室温组织为过饱和单相奥氏体。体。54l3、使用及用途、使用及用途l水韧处理后，韧性高，硬度低水韧处理后，韧性高，硬度低.使用时必须伴随着压力和冲击作用使用时必须伴随着压力和冲击作用。l在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化加工硬化，形成马氏体形成马氏体并并析出析出碳化物碳化物，使表面硬度提高使表面硬度提高到到HB500550，获得高耐磨性。而心部仍为获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织奥氏体组织,具有高耐冲击能力。具有高耐冲击能力。颚颚式式破破碎碎机机挖掘机挖掘机铁路辙岔铁路辙岔履带履带履带履带球磨机衬板球磨机

49、衬板55四、硬质合金四、硬质合金将一些难溶的化合物粉末和粘结剂混合，加将一些难溶的化合物粉末和粘结剂混合，加压成型，再经烧压成型，再经烧结而成的一种粉末冶金材料。结而成的一种粉末冶金材料。特点：高硬度：特点：高硬度：HRC6981 热硬性好：热硬性好：9001000耐磨性好，切削速度比高速钢高耐磨性好，切削速度比高速钢高47倍，倍，刀具寿命可提高刀具寿命可提高58倍。倍。缺点：脆性大，不能进行机械加工。压制成一定规格的刀片，镶缺点：脆性大，不能进行机械加工。压制成一定规格的刀片，镶焊在刀体上使用。焊在刀体上使用。（一）金属陶瓷硬质合金（一）金属陶瓷硬质合金金属碳化物粉末金属碳化物粉末WC、TiC，粘结剂，粘结剂Co、Ni混合，加压成型，烧结而成（工艺与陶瓷相近）。混合，加压成型，烧结而成（工艺与陶瓷相近）。（1）WCo类：类：YG3、6、8等，数字表示含等，数字表示含Co量，余为量，余为WC含量。含量。（2）WCoTi类：类：YT5、YT15、YT30等，数字表示等，数字表示TiC的含量。的含量。（二）钢结硬质合金（二）钢结硬质合金以碳化物以碳化物TiC、WC为硬化相，合金钢（高为硬化相，合金钢（高速钢、铬钼钢）粉末为粘结剂混合，压制，烧结而成。速钢、铬钼钢）粉末为粘结剂混合，压制，烧结而成。56