07第七章 合金钢.ppt

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1、第七章 合金钢 所谓合金钢，是指在碳所谓合金钢，是指在碳素钢基础上为改善钢的某些素钢基础上为改善钢的某些性能而在熔炼时加入一些特性能而在熔炼时加入一些特定元素所构成的钢。按合金定元素所构成的钢。按合金元素加入量的高低，合金钢元素加入量的高低，合金钢可分为低合金钢、中合金钢可分为低合金钢、中合金钢和高合金钢三种和高合金钢三种。合金元素对铁素体冲击韧性影响合金元素对铁素体冲击韧性影响合金元素对铁素体硬度影响合金元素对铁素体硬度影响l第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用l一、合金元素在钢中的存在形式一、合金元素在钢中的存在形式1.1.溶于铁素体溶于铁素体,起固溶强化作用起固溶强化作

2、用l非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元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。素都溶于铁素体，形成合金铁素体。lSiSi、MnMn对强度、硬度提高显著。对强度、硬度提高显著。lCrCr、NiNi在适当范围内提高韧性。在适当范围内提高韧性。2.2.形成碳化物，起强化相作用形成碳化物，起强化相作用l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：碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe强碳化物形成元素强碳化物形成元素中碳化物形成元素中碳化物形成元素弱碳化物形

3、成元素弱碳化物形成元素二、合金元素对二、合金元素对Fe-Fe-FeFe3 3C C相相 图的影响图的影响1.1.使奥氏体相区缩小的合金元素使奥氏体相区缩小的合金元素 CrCr、MoMo、SiSi、TiTi、W W、AlAl等元素缩小奥氏体等元素缩小奥氏体相区，使相区，使A A3 3点上升，点上升，A A4 4点下降。点下降。CrCr 13%13%时，室温下为单相铁素体组织，称铁时，室温下为单相铁素体组织，称铁素体钢。素体钢。2.2.使奥氏体相区扩大的合金元素使奥氏体相区扩大的合金元素NiNi、MnMn、CoCo、C C、N N等元素扩大奥氏体相区，使等元素扩大奥氏体相区，使A A3 3点下降，

4、点下降，A A4 4点上升。点上升。lMnMn 13%13%或或NiNi 9%9%时时,室温下为单相奥氏室温下为单相奥氏体组织体组织,称奥氏体钢。称奥氏体钢。锰对奥氏体相区的影响锰对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响三、合金元素对钢热处理的影响三、合金元素对钢热处理的影响1.1.合金元素对钢加热的影响合金元素对钢加热的影响（1 1）对奥氏体形成速度的影响：）对奥氏体形成速度的影响：除除NiNi、CoCo外，都减缓奥氏体化外，都减缓奥氏体化过程。过程。（2 2）对奥氏体晶粒长大倾向的影响：）对奥氏体晶粒长大倾向的影响：l碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大碳、氮化物形成元素

5、阻碍奥氏体晶粒长大lMnMn、P P促进长大。促进长大。2.2.合金元素对钢冷却转变的影响合金元素对钢冷却转变的影响对对C C曲线和淬透性的影响：曲线和淬透性的影响：合金元素（除合金元素（除CoCo、AlAl）的加）的加入，稳定奥氏体，使入，稳定奥氏体，使C C曲线右移，淬透性提高。曲线右移，淬透性提高。l常用提高淬透性的元素为常用提高淬透性的元素为MnMn、SiSi、CrCr、NiNi、B B。碳钢碳钢高速钢高速钢3.3.合金元素对钢回火转变的影响合金元素对钢回火转变的影响l1 1）提高耐回火性：提高耐回火性：淬火钢在回火过程中抵抗淬火钢在回火过程中抵抗l硬度下降的能力称硬度下降的能力称耐回

6、火性耐回火性。l2 2）产生二次硬化产生二次硬化l含含高高W W、MoMo、CrCr、V V钢淬火后在钢淬火后在回火时回火时,硬度不仅不下降硬度不仅不下降,反而升高的现象反而升高的现象称称二次硬化二次硬化。l3 3）防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性l加加W W、MoMo可防止第二类回火脆性。可防止第二类回火脆性。钢钢类类碳碳素素钢钢合合金金钢钢PSPS普通质量钢普通质量钢0.0450.0450.0450.045优优质质钢钢0.0350.0350.0350.035高级优质钢高级优质钢0.0300.0300.0250.025特级优质钢特级优质钢0.0250.0200.0250.015第二节第二

7、节合金钢的分类合金钢的分类一、按质量等级分一、按质量等级分分为分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢普通质量钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。l根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：2 2、按使用特性分、按使用特性分、按使用特性分、按使用特性分 工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆渗渗 碳碳 钢钢调调 质质 钢钢弹弹 簧簧 钢钢滚动轴承钢滚动轴承钢耐耐 磨磨 钢钢机器用钢机器用钢结结 构构 钢钢刃具钢刃具钢模具钢模具钢量具钢量具钢工工 具具 钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢特殊性能钢特殊性能钢二、合金钢的牌号二、

8、合金钢的牌号 合金钢的编号方法延用了碳钢的一些合金钢的编号方法延用了碳钢的一些编号习惯，即工程结构用的合金钢（低编号习惯，即工程结构用的合金钢（低合金高强度结构钢）用钢的屈服点来表合金高强度结构钢）用钢的屈服点来表示它的牌号；机器零件用的合金结构钢、示它的牌号；机器零件用的合金结构钢、合金工具钢及特殊性能钢一般用它的化合金工具钢及特殊性能钢一般用它的化学成分（碳质量分数、合金元素含量）学成分（碳质量分数、合金元素含量）来表示它的牌号。来表示它的牌号。常用钢（含碳素钢）产品的名称、用常用钢（含碳素钢）产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号途、特性和工艺方法表示符号（GB/T GB/T 2212

9、0002212000）见下表）见下表常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法常用钢产品的名称、用途、特性和工艺方法表示符号表示符号（GB/T2212000）名称名称符号符号位置位置名称名称符号符号位置位置碳素结构钢碳素结构钢Q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾低合金高强度钢低合金高强度钢Q头头锅炉用钢锅炉用钢g尾尾易切削钢易切削钢Y头头焊接气瓶用钢焊接气瓶用钢HP尾尾碳素工具钢碳素工具钢T头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢LZ头头(滚珠滚珠)轴承钢轴承钢G头头机车车轴用钢机车车轴用钢JZ头头焊接用钢焊接用钢H头头沸腾钢沸腾钢F尾尾铆螺钢铆螺钢ML头头半镇静钢半镇静钢b尾尾船用钢船用钢国际符号国际符号镇静钢镇静

10、钢Z尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢L尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢TZ尾尾压力容器用钢压力容器用钢R尾尾质量等级质量等级A.B.C.D.E尾尾l1 1、低合金高强度钢编号方法、低合金高强度钢编号方法lQ+最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号lQ表示表示“屈服强度屈服强度”；屈服强度值单位是；屈服强度值单位是MPa；l质量等级符号为质量等级符号为A、B、C、D、E。由。由A到到E，其，其P、S含量依次下降，质量提高。含量依次下降，质量提高。l低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静都是镇静钢或特殊镇静钢，钢，其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如其牌号中没有表示脱氧方法的符

11、号。如Q345C。l*说明：说明：一般情况下，屈服强度值小一般情况下，屈服强度值小300MPa时为碳素结构钢，大于时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高时为低合金高强度钢。强度钢。l2 2、合金钢的牌号、合金钢的牌号l牌号为牌号为碳含量碳含量+合金元素符号合金元素符号+元素的百分含量数字元素的百分含量数字l 合金元素及其含量标注合金元素及其含量标注l当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%1.50%时，只标元素符号，不时，只标元素符号，不标含量。如标含量。如20CrMnTi20CrMnTil当合金元素的平均含量为当合金元素的平均含量为1.501.502.49%2.49%

12、、2.502.50 3.49%3.49%、3.503.504.49%4.49%、4.504.505.49%5.49%、时，在相应的合金元素时，在相应的合金元素符号后标符号后标2 2、3 3、4 4、5 5 等数字。如等数字。如20CrNi320CrNi3。*说明：说明：l滚动轴承钢滚动轴承钢含铬量也以千分之一为单位标出，并在含铬量也以千分之一为单位标出，并在牌号头部加字母牌号头部加字母“G”G”，如，如GCr15GCr15l高级优质合金钢高级优质合金钢在牌号后加字母在牌号后加字母A A，如如60Si2MnA60Si2MnA。l特级优质合金钢特级优质合金钢在牌号后加字母在牌号后加字母E E，如如

13、30CrMnSiE30CrMnSiE。l 碳含量标注碳含量标注l合金结构钢合金结构钢l含碳量以万分之一为单位标出含碳量以万分之一为单位标出(两位数字两位数字)l如如40Cr40Cr、60Si2Mn60Si2Mnl工具钢和特殊性能钢工具钢和特殊性能钢l含碳量以千分之一为单位标出含碳量以千分之一为单位标出(一位数字一位数字)l如如8MnSi8MnSi、4Cr134Cr13*说明说明l低合金工具钢低合金工具钢含碳量大于含碳量大于1.00%1.00%时，不标含碳量，时，不标含碳量，如如CrWMnCrWMn(1.0%C)(1.0%C)l高速钢高速钢不标含碳量，如不标含碳量，如W18Cr4V(W18Cr4

14、V(含含0.75%C)0.75%C)l滚动轴承钢滚动轴承钢不标含碳量，如不标含碳量，如GCr15(1.0%C)GCr15(1.0%C)l高锰钢高锰钢不标含碳量，如不标含碳量，如ZGMn13(0.75ZGMn13(0.751.45%C)1.45%C)l铸钢铸钢在牌号前加在牌号前加“ZG”,ZG”,余同结构钢余同结构钢,如如ZG20Cr13ZG20Cr13l 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢l当含碳量为当含碳量为0.1%-0.03%0.1%-0.03%时，时，以以“0”0”表示表示，如，如“0Cr18Ni9”0Cr18Ni9”（含碳量上限为含碳量上限为0.08%0.08%）l当含碳量为当含碳量为0.0

15、3%-0.01%0.03%-0.01%时时(超低碳超低碳)，以以“03”03”表示表示，如，如“03Cr19Ni10”03Cr19Ni10”（含碳量上限为含碳量上限为0.03%0.03%）l当含碳量当含碳量0.01%0.01%时时(极低碳极低碳)，以以“01”01”表示表示，如，如“01Cr19Ni11”(01Cr19Ni11”(含碳量上限为含碳量上限为0.01%)0.01%)*注注:旧牌号旧牌号:0.08%C0.08%C时时,标标“0”;0.03%C0”;0.03%C时时,标标“00”00”第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 机械结构：指适用于制造钢结构和机械零机械结构：指适用于制造钢结构和

16、机械零件的钢类。属于优质的、特殊质量的结构钢。件的钢类。属于优质的、特殊质量的结构钢。一般要热处理后使用。包括一般要热处理后使用。包括调质结构钢、表面调质结构钢、表面硬化钢、弹簧钢、冷塑成形钢硬化钢、弹簧钢、冷塑成形钢等。它们多以钢等。它们多以钢棒、钢管、钢板、钢带、钢丝等规格供货。棒、钢管、钢板、钢带、钢丝等规格供货。一、工程结构用合金结构钢一、工程结构用合金结构钢l（一）低合金高强度结构钢（一）低合金高强度结构钢l1 1、性能要求、性能要求:l 高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。l 良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。良好的焊接性能、耐蚀性及低的冷脆转变温度。l2 2、成分特点：、

17、成分特点：低碳低碳(0.2%C)(0.2%C)、主加主加MnMnl MnMn:强化铁素体强化铁素体,增加珠光体的量增加珠光体的量,降低脆转温度。降低脆转温度。l V V、TiTi、NbNb:起细化晶粒和弥散强化作用。起细化晶粒和弥散强化作用。lCuCu、P P可提高耐蚀可提高耐蚀性，性，RERE可提高韧性、疲劳极限。可提高韧性、疲劳极限。压力容器压力容器南京长江大桥南京长江大桥l3 3、热处理：、热处理：热轧空冷后使用热轧空冷后使用l4 4、使用状态下组织：、使用状态下组织：F+PF+Pl5 5、用途：用途：lQ345Q345钢钢(16Mn)(16Mn)综合性能好综合性能好，用于船舶、，用于船

18、舶、桥梁、车辆等大型钢结构。桥梁、车辆等大型钢结构。lQ390Q390钢含钢含V V、TiTi、NbNb，强度高强度高，用于中，用于中等压力的压力容器。等压力的压力容器。lQ460Q460钢含钢含MoMo、B B，正火组织为正火组织为B B，强度强度高高，用于石化中温高压容器，用于石化中温高压容器。（二）低合金耐候钢（二）低合金耐候钢 l在碳素结构钢的基础上加入少量的在碳素结构钢的基础上加入少量的铜、铬、镍、钼、磷铜、铬、镍、钼、磷等合金元素，使其在等合金元素，使其在钢的表面形成一层连续致密的保护钢的表面形成一层连续致密的保护膜膜，可耐大气腐蚀的低合金钢称耐候钢。，可耐大气腐蚀的低合金钢称耐候

19、钢。l1 1）高耐候性结构钢高耐候性结构钢 如如09CuPCrNiB09CuPCrNiB（C C0.12%0.12%），），主要用于车辆、建筑、塔架及其他耐候性要求高的工程主要用于车辆、建筑、塔架及其他耐候性要求高的工程结构件。结构件。l 2 2）焊接结构用耐候钢焊接结构用耐候钢 如如12MnCuCr(C12MnCuCr(C：0.080.080.15%0.15%），用于桥梁、建筑及有耐候要求焊接结构件。），用于桥梁、建筑及有耐候要求焊接结构件。l3.3.其它低合金专业用钢其它低合金专业用钢为了适应某些特定场合的特殊需要，为了适应某些特定场合的特殊需要，在低合金高强度结构钢基础上，通过调在低合金

20、高强度结构钢基础上，通过调整化学成分及工艺方法，形成了一些低整化学成分及工艺方法，形成了一些低合金专业用钢。这些钢种有：汽车用低合金专业用钢。这些钢种有：汽车用低合金钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金合金钢、低合金钢筋钢、铁道用低合金等。等。l二、机器零件用合金结构钢二、机器零件用合金结构钢l这类钢是在优质碳素结构钢基础上加入这类钢是在优质碳素结构钢基础上加入一定量的合金元素而构成的钢，其质量一定量的合金元素而构成的钢，其质量等级一般都属于特殊质量级别，使用前等级一般都属于特殊质量级别，使用前一般都需热处理以充分发挥其性能潜力，一般都需热处理以充分发挥其性能潜力，主要用于较重要的机器零件。按其用途

21、主要用于较重要的机器零件。按其用途及热处理特点，该钢可分为合金渗碳钢、及热处理特点，该钢可分为合金渗碳钢、合金调质钢和合金弹簧钢。合金调质钢和合金弹簧钢。1.合金渗碳钢合金渗碳钢l用表面淬火、渗碳、渗氮等表面热处理用表面淬火、渗碳、渗氮等表面热处理工艺方法能充分地发挥该类钢的表面硬工艺方法能充分地发挥该类钢的表面硬化作用的钢种。化作用的钢种。主要包括：非合金和合主要包括：非合金和合金渗碳钢、非合金和合金感应加热表面金渗碳钢、非合金和合金感应加热表面淬火钢、合金渗氮钢三类。淬火钢、合金渗氮钢三类。l1.1.渗碳钢渗碳钢制造渗碳零件的钢种制造渗碳零件的钢种l（1 1）性能要求：）性能要求：l1 1

22、）表硬里韧表硬里韧l2 2）良好淬透性和渗碳能力。良好淬透性和渗碳能力。l（2 2）成分特点：）成分特点：低碳低碳(0.1(0.10.25%C),0.25%C),加加CrCr、MnMn、NiNi、B B等元素等元素 l CrCr、MnMn、NiNi、B B：提高淬透性提高淬透性l CrCr、MnMn、Ni Ni：强化铁素体强化铁素体l W W、MoMo、TiTi、V V：细化晶粒细化晶粒渗碳件渗碳件渗渗碳碳回回火火炉炉渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织l（3 3）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机加工加工渗碳渗碳淬火淬火+

23、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:AcAc1 1+30-50+30-50。l（4 4）使用状态下组织）使用状态下组织l心部心部：M M回回+F+Fl表层：表层：M M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量)；l（5 5）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：2020、20Cr20Cr。用于受力用于受力小的耐磨件，小的耐磨件，如柴油机的活塞销、如柴油机的活塞销、凸轮轴等。凸轮轴等。l中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi20CrMnTi。用于中等用于中等载荷的耐磨件，载荷的耐磨件，如变速箱齿轮

24、。如变速箱齿轮。l高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA。用于大用于大载荷的耐磨件，载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。如柴油机曲轴。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴柴油机曲轴柴油机曲轴活塞销活塞销(20Cr)2.2.合金调质钢合金调质钢 （1 1）成分特点）成分特点l中碳中碳(0.3(0.30.5%C)0.5%C)，合金元素作用为：合金元素作用为：l 提高淬透性：提高淬透性：MnMn、SiSi、CrCr、NiNi、B Bl 强化铁素体：强化铁素体：MnMn、SiSi、CrCr、NiNil 细化晶粒细化晶粒：TiTi、V Vl 防止第二类回火脆性：防止第二类回火脆性：W W、Mo M

25、o 回火索氏体回火索氏体（2 2 2 2）热处理及组织特点）热处理及组织特点）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加工粗加工调质调质精加工精加工装配装配l调质目的调质目的:获得良好综合力学性能获得良好综合力学性能l使用状态下的组织为使用状态下的组织为：S S回回l为提高表面耐磨性，调质后为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。可进行表面淬火或氮化。圆圆锥锥齿齿轮轮柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴（3 3）性能：）性能：良好的综合力学性能。良好的综合力学性能。（4 4）常用钢号及用途）常用钢号及用途l常用钢号为常用钢号为45

26、45、40Cr40Cr、40CrNi40CrNi。用用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。件。l制造大截面重载荷零件，如曲轴等制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的用高淬透性的40CrNiMo40CrNiMo等等 。3.3.合金弹簧钢合金弹簧钢（1 1）性能要求）性能要求 (弹簧是储存能量或缓和冲击的零件弹簧是储存能量或缓和冲击的零件)l高的高的、s s/b b、-1-1；足够的韧性，较好的淬透性足够的韧性，较好的淬透性（2 2）成分特点：）成分特点：中高碳中高碳l碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.60.9%C0.9%C；合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.45

27、0.7%C0.7%Cl合金元素作用：合金元素作用：l 提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：MnMn、SiSi、CrCrl提高提高 s s/b b：SiSil 细化晶粒：细化晶粒：V V（3 3）热处理及组织特点）热处理及组织特点l 冷成型弹簧：冷成型弹簧：冷拔冷拔冷成型冷成型定型处理定型处理（250250300300）。）。l用于用于 10mm10mm）热热卷卷大大弹弹簧簧弹簧丝弹簧丝汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧（4 4）常用钢号及用途）常用钢号及用途l常用钢号为常用钢号为65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mnl用于制造较大截面弹簧。用于制造较大截面弹簧。l制造

28、大截面、大载荷、耐制造大截面、大载荷、耐热的弹簧用热的弹簧用50CrV 50CrV。4.4.滚动轴承钢滚动轴承钢l制造轴承套和滚动体专用钢种制造轴承套和滚动体专用钢种l性能要求性能要求 (轴承承受接触应力轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦交变载荷和摩擦)l高而均匀的硬度、耐磨性、高而均匀的硬度、耐磨性、b b、接触疲劳强度和足够、接触疲劳强度和足够的韧性。的韧性。l(1)(1)成分特点：成分特点：高碳高碳(0.950.951.10%C)1.10%C)，主加主加Cr Cr l CrCr、MnMn、SiSi：提高淬透性提高淬透性l Cr Cr 还提高耐磨性和耐蚀性还提高耐磨性和耐蚀性l当当1.65%

29、Cr1.65%Cr时，因时，因AA增加而使硬度和稳定性下降。增加而使硬度和稳定性下降。l(2)(2)热处理热处理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 M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+A（少量）少量）l淬火后可进行冷处理淬火后可进行冷处理(-60(-60-80)80)，以减少，以减少AA，稳定尺寸。稳定尺寸。滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承大大型型轴轴承承l4 4、性能及用途、性能及用途l应用最广的应用最广的是是GCr15GCr15，大量用于大中型轴承；大量用于大中型轴承；l大型轴承

30、大型轴承用用GCr15SiMnGCr15SiMn。l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。第四节第四节 合金工具钢合金工具钢按按用用途途分分为为刃刃具具钢钢、模具钢模具钢和和量具钢量具钢。模模具具量具量具刃具刃具l一、合金刃具钢一、合金刃具钢l用来制造各种切削刀具的钢种用来制造各种切削刀具的钢种。板牙板牙丝锥丝锥（一）低合金工具钢（一）低合金工具钢l在碳素工具钢基础上加入少量合金元素在碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35)形成。形成。l1、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

31、磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒:W、V丝丝锥锥板牙板牙l2、热处理及组织、热处理及组织l同碳素工具钢，只是淬火介质为油同碳素工具钢，只是淬火介质为油（碳工钢为水）。（碳工钢为水）。l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）l3、常用钢号及用途、常用钢号及用途l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。高速钢铣刀高速钢铣刀l（二）高速工具钢（二）高速工具钢l制造高速切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。（俗称锋（俗称锋钢、白钢）钢、白钢）l

32、1、性能特点、性能特点：高热硬性：高热硬性(达达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高合金元素含量高合金元素含量l提高淬透性提高淬透性：Crl提高热硬性、耐磨提高热硬性、耐磨性：性：W、Mo、VW18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织l l3 3、加工与热处理、加工与热处理、加工与热处理、加工与热处理l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l高速钢是莱氏体钢，其铸高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝鱼骨状莱氏体与树枝状状M+T组成，组成，脆性大且

33、无法脆性大且无法通过热处理改善。通过热处理改善。W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织l退火目的：退火目的：降低硬度降低硬度,便于切加工；便于切加工；为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。l退火后组织：退火后组织：S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物l锻造目的：锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。匀分布于基体中。W18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织l l淬火目的：淬火目的：淬火目的：淬火目的：l l获得高合金元素含获得高合金元素含获得高合金元素含获得高合金元素含量的马氏体。量的马氏体。量的马氏体。量的马氏体。l l淬火温度高淬火温度高淬火温度高淬火温度

34、高(1200(1200)。l淬火后组织：淬火后组织：M+未溶碳化物（未溶碳化物（10%）+A（20%）W18Cr4V硬度与回火温度关系硬度与回火温度关系l回火目的：回火目的：主要为减少主要为减少A。消除内应力。消除内应力。l常采用常采用560三次回火。三次回火。l回火时的组织变化：回火时的组织变化：l析出析出W、Mo、V的碳化的碳化物，物，产生二次硬化。产生二次硬化。l碳及合金元素含量下降碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却点上升，回火冷却时，时，A转变转变为为M。l每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回

35、火后的组织l4、使用状态下组织、使用状态下组织M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量少量）不同状态不同状态下下W18Cr4V的组织的组织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车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头l5 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途l常用的高速钢有种，常用的高速钢有种，W W系：系：W18Cr4VW18Cr4V（18-4-118-4-1）WMoWMo系：系：W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V（9-3-4-19-3-4-1）W6Mo5Cr5V2W6Mo5Cr5V2（6-5-4-26-5-4-2）超硬系：）超硬系：W6Mo5Cr4V2AlW6Mo5Cr4V2Al（6-5-

36、4-2-16-5-4-2-1）。）。W18Cr4VW18Cr4V和和 W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2钢的组织钢的组织和性能相似，但和性能相似，但W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2钢的耐磨性、热塑性和韧度较好，钢的耐磨性、热塑性和韧度较好，W18Cr4VW18Cr4V钢的红硬性和热处理防脱碳、过热倾向性较好。钢的红硬性和热处理防脱碳、过热倾向性较好。l用于高速切削刃具，如用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头车刀、刨刀、铣刀、钻头等。等。汽车冲压模具汽车冲压模具l二、模具钢二、模具钢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l制造金属冷成型模具的

37、钢种制造金属冷成型模具的钢种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。Cr12钢钢l2、常用钢种、常用钢种碳素工具钢和低合金工具钢：碳素工具钢和低合金工具钢：用于小尺寸、形状简单、用于小尺寸、形状简单、受力不大的模具。受力不大的模具。Cr12型冷作模具钢型冷作模具钢l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。汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模l l 加工及热处理加工及热处理加工及热处理加工及热处理：同高速

38、钢相。同高速钢相。同高速钢相。同高速钢相。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l为为Cr12和和Cr12MoV。l用于制造用于制造冷冲模冷冲模、挤压挤压模模等。等。l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的钢种。制造使加热金属或液态金属成型模具的钢种。l1、性能要求、性能要求l高温下良好的高温下良好的综合力学性能。综合力学性能。l抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。l高的淬透性和良好的导热性高的淬透性和良好的导热性。曲轴模具曲轴模具热镦模热镦模凸缘模凸缘模l2、

39、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，后者前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。用于中小型热锻模。l成分特点、合金元素作用及成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。热处理同调质钢。l使用状态下的组织使用状态下的组织：S回回。型板压铸模型板压铸模l压铸模钢压铸模钢l常用常用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。lW、Cr有提高抗热疲劳作用。有提高抗热疲劳作用。l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

40、四缸压铸模卡尺卡尺量规量规千分尺千分尺l三、量具钢三、量具钢l制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。塞规等。l1、性能要求、性能要求l量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。量具在使用过程中与被测零件接触，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。量量规规量块量块l2、量具用钢、量具用钢l低碳钢低碳钢渗碳、渗碳、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、低合金工具钢用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量

41、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具。用于制造精密量具。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。千分尺千分尺卡尺卡尺l3、量具钢的热处理特点、量具钢的热处理特点l预备热处理组织预备热处理组织为球化退火或调质处理组织为球化退火或调质处理组织。l下限温度淬火及冷处理下限温度淬火及冷处理，目的是减少，目的是减少A。l长时间低温时效长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的，以消除内应力，降低马氏体的正方度正方度。第五节第五节 特殊性能钢特殊性能钢 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，如如不不锈锈钢钢、耐耐热热钢钢和和耐耐磨

42、磨钢钢等。等。化化工工管管道道的的腐腐蚀蚀裂解管内裂解管内壁的高温壁的高温腐蚀减薄腐蚀减薄l一、不锈钢一、不锈钢l具有抵抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用具有抵抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用l的合金钢统称为不锈耐蚀钢。的合金钢统称为不锈耐蚀钢。l金属的腐蚀包括：金属的腐蚀包括：l化学腐蚀化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀。：金属在非电解质中的腐蚀。l电化学腐蚀电化学腐蚀：金属在电解质溶液中的：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，是有电流参与作用的腐蚀。l不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。l防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施

43、：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使表面形成致密的钝化膜膜。l在工业发达国家，每年金属腐在工业发达国家，每年金属腐蚀造成的直接经济损失占其蚀造成的直接经济损失占其GNP的的4%左右。中国每年腐左右。中国每年腐蚀的损失至少到蚀的损失至少到400亿元以上。亿元以上。l常用不锈耐蚀钢常用不锈耐蚀钢l1、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢l主要为主要为Cr13型型钢号为钢号为1Cr134Cr13l随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。l1Cr133Cr13l热处理：热处理：淬火淬火+高温回火高温

44、回火l使用状态下的组织使用状态下的组织：S回回汽轮机叶片汽轮机叶片l性能：性能：耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。l用途：用途：用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片片等。等。医疗器械医疗器械不锈钢直尺不锈钢直尺l4Cr13l热处理：热处理：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l性能：性能：强度、硬度较高强度、硬度较高l用途：用途：用于要求耐蚀、耐磨件，用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具医疗器械、量具等。等。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l2、铁素

45、体不锈钢、铁素体不锈钢l典型钢号如典型钢号如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：单相铁素体单相铁素体钢中钢中相相l性能特点性能特点l耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：但有脆化倾向：l475脆化：脆化：加热到加热到450550停留，产生脆化。停留，产生脆化。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，析长期加热时，析出硬而脆的出硬而脆的 相。相。l用途用途l广泛用于硝酸和氮肥工业广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。的耐蚀件

46、。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l3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢l主要为主要为18-8（18Cr-8Ni）型。型。l性能特点：性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性，无磁性。焊性。高的塑韧性，无磁性。l热处理：热处理：采用固溶处理采用固溶处理。即加热到即加热到1100使碳化物溶使碳化物溶解后水冷。解后水冷。l组织：组织：单相奥氏体单相奥氏体不不锈锈钢钢带带反应釜反应釜(316L)管板换热器管板换热器(304)大型化工储罐大型化工储罐(304)l常用钢种常用钢种l为为1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti。l用途：用途：广

47、泛用于化工设备及广泛用于化工设备及管道。管道。二、耐热钢二、耐热钢l耐热钢是指在高温下具有较高强度和良好的化学稳定耐热钢是指在高温下具有较高强度和良好的化学稳定性的一类合金钢的总称。按钢的主要特性可分为抗氧性的一类合金钢的总称。按钢的主要特性可分为抗氧化钢（高温不起皮钢）和热强钢两大类。化钢（高温不起皮钢）和热强钢两大类。l抗氧化钢一般要求高温下具有较好的化学稳定性，但抗氧化钢一般要求高温下具有较好的化学稳定性，但承受的载荷较低承受的载荷较低 。l热强钢则要求有较高的高温强度和合适的抗氧化性热强钢则要求有较高的高温强度和合适的抗氧化性 。性能要求性能要求l1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性：l指

48、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。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。发动机叶片发动机叶片航空发动机航空发动机l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 加入加入MoMo、W W、CoCo，增大原子间结合力，减慢扩散，增大原子间结合力，减慢扩散过程，提高热强性；过程，提高热强性；l 析出强化析出强化 采用难熔碳化物采用难熔碳化物MCMC、M6CM6C、M23C6M23C6等作强化相，等作强化相，高温稳定，不易聚集长大，保持高度弥散分布；高温稳定，不易聚集长大，保持高度弥散分布；l 晶界强化晶界强化

49、 减少晶界，采用粗晶粒；丁香凝固，消除与外减少晶界，采用粗晶粒；丁香凝固，消除与外力垂直的晶界；力垂直的晶界；加入加入B B、ZrZr或稀土元素等降低晶界能量，净化晶或稀土元素等降低晶界能量，净化晶界和提高其强度；使晶界呈锯齿状，阻碍晶界滑动。界和提高其强度；使晶界呈锯齿状，阻碍晶界滑动。飞机发动机飞机发动机过热器l成分特点成分特点l低中碳低中碳lCr、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)lV、Ti：弥散强化弥散强化lNi：获得单相获得单相A组织组织涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰l常用耐热钢常用耐热钢l1、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢l常用常用15CrMo、

50、12Cr1MoV，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，压力容器，热交换器等。压力容器，热交换器等。l2、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢l常用常用1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2。(1)热处理：热处理：调质调质。(2)组织：组织：S回回。(3)用途：用途：l1Cr13、1Cr11MoV用于用于550以下汽轮机叶片。以下汽轮机叶片。l4Cr9Si2是汽车阀门用钢是汽车阀门用钢。汽轮机叶片汽轮机叶片汽车阀门汽车阀门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常用常用1Cr18Ni9Ti