金属材料-碳钢与合金钢.ppt

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1、第三章第三章 金属材料金属材料3.1 碳钢碳钢3.2 合金钢合金钢3.3 铸铁铸铁3.4 有色金属及其合金有色金属及其合金黑色金属黑色金属有色金属有色金属13.1 3.1 碳钢碳钢3.1.1 3.1.1 碳钢的成分碳钢的成分1 1、碳钢的成分（、碳钢的成分（2.11%C2.11%C）主要元素：主要元素：FeFe、C C杂质元素：杂质元素：SiSi、Mn Mn、S S、P P、O O、H H、N N杂质元素：合金元素：因冶炼等原因，钢中不因冶炼等原因，钢中不 可避免地存在的一些元素。可避免地存在的一些元素。为改善钢的性能，冶炼为改善钢的性能，冶炼 时有目的地加入钢中的元素。时有目的地加入钢中的元

2、素。23.1.2 3.1.2 化学成分对碳钢性能的影响化学成分对碳钢性能的影响3来 源有益作用有害影响炼钢时加入的脱氧剂。炼钢时加入的脱氧剂。能消除能消除FeO夹杂对钢的不夹杂对钢的不良影响，少量能溶入良影响，少量能溶入F中起中起固溶强化作用，提高钢的固溶强化作用，提高钢的强度、硬度及弹性。强度、硬度及弹性。过多会造成塑性下降，冲过多会造成塑性下降，冲击性能变差。击性能变差。有益元素4来 源有益作用有害影响炼钢时加入的脱氧剂。炼钢时加入的脱氧剂。能与能与S化合形成化合形成MnS，减轻，减轻S的有害影响；少量能溶入的有害影响；少量能溶入F 中起固溶强化作用。中起固溶强化作用。过多会造成塑性下降。

3、过多会造成塑性下降。有益元素5来 源有益作用有害影响炼钢原料和燃料。炼钢原料和燃料。在钢中形成在钢中形成FeS,FeS与与Fe形成低熔点（形成低熔点（985）共晶共晶体体 分布在晶界上，使得对分布在晶界上，使得对钢进行热加工时容易脆化钢进行热加工时容易脆化开裂，这种现象称为热脆。开裂，这种现象称为热脆。有害元素6来 源有益作用有害影响炼钢原料和燃料。炼钢原料和燃料。引起钢的塑性和韧性急剧引起钢的塑性和韧性急剧下降，尤其在低温时脆性下降，尤其在低温时脆性更大，这种现象称为冷脆。更大，这种现象称为冷脆。有害元素少量能溶入少量能溶入F中，使强度、中，使强度、硬度显著提高。硬度显著提高。7氧、氢、氮的

4、作用n有害元素n高温时溶入钢液，固态钢中溶解度极小，冷却时来不及逸出在钢中形成高压细微气孔n使钢的塑性、韧度、疲劳强度急剧降低，严重时会造成裂纹、脆断。893.1 3.1 碳钢碳钢3.1.3 3.1.3 碳钢的分类碳钢的分类（1 1）按碳含量分类）按碳含量分类中碳钢中碳钢 0.250.6%C高碳钢高碳钢 0.6%C低碳钢低碳钢 0.25%C碳素钢碳素钢塑性好，多用作冲压、焊接和渗碳工件强度和韧度高，多用要求良好韧度的各种机构零件硬度高，多用作工具、模具和量具等10（2 2）按质量（按硫和磷的含量来分）按质量（按硫和磷的含量来分）碳素钢碳素钢PS普通碳素钢普通碳素钢0.0450.055优质碳素钢

5、优质碳素钢0.0400.040高级优质碳素钢高级优质碳素钢0.0350.030（3 3）按用途）按用途工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆等建筑、桥梁、船舶、车辆等机器零件机器零件 齿轮、轴、连杆等齿轮、轴、连杆等结结 构构 钢钢刃具、模具、量具等刃具、模具、量具等工工 具具 钢钢专专 用用 刚刚锅炉钢、船用钢、易切钢锅炉钢、船用钢、易切钢11（4 4）按冶炼方法）按冶炼方法平炉钢平炉钢 按按 炉炉 别别沸腾钢沸腾钢镇静钢镇静钢半镇静钢半镇静钢按脱氧程度按脱氧程度特殊镇静钢特殊镇静钢转炉钢转炉钢电炉钢电炉钢碱性转炉钢碱性转炉钢酸性转炉钢酸性转炉钢顶吹转炉钢顶吹转炉钢123.1.4 碳钢的牌

6、号和用途碳钢的牌号和用途1碳素结构钢碳素结构钢螺纹钢螺纹钢螺纹钢螺纹钢n热轧状态使用，不进行热处理；热轧状态使用，不进行热处理；可焊性、塑性好；可焊性、塑性好；用用于制造各种于制造各种工程构件（如桥梁、船舶、建筑构件等）工程构件（如桥梁、船舶、建筑构件等）13QAF屈服点屈服点屈服点屈服点 s的值的值质量等级：质量等级：A、B、C、D、E脱氧脱氧方法方法沸腾钢沸腾钢F半镇静钢半镇静钢b镇静钢镇静钢Z特殊镇静钢特殊镇静钢TZn牌号：牌号：用用“Q+数字数字”表示，表示，Q275、Q235AF、Q235Cu“Q”为屈服点为屈服点，数字表示屈服强度数字表示屈服强度的数值。的数值。u质量等级符号为质量

7、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，含量依次下降，质质量提高量提高。u脱氧方法符号脱氧方法符号:沸腾钢沸腾钢F；镇静钢；镇静钢Z；半镇静钢；半镇静钢b；特殊镇静钢；特殊镇静钢TZ。14例：例：Q235AF 表示屈服点为表示屈服点为235MPa、质量为质量为A级的碳素结构钢，是沸级的碳素结构钢，是沸腾钢。腾钢。Q285B 表示屈服点为表示屈服点为285MPa、质量为质量为B级的碳素结构钢，是镇级的碳素结构钢，是镇静钢，省略静钢，省略Z。15成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号含碳量较低，含碳量较低，Wc0.30%Wc0.30%正火，使用时不进行

8、热处理正火，使用时不进行热处理。较高的强度，良好的塑性与较高的强度，良好的塑性与韧性；并具有良好的焊接性韧性；并具有良好的焊接性。Q235Q23516如表如表3-13-1（P28P28）Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、275275一般桥梁、建筑结一般桥梁、建筑结构，普通机械零件，构，普通机械零件，如螺钉、螺母等。如螺钉、螺母等。可用于受力较可用于受力较大的机械零件，大的机械零件，如链轮、拉杆如链轮、拉杆等。等。应应 用用17n钢号：用平均碳质量分数的钢号：用平均碳质量分数的万分数的数字万分数的数字表示，例如：表示，例如：2020 钢表示碳质量分数为钢表示

9、碳质量分数为0.20.2(万分之二十万分之二十)n若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号“MnMn”，如，如15Mn15Mn、45Mn45Mn等。等。n优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理。主要用优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理。主要用来制造各种来制造各种机器零件（齿轮、轴、连杆等）。机器零件（齿轮、轴、连杆等）。2 2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢08F08F：冷冲压零件；：冷冲压零件；1010、2020钢：冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压钢：冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、件及焊接件，经过

10、热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件；销等零件；18曲轴螺栓3535、4040、4545、5050钢，良好的综合机械性钢，良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等能，用来制造齿轮、轴类、套筒等60、65钢主要用来制造弹簧钢主要用来制造弹簧19n碳质量分数在碳质量分数在0.65%1.35%之间之间 n钢号：用钢号：用“T+数字数字”表示。表示。“T”(“碳碳”的汉语拼音的汉语拼音字头字头)；数字表示平均碳质量分数的；数字表示平均碳质量分数的千分数千分数。例如，例如，T9表示碳质量分数为表示碳质量分数为0.9(即千分之九即千分之九)的碳素工具钢。的碳素工具钢。n碳素工具钢均为优质钢碳素工具

11、钢均为优质钢，若含硫、磷更低，则为高级，若含硫、磷更低，则为高级优质钢，则在钢号后标注优质钢，则在钢号后标注“A”字。例如，字。例如，T12A表示碳表示碳质量分数为质量分数为1.2%的高级优质碳素工具钢。的高级优质碳素工具钢。n制造各种制造各种工具（刃具、量具、模具等工具（刃具、量具、模具等）。）。3碳素工具钢碳素工具钢20成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号Wc=0.65-1.40%Wc=0.65-1.40%，高碳钢，高碳钢必须经淬火回火处理。必须经淬火回火处理。高的硬度、强度，良好的耐高的硬度、强度，良好的耐磨性，一定的塑性与韧性。磨性，一定的塑性与韧性。T8T8、T10T

12、10、T12AT12A各类手工工具和简单模具各类手工工具和简单模具,低速工具。低速工具。21T7T7、T8T8、T10 T10、T12 T12、T13AT13A承受振动、承受振动、冲击的工冲击的工具，如冲具，如冲头、大锤、头、大锤、木工工具。木工工具。用于需要较高用于需要较高耐磨性和一定耐磨性和一定韧性的工具，韧性的工具，如手工锯条、如手工锯条、剪金属用剪刀。剪金属用剪刀。不受振动和冲不受振动和冲击的耐磨工具，击的耐磨工具，如丝锥、锉刀、如丝锥、锉刀、绞刀、板牙、绞刀、板牙、量具等。量具等。应应 用用22碳素工具钢的牌号、成分、硬度和用途碳素工具钢的牌号、成分、硬度和用途 牌号C退火/HBS试

13、样淬火用途举例淬火温度/和淬火介质/HRCT70.650.74187800820、水62用于承受振动、冲击、硬度适中有较好韧性的工具，如凿子、冲头、木工工具、大锤等。T80.750.84187780800、水62有较高硬度和耐磨性的工具，如冲头、木工工具、剪切金属用剪刀等。T8Mn0.800.90187780800、水62与T8钢相似，但淬透性高，可制造截面较大的工具。T90.850.94192760780、水62一定硬度和韧性的工具、如冲头、冲模、凿子等。，T100.951.04197760780、水62耐磨性要求较高，不受剧烈振动，具有一定韧性及锋利刃口的各种工具，如刨刀、车刀、钻头、丝锥

14、、手用锯条、拉丝模、冷冲模等。T111.051.14207760780、水62T121.151.24207760780、水62不受冲击、高硬度的各种工具，如丝锥、锉刀、刮刀、绞刀、板牙、量具等。T131.251.35217760780、水62不受振动、要求极高硬度的各种工具，如剃刀、刮刀、刻字刀具等。23量规量规钻头钻头锉刀锉刀T7T7、T8 T8 硬度较高、韧性较高，可制造承受冲击的硬度较高、韧性较高，可制造承受冲击的工具如冲头、凿子、锤子等。工具如冲头、凿子、锤子等。T9T9、T10T10、T11T11硬度高，韧性适中，可制造钻头、硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷

15、作模具等。刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。T12T12、T13 T13 硬度很高，韧性较低，可制作耐磨工具硬度很高，韧性较低，可制作耐磨工具如锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。如锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。木木工工凿凿手锤手锤手锤手锤244、碳素铸钢：、碳素铸钢：ZG+两组数字两组数字（分别表示最小（分别表示最小屈服点和最小抗拉强度）。屈服点和最小抗拉强度）。例：例：ZG310-570 表示最小屈服表示最小屈服点为点为310MPa、最小抗拉强度为、最小抗拉强度为570MPa的铸造碳钢。的铸造碳钢。25成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号Wc=0.20-0.60%

16、Wc=0.20-0.60%，低中碳，低中碳铸造成形，经热处理后使用。铸造成形，经热处理后使用。较高的硬度、强度和塑性、较高的硬度、强度和塑性、韧性，即综合力学性能较好。韧性，即综合力学性能较好。ZG200-400ZG200-40026ZG200-400ZG200-400、ZG270-500ZG270-500、ZG310-570ZG310-570用于受力不大，用于受力不大，要求良好塑性要求良好塑性和焊接性的零和焊接性的零件，如机座、件，如机座、变速箱壳体。变速箱壳体。用于受力较大用于受力较大的复杂零件，的复杂零件，如轧钢机机架、如轧钢机机架、轴承座、连杆、轴承座、连杆、曲轴、缸体。曲轴、缸体。强

17、度和耐磨性强度和耐磨性较好，但韧性、较好，但韧性、焊接性降低。焊接性降低。用于重载齿轮、用于重载齿轮、制动轮。制动轮。应应 用用27工程用铸造碳钢的牌号、成分、力学性能和用途 牌号Cs/MPab/MPa用途举例ZG2004000.20200400良好的塑性、韧性和焊接性，用于受力不大的机械零件，如机座、变速箱壳等。ZG2704500.30230450一定的强度和好的塑性韧性，铸造性良好。用于受力不大，韧性好的机械零件。如外壳、轴承盖、阀体、犁柱等。ZG2705000.40270500较高的强度和较好的塑性，铸造性良好，焊接性尚好，用于轧钢机机架、轴承座、连杆、箱体、曲轴、缸体等。ZG31057

18、00.50310570强度和切削性良好，塑性韧性较低。用于载荷较大的大齿轮、缸体、制动轮、辊子等。ZG3406400.60340640有高的强度和耐磨性，切削性好，焊接性较差，流动性好，裂纹敏感性较大。用于齿轮、棘轮等。283.2 合金钢合金钢3.2.1 概论概论合金钢合金钢?n碳钢的碳钢的不足：不足：淬透性低淬透性低 15mm20mm 强度和屈强度比较低强度和屈强度比较低 Q235与与16Mn 回火稳定性差回火稳定性差 不能满足特殊性能的要求不能满足特殊性能的要求 n为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素为了提高钢的性能，在铁碳合金中特意加入合金元素所获得的钢，称为合金钢。所获得的钢

19、，称为合金钢。291.1.提高钢的机械性能提高钢的机械性能1)1)产生固溶强化产生固溶强化 Cr,Ni,Mn,Si Cr,Ni,Mn,Si 等合金元素固溶于铁素体中，形成合等合金元素固溶于铁素体中，形成合金铁素体，提高钢的强度金铁素体，提高钢的强度2)2)产生第二相强化产生第二相强化 Mn,Cr,Mo,W,V Mn,Cr,Mo,W,V 等合金元素形成合金渗碳体或特殊等合金元素形成合金渗碳体或特殊碳化物碳化物,提高钢的强度提高钢的强度3)3)产生细晶强化产生细晶强化 Ti,V,Nb,Zr,Al Ti,V,Nb,Zr,Al 等合金元素形成等合金元素形成C C化物、化物、N N化物，阻化物，阻止奥氏

20、体晶粒长大，从而细化热处理后的组织，提高钢的止奥氏体晶粒长大，从而细化热处理后的组织，提高钢的强度、韧性强度、韧性合金元素在钢中的有益作用合金元素在钢中的有益作用302.2.稳定组织、细化晶粒稳定组织、细化晶粒 合金碳化物比渗碳体更稳定，弥散分布不易聚集合金碳化物比渗碳体更稳定，弥散分布不易聚集长大。除锰、磷外几乎所有金属元素都能抑制奥长大。除锰、磷外几乎所有金属元素都能抑制奥氏体晶粒长大。氏体晶粒长大。因此，合金元素能有效稳定组织、细化晶粒。因此，合金元素能有效稳定组织、细化晶粒。合金元素在钢中的有益作用合金元素在钢中的有益作用313.3.改善钢的热处理工艺性能改善钢的热处理工艺性能1)1)

21、提高钢的淬透性提高钢的淬透性 除除Co Co 以外，其他合金元素都能使钢以外，其他合金元素都能使钢”C”C”曲线向右移动曲线向右移动2)2)提高钢的回火抗力，产生二次硬化提高钢的回火抗力，产生二次硬化 合金元素固溶于马氏体中，使马氏体回火合金元素固溶于马氏体中，使马氏体回火时分解的难度增大，延缓硬度下降时分解的难度增大，延缓硬度下降 W W、CrCr、V V、Mo Mo 等，回火时会形成特殊碳等，回火时会形成特殊碳化物，使硬度重新升高化物，使硬度重新升高二次硬化二次硬化合金元素在钢中的有益作用合金元素在钢中的有益作用32 回火稳定性回火稳定性:随着回火温度的提高，淬火合金钢的硬度下降比随着回火

22、温度的提高，淬火合金钢的硬度下降比非合金钢慢的现象非合金钢慢的现象 二次硬化二次硬化:在高合金钢种，在高合金钢种，W W、MoMo、V V等强碳化物形成元素在等强碳化物形成元素在500500600600回火时，会形成细小弥散的特殊碳化物，使钢回火后硬回火时，会形成细小弥散的特殊碳化物，使钢回火后硬度有所回升；同时淬火后残余奥氏体在回火冷却过程中部分转变度有所回升；同时淬火后残余奥氏体在回火冷却过程中部分转变为马氏体，使钢回火后硬度显著提高；这两种现象都称为为马氏体，使钢回火后硬度显著提高；这两种现象都称为“二次二次硬化硬化”热硬性热硬性:高的回火稳定性和二次硬化使合金钢在较高温度（高的回火稳定

23、性和二次硬化使合金钢在较高温度（500500600600）回火时，仍保持高硬度（）回火时，仍保持高硬度（60HRC60HRC），这种性能称热硬性。），这种性能称热硬性。n热硬性对高速切削刀具及热变形模具等非常重要。热硬性对高速切削刀具及热变形模具等非常重要。回火脆性回火脆性:n 回火脆性主要在含回火脆性主要在含CoCo、NiNi、MnMn、SiSi的调质钢中出现，而的调质钢中出现，而MoMo和和W W可可降低这种回火脆性。降低这种回火脆性。334.4.使钢具有特殊性能使钢具有特殊性能 提高钢的抗腐蚀性能提高钢的抗腐蚀性能 提高钢的抗高温氧化性能提高钢的抗高温氧化性能 提高钢的高温强度提高钢的高

24、温强度 提高钢的抗冲击磨损性能提高钢的抗冲击磨损性能 提高钢的耐低温性能提高钢的耐低温性能34u按合金元素质量分数多少按合金元素质量分数多少：低合金钢低合金钢(10)u按所含的主要合金元素：按所含的主要合金元素：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢u按显微组织按显微组织：珠光体、马氏体、铁素体、奥氏体、莱氏体钢：珠光体、马氏体、铁素体、奥氏体、莱氏体钢u按用途：按用途：结构钢、工具钢和特殊性能钢结构钢、工具钢和特殊性能钢二合金钢的分类二合金钢的分类35结结 构构 钢钢工工 具具 钢钢特殊性能钢特殊性能钢低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金调质钢合金调质钢

25、合金弹簧钢合金弹簧钢滚珠轴承钢滚珠轴承钢合金钢合金钢合金刃具钢合金刃具钢合金模具钢合金模具钢量具钢量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢36编号原则：编号原则：数字数字+元素符号元素符号+数字数字2合金钢的编号合金钢的编号例：例：16Mn 40Cr 60Si2Mn 9SiCr 碳质量分数碳质量分数：结构钢以万分之一为单位的两位数子结构钢以万分之一为单位的两位数子；工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的一位数子一位数子；工具钢的碳含量大于工具钢的碳含量大于1时不标出时不标出。钢中主要合金元素钢中主要合金元素 合金元素的质量分数合金元素的质量分数，百分之几百分

26、之几；1.5，只标出元素，不标出含量；，只标出元素，不标出含量；1.5含量含量2.49%，标，标2；2.5 含量含量3.49，标，标3；3.5%含量含量4.49，标，标4；37u滚珠轴承钢滚珠轴承钢在钢号前标以在钢号前标以“G”，如如GCr15，1C，1.5Cr(注意：注意：铬含量以千分之一为单位铬含量以千分之一为单位)u 易切削钢易切削钢(Y),Y40Mn专用钢专用钢，以用途的汉语拼音字首来标明，以用途的汉语拼音字首来标明 n高级优质钢高级优质钢，钢的末尾加，钢的末尾加“A”字表明：字表明：如如20Cr2Ni4A等。等。383.2.2 合金结构钢合金结构钢 制造制造重要工程结构重要工程结构和

27、和机器零件，机器零件，是合金钢中用途是合金钢中用途最广，用量最大的一类钢。最广，用量最大的一类钢。结结 构构 钢钢低合金高强度结构钢低合金高强度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珠轴承钢滚珠轴承钢39汽车汽车桥梁桥梁储气罐储气罐1低合金高强度结构钢（低合金高强度结构钢（HSLA）High Strength Low Alloyed(1)用途用途容器容器船舶船舶40 高强度高强度 s300MPa 高韧性高韧性 =15%20%,kv600800kJ/m2，高的断裂韧性，高的断裂韧性 良好的焊接性能和冷成型性能良好的焊接性能和冷成型性能 低的冷脆转变温度低的冷脆转变温

28、度 良好的耐蚀性良好的耐蚀性(2)(2)性能要求性能要求比利时阿尔伯特运河钢桥因磷比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于高产生冷脆性于1938年冬发生年冬发生断裂坠入河中断裂坠入河中 41低碳低碳 0.20，韧性、焊接性和冷成形要求，韧性、焊接性和冷成形要求加入以加入以Mn为主的合金元素为主的合金元素 Mn：固溶强化固溶强化，细化晶粒，细化晶粒加入铌、钛或钒等辅加元素加入铌、钛或钒等辅加元素 细晶强化细晶强化及及第二相强化第二相强化 少量铜和磷等，可提高抗腐蚀性少量铜和磷等，可提高抗腐蚀性 少量稀土元素，脱硫、去气，净化，韧性和工艺性能少量稀土元素，脱硫、去气，净化，韧性和工艺性能(3)(3

29、)成分特点成分特点42l较低强度：较低强度：16Mn（Q345）l中等强度：中等强度：15MnNb（Q420）l高等级管线钢高等级管线钢，X70、X80 热轧热轧 空冷空冷 正火正火 F+S(5)(5)热处理及组织热处理及组织(4)(4)代表性钢种代表性钢种九江长江大桥九江长江大桥南京长江大桥南京长江大桥43芜湖长江大桥14MnNb 武汉长江大桥 442 2合金渗碳钢合金渗碳钢(1)(1)用途用途变速齿轮、凸轮轴、活塞销等机器零件变速齿轮、凸轮轴、活塞销等机器零件摩擦磨损摩擦磨损、冲击载荷冲击载荷变速齿轮变速齿轮活塞销活塞销活塞销活塞销(20Cr)(20Cr)增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴45表

30、面硬度高表面硬度高 耐磨性和接触疲劳抗力耐磨性和接触疲劳抗力心部高韧性和足够高的强度心部高韧性和足够高的强度 避免断裂和碎裂、剥落避免断裂和碎裂、剥落良好的热处理工艺性能良好的热处理工艺性能 高的渗碳温度高的渗碳温度(900950)下，奥氏体晶粒不易长大下，奥氏体晶粒不易长大 有良好的淬透性有良好的淬透性(2)(2)性能要求性能要求46低碳低碳 0.100.25，保证心部有足够的塑性和韧性。，保证心部有足够的塑性和韧性。加入提高淬透性的合金元素加入提高淬透性的合金元素Cr、Ni、Mn、B等，提高心部的强度和韧性。等，提高心部的强度和韧性。加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素

31、Ti、V、W、Mo等，等，合金碳化物。阻止渗碳时奥氏体合金碳化物。阻止渗碳时奥氏体晶粒长大，提高耐磨性。晶粒长大，提高耐磨性。(3)(3)成分特点成分特点47低淬透性：低淬透性：20Cr中淬透性：中淬透性：20CrMnTi中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮高淬透性：高淬透性：18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A飞机坦克曲轴飞机坦克曲轴热处理工艺：热处理工艺：渗碳渗碳+直接淬火低温回火。直接淬火低温回火。表面组织：表面组织：合金渗碳体合金渗碳体M回火回火少量少量A；心部组织：心部组织：完全淬透时，低碳完全淬透时，低碳M回火回火 多数情况下，多数情况下，T+M回火回火

32、+少量少量F。(5)(5)热处理及组织热处理及组织(4)(4)代表性钢种代表性钢种渗碳淬火后的表层组织48例：例：20CrMnTi20CrMnTi钢制汽车变速齿轮工艺路线钢制汽车变速齿轮工艺路线下料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精磨精磨喷丸喷丸成品成品493合金调质钢合金调质钢(1)用途用途重要零件：如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。重要零件：如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。连杆连杆齿轮齿轮曲轴曲轴汽车万向节汽车万向节高的综合机械性能高的综合机械性能高的强度和良好的高的强度和良好的塑性、韧性塑性、韧性。很好的淬透性。很好的淬透性。(2)(2)性能要求性能要求50加入

33、提高淬透性的元素加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si 除了提高淬透性外，还能形成合金铁除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。素体，提高钢的强度。中碳中碳0.250.50，以，以0.4居多。居多。加人防止第二类回火脆性的元素加人防止第二类回火脆性的元素Mo、W(3)(3)成分特点成分特点51低淬透性：低淬透性：40Cr，广泛用于一般尺寸的广泛用于一般尺寸的重要零件重要零件中淬透性：中淬透性：35CrMo，截面较大零件如曲轴、连杆，截面较大零件如曲轴、连杆高淬透性：高淬透性：40CrNiMo，大截面重载荷零件如汽轮机主轴大截面重载荷零件如汽轮机主轴淬火淬火+高温回火高温回火，回

34、火后快冷回火后快冷(水水冷或油冷冷或油冷)组织：组织：S回回要求耐磨性，调质后要求耐磨性，调质后表面淬火表面淬火+低低温回火温回火或进行专门的或进行专门的化学热处理化学热处理。(5)(5)热处理及组织热处理及组织(4)(4)代表性钢种代表性钢种回火索氏体回火索氏体52例例1 1：40Cr 40Cr 钢制汽车连杆螺栓工艺路线钢制汽车连杆螺栓工艺路线下料下料锻造锻造退火退火机加工机加工调质调质精加工精加工成品成品例例2 2：40Cr 40Cr 钢制内燃机曲轴工艺路线钢制内燃机曲轴工艺路线下料下料锻造锻造退火退火机加工机加工调质调质半精加工半精加工轴颈轴颈处感应淬火低温回火处感应淬火低温回火精磨精磨

35、成品成品最终组织最终组织 表层：中碳表层：中碳M M回回A A残残 心部：心部：S S回回性能：表硬，心韧性能：表硬，心韧534、合金弹簧钢、合金弹簧钢(1)(1)用途用途制造各种弹簧和弹性元件。制造各种弹簧和弹性元件。弹簧弹簧蝶形弹簧蝶形弹簧离合器弹簧离合器弹簧拉力弹簧拉力弹簧54高的弹性极限高的弹性极限e，高的屈强比高的屈强比s b 高的疲劳强度高的疲劳强度r，高的表面质量，高的表面质量足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成型。较好的淬透性，不易脱碳和过热，容易绕卷成型。(2)(2)性能要求性能要求汽车板簧汽车板簧弹簧丝

36、弹簧丝弹簧丝弹簧丝55加入以加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素为主的提高淬透性的元素同同时时也也提提高高了了屈屈强强比比，其其中中Si作作用用大大。但但Si在在加加热热时时促促进进表表面面脱脱碳碳，Mn则则使使钢钢易易于于过过热热。因因此此，重重要要用用途途的的合金弹簧钢须合金弹簧钢须加入加入Cr、V、W等元素。等元素。合金弹簧钢均为合金弹簧钢均为优质钢或高级优质钢优质钢或高级优质钢中、高碳中、高碳 0.5%0.7%(3)(3)成分特点成分特点56以以Si、Mn为主要合金元素为主要合金元素 60Si2Mn 汽车、拖拉机上的汽车、拖拉机上的板簧板簧和和螺旋弹簧螺旋弹簧。含含Cr、V、W等元素

37、等元素 50CrVA 350 400 承受重载的较大弹簧承受重载的较大弹簧热成型弹簧：热成型弹簧：热轧钢丝或钢板制成，热轧钢丝或钢板制成，淬火淬火+中温回火中温回火(450550)组织：组织：回火回火T回回(4)(4)代表性钢种代表性钢种(5)(5)加工、热处理及性能加工、热处理及性能大型热卷弹簧大型热卷弹簧57(1)(1)用途用途制造滚动轴承的制造滚动轴承的滚动体滚动体(滚珠、滚柱、滚针滚珠、滚柱、滚针)、内外套圈、内外套圈5滚珠轴承钢滚珠轴承钢滚珠滚珠滚珠轴承滚珠轴承58 轴承元件的工况复杂苛刻，性能要求很严，主要有：轴承元件的工况复杂苛刻，性能要求很严，主要有：高的接触疲劳强度高的接触疲

38、劳强度高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性 62HRC64HRC足够的韧性和淬透性足够的韧性和淬透性要求在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的要求在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性尺寸稳定性(2)(2)性能要求性能要求圆柱滚圆柱滚子轴承子轴承自动调自动调心球轴承心球轴承滚针滚针轴承轴承59高碳高碳 0.95%1.10%，保证高硬度、高耐磨性和高强度保证高硬度、高耐磨性和高强度铬为基本合金元素铬为基本合金元素 0.401.65，铬提高淬透性铬提高淬透性；形成合金渗碳体，；形成合金渗碳体，提高耐磨性和疲劳强度提高耐磨性和疲劳强度加入硅、锰、钒等加入硅、锰、钒等 Si、Mn进一步提

39、高淬透性，便于制造大型轴承；进一步提高淬透性，便于制造大型轴承；V部部分溶于奥氏体中，部分形成碳化物分溶于奥氏体中，部分形成碳化物VC，提高钢的耐磨，提高钢的耐磨性并防止过热。性并防止过热。高的冶金质量高的冶金质量 夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点夹杂物往往是接触疲劳破坏的发源点(3)(3)成分特点成分特点60过共析钢，过共析钢，球化退火球化退火+淬火低温回火淬火低温回火球化退火球化退火目的：降低钢的硬度，以利于切削加工目的：降低钢的硬度，以利于切削加工 组织准备，获得细的球状组织准备，获得细的球状P和细粒状碳化物和细粒状碳化物 GCrl5 除轴承外也常制造冷冲模、量具、丝锥等。除轴承外也常制

40、造冷冲模、量具、丝锥等。(4)(4)代表性钢种代表性钢种(5)(5)热处理及组织热处理及组织61淬火和低温回火淬火和低温回火 820840，150160。组织：组织：极细的极细的M回回+均匀分布的粒状碳化物均匀分布的粒状碳化物+少量少量A残残。稳定尺寸，淬火后可立即稳定尺寸，淬火后可立即“冷处理冷处理”(-60 -50)，并在，并在回火和磨削加工后，进行回火和磨削加工后，进行低温时效处理低温时效处理。622.合金工具钢合金工具钢按用途分为按用途分为合金刃具钢合金刃具钢、模具钢模具钢、量具钢量具钢1.合金刃具钢合金刃具钢(1)(1)用途用途制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等制造各种金属切

41、削刀具，如车刀、铣刀、钻头等铣刀铣刀63n刃具的服役条件：刃具的服役条件：弯曲或扭转应力弯曲或扭转应力;摩擦；摩擦；发热发热;冲击冲击 震动震动n刃具的常见失效方式：刃具的常见失效方式：卷刃；崩刃；刀刃磨损；刀体折断卷刃；崩刃；刀刃磨损；刀体折断n对刃具的性能要求：对刃具的性能要求：高硬度高硬度（60HRC）高耐磨性高耐磨性（与硬度、硬质相的性质、数量、大小、分布）（与硬度、硬质相的性质、数量、大小、分布）高热硬性高热硬性 热硬性热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力是指钢在高温下保持高硬度的能力(亦称红硬性亦称红硬性)，与回火稳定性和特殊碳化物的弥散析出有关。，与回火稳定性和特殊碳化物的弥散析

42、出有关。足够的塑性和韧性足够的塑性和韧性(2)(2)性能要求性能要求64低合金刃具钢低合金刃具钢u典型钢种：典型钢种：9SiCru成分特点：成分特点：a)高碳高碳，0.91.1，保证高硬度和高耐磨性保证高硬度和高耐磨性b)合金元素：合金元素：Cr、Mn、Si、W、V。(3)(3)典型合金刃具钢及其热处理典型合金刃具钢及其热处理淬透性淬透性回火稳定性回火稳定性强化强化M硬度、耐磨性硬度、耐磨性 防过热、细化组织防过热、细化组织65u加工过程：加工过程：球化退火、机加工，然后淬火和低温回火球化退火、机加工，然后淬火和低温回火u组织：组织：M回回+粒状碳化物粒状碳化物+少量少量A残残。u用途：用途：

43、低速切削刃具，如丝锥、板牙、绞刀、刮刀、拉刀、低速切削刃具，如丝锥、板牙、绞刀、刮刀、拉刀、铣刀、车刀、钻头铣刀、车刀、钻头T10、Cr、9SiCr钢的硬度与回火温度的关系钢的硬度与回火温度的关系丝丝锥锥板牙板牙66u典型钢种：典型钢种：钨钨 系系 W18Cr4V(18-4-1)W18Cr4V(18-4-1)钨钨-钼系钼系W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)u成分特点：成分特点：a)高碳，高碳，0.71.5%b)合金元素：合金元素：Cr、W、Mo、V。高速钢（高碳高合金刃具钢高速钢（高碳高合金刃具钢,俗称风钢）俗称风钢）Cr23C6淬透性淬透性抗氧化、脱碳抗氧化、脱碳VC硬度和耐磨性硬度和耐

44、磨性细化晶粒细化晶粒热硬性热硬性回火抗力回火抗力M6CW2C或或Mo2C二次硬化二次硬化高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带67反复锻造反复锻造:成型和改善碳化物成型和改善碳化物莱氏体钢，铸态组织为亚共晶组织，莱氏体钢，铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状由鱼骨状莱氏体与树枝状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。打碎粗大打碎粗大M6C碳化物，并使其均匀碳化物，并使其均匀分布分布u高速钢的加工、热处理特点：高速钢的加工、热处理特点：制造工艺路线（制造工艺路线（W18Cr4V）下料下料锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火高温回火淬火高温回火精磨精磨成品成品W18C

45、r4V钢的铸态组织钢的铸态组织68球化退火：球化退火：降低硬度，便于机加工，降低硬度，便于机加工，为淬火做组织准备为淬火做组织准备组织：组织：S S基体和细小粒状基体和细小粒状碳化物碳化物W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织69淬火加热温度非常高，淬火加热温度非常高，1220 1280，获得高合金元素获得高合金元素含量的马氏体。含量的马氏体。W18Cr4VW18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1C相图相图淬火组织：淬火淬火组织：淬火M、碳化物和大量、碳化物和大量A。淬火：淬火：70多次高温回火：多次高温回火：常用常用550570三次回火三次回火AA残残，消除内应力、稳定

46、组织。二次硬化，消除内应力、稳定组织。二次硬化，红硬性红硬性高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回火温度关系回火时的组织变化：回火时的组织变化：M M中析出中析出W W、MoMo、V V的碳化物，的碳化物，产生二次硬化。产生二次硬化。碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量下降，MsMs点点上升，回火冷却时，上升，回火冷却时，A残残转变为转变为M M。二次硬化二次硬化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，A残残量由量由30%1%30%1%71W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织回火组织：回火组织：M回回+细粒状碳化物细粒状碳化物+少量少

47、量AW18Cr4V钢的热处理工艺过程示意图钢的热处理工艺过程示意图 72不同状态下不同状态下W18Cr4VW18Cr4V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7374常用钢号及用途常用钢号及用途n常用钢号：常用钢号：W18Cr4V(18-4-1)W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。n用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。车刀车刀铣刀铣刀高速钢铣刀高速钢铣刀75（1）冷模具钢）冷模具钢用途用途 冷冲模、冷镦模、冷挤压模冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等。和拉丝模等。工作温度不超过工作温度不超过300。2合金模具钢

48、合金模具钢冷模具钢冷模具钢和和热作模具钢热作模具钢汽车冲压模具汽车冲压模具冷冲压件冷冲压件冷冲压件冷冲压件76u服役条件：服役条件：压力、弯曲力、冲击和摩擦。压力、弯曲力、冲击和摩擦。u常见失效方式：常见失效方式：磨损、崩刃、断裂和变形磨损、崩刃、断裂和变形u性能要求：性能要求：a.高硬度，高硬度，5862HRC;b高耐磨性；高耐磨性；c.足够的韧性和疲劳抗力；足够的韧性和疲劳抗力；d.热处理变形小。热处理变形小。性能要求性能要求77a）高碳）高碳 1.0%,个别达个别达2.0%b）合金元素：高）合金元素：高Cr(11.513%Cr)、Mo、W、V成分特点成分特点钢种和牌号钢种和牌号Crl2型

49、钢热处理变形很小，适合于制造重载和形状复型钢热处理变形很小，适合于制造重载和形状复杂的大型模具杂的大型模具Crl2MoV用于制造用于制造冷冲模、冷镦模、冷挤压模冷冲模、冷镦模、冷挤压模等。等。淬透性淬透性回火稳定性回火稳定性VC硬度和耐磨性硬度和耐磨性细化晶粒细化晶粒淬透性淬透性M7C3耐磨性耐磨性78b二次硬化法二次硬化法较高温度较高温度(1l00一一1150)淬火，淬火，510520 回火三次，产回火三次，产生二次硬化红硬性和耐磨性都较高。但韧性较差生二次硬化红硬性和耐磨性都较高。但韧性较差适用于在适用于在400 450 温度下工作的模具。温度下工作的模具。a.一次硬化法一次硬化法较高温度

50、较高温度(9501000)淬火，低温淬火，低温(150180)回火回火适用于重载模具。适用于重载模具。Crl2型钢热处理后组织：型钢热处理后组织：M回回+碳化物碳化物+A残残。热处理特点热处理特点79 用途用途 热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等（2 2）热作模具钢）热作模具钢曲轴模具曲轴模具曲轴模具曲轴模具热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯80 性能要求性能要求 n服役条件服役条件挤压；摩擦；交变温度；冲击；震动等挤压；摩擦；交变温度；冲击；震动等n常见失效方式常见失效方式磨损；断裂；热疲劳（龟裂）等磨损；断裂；热疲劳（龟裂）等n性能要求性能要求 a.a.高的热硬