工程材料学-7合金钢.pptx

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1、 工工 程程 材材 料料 学学第七章 合金钢7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用7.2 7.2 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢7.5 7.5 特殊性能钢特殊性能钢学习要求和难点 学习重点：学习重点：1.钢的分类与编号方法钢的分类与编号方法。2.常见合金元素对钢的组织性能的影响常见合金元素对钢的组织性能的影响。3.常常用用的的各各类类型型钢钢的的牌牌号号、成成分分、热热处处理理工工艺艺标标准及主要用途。准及主要用途。碳钢的优点：碳钢的优点：价格低廉，便于获得，容易加工。价格低廉，便于获得，容易加工。通通

2、过过改改变变含含碳碳量量和和进进行行不不同同的的热热处处理理，能能满满足足许许多多工程上的需求。工程上的需求。碳钢的缺点：碳钢的缺点：淬透性低，回火抗力差，根本相软弱。淬透性低，回火抗力差，根本相软弱。对对于于一一些些特特殊殊的的性性能能要要求求：如如耐耐热热、耐耐低低温温、耐耐腐腐蚀、高耐磨等，碳钢也无法满足。蚀、高耐磨等，碳钢也无法满足。通过钢的合金化来提高钢的性能。通过钢的合金化来提高钢的性能。概概 论论概概 论论 为为了了提提高高钢钢的的力力学学、工工艺艺、物物理理或或化化学学性性能能，在在冶冶炼炼时时特特意意往往钢钢中中参参加加的的一一些些化化学学元元素素(即即通通常常称称为合金元素

3、为合金元素)，所得到的钢称为合金钢。，所得到的钢称为合金钢。改善对象改善对象 提高强度；提高强度；提高淬透性；提高淬透性；提高高温强度、热硬性；提高高温强度、热硬性；提高抗氧化、耐腐蚀、耐提高抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨、电磁等性能。热、耐磨、电磁等性能。7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用7.1.1 7.1.1 对钢中根本相的影响对钢中根本相的影响1 1、溶于铁素体，形成合金铁素体、溶于铁素体，形成合金铁素体n非非碳碳化化物物形形成成元元素素(Ni、Si、Al、Cu、Co)及及过过剩剩的碳化物形成元素。的碳化物形成元素。钢带钢带 Si Si、MnMn对对强强度度、硬硬度度提提高

4、高显显著著。CrCr、NiNi在在适适当当范范围内提高韧性。围内提高韧性。钢中碳化物钢中碳化物7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用2 2、形成碳化物、形成碳化物n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、Nb、V、Zr为为强碳化物形成元素，强碳化物形成元素，碳化物的稳定性碳化物的稳定性、熔熔点、硬度、耐磨性高，点、硬度、耐磨性高，如如TiC、VC等。等。7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用 W、Mo、Cr为为中中碳碳化化物物形形成成元元素素，碳碳化化物物的的稳稳定性、熔点、

5、硬度、耐磨性较高，如定性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。等。Mn、Fe为为弱弱碳碳化化物物形形成成元元素素，碳碳化化物物的的稳稳定定性性、熔点、硬度、耐磨性较低，如熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。等。7.1.2 7.1.2 对钢的力学性能的影响对钢的力学性能的影响7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用 钢钢中中碳碳化化物物数数量量多多时时，将将显显著著提提高高钢钢的的硬硬度度和和耐耐磨磨性性。有有些些碳碳化化物物熔熔点点高高，稳稳定定性性好好，可可提提高高钢钢的的热热强度。强度。1 1、固溶强化、固溶强化2 2、弥散强化、弥散强化7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中

6、合金元素的作用锰对奥氏体相区的影响锰对奥氏体相区的影响7.1.3 7.1.3 对对Fe Fe-FeFe3 3C C相相图图的的影响影响1 1、对奥氏体相区的影响、对奥氏体相区的影响扩大奥氏体相区扩大奥氏体相区 Ni、Mn、Co、C、N等等元元素素，使使A A1 1、A A3 3点点下下降，降，A A4 4点上升。点上升。l当当Mn 13%或或Ni 9%时，时，S S点降到点降到00以下，室温下以下，室温下为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。铬对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用缩小奥氏体相区缩小奥氏体相区 Cr、Mo

7、、Si、Ti、W、Al等等元元素素，使使A A1 1、A A3 3点点上上升升，A A4 4点点下降。下降。n当当Cr 13%时时，奥奥氏氏体体相相区区消消失失，室室温温下下为为单单相相铁铁素素体体组织，称铁素体钢。组织，称铁素体钢。7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用 2 2、对、对E E点和点和S S点位置的影响点位置的影响 所所有有合合金金元元素素均均使使E E点点和和S S点点左左移移，即即这这两两点点的的含含碳碳量量下下降降，使使碳碳含含量量比比较较低低的的钢钢出出现现过过共共析析组组织织（如（如4Cr134Cr13）或共晶组织（如）或共晶组织（如W18Cr4VW18

8、Cr4V）。）。7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用7.1.3 7.1.3 对钢中相变过程的影响对钢中相变过程的影响1 1、对奥氏体化的影响、对奥氏体化的影响对对奥奥氏氏体体形形成成速速度度的的影影响响：除除NiNi、CoCo外外，都都减减缓缓奥奥氏氏体化过程。体化过程。对对奥奥氏氏体体晶晶粒粒长长大大倾倾向向的的影响：影响：l碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。lMnMn、P P促进长大。促进长大。7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用合金元素对钢合金元素对钢淬透性的影响淬透性的影响 2 2、对过冷奥氏体转变的影响、对过冷

9、奥氏体转变的影响 对对C C曲线和淬透性的影响：除曲线和淬透性的影响：除CoCo外，凡溶入奥氏体外，凡溶入奥氏体的合金元素均使的合金元素均使C C曲线右移，淬透性提高。曲线右移，淬透性提高。常常用用提提高高淬淬透性的元素：透性的元素：MnMn、Si Si、CrCr、NiNi、B B。M MS S点下降点下降 对对MsMs、M Mf f的影的影响响:l除除CoCo、Al Al外外,所所有元素都有元素都 使使MsMs、M Mf f点下降点下降.7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用3 3、对回火转变的影响、对回火转变的影响 提高耐回

10、火性：淬火钢提高耐回火性：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下在回火过程中抵抗硬度下降的能力称耐回火性。降的能力称耐回火性。n合金元素能阻碍马氏体分合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集解及碳化物的析出与聚集.l当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用高速钢高速钢 产生二次硬化产生二次硬化n含含高高WW、MoMo、CrCr、V V钢钢淬淬火火后后回回火火时时，由由于于析析出出细细小小弥弥散散的的特特殊殊碳碳化化物物

11、及及回回火火冷冷却却时时AA转转变变为为M M回回,使硬度不仅不使硬度不仅不下降，反而下降，反而升高的现象升高的现象称二次硬化称二次硬化.7.1 7.1 钢中合金元素的作用钢中合金元素的作用 产生第二类回火脆性产生第二类回火脆性 含含MnMn、CrCr、NiNi等元素等元素的合金结构钢回火后缓冷的合金结构钢回火后缓冷易产生回火脆性。易产生回火脆性。加加WW、MoMo可防止第二可防止第二类回火脆性。类回火脆性。7.2 7.2 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号工程用钢工程用钢: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

12、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特 殊殊 性性能能 钢钢挤压模具挤压模具7.2 7.2 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号1.合金结构钢的编号合金结构钢的编号两位数字元素符号数字两位数字元素符号数字+质量判别质量判别钢的平均钢的平均含碳量，含碳量，单位为单位为0.01%0.01%钢中的合钢中的合金元素金元素合金元素含量合金元素含量1.5%:1.5%:不标不标1.51.52.4%:22.4%:22.52.53.4%:33.4%:3 40CrNiMo40CrNiMo、30CrMnSiNi2A30CrMnSiN

13、i2A2.低合金高强度钢的编号低合金高强度钢的编号与碳素结构钢同与碳素结构钢同7.2 7.2 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号Q Q数字数字+一个字母一个字母屈服强屈服强度度屈服强屈服强度低限度低限/MPa/MPa质量等质量等级符号级符号,由由A A到到E.E.Q295A、Q345Cl根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之采用两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）几）化学元素符号，按顺序表示，如化学元素符号，按顺序表示，如16Mn16Mn。7.2 7.2 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号2.低合金高

14、强度钢的编号低合金高强度钢的编号热连轧钢板热连轧钢板转炉炼钢转炉炼钢3.合金工具钢的编号合金工具钢的编号7.2 7.2 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号平均含碳量，平均含碳量，单位为单位为0.1%0.1%，但超过但超过1.0%1.0%及及高合金工具钢高合金工具钢中一律略去中一律略去钢中的合钢中的合金元素金元素合金元素含量合金元素含量1.5%1.5%或强碳化物或强碳化物形成元素形成元素:不标不标1.51.52.4%:22.4%:22.52.53.4%:33.4%:3 5CrNiMo CrWMn5CrNiMo CrWMn一位数字元素符号数字一位数字元素符号数字+质量判别质量判别4.轴承钢轴承钢

15、 G+Cr+G+Cr+铬含量铬含量“G”“G”表示表示“滚动轴承钢滚动轴承钢”。*铬含量以千分之一为单位铬含量以千分之一为单位.GCr15GCr157.2 7.2 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号涡轮叶片涡轮叶片5.不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢n含碳量含碳量+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量该元素百分含量+n含碳量以千分之一为单位。含碳量以千分之一为单位。l含碳量的表示方法为：含碳量的表示方法为：平平均均含含碳碳量量 0.1 0.1%时时为为C%C%的的 0.1%0.1%，如如 1Cr17,1Cr17,2Cr13 2Cr13；平均含碳量平均含碳量 0.1%0.1%时以时以“0”“0

16、”表示，如表示，如0Cr18Ni90Cr18Ni9。7.2 7.2 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号 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/T 2212000GB/T 2212000）7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢7.3.1 7.3.1 低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 1 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。良好的耐蚀性及低良好的耐蚀性及低 的韧脆转变温度。的韧脆转变温度。2 2、成分特点、成分特点 低碳：低碳：0.2%C0.2%C。合金元素：主要是合金元素：

17、主要是MnMn，还有少量，还有少量V V、Ti Ti、NbNb等。等。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3 3、热热处处理理：大大多多数数热热轧轧空空冷冷后后使使用用。少少数数可可用用正火正火+高温回火处理。高温回火处理。4 4、使用状态组织：、使用状态组织：F+PF+P Mn Mn的作用：强化铁素体、增加珠光体的量。的作用：强化铁素体、增加珠光体的量。V V、Ti Ti、NbNb等：起细化晶粒和弥散强化。等：起细化晶粒和弥散强化。另外加另外加CuCu、P P可提高耐蚀性；加可提高耐蚀性；加RERE可提高韧性、可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转疲劳极限，降低冷脆转

18、变温度。变温度。7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢南京长江大桥南京长江大桥 5 5、用途：、用途：nQ345(16Mn)Q345(16Mn)综综合合性性能能好好，用用于于船船舶舶、桥桥梁梁、车车辆辆等大型钢结构。等大型钢结构。nQ390Q390钢钢含含V V、Ti Ti、NbNb，强强度度高高，用用于于中中等等压压力力的的压力容器。压力容器。nQ460Q460钢钢含含MoMo、B B，正正火火组组织织为为贝贝氏氏体体，强强度度高高,用于石化中温高压容器用于石化中温高压容器.7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢渗碳件渗碳件传动齿轮传动齿轮1 1、性能要求、性

19、能要求n外外表表具具有有高高硬硬度度、高高耐耐磨磨性性，心心部部具具有有足足够够的的韧韧性性和强度，即表硬里韧。和强度，即表硬里韧。n良良好好的的热热处处理理性性能能,如如淬淬透性和渗碳能力。透性和渗碳能力。7.3.2 7.3.2 渗碳钢渗碳钢真空渗碳炉真空渗碳炉7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱 2 2、成分特点、成分特点 低碳：低碳：0.10.25%C0.10.25%C 合金元素作用：合金元素作用：n提高淬透性：提高淬透性：Cr Cr、MnMn、NiNi、B B n强化铁素体：强化铁素体：Cr Cr、MnMn、Ni Ni n细化晶粒：细化晶粒：W

20、W、MoMo、Ti Ti、V V 7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢正火正火模锻模锻高温回火高温回火机加工机加工非渗碳面镀铜非渗碳面镀铜渗碳后空冷渗碳后空冷高温回火高温回火精加工精加工淬火淬火冷处理冷处理低温回火低温回火退铜退铜磨削磨削改善锻造改善锻造后不均匀后不均匀组织组织降低硬度降低硬度便于加工便于加工降低硬度便于加降低硬度便于加工，碳化物球化，工，碳化物球化，防止淬火后较多防止淬火后较多剩余剩余A A细化细化组织组织减少渗碳减少渗碳层剩余层剩余A A3 3、热处理特点、热处理特点柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销活塞销活塞销(20Cr)(20Cr)4 4、常用钢号及用途、常用钢号及用

21、途低淬透性钢：低淬透性钢：20Cr。用用于于受受力力小小的的耐耐磨磨件件，如如柴柴油油机机的的活活塞塞销销、凸轮轴等。凸轮轴等。7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿轮n中中 淬淬 透透 性性 钢钢：20CrMnTi20CrMnTi。用用于于中中等等载载荷荷的的耐耐磨磨件件，如变速箱齿轮。如变速箱齿轮。n高高 淬淬 透透 性性 钢钢：18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA。用用于于大大载载荷荷的的耐耐磨磨件件，如柴油机曲轴。如柴油机曲轴。7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢调质件（螺杆）调质件（螺杆）1

22、1、性能要求、性能要求n良好的综合力学性能良好的综合力学性能.n良好的淬透性。良好的淬透性。7.3.3 7.3.3 调质钢调质钢7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢调质件（冷却轮）调质件（冷却轮）破碎机主轴破碎机主轴 2 2、成分特点、成分特点 中碳：中碳：0.30.5%C0.30.5%C 合金元素作用：合金元素作用：n提高淬透性提高淬透性:Mn:Mn、Si Si、CrCr、NiNi、B Bn强化铁素体强化铁素体:Mn:Mn、Si Si、CrCr、NiNin细化晶粒细化晶粒:Ti:Ti、V Vn防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性:W:W、MoMo 7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢3 3、

23、热处理及组织特点、热处理及组织特点n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。n使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：S S回回回火索氏体回火索氏体调质处理车间调质处理车间l为提高外表耐磨性，调质后可为提高外表耐磨性，调质后可进行外表淬火或氮化。进行外表淬火或氮化。调质零件实例调质零件实例650650高温回火高温回火机加工机加工850850淬火（油冷）淬火（油冷）550550高温回火（水冷）高温回火（水冷）模锻模锻860860正火正火精加工精加工某发动机涡轮轴，材料为某发动机涡轮轴，材料为40CrNiMoA40CrNiMoA。技术要求：热处理弯曲变形技术要求：热处理弯曲

24、变形1.0mm1.0mm，7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢 4 4、常用钢号及用途、常用钢号及用途n低淬透性钢：低淬透性钢：D D0 0油油3040mm,60mm,60mm,常用常用40CrNiMo,40CrNiMo,用于制造大截面重用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。载荷零件，如曲轴等。7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢5 5、超高强度钢、超高强度钢nb b1500MPa1500MPa或或s1400MPas1400MPan低低合合金金超超高高强强度度钢钢、马马氏氏体体时时效效硬硬化化钢钢、沉沉淀淀硬硬化不锈钢等化不锈钢等。n含碳量中等含碳量中等n含含

25、CrCr、MnMn、Si Si、NiNi、MoMo、V V等等，与与碳碳共共同同作作用用下下使使钢钢的的淬淬透透性性、回回火火抗抗力力增增加加，使使固固溶溶体体（马马氏氏体体或或下下贝贝氏氏体体）明明显显强强化化。NiNi降降低低临临界界温温度度及及增增加加固溶体的韧性；固溶体的韧性；V V细化晶粒，可改善钢的强韧性。细化晶粒，可改善钢的强韧性。7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢 30CrMnSiNi2A30CrMnSiNi2A、40CrMnSiMoVA40CrMnSiMoVA、300M300M热处理特点热处理特点 n最终热处理为：最终热处理为：淬火低温回火，马氏体强化到达超高强度。淬火低温

26、回火，马氏体强化到达超高强度。等温淬火回火，马氏体和下贝氏体强化。等温淬火回火，马氏体和下贝氏体强化。n制造使用中注意的问题制造使用中注意的问题 缺口、应力集中敏感缺口、应力集中敏感 防止在酸性介质中外表处理，以防氢脆。防止在酸性介质中外表处理，以防氢脆。超高强度钢超高强度钢应用实例应用实例700700高温回火高温回火900A900A化化,250250等温等温处理处理校形校形280280低低温回火温回火压制压制900900正火正火磷化磷化精加工精加工并校形并校形230230低低温回火温回火降低硬度便于加工降低硬度便于加工消除应力消除应力对等温处理组织的低温回火对等温处理组织的低温回火n弹簧是利

27、用弹性变形储存弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。能量或缓和冲击的零件。1 1、性能要求、性能要求n高的高的s s，s s/b b；高的高的-1-1；足够的韧性；足够的韧性n高的淬透性。高的淬透性。7.3.4 7.3.4 弹簧钢弹簧钢7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢汽车弹簧汽车弹簧弹簧丝弹簧丝 2 2、成分特点、成分特点 中高碳：中高碳：n碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%C0.60.9%Cn合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%C 0.450.7%C 合金元素作用：合金元素作用：n提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：MnMn、

28、Si Si、CrCrn提高提高 s s/b b：Si Sin细化晶粒：细化晶粒：V V7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧 3 3、热处理及组织特点、热处理及组织特点 冷成型弹簧：冷拔冷成型弹簧：冷拔冷冷成型成型定型处理定型处理(250300)(250300)。n用于用于(10mm)10mm)板簧喷丸处理示意图板簧喷丸处理示意图 4 4、弹簧的外表质量、弹簧的外表质量n外表质量对弹簧的寿外表质量对弹簧的寿命影响很大。命影响很大。n提高外表质量的方法提高外表质量的方法:防止外表脱碳；防止外表脱碳；防止外表缺陷；防止外表缺陷；进行喷丸处理

29、，使表进行喷丸处理，使表 面产生压应力。面产生压应力。7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢大型热卷弹簧大型热卷弹簧汽车板簧汽车板簧 5 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途nSi Si、MnMn弹簧钢，如弹簧钢，如65Mn65Mn、60Si60Si2 2MnMn，用于制造较大，用于制造较大截面弹簧。截面弹簧。nCrCr、V V弹簧钢，如弹簧钢，如50CrV50CrV，用于大截面、大载荷、耐，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。热的弹簧。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 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 b和接触疲劳强

30、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.l轴轴承承工工作作时时,承承受受接接触触应应力力(达达30003500MPa)30003500MPa)、周周期期性性交交变变载载荷荷(频率达数万次频率达数万次/分分)和摩擦和摩擦。1 1、性能要求、性能要求7.3.5 7.3.5 滚动轴承钢滚动轴承钢7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢推力球轴承推力球轴承滚针滚针轴承轴承lCrCr还还提提高高耐耐磨磨性性（形形成成合合金金渗渗碳体）和耐蚀性。碳体）和耐蚀性。l当当1.65%Cr1.65%Cr时时,会会因因AA增增加加而而使硬度和稳定性下降。使硬度和稳定性下降。2 2、成分

31、特点、成分特点 高碳：高碳：0.951.10%C 0.951.10%C 合合金金元元素素：以以CrCr为为主主,参加参加MnMn、Si Si。nCrCr、MnMn、Si Si的的主主要要作作用用是是提高淬透性。提高淬透性。7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢轴承生产车间轴承生产车间 M M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量)l淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(-60 -80),(-60 -80),可以减少可以减少AA、稳定、稳定尺寸。尺寸。3 3、热处理和组织特点、热处理和组织特点n滚动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢是过共析钢。n热处理：热处理：球化退火球化退火+淬火淬火+低温回

32、火低温回火n组织：组织：7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢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型轴承大型轴承 4 4、常用钢号及用途、常用钢号及用途n应用最广的是应用最广的是GCr15GCr15，大量用于大中型轴承；，大量用于大中型轴承；n大型轴承用大型轴承用GCr15SiMnGCr15SiMn。n这类钢还可用于制造模具、量具等。这类钢还可用于制造模具、量具等。7.3 7.3 合金结构钢合金结构钢7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢模具模具刃具刃具量具量具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7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢切削加工切削加工n用来制造各用

33、来制造各种切削刀具种切削刀具的钢种。的钢种。7.4.1 7.4.1 刃具钢刃具钢切削加工的基本形式切削加工的基本形式7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢 一一.性能要求性能要求n高高硬硬度度 (HRC60),(HRC60),主主要要取决于含碳量。取决于含碳量。n高高耐耐磨磨性性 靠靠高高硬硬度度和和析析出出细细小小均均匀匀硬硬碳碳化化物物来来到达。到达。n高高热热硬硬性性 即即高高温温下下保保持持高硬度的能力。高硬度的能力。n足足够够的的韧韧性性 以以防防止止脆脆断断和崩刃。和崩刃。7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢 低合金工具钢低合金工具钢l由碳素工具钢根底上参加少量合金元素由碳素工具钢根

34、底上参加少量合金元素(35)(35)形成。形成。1 1、成分特点：、成分特点：高碳：高碳：0.751.5%C0.751.5%C 合金元素作用合金元素作用n提高淬透性提高淬透性:Cr:Cr、MnMn、Si Si n提高耐回火性：提高耐回火性：Si Sin提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒:W W、V V 低合金工具钢制品低合金工具钢制品7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢丝锥丝锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手 2 2、热处理及组织、热处理及组织n同同碳碳素素工工具具钢钢，只只是是淬淬火火介介质为油质为油(碳素工具钢为水碳素工具钢为水)。n使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：M

35、 M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量)3 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途n应应用用最最多多的的是是9SiCr9SiCr。用用于于制制造造形形状状复复杂杂、要要求求变变形形小小的的低速刃具，如丝锥、板牙等低速刃具，如丝锥、板牙等.1 1、性能特点性能特点:高热硬性高热硬性(600)(600)、高淬透性高淬透性 2 2、成分特点成分特点 高碳高碳:0.701.5%C:0.701.5%C 合金元素作用合金元素作用n提高淬透性：提高淬透性：CrCrn提高热硬性、耐磨性提高热硬性、耐磨性:W:W、MoMo、V V 高速钢（俗称风钢）高速钢（俗称风钢）l制造高速切削刃具用钢。制造高速

36、切削刃具用钢。冷轧高速钢带冷轧高速钢带高速钢形材高速钢形材7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织 3 3、加工与热处理、加工与热处理l加工工艺路线：下料加工工艺路线：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n高速钢是莱氏体高速钢是莱氏体钢，其铸态组织钢，其铸态组织为亚共晶组织，为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体由鱼骨状莱氏体与树枝状与树枝状M+TM+T组成，组成，脆性大且无法热脆性大且无法热处理改善。处理改善。W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织 退火目的：退火目的：n降降低低硬硬度度，便便于于切加工；切加工；

37、n为为淬淬火火作作组组织织准准备。备。n退火后组织：退火后组织：S+S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物 锻造目的：锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢W18Cr4VW18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1C相图相图l淬火后组织：淬火后组织：M+M+未溶碳化物未溶碳化物(10%)+A(20%)(10%)+A(20%)淬火目的淬火目的:获得获得高合金元素含量的高合金元素含量的马氏体。因此淬火马氏体。因此淬火温度高温度高(1200)(1200)。高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回

38、火温度关系 碳化物，产生碳化物，产生二次硬化二次硬化。碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量下降，MsMs点上升，回火冷却时，点上升，回火冷却时，AA转变为转变为M M。n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。回回火火目目的的：主主要要为为减减少少AA。消消除除内内应应力、稳定组织。力、稳定组织。l常用常用560560三次回火三次回火.l回火时的组织变化：回火时的组织变化：析出析出WW、MoMo、V V的的W18Cr4VW18Cr4V钢热处理工艺示意图钢热处理工艺示意图7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后

39、的组织4 4、使用状态下组织、使用状态下组织M M回回+颗颗粒粒状状碳碳化化物物+A+A（少少量）量）7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢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下不同状态下W18Cr4VW18Cr4V的组织的组织车刀车刀铣刀铣刀高速钢铣刀高速钢铣刀 5 5、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):W18Cr4V(18-4-1)W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)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。7.4 7.4 合金

40、工具钢合金工具钢7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢汽车冲压模具汽车冲压模具n用以制造冷热模具的钢种用以制造冷热模具的钢种.冷作模具钢冷作模具钢n制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种.1 1、性能要求、性能要求n高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。n足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。n良好的工艺性能（淬透性、良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）切削加工性等）7.4.2 7.4.2 模具钢模具钢7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢冷冲压件冷冲压件 成分特点：高碳成分特点：高碳(1.42.3%C)(1.42.3%C)；高铬；高铬(11.513%Cr)(11.513%Cr)合金元素作用：合金

41、元素作用：Cr Cr 提高淬透性；提高淬透性；2 2、常用钢种、常用钢种n小尺寸小尺寸、形状简单形状简单、受力不大的模具受力不大的模具,可用碳素工具可用碳素工具钢、滚动轴承钢和低合金工具钢制造。钢、滚动轴承钢和低合金工具钢制造。n截面、受力大的冷模具用截面、受力大的冷模具用Cr12Cr12型冷作模具钢制造。型冷作模具钢制造。MoMo、V V 提高耐磨提高耐磨性，细化晶粒。性，细化晶粒。7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模 加工及热处理：加工及热处理：Cr12Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火行锻造、退火,目的同高速钢。目的同高速

42、钢。n最终热处理为最终热处理为:淬火淬火+低温回火低温回火n使用状态下的组织使用状态下的组织:M:M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量)常常用用钢钢号号为为Cr12Cr12和和Cr12MoVCr12MoV。用用于于制制造造冷冷冲模、挤压模等。冲模、挤压模等。曲轴模具曲轴模具热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯 热作模具钢热作模具钢n制制造造使使加加热热金金属属或或液液态态金属成型模具钢种。金属成型模具钢种。1 1、性能要求、性能要求n高高温温下下良良好好的的综综合合力力学学性能。性能。n抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。n高高的的淬淬透透性性和和良良好好的的导导热性。热性。7.4 7.4 合

43、金工具钢合金工具钢热镦模热镦模凸缘模凸缘模7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢 2 2、常用钢种、常用钢种 热锻模钢热锻模钢 5CrNiMo 5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMon前者用于大型热锻模，后前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。者用于中小型热锻模。n成分特点、合金元素作用成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。及热处理同调质钢。n使用状态下的组织使用状态下的组织:S:S回回型板压铸模型板压铸模压铸工艺压铸工艺 压铸模钢压铸模钢n典型钢号是典型钢号是3Cr2W8V,3Cr2W8V,为过共析钢为过共析钢.n中碳中碳(0.30.4%C),(0.30.4%C),合金元素作用同高

44、速钢。合金元素作用同高速钢。WW、CrCr提提高抗热疲劳性能高抗热疲劳性能.n淬火淬火+回火后组织：回火后组织：M M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量)7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢汽车四缸压铸模汽车四缸压铸模7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺n制造各种量具用钢。如制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、千分尺、卡尺、块规、塞规等。塞规等。7.4.3 7.4.3 量具钢量具钢渐开线花键环渐开线花键环规、塞规规、塞规矩形花键环矩形花键环规、塞规规、塞规光面量规光面量规 1 1、性能要求、性能要求 高硬度和耐

45、磨性。高硬度和耐磨性。高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。足够的韧性。足够的韧性。7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢量块量块l两者用于两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具。滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具。不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。2 2、量具用钢、量具用钢 低碳钢渗碳、低碳钢渗碳、中碳钢外表淬火中碳钢外表淬火 碳素工具钢、低合碳素工具钢、低合金工具钢金工具钢 7.4 7.4 合金工具钢合金工具钢量规量规 下限温度淬火及冷处

46、理。目下限温度淬火及冷处理。目的是减少的是减少AA。长时间低温时效，以消除内长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。应力，降低马氏体的正方度。3 3、量具钢的热处理特点、量具钢的热处理特点 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。7.5 7.5 特殊性能钢特殊性能钢 特特殊殊性性能能钢钢是是指指具具有有特特殊殊物物理理、化化学学性能的钢。性能的钢。本本节节只只介介绍绍不不锈锈钢、耐热钢和耐磨钢。钢、耐热钢和耐磨钢。化工管道化工管道的腐蚀的腐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n化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。化学腐蚀是指金属在

47、非电解质中的腐蚀。n电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电化学腐蚀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。电流参与作用的腐蚀。l在在腐腐蚀蚀介介质质中中具具有有耐蚀性能的钢。耐蚀性能的钢。l 金属的腐蚀金属的腐蚀l分分为为化化学学腐腐蚀蚀和和电电化学腐蚀。化学腐蚀。7.5.1 7.5.1 不锈钢不锈钢7.5 7.5 特殊性能钢特殊性能钢n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。ZnZnZn-Cu原电池示意图原电池示意图珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图电解液电解液l工业兴旺国家每年金属腐蚀工业兴旺国家每年金属腐蚀造成的直接经济

48、损失占造成的直接经济损失占GNPGNP的的4%4%左右。中国每年腐蚀左右。中国每年腐蚀的损失至少到的损失至少到400400亿元以上亿元以上.防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施：n获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。n提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。n使外表形成致密的钝化膜。使外表形成致密的钝化膜。7.5 7.5 特殊性能钢特殊性能钢 不锈钢中合金元素的作用不锈钢中合金元素的作用 1 1、低碳：碳高，则降低耐蚀性。、低碳：碳高，则降低耐蚀性。2 2、CrCr：是提高耐蚀性的主要元素：是提高耐蚀性的主要元素n形成稳定致密的形成稳定致密的CrCr2 2O O3 3氧化膜。氧化膜。

49、nCrCr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。n提高基体电极电位提高基体电极电位(n/8(n/8规律规律)。3 3、NiNi：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。4 4、MoMo：耐有机酸腐蚀。：耐有机酸腐蚀。5 5、Ti,Nb:Ti,Nb:防止奥氏体钢晶间腐蚀。防止奥氏体钢晶间腐蚀。奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出析出晶间腐蚀晶间腐蚀n晶间腐蚀是由于晶间腐蚀是由于CrCr2323C C6 6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近CrCr含量含量降到降到12%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

50、腐蚀。n加加 Ti Ti、NbNb则先于则先于CrCr与与C C形成不易溶于奥氏体的碳化物形成不易溶于奥氏体的碳化物,防止晶界贫防止晶界贫CrCr。7.5 7.5 特殊性能钢特殊性能钢304不锈钢不锈钢消火栓消火栓齿轮架齿轮架晶间腐晶间腐蚀破坏蚀破坏不锈钢棒不锈钢棒 常用不锈钢常用不锈钢 1 1、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢n主要是主要是Cr13Cr13型不锈钢型不锈钢 钢号为钢号为1Cr134Cr131Cr134Cr13n随随含含碳碳量量提提高高，强强度度、硬度提高，耐蚀性下降硬度提高，耐蚀性下降.1Cr13 1Cr13、2Cr132Cr13n热处理热处理:淬火淬火+高温回火高温回火n使用状态