金属工艺学9(第6章2)

1、山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 药械教研室药械教研室 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 6.3 6.3 合金钢合金钢 为改善钢的组织、性能，在冶炼时特意 加入合金元素的钢。 合金元素在钢中的作用 经常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、 Ni、Mo、W、Ti、B、Al、Nb、Zr等。 1.强化固溶强化细化晶粒 2.稳定组织，细化晶粒 3.提高淬透性 4.提高抗氧化和耐蚀能力 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCAT

2、IONAL COLLEGE 一、一、合金钢的分类合金钢的分类 1.按合金元素含量分类按合金元素含量分类 低合金钢（合金元素总量低于5%） 中合金钢（合金元素总量为5%10%） 高合金钢（合金元素总量高于10%） 2.按合金元素种类分类按合金元素种类分类 铬钢（Cr-Fe-C) 铬镍钢（Cr-Ni-Fe-C) 锰钢（Mn-Fe-C) 硅锰钢（Si-Mn-Fe-C) 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 3.按用途分类按用途分类 合金结构钢建筑、工程结构和各种 机械零件 合金工具钢各种刀具、工具和模 具 特殊性能钢特殊物理、化学或

3、力 学性能要求 4.按金相组织分类按金相组织分类 珠光体钢 马氏体钢 铁素体钢 奥氏体钢 莱氏体钢 碳化物钢 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 二二、合金钢的编号、性能和主要用途合金钢的编号、性能和主要用途 牌号首部用数字标明碳质量分数。规定结构钢牌号首部用数字标明碳质量分数。规定结构钢 以万分之一为单位的数字（两位数）、工具钢和特以万分之一为单位的数字（两位数）、工具钢和特 殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表殊性能钢以千分之一为单位的数字（一位数）来表 示碳质量分数，而工具钢的碳质量分数超过示碳质量分数，而工具

4、钢的碳质量分数超过1%时，时， 碳质量分数不标出。碳质量分数不标出。 在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学符在表明碳质量分数数字之后，用元素的化学符 号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数号表明钢中主要合金元素，质量分数由其后面的数 字标明，平均质量分数少于字标明，平均质量分数少于1.5%时不标数，平均质时不标数，平均质 量分数为量分数为1.5%2.49%、2.5%3.49%时，相时，相 应地标以应地标以2、3。 合金结构钢合金结构钢40Cr，平均碳质量分数为，平均碳质量分数为0.40%， 主要合金元素主要合金元素Cr的质量分数在的质量分数在1.5%以下。以下。 山东药品食品职业学院

5、SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 合金工具钢合金工具钢5CrMnMo，平均碳质量分数为，平均碳质量分数为 0.5%，主要合金元素，主要合金元素Cr、Mn、Mo的质量分数的质量分数 均在均在1.5%以下。以下。 专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明。专用钢用其用途的汉语拼音字首来标明。 如如：滚动轴承：滚动轴承钢，在钢号前标以钢，在钢号前标以“G”。 GCr15表示碳质量分数约表示碳质量分数约1.0%、铬质量分数约、铬质量分数约 1.5%（这是一个特例，铬质量分数以千分之一（这是一个特例，铬质量分数以千分之一 为单位的数字表示）为单位的数字表示）的

6、滚动轴承的滚动轴承钢。钢。 Y40Mn，表示碳质量分数为，表示碳质量分数为0.4%、锰质量、锰质量 分数少于分数少于1.5%的易切削钢等等。的易切削钢等等。 对于高级优质钢，则在钢的末尾加对于高级优质钢，则在钢的末尾加“A”字字 表明，例如表明，例如20Cr2Ni4A等。等。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE （一）（一）合金结构钢合金结构钢 用于制造重要工程结构和机器零件的合用于制造重要工程结构和机器零件的合 金钢称为合金结构钢。主要有低合金高强度金钢称为合金结构钢。主要有低合金高强度 结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合

7、金弹结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹 簧钢、滚珠轴承钢。簧钢、滚珠轴承钢。 1.低合金结低合金结构钢构钢 a.用途用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、 高压容器、输油输气管道、大型钢结构等高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 容器 船舶 车辆桥梁 储气罐 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE b.成分特点成分特点 （1）低碳：由于韧性、焊接性和冷成形）低碳：由于韧性、焊接性

8、和冷成形 性能的要求高，其碳质量分数不超过性能的要求高，其碳质量分数不超过0.20%。 （2）加入以锰为主的合金元素。加入以锰为主的合金元素。 （3）加入铌、钛或钒等辅加元素：少量加入铌、钛或钒等辅加元素：少量 的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物，的铌、钛或钒在钢中形成细碳化物或碳氮化物， 有利于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度有利于获得细小的铁素体晶粒和提高钢的强度 和韧性。和韧性。 此外，加入少量铜（此外，加入少量铜（0.4%）和磷（）和磷（0.1% 左右）等，可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土左右）等，可提高抗腐蚀性能。加入少量稀土 元素，可以脱硫、去气，使钢材净化，改善韧元素，可以

9、脱硫、去气，使钢材净化，改善韧 性和工艺性能。性和工艺性能。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE c.常用低合金高强度结构钢常用低合金高强度结构钢 Q345（16Mn）是我国低合金高强钢中用量最多、是我国低合金高强钢中用量最多、 产量最大的钢种。使用状态的组织为细晶粒的铁素体产量最大的钢种。使用状态的组织为细晶粒的铁素体 珠光体，强度比普通碳素结构钢珠光体，强度比普通碳素结构钢Q235约高约高20%30%， 耐大气腐蚀性能高耐大气腐蚀性能高20%38%。 Q420（15MnVN）中等级别强度钢中使用最多中等级别强度钢中使用最

10、多 的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性也较的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性也较 好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。 强度级别超过强度级别超过500MPa后，铁素体和珠光体组织难后，铁素体和珠光体组织难 以满足要求，于是发展了低碳贝氏体钢。加入以满足要求，于是发展了低碳贝氏体钢。加入Cr、Mo、 Mn、B等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体组织，等元素，有利于空冷条件下得到贝氏体组织， 使强度更高，塑性、焊接性能也较好，多用于高压锅使强度更高，塑性、焊接性能也较好，多用于高压锅 炉、高压容器等。炉、高压容器等。 山东药品食

11、品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 2、合金调质钢 .用途用途 合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和合金调质钢广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和 其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、 螺栓等。螺栓等。 齿轮曲轴 汽车万向节连杆 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE .性能要求性能要求 调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要调质件大多承受多种工作载荷，受力情况比较复杂，要 求高的综合机械性能，即具

12、有高的强度和良好的塑性、韧性。求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。 合金调质钢还要求有很好的淬透性。但不同零件受力情况不同合金调质钢还要求有很好的淬透性。但不同零件受力情况不同， 对对淬透性的要求不一样。淬透性的要求不一样。 c.成分特点成分特点 中碳：碳质量分数一般在中碳：碳质量分数一般在0.25%0.50%之间，以之间，以 0.4%居居多；多； 加入提高淬透性的元素加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等：这些合金等：这些合金 元素除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。元素除了提高淬透性外，还能形成合金铁素体，提高钢的强度。 如调质处理后的如调质处理后的

13、40Cr钢的性能比钢的性能比45钢的性能高很多；钢的性能高很多； 加入防止第二类回火脆性的元素：含加入防止第二类回火脆性的元素：含Ni、Cr、Mn的合的合 金调质钢，高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。在钢中加金调质钢，高温回火慢冷时易产生第二类回火脆性。在钢中加 入入Mo、W可以防止第二类回火脆性，其适宜含量：可以防止第二类回火脆性，其适宜含量：Mo的质量的质量 分数为分数为0.15%0.30%，或，或W的质量分数为的质量分数为0.8%1.2%。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE c.钢种及牌号钢种及牌号 40Cr低淬透

14、性合金调质钢，油淬临界低淬透性合金调质钢，油淬临界 直径为直径为30mm40mm，用于制造一般尺寸，用于制造一般尺寸 的重要零件。的重要零件。 35CrMo中淬透性合金调质钢，油淬临中淬透性合金调质钢，油淬临 界直径为界直径为40mm60mm，加入钼不仅可提，加入钼不仅可提 高淬透性，而且可防止第二类回火脆性。高淬透性，而且可防止第二类回火脆性。 40CrNiMo高淬透性合金调质钢，油淬高淬透性合金调质钢，油淬 临界直径为临界直径为60mm100mm，铬镍钢中加入，铬镍钢中加入 适当的钼，不但具有好的淬透性，还可消除适当的钼，不但具有好的淬透性，还可消除 第二类回火脆性。第二类回火脆性。 山东

15、药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 3、合金渗碳钢 a. 用途 主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮， 内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。这类零 件在工作中遭受强烈的摩擦磨损，同时又承受较 大的交变载荷，特别是冲击载荷。 拨叉变速齿轮 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE b.性能要求性能要求 表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐表面渗碳层硬度高，以保证优异的耐 磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性磨性和接触疲劳抗力，同时具有适当的塑性 和韧性。和韧性。 心部具

16、有高的韧性和足够高的强度。心部具有高的韧性和足够高的强度。 心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下心部韧性不足时，在冲击载荷或过载作用下 容易断裂；强度不足时，则较脆的渗碳层易容易断裂；强度不足时，则较脆的渗碳层易 碎裂、剥落。碎裂、剥落。 有良好的热处理工艺性能有良好的热处理工艺性能在高的渗在高的渗 碳温度（碳温度（900950）下，奥氏体晶粒）下，奥氏体晶粒 不易长大，并有良好的淬透性。不易长大，并有良好的淬透性。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE c.成分特点成分特点 低碳：碳低碳：碳质量分数质量分数一般为一般为0.

17、10% 0.25%，使零件心部有足够的塑性和韧性。，使零件心部有足够的塑性和韧性。 加入提高淬透性的合金元素：常加加入提高淬透性的合金元素：常加 入入Cr、Ni、Mn、B等。等。 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： 主要加入少量强碳化物形成元素主要加入少量强碳化物形成元素Ti、V、W、 Mo等，形成稳定的合金碳化物。等，形成稳定的合金碳化物。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE d.钢种及牌号 钢种及牌号 20Cr低淬透性合金渗碳钢。淬透性较低淬透性合金渗碳钢。淬透性较 低，心部强度较低。低，心部强

18、度较低。 20CrMnTi中淬透性合金渗碳钢。淬透中淬透性合金渗碳钢。淬透 性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比性较高、过热敏感性较小，渗碳过渡层比 较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。较均匀，具有良好的机械性能和工艺性能。 18Cr2Ni4WA和和20Cr2Ni4A高淬透性合高淬透性合 金渗碳钢。含有较多的金渗碳钢。含有较多的Cr、Ni等元素，淬等元素，淬 透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击透性很高，且具有很好的韧性和低温冲击 韧性。韧性。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 4、合、合金弹簧钢金弹簧钢 .用途用途 合

19、金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用 于制造各种弹簧和弹性元件。于制造各种弹簧和弹性元件。 弹簧拉力弹簧 离合器弹簧 蝶形弹簧 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE .性能要求性能要求 高的弹性极限高的弹性极限e，尤其是高的屈强，尤其是高的屈强 比比s/b以保证弹簧有足够高的弹性变形能以保证弹簧有足够高的弹性变形能 力和较大的承载能力。力和较大的承载能力。 高的疲劳强度高的疲劳强度r，以防止在震动和交，以防止在震动和交 变应力作用下产生疲劳断裂。变应力作用下产生疲劳断裂。 足够的塑性和韧性，以免受

20、冲击时足够的塑性和韧性，以免受冲击时 脆断。脆断。 此外，弹簧钢还要求有较好的淬透性，此外，弹簧钢还要求有较好的淬透性， 不易脱碳和过热，容易绕卷成形等。一些特不易脱碳和过热，容易绕卷成形等。一些特 殊弹簧钢还要求耐热性、耐蚀性等。殊弹簧钢还要求耐热性、耐蚀性等。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE .成分特点成分特点 中、高碳中、高碳高的屈强比要求弹簧钢的碳高的屈强比要求弹簧钢的碳 含量比调质钢高，碳的质量分数一般为含量比调质钢高，碳的质量分数一般为 0.50%0.70%。碳含量过高时，塑性、韧性。碳含量过高时，塑性、韧性

21、 降低，疲劳抗力也下降。降低，疲劳抗力也下降。 加入以加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元为主的提高淬透性的元 素，素，Si和和Mn同时也提高了屈强比。重要用途同时也提高了屈强比。重要用途 的弹簧钢还必须加入的弹簧钢还必须加入Cr、V、W等元素。等元素。 此外，弹簧的冶金质量对疲劳强度有很此外，弹簧的冶金质量对疲劳强度有很 大的影响，所以弹簧钢均为优质钢或高级优大的影响，所以弹簧钢均为优质钢或高级优 质钢。质钢。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE .钢种和牌号钢种和牌号 65Mn和和60Si2Mn以以Si、Mn为主要合为主

22、要合 金元素的弹簧钢。这类钢的价格便宜，淬透金元素的弹簧钢。这类钢的价格便宜，淬透 性明显优于碳素弹簧钢，性明显优于碳素弹簧钢，Si、Mn的复合合金的复合合金 化，性能比只用化，性能比只用Mn的好得多。这类钢主要的好得多。这类钢主要 用于汽车、拖拉机上的板簧和螺旋弹簧。用于汽车、拖拉机上的板簧和螺旋弹簧。 50CrVA含含Cr、V、W等元素的弹簧等元素的弹簧 钢。钢。Cr、V复合合金化，不仅大大提高钢的复合合金化，不仅大大提高钢的 淬透性，而且还提高钢的高温强度、韧性和淬透性，而且还提高钢的高温强度、韧性和 热处理工艺性能。这类钢可制作在热处理工艺性能。这类钢可制作在350 400温度下承受重

23、载的较大弹簧。温度下承受重载的较大弹簧。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE .加工、热处理与性能加工、热处理与性能 弹簧按加工和热处理可分为两类：弹簧按加工和热处理可分为两类： 热成形弹簧热成形弹簧用热轧钢丝或钢板制成，用热轧钢丝或钢板制成， 然后淬火和中温（然后淬火和中温（450550）回火，）回火， 获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度获得回火屈氏体组织，具有很高的屈服强度 和弹性极限，并有一定的塑性和韧性，一般和弹性极限，并有一定的塑性和韧性，一般 用来制作为较大型的弹簧。用来制作为较大型的弹簧。 冷成形弹簧冷成形

24、弹簧小尺寸弹簧一般用冷拔小尺寸弹簧一般用冷拔 弹簧钢丝（片）卷成。弹簧钢丝（片）卷成。 为了提高弹簧的疲劳寿命，目前还广泛为了提高弹簧的疲劳寿命，目前还广泛 采用喷丸强化处理。采用喷丸强化处理。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 5、滚动轴承钢 .用途用途 主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、主要用来制造滚动轴承的滚动体（滚珠、滚柱、 滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。从化学成滚针）、内外套圈等，属专用结构钢。从化学成 分上看它属于工具钢，所以也用于制造精密量具、分上看它属于工具钢，所以也用于制造精密量具、 冷冲模、

25、机床丝杠等耐磨件。冷冲模、机床丝杠等耐磨件。 滚珠滚珠轴承 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE .性能要求性能要求 高的接触疲劳强度：轴承元件如滚珠高的接触疲劳强度：轴承元件如滚珠 与套圈，运动时为点或线接触，接触处的与套圈，运动时为点或线接触，接触处的 压应力高达压应力高达1500MPa5000MPa；应力交；应力交 变易造成接触疲劳破坏，产生麻点或剥落，变易造成接触疲劳破坏，产生麻点或剥落， 所以轴承钢疲劳强度应很高。所以轴承钢疲劳强度应很高。 高的硬度和耐磨性：硬度一般为高的硬度和耐磨性：硬度一般为 62HRC64HR

26、C。 足够的韧性和淬透性。足够的韧性和淬透性。 此外，还要求在大气和润滑介质中有此外，还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。一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE .成分特点成分特点 高碳高碳碳质量分数一般为碳质量分数一般为0.95%1.10%，以，以 保证其高硬度、高耐磨性和高强度。保证其高硬度、高耐磨性和高强度。 铬为基本合金元素铬为基本合金元素铬提高淬透性；形成合铬提高淬透性；形成合 金渗碳体金渗碳体(Fe,Cr)3C呈细密、均匀分布，提高钢的呈细密、均匀分布，提

27、高钢的 耐磨性耐磨性,特别是疲劳强度。适宜的铬质量分数为特别是疲劳强度。适宜的铬质量分数为 0.40%1.65%。 加入硅、锰、钒等加入硅、锰、钒等Si、Mn进一步提高淬透进一步提高淬透 性，便于制造大型轴承。性，便于制造大型轴承。V部分溶于奥氏体中，部部分溶于奥氏体中，部 分形成碳化物分形成碳化物VC，提高钢的耐磨性并防止过热。，提高钢的耐磨性并防止过热。 高的冶金质量高的冶金质量轴承钢中非金属夹杂和碳化轴承钢中非金属夹杂和碳化 物的不均匀性对钢的性能尤其是接触疲劳强度影物的不均匀性对钢的性能尤其是接触疲劳强度影 响很大。因此，轴承钢一般采用电炉冶炼和真空响很大。因此，轴承钢一般采用电炉冶炼

28、和真空 去气处理。去气处理。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE .钢种和牌号钢种和牌号 铬轴承钢最常用的是铬轴承钢最常用的是GCr15。使用。使用 量占轴承钢的绝大部分。量占轴承钢的绝大部分。 添加添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢的轴承钢 在铬轴承钢中加入在铬轴承钢中加入Si、Mn可提高淬透性，可提高淬透性， 如如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。为了节等。为了节 铬，加入铬，加入Mo、V可得到无铬轴承钢，如可得到无铬轴承钢，如 GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能与等，其性能与 GCr15相近。

29、相近。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE （二）（二）合金工具钢合金工具钢 工具钢按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢，工具钢按用途分为刃具钢、模具钢和量具钢， 但实际应用界限并非绝对。但实际应用界限并非绝对。 1.合金刃具钢合金刃具钢 主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、 铣刀、钻头等。铣刀、钻头等。 铣刀英制模板刀 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE a.性能要求性能要求 刃具切削时受工件的压力，刃部与切屑之间产生

30、刃具切削时受工件的压力，刃部与切屑之间产生 强烈的摩擦；由于切削发热，刃部温度可达强烈的摩擦；由于切削发热，刃部温度可达500 600；此外，还承受一定的冲击和震动。因此对刃；此外，还承受一定的冲击和震动。因此对刃 具钢提出如下基本性能要求：具钢提出如下基本性能要求： 高硬度高硬度金属切削刀具的硬度一般都在金属切削刀具的硬度一般都在60HRC 以上。以上。 高耐磨性高耐磨性不仅取决于钢的硬度，而且与钢中不仅取决于钢的硬度，而且与钢中 硬化物的性质、数量、大小和分布有关。硬化物的性质、数量、大小和分布有关。 高热硬性高热硬性热硬性是指钢在高温下保持高硬度热硬性是指钢在高温下保持高硬度 的能力（亦

31、称红硬性）。热硬性与钢的回火稳定性和的能力（亦称红硬性）。热硬性与钢的回火稳定性和 特殊碳化物的弥散析出有关。特殊碳化物的弥散析出有关。 足够的塑性和韧性足够的塑性和韧性以防刃具受冲击震动时折以防刃具受冲击震动时折 断和崩刃。断和崩刃。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE c.成分特点成分特点 （1）低合金刃具钢低合金刃具钢 最高工作温度不超过最高工作温度不超过300。 高碳：碳质量分数为高碳：碳质量分数为0.9%1.1%，以，以 保证高硬度和高耐磨性。保证高硬度和高耐磨性。 加入加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素：等合

32、金元素： Cr、Mn、Si主要是提高钢的淬透性，主要是提高钢的淬透性，Si 还能提高钢的回火稳定性；还能提高钢的回火稳定性； W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加能提高硬度和耐磨性，并防止加 热时过热，保持细小的晶粒。热时过热，保持细小的晶粒。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE （2）高速钢高速钢高速钢是高合金刃具钢，具有很高高速钢是高合金刃具钢，具有很高 的热硬性，高速切削中刃部温度达的热硬性，高速切削中刃部温度达600时，其硬度时，其硬度 无明显下降。无明显下降。 高碳：碳质量分数在高碳：碳质量分数在0.70%以上，最高

33、可达以上，最高可达 1.5%左右，它一方面要保证能与左右，它一方面要保证能与W、Cr、V等形成足等形成足 够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于够数量的碳化物；另一方面还要有一定数量的碳溶于 奥氏体中，以保证马氏体的高硬度。奥氏体中，以保证马氏体的高硬度。 加入加入Cr、W、Mo、V等合金元素：等合金元素： Cr提高淬透性。提高淬透性。 W、Mo保证高的热硬性。保证高的热硬性。W、Mo成的碳化物成的碳化物 在在500600温度范围内非常稳定，从而使钢具有温度范围内非常稳定，从而使钢具有 良好的热硬性。良好的热硬性。 V提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。 山东药品食品职业学院

34、SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE d.钢种及牌号钢种及牌号 （1）低合金刃具钢）低合金刃具钢典型钢种为典型钢种为9SiCr。 加工过程加工过程球化退火、机加工，然后淬火和低温球化退火、机加工，然后淬火和低温 回火。热处理后的组织为回火马氏体、碳化物和少回火。热处理后的组织为回火马氏体、碳化物和少 量残余奥氏体。量残余奥氏体。 （2）高速钢高速钢W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2钢钢 W18Cr4V钢的热硬性较好钢的热硬性较好,热处理时的脱碳和热处理时的脱碳和 过热倾向较小。而过热倾向较小。而W6Mo5Cr4V2钢的耐磨性、热塑钢的耐磨性、热塑

35、 性和韧性较好。性和韧性较好。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 2.合金模具钢合金模具钢 合合金模具钢按其用途分为冷作模具钢和金模具钢按其用途分为冷作模具钢和 热作模具钢两大类。热作模具钢两大类。 模具 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE （1）冷作模具钢冷作模具钢 A.用途用途冷模具用于制造各种冷冲模、冷冷模具用于制造各种冷冲模、冷 镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过 200300。 B.性能要求性能要求

36、冷模具工作时承受很大的压冷模具工作时承受很大的压 力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。主要失效形式力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。主要失效形式 是磨损，也常出现崩刃、断裂和变形等失效现是磨损，也常出现崩刃、断裂和变形等失效现 象。因此，冷模具钢应具有以下基本性能：象。因此，冷模具钢应具有以下基本性能： 高硬度，一般为高硬度，一般为58HRC62HRC； 高耐磨性；高耐磨性； 足够的韧性和疲劳抗力；足够的韧性和疲劳抗力； 热处理变形小。热处理变形小。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE C.成分特点成分特点 高碳高碳碳质量分数多在碳质量分

37、数多在1.0%以上，个以上，个 别甚至达到别甚至达到2.0%，以保证高的硬度和高耐，以保证高的硬度和高耐 磨性。磨性。 加入加入Cr、Mo、W、V等合金元素形等合金元素形 成难熔碳化物，提高耐磨性，尤其是成难熔碳化物，提高耐磨性，尤其是Cr。 典型钢种是典型钢种是Cr12型钢，铬的含量高达型钢，铬的含量高达12%。 铬与碳形成铬与碳形成M7C3型碳化物，能极大提高钢型碳化物，能极大提高钢 的耐磨性，铬还显著提高钢的淬透性。的耐磨性，铬还显著提高钢的淬透性。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE D.钢种和牌号钢种和牌号 9Mn

38、2V、9SiCr、CrWMn要求不高的要求不高的 冷模具用低合金刃具钢制造。冷模具用低合金刃具钢制造。 Cr12大型冷模具用钢，热处理变形很大型冷模具用钢，热处理变形很 小，制造重载和形状复杂的模具。小，制造重载和形状复杂的模具。 冷挤压模工作时受力很大，条件苛刻，冷挤压模工作时受力很大，条件苛刻， 选用基体钢（成分与高速钢基体相同）或马选用基体钢（成分与高速钢基体相同）或马 氏体时效钢制造。氏体时效钢制造。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE (2)热作模具钢热作模具钢 A.用途用途热作模具钢用于制造各种热锻模、热压热作模

39、具钢用于制造各种热锻模、热压 模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达 600以上。以上。 B.性能要求性能要求热模具工作时承受很大的冲击载荷、热模具工作时承受很大的冲击载荷、 强烈的摩擦、剧烈的冷热循环所引起的不均匀热应变强烈的摩擦、剧烈的冷热循环所引起的不均匀热应变 和热应力，以及高温氧化、出现崩裂、塌陷、磨损、和热应力，以及高温氧化、出现崩裂、塌陷、磨损、 龟裂等失效形式。因此热模具钢的主要性能要求是：龟裂等失效形式。因此热模具钢的主要性能要求是： 高的热硬性和高温耐磨性；高的热硬性和高温耐磨性； 高的抗氧化性能；高的抗氧化性能； 高的

40、热强性和足够的韧性，尤其是受冲击较大高的热强性和足够的韧性，尤其是受冲击较大 的热锻模钢；的热锻模钢； 高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏；高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏； 由于热模具一般较大，所以还要求热模具钢有由于热模具一般较大，所以还要求热模具钢有 高的淬透性和导热性。高的淬透性和导热性。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE C.成分特点成分特点 中碳中碳碳质量分数一般为碳质量分数一般为0.3%0.6%， 以保证高强度、高韧性、较高的硬度（以保证高强度、高韧性、较高的硬度（35 HRC52HRC）和较高的热疲劳抗力。）和较

41、高的热疲劳抗力。 加入较多的提高淬透性的元素加入较多的提高淬透性的元素Cr、Ni、 Mn、Si等等Cr是提高淬透性的主要元素，同时是提高淬透性的主要元素，同时 和和Ni一起提高钢的回火稳定性。一起提高钢的回火稳定性。Ni在强化铁素在强化铁素 体的同时还增加钢的韧性，并与体的同时还增加钢的韧性，并与Cr、Mo一起一起 提高钢的淬透性和耐热疲劳性能。提高钢的淬透性和耐热疲劳性能。 加入产生二次硬化的加入产生二次硬化的Mo、W、V等元等元 素，素，Mo还能防止第二类回火脆性，提高高温还能防止第二类回火脆性，提高高温 强度和回火稳定性。强度和回火稳定性。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRU

42、G AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE D.钢种和牌号钢种和牌号 5CrMnMo、5CrNiMo及及5CrMnSiMoV对韧对韧 性要求高而热硬性要求不太高的热锻模。性要求高而热硬性要求不太高的热锻模。 3Cr2W8V、4Cr5MoVSi热强性更好的大型热强性更好的大型 锻压模或压铸模。锻压模或压铸模。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 3.量具用钢 A.用途用途 量具用钢用于制造各种量测工具，如卡尺、量具用钢用于制造各种量测工具，如卡尺、 千分尺、螺旋测微仪、块规、塞规等。千分尺、螺旋测微仪、块规、塞

43、规等。 螺纹规 游标卡尺千分尺 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE B.性能要求性能要求 量具在使用过程中要求测量精度高，不能因磨损或量具在使用过程中要求测量精度高，不能因磨损或 尺寸不稳定影响测量精度，对其性能的主要要求是尺寸不稳定影响测量精度，对其性能的主要要求是: (1)高硬度（大于高硬度（大于56HRC）和高耐磨性；）和高耐磨性； (2)高尺寸稳定性高尺寸稳定性热处理变形要小，在存放和使用热处理变形要小，在存放和使用 过程中，尺寸不发生变化。过程中，尺寸不发生变化。 C.成分特点成分特点 量具用钢的成分与低合金刃具钢

44、相同，即为高碳量具用钢的成分与低合金刃具钢相同，即为高碳 （0.9%1.5%）和加入提高淬透性的元素）和加入提高淬透性的元素Cr、W、Mn 等。等。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE D.量具用钢量具用钢 尺寸小、形状简单、精度较低的量具，选用高碳钢尺寸小、形状简单、精度较低的量具，选用高碳钢 制造；复杂的精密量具一般选用低合金刃具钢；精度要制造；复杂的精密量具一般选用低合金刃具钢；精度要 求高的量具选用求高的量具选用CrMn、CrWMn、GCr15等制造。等制造。 CrWMn钢钢淬透性较高，淬火变形小，主要用于制淬透性较

45、高，淬火变形小，主要用于制 造高精度且形状复杂的量规和块规。造高精度且形状复杂的量规和块规。 GCr15钢钢耐磨性、尺寸稳定性较好，多用于制造耐磨性、尺寸稳定性较好，多用于制造 高精度块规、螺旋塞头、千分尺。高精度块规、螺旋塞头、千分尺。 9Cr18、4Cr13在腐蚀介质中使用的量具。在腐蚀介质中使用的量具。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE E.热处理特点热处理特点 关键在于减少变形和提高尺寸稳定性。因此，在淬火关键在于减少变形和提高尺寸稳定性。因此，在淬火和和 低温低温回火时要采取措施提高组织的稳定性。回火时要采取措施

46、提高组织的稳定性。 (1)在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度，以减少残在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度，以减少残 余奥氏体。余奥氏体。 (2)淬火后立即进行淬火后立即进行-70-80的冷处理，使残余奥的冷处理，使残余奥 氏体氏体尽可能地转变为马氏体，然后进行低温回火。尽可能地转变为马氏体，然后进行低温回火。 (3)精度要求高的量具，在淬火、冷处理和低温回火后，精度要求高的量具，在淬火、冷处理和低温回火后， 尚需进行尚需进行120130，几小时至几十小时的时效处理，使，几小时至几十小时的时效处理，使 马氏体正方度降低、残余奥氏体稳定和消除残余应力。马氏体正方度降低、残余奥氏体稳定和消除残余

47、应力。 为为了保证量具的精度，必须正确选材和采用正确的热处理了保证量具的精度，必须正确选材和采用正确的热处理 工工艺。例如高精度块规，是作为校正其它量具的长度标准，要艺。例如高精度块规，是作为校正其它量具的长度标准，要 求求有极好的尺寸稳定性。因此常采用有极好的尺寸稳定性。因此常采用GCr15(或或CrWMn)钢制造。钢制造。 其其热处理工艺较复杂。经过处理的块规，一年内每热处理工艺较复杂。经过处理的块规，一年内每10mm长度长度 的的尺寸变量不超过尺寸变量不超过0.1m0.2m。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE GCr

48、15钢块规热处理工艺曲线 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE (三三)特殊性能钢特殊性能钢 1.不锈钢不锈钢 不锈钢是指在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀不锈钢是指在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀 性的钢种。性的钢种。 （1）用途及性能要求用途及性能要求 不锈钢在石油、化工、原子能、宇航、海洋开不锈钢在石油、化工、原子能、宇航、海洋开 发、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得发、国防工业和一些尖端科学技术及日常生活中都得 到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵，到广泛应用，例如化工装置中的各种管道、阀门和泵， 热

49、裂设备零件，医疗手术器械，防锈刃具和量具等。热裂设备零件，医疗手术器械，防锈刃具和量具等。 对不锈钢的性能要求最主要的是耐蚀性。此外，对不锈钢的性能要求最主要的是耐蚀性。此外， 制作工具的不锈钢还要求高硬度、高耐磨性；制作重制作工具的不锈钢还要求高硬度、高耐磨性；制作重 要结构零件时，要求高强度；某些不锈钢则要求有较要结构零件时，要求高强度；某些不锈钢则要求有较 好的加工性能。好的加工性能。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE （2）成分特点成分特点 碳含量碳含量耐蚀性要求愈高，碳含量应愈耐蚀性要求愈高，碳含量应愈 低。大多

50、数不锈钢的碳质量分数为低。大多数不锈钢的碳质量分数为0.1% 0.2%。对碳质量分数要求较高（。对碳质量分数要求较高（0.85% 0.95%）的不锈钢应相应地提高铬含量。）的不锈钢应相应地提高铬含量。 加入最主要的合金元素铬加入最主要的合金元素铬 铬能提高钢基体的电极电位。随铬含量铬能提高钢基体的电极电位。随铬含量 的增加，钢的电极电位急剧升高。铬在氧化的增加，钢的电极电位急剧升高。铬在氧化 性介质（如水蒸气、大气、海水、氧化性酸性介质（如水蒸气、大气、海水、氧化性酸 等）中极易钝化，生成致密的氧化膜、使钢等）中极易钝化，生成致密的氧化膜、使钢 的耐蚀性大大提高。的耐蚀性大大提高。 山东药品食

51、品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 加入镍加入镍可获得单相奥氏体组织，显著可获得单相奥氏体组织，显著 提高耐蚀性；或形成奥氏体提高耐蚀性；或形成奥氏体+铁素体组织，通铁素体组织，通 过热处理，提高钢的强度。过热处理，提高钢的强度。 加入钼、铜等加入钼、铜等Cr在非氧化性酸（如盐在非氧化性酸（如盐 酸、稀硫酸和碱溶液等）中的钝化能力差，加酸、稀硫酸和碱溶液等）中的钝化能力差，加 入入Mo、Cu等元素，可提高钢在非氧化性酸中等元素，可提高钢在非氧化性酸中 的耐蚀能力。的耐蚀能力。 加入钛、铌等加入钛、铌等Ti、Nb能优先同碳形成能优先同碳

52、形成 稳定碳化物，使稳定碳化物，使Cr保留在基体中，避免晶界贫保留在基体中，避免晶界贫 铬，从而减轻钢的晶界腐蚀倾向。铬，从而减轻钢的晶界腐蚀倾向。 加入锰、氮等加入锰、氮等部分代镍以获得奥氏体部分代镍以获得奥氏体 组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀组织，并能提高铬不锈钢在有机酸中的耐蚀性。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE （3）常用不锈钢）常用不锈钢 不锈钢按正火状态的组织可分为马氏体不锈不锈钢按正火状态的组织可分为马氏体不锈 钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢。钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢和双相不锈钢。

53、 马氏体不锈钢马氏体不锈钢 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等，因铬的质等，因铬的质 量分数大于量分数大于12%，它们都有足够的耐蚀性，但因只，它们都有足够的耐蚀性，但因只 用铬进行合金化，只在氧化性介质中耐蚀，在非用铬进行合金化，只在氧化性介质中耐蚀，在非 氧化性介质中不能达到良好的钝化，耐蚀性很低。氧化性介质中不能达到良好的钝化，耐蚀性很低。 碳含量低的碳含量低的1Cr13、2Cr13钢耐蚀性较好，且有较钢耐蚀性较好，且有较 好的机械性能，好的机械性能，3Cr13、4Cr13钢因碳含量增加，钢因碳含量增加， 强度和耐磨性提高，但耐蚀性降低。强度和耐磨性提高，但耐蚀性降低。 山

54、东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 不锈钢船用螺旋桨 不锈钢剪刀 铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 1Cr17、1Cr17Ti等，这类钢的铬质量分数为等，这类钢的铬质量分数为 17%30%，碳质量分数低于，碳质量分数低于0.15%，为单相铁素体组，为单相铁素体组 织，耐蚀性比织，耐蚀性比Cr13型钢更好。这类钢在退火或正火状型钢更好。这类钢在退火或正火状 态下使用，强度较低、塑性很好，可用形变强化提高态下使用，强度较低、塑性很好，可用形变强化提高 强度。主要用作耐蚀性要求很高而强度要求不高的构强度。主要用作耐蚀性要求很高而强度要求

55、不高的构 件，例如化工设备、容器和管道等。件，例如化工设备、容器和管道等。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢 Cr18Ni9型（即型（即18-8型不锈钢），这类不锈钢碳含型不锈钢），这类不锈钢碳含 量很低（约量很低（约0.1%），耐蚀性很好。钢中常加入），耐蚀性很好。钢中常加入Ti或或Nb， 以防止晶间腐蚀。这类钢强度、硬度低，无磁性，以防止晶间腐蚀。这类钢强度、硬度低，无磁性，塑塑 性、韧性和耐蚀性均较性、韧性和耐蚀性均较Cr13型不锈钢更好。一般利用型不锈钢更好。一般利用 形变强化提高强度

56、，其形变强化能力比铁素体型不锈形变强化提高强度，其形变强化能力比铁素体型不锈 钢要强。可采用固溶处理进一步提高奥氏体型不锈钢钢要强。可采用固溶处理进一步提高奥氏体型不锈钢 的耐蚀性。的耐蚀性。 1Cr18Ni9Ti不锈钢表带 不锈钢容器 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 2.耐热钢耐热钢 耐热钢是指在高温下具有高的热化学稳定性和热耐热钢是指在高温下具有高的热化学稳定性和热 强性的特殊钢。强性的特殊钢。 （1）用途及性能要求用途及性能要求 用于制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中用于制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中

57、的零部件。要求在高温下具有良好的抗蠕变和抗断裂的零部件。要求在高温下具有良好的抗蠕变和抗断裂 的能力，良好的抗氧化能的能力，良好的抗氧化能 力、必要的韧性以及优良力、必要的韧性以及优良 的加工性能。具有较好的的加工性能。具有较好的 抗高温氧化性能和高温强抗高温氧化性能和高温强 度（热强性）。度（热强性）。 燃气轮机 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE 抗氧化性抗氧化性 抗氧化性是指金属在高温下的抗氧化能力，抗氧化性是指金属在高温下的抗氧化能力， 其在很大程度上取决于金属氧化膜的结构和性其在很大程度上取决于金属氧化膜的结构和性

58、 能。提高钢的抗氧化性的最有效的方法是加入能。提高钢的抗氧化性的最有效的方法是加入 Cr、Si、Al等元素，它们能形成致密和稳定的等元素，它们能形成致密和稳定的 尖晶石类型结构的氧化膜。尖晶石类型结构的氧化膜。 热强性热强性热强性是指钢在高温下的强度。热强性是指钢在高温下的强度。 在高温下钢的强度较低，当受一定应力作用时，在高温下钢的强度较低，当受一定应力作用时， 发生变形量随时间而逐渐增大的现象发生变形量随时间而逐渐增大的现象-蠕变。蠕变。 金属在高温下强度降低，主要是扩散加快和晶金属在高温下强度降低，主要是扩散加快和晶 界强度下降的结果。提高高温强度最重要的办界强度下降的结果。提高高温强度

59、最重要的办 法是合金化。法是合金化。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE （ （2）成分特点）成分特点 耐热钢中不可缺少的合金元素是耐热钢中不可缺少的合金元素是Cr、Si 或或Al，特别是，特别是Cr。它们的加入，提高钢的抗。它们的加入，提高钢的抗 氧化性，氧化性，Cr还有利于热强性。还有利于热强性。Mo、W、V、 Ti等元素加入钢中，能形成细小弥散的碳化等元素加入钢中，能形成细小弥散的碳化 物，起弥散强化的作用，提高室温和高温强物，起弥散强化的作用，提高室温和高温强 度。碳是扩大度。碳是扩大相区的元素，对钢有强化作相区的元

60、素，对钢有强化作 用。但碳质量分数较高时，由于碳化物在高用。但碳质量分数较高时，由于碳化物在高 温下易聚集，使高温强度显著下降；同时，温下易聚集，使高温强度显著下降；同时， 碳也使钢的塑性、抗氧化性、焊接性能降低，碳也使钢的塑性、抗氧化性、焊接性能降低， 所以，耐热钢的碳质量分数一般都不高。所以，耐热钢的碳质量分数一般都不高。 山东药品食品职业学院 SHANDONG DRUG AND FOOD VOCATIONAL COLLEGE （3）钢种及加工、热处理特点）钢种及加工、热处理特点 根据热处理特点和组织的不同耐热钢根据热处理特点和组织的不同耐热钢 分为铁素体型、奥氏体型、马氏体型和沉分为铁素