工程材料第4讲金属材料01

1、 第四章第四章 常用常用金属材料金属材料 1.1. 教学要求教学要求： 本讲是课程的重点，要求掌握：本讲是课程的重点，要求掌握： 钢和铸铁的分类，牌号表示，各类钢的性能特点，热处理特钢和铸铁的分类，牌号表示，各类钢的性能特点，热处理特 点及应用。点及应用。 铝及其合金，铜及其合金，滑铝及其合金，铜及其合金，滑 动轴承合金的分类，性能特点及其应动轴承合金的分类，性能特点及其应 用；用； 能根据零件的性能要求，合理能根据零件的性能要求，合理 选择相应的金属材料选择相应的金属材料. 2. 教学时数教学时数： 10 4 4 .1 .1 工业用钢概述工业用钢概述 碳钢碳钢（含碳量（含碳量 2.112.1

2、1 FeFeC C合金合金) ) 钢钢 合金钢合金钢（碳钢碳钢+ +合金元素熔炼而成的钢）合金元素熔炼而成的钢） 4.1.1.4.1.1. 钢中杂质钢中杂质 合金元素合金元素（Metal elements,Me）: 为改善性能而有为改善性能而有 目的加入的化学目的加入的化学 元素。元素。 杂质：杂质：不是人为加入和期不是人为加入和期 望而存在于钢铁中的元素或望而存在于钢铁中的元素或 化合物化合物 钢中常见的杂质有锰、硅、钢中常见的杂质有锰、硅、 硫、磷硫、磷 等。等。 1.1. 硫的影响硫的影响 S S以以FeSFeS的形式存在于钢中，的形式存在于钢中，FeSFeS与与FeFe形成形成 （Fe

3、+FeSFe+FeS）共晶，其熔点仅）共晶，其熔点仅985985， 在锻造过程（加热温度在在锻造过程（加热温度在1050105012001200） （ Fe+FeSFe+FeS）共晶熔化而产生热裂（称为）共晶熔化而产生热裂（称为热脆热脆 性性），因此，），因此， 钢中含硫量均钢中含硫量均0.050.05 合金晶界的低熔点硫化物共晶合金晶界的低熔点硫化物共晶 2. 2. 磷的影响磷的影响： 磷磷 在钢中能溶于铁在钢中能溶于铁 素体，固溶强化效果很素体，固溶强化效果很 强，而使塑韧性急剧降强，而使塑韧性急剧降 低，低， 在冷塑性变形（如板在冷塑性变形（如板 冲压）产生脆裂冲压）产生脆裂（冷脆（冷脆

4、 性）性） 钢中含磷量均钢中含磷量均0.0450.045 比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生 冷脆性于冷脆性于19381938年冬发生断裂坠入河中年冬发生断裂坠入河中 3 3、气体元素、气体元素 N N：室温下室温下N N在铁素体中溶在铁素体中溶 解度很低，钢中过饱和解度很低，钢中过饱和N N在常温在常温 放置过程中以放置过程中以FeNFeN、FeFe4 4N N形式析形式析 出使钢变脆出使钢变脆, , 称称时效脆化时效脆化. . 加加TiTi、V V、AlAl等元素可使等元素可使N N固定，固定， 消除时效倾向。消除时效倾向。 O O：氧在钢中以氧化物的形氧在钢

5、中以氧化物的形 式存在，其与基体结合力弱，式存在，其与基体结合力弱， 不易变形，易成为疲劳裂纹源不易变形，易成为疲劳裂纹源. . 钢中钢中TiN夹杂夹杂 钢中氧化物夹杂钢中氧化物夹杂 H：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原 子态溶解时，降低韧性，引起子态溶解时，降低韧性，引起氢脆氢脆。 当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微 裂纹，其内壁为白色，称裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂白点或发裂。 4.1.2.4.1.2.合金元素改善钢的力学性能合金元素改善钢的力学性能 图、合金元素对

6、钢的力学性能的影响图、合金元素对钢的力学性能的影响 合金元素在钢中的分布形式合金元素在钢中的分布形式 碳化物形成元素碳化物形成元素 非碳化物形成元素非碳化物形成元素 Ti.V.W.Mo.Cr.MnTi.V.W.Mo.Cr.Mn. . Si.Al.Ni.BSi.Al.Ni.B 作用作用 26 Fe 3d64S 形成合金形成合金 碳化物碳化物 形成合金形成合金 铁素体铁素体 合金钢强化的原因合金钢强化的原因： a.a.固溶强化固溶强化 b.b.第二相强化第二相强化 c.c.细化晶化细化晶化 （碳化物阻碍奥氏体晶粒（碳化物阻碍奥氏体晶粒 长大）长大） 提高钢的强韧性提高钢的强韧性 4.1.3. 钢的

7、分类及牌号表示钢的分类及牌号表示 u按用途分按用途分: : 工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆用钢建筑、桥梁、船舶、车辆用钢 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 易切削钢易切削钢 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 钢钢 挤压模具挤压模具 钢钢 类类 碳碳 素素 钢钢合合 金金 钢钢 P PS SP PS S 普通质量钢普通质量钢0.0450.0450.0450.0450.0450.0450.0450.045 优优 质质 钢钢0.0350.0350.

8、0350.0350.0350.0350.0350.035 高级优质钢高级优质钢0.0300.0300.0300.0300.0250.0250.0250.025 特级优质钢特级优质钢0.0250.0250.0200.0200.0250.0250.0150.015 u按冶金质量分按冶金质量分: : 钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 分为分为普通质量钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢普通质量钢、优质钢、高级优质钢、特级优质钢. . 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： 4.1.34.1.3. . 钢的分类及牌号表

9、示钢的分类及牌号表示 2.2.牌号表示：牌号表示： （1 1）结构钢）结构钢 a. a. 碳钢碳钢 以以“钢中平均含碳量的万倍钢中平均含碳量的万倍”编号编号 例：例： 0.400.40C C的钢，的钢， 牌号为牌号为 4040钢钢 b.b.合金结构钢合金结构钢 “钢中平均含碳量的万倍钢中平均含碳量的万倍 + Me+ Me符号及含量的百倍符号及含量的百倍 + + ” Me Me含量的标注：含量的标注： 1.51.5 不标出，不标出， 1.51.52.42.4标标2 2， （2 2）工具钢和不锈钢）工具钢和不锈钢 a a、碳素工具钢、碳素工具钢 T+T+钢中平均含碳量的千倍钢中平均含碳量的千倍（高

10、级优质（高级优质+A)+A) 例：例：T12 T12 b b、合金工具钢和不锈钢、合金工具钢和不锈钢 钢中平均含碳量的千倍钢中平均含碳量的千倍+Me+Me符号及含量的百倍符号及含量的百倍+ + 其中，钢中含碳量其中，钢中含碳量1.01.0不标含碳量，不标含碳量， 高速钢高速钢（1010MeMe的高合金钢且的高合金钢且CrCr：4 4）不标含碳量不标含碳量。 例：例：9SiCr CrWMn. W18Cr4V（高速钢，（高速钢，4Cr） 4Cr13（不锈钢，含（不锈钢，含Cr量量13）。 SummarySummary 钢号前有两个位数为结构钢钢号前有两个位数为结构钢， 如如 40Cr40Cr， 钢

11、号前有一个位数和没有数的，钢号前有一个位数和没有数的， 如如 9SiCr,CrWMn,W18Cr4V.9SiCr,CrWMn,W18Cr4V. 如如 2Cr13,1Cr18Ni92Cr13,1Cr18Ni9 4.2 结构钢结构钢 4.2 4.2 结构钢结构钢 4.2.1.4.2.1.工程结构钢工程结构钢 1 1、性能特点：、性能特点： 强度低强度低 主要用于静载主要用于静载 塑性高塑性高 便于成型，便于成型， C C和和MeMe含量越低，塑性越高含量越低，塑性越高 焊接性好焊接性好 便于施焊，便于施焊， C C和和MeMe含量越低，含量越低， 可焊性越高可焊性越高 南京长江大桥南京长江大桥 压

12、力容器压力容器 (1)(1)普通结构钢普通结构钢 牌号：牌号： Q+Q+钢的屈服极限（钢的屈服极限（MPaMPa）+ +质量等级（质量等级（A-DA-D） Q195 Q275Q195 Q275（共五种）（共五种） 进一号逢 20 桁架结构桁架结构 4.2 结构钢结构钢 4.2.1.工程结构钢工程结构钢 2、成分特点：、成分特点： 低碳、低碳、 低合金含量低合金含量 (2)(2)低合金结构钢低合金结构钢 低合金结构钢普通结构钢低合金结构钢普通结构钢(Q235)+Me(Q235)+Me（3.03.0 常用合金元素：常用合金元素：MnMn、V V、TiTi。 合金元素的作用合金元素的作用： 强化铁素

13、体，细化晶粒，增加碳化物相对量强化铁素体，细化晶粒，增加碳化物相对量。 因此，因此，低合金结构钢的强度比低合金结构钢的强度比Q235Q235高高4040至一倍至一倍。 3、主要应用、主要应用 框架结构，建筑结构，压力容器等框架结构，建筑结构，压力容器等 使用状态使用状态：不热处理或正火，或去应：不热处理或正火，或去应 力退火，对特殊要求的零件可进行淬火力退火，对特殊要求的零件可进行淬火 4.2.2 4.2.2 优质结构钢优质结构钢： 1,1,渗碳钢渗碳钢 (1)(1)性能特点性能特点（以齿轮为例） 通过渗碳-淬火实现 c.c.高冲击韧性高冲击韧性 d.d.高淬透性高淬透性 * *表层高硬度，高

14、耐磨性表层高硬度，高耐磨性, ,心部高韧性心部高韧性 高接触疲劳强度 高硬度，高耐磨性 . . b a (1)(1)成分特点成分特点 低碳，低碳，0.150.150.200.20C C 保证零件心部高韧性保证零件心部高韧性 CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi 形成合金碳化物，保证形成合金碳化物，保证 渗碳过程细化晶粒渗碳过程细化晶粒 MnMn、NiNi、B B 提高淬透性。提高淬透性。 (2)(2)常用钢常用钢： 20 20 、20Cr20Cr（一般要求（一般要求) ) 20MnVB( 20MnVB(代用钢）代用钢） 20CrMnTi20CrMnTi、 20CrMnMo 20CrMn

15、Mo 等等 柴油机柴油机 凸轮轴凸轮轴 （3 3）应用：）应用：齿轮、凸轮、活塞销等。齿轮、凸轮、活塞销等。 渗碳零件的工艺流程：渗碳零件的工艺流程： 毛坯锻造毛坯锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+ +低温低温 回火回火精加工精加工 增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴 表层表层：高碳回火：高碳回火M + M + 碳化物碳化物 + Ar+ Ar 硬度：硬度：606062HRC62HRC 心部心部：淬透时淬透时 低碳低碳M M回回 硬度：硬度： 40HRC 40HRC ； 未淬透时未淬透时 F + S F + S 硬度：硬度： 20HRC20HRC 预备热处理预备热处理：正火：正火 最终热处理最

16、终热处理： 渗碳渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火 热处理特点热处理特点 2 2、调质钢、调质钢 （1 1）性能特点）性能特点 a a 高强度高强度以抵抗扭转和弯曲变以抵抗扭转和弯曲变 b b 高韧性高韧性以抵抗振动和冲击以抵抗振动和冲击 要求：要求：具有具有高的综合力学性能高的综合力学性能 单缸汽车曲轴单缸汽车曲轴 （2） 成分特点成分特点 中碳：中碳：0.250.250.50.5C -C -高的综合力学性能高的综合力学性能 SiSi、MnMn、CrCr、NiNi、B B提高淬透性提高淬透性 CrCr、V V细化晶粒细化晶粒 （3）常用钢）常用钢 一般要求一般要求 4040，4545，

17、40Cr40Cr 较高要求较高要求 35CrMo 42CrMo 40CrNi 40CrNiMo35CrMo 42CrMo 40CrNi 40CrNiMo 无无Cr,NiCr,Ni代用钢代用钢: 40MnB 40MnVB 42Mn2V: 40MnB 40MnVB 42Mn2V （4 4）热处理特点）热处理特点 调质处理调质处理 组织：组织：回火索氏体回火索氏体 硬度硬度 HRC25-32HRC25-32 调质钢加工工艺流程调质钢加工工艺流程： a a、轴杆类零件、轴杆类零件：如连杆，曲轴，连杆螺栓等如连杆，曲轴，连杆螺栓等 锻造锻造正火正火机加工机加工调质调质精加工精加工检验检验 组织：组织：回

18、火索氏体（回火索氏体（HRC25-32HRC25-32） 调质件（螺杆）调质件（螺杆） b b、齿轮，轴颈等要求表面耐磨零件、齿轮，轴颈等要求表面耐磨零件 锻造锻造-正火正火-机加工机加工-调质调质-精加工精加工 - -表面淬火表面淬火+ +低温回火低温回火-检验检验 组织组织：表层：回火马氏体（表层：回火马氏体（HRC54-58HRC54-58） 心部：回火索氏体（心部：回火索氏体（HRC25-32HRC25-32） 柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴 3 3、弹簧钢、弹簧钢 （1 1）性能特点）性能特点 高弹性极限，高疲劳极限高弹性极限，高疲劳极限 （2 2）成分特点）成分特点： 中高碳中高碳 0.

19、50.50.70.7（合金钢），（合金钢）， 0.60.60.90.9（碳钢）（碳钢） SiSi强化铁素体，提高弹性极限强化铁素体，提高弹性极限 SiSi、MnMn提高淬透性提高淬透性 CrCr、MoMo、W W提高高温强度提高高温强度 （高温弹簧高温弹簧所必须）所必须） 3 3、弹簧钢、弹簧钢 （3 3）常用钢）常用钢： 一般有求一般有求 6565，7575，65Mn, 65Mn, 较高要求较高要求 55Si2Mn, 60Si2Mn.55Si2Mn, 60Si2Mn. 高温弹簧钢高温弹簧钢 50CrMo, 50CrV50CrMo, 50CrV （4）热处理特点）热处理特点： 淬火淬火+中温回

20、火。中温回火。 组织组织：回火托氏体（：回火托氏体（HRC40-50） （5）应用）应用： 弹性元件，弹性元件， 要求高韧性、高耐磨性的零件、要求高韧性、高耐磨性的零件、 工具，如铲刀，刀剪等。工具，如铲刀，刀剪等。 汽车弹簧汽车弹簧 汽车板簧汽车板簧 大型热卷弹簧大型热卷弹簧 热卷大弹簧热卷大弹簧 弹簧丝弹簧丝 60Si2Mn 60Si2Mn 制汽车板簧工艺路线：制汽车板簧工艺路线： 扁钢剪断扁钢剪断机械加工机械加工( (倒角钻孔等倒角钻孔等)加热压弯加热压弯淬火中温回火淬火中温回火喷丸喷丸 轴承钢主要制造滚动轴承滚动体轴承钢主要制造滚动轴承滚动体( (滚珠、滚柱、滚针滚珠、滚柱、滚针) )

21、、 内外套圈等，属内外套圈等，属专用结构钢专用结构钢。 化学成分上属于化学成分上属于高碳合金钢高碳合金钢，也用于制造精密量具、冷，也用于制造精密量具、冷 冲模、机床丝杠等耐磨件。冲模、机床丝杠等耐磨件。 滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承 滚柱轴承滚柱轴承 4 4、滚动轴承钢、滚动轴承钢 l轴承工作时轴承工作时, , 承受接触应力承受接触应力( (达达3000-3000- 3500MPa)3500MPa)、周期性交变载荷、周期性交变载荷( (频率达数万频率达数万 次次/ /分分) )和摩擦。和摩擦。 l 高的接触疲劳强度和抗压强度；高的接触疲劳强度和抗压强度； l 高硬度和耐磨性；高硬度和耐磨性

22、； l 足够的弹性极限及冲击韧性；足够的弹性极限及冲击韧性； l 高的淬透性；高的淬透性； l 高的耐蚀性；高的耐蚀性； （1）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 (2)(2)成分特点和常用牌号成分特点和常用牌号 高硬度，高耐磨性高硬度，高耐磨性 高碳高碳0.95-1.100.95-1.10C C 高耐蚀性高耐蚀性 0.4-1.650.4-1.65CrCr 高接触疲劳强度高接触疲劳强度 严格控制有害元素和夹杂物严格控制有害元素和夹杂物。 ： GCr15 GCr15 (G +(G +含含 CrCr量的千倍量的千倍) ) GCr15SiMnGCr15SiM

23、n (Si(Si、MnMn提高淬透性，提高淬透性， 用于大型轴承用于大型轴承) ) 推力球轴承推力球轴承 滚针滚针 轴承轴承 (3)(3) 应用应用： 滚动轴承、刀具、模具、量具滚动轴承、刀具、模具、量具 工艺路线工艺路线 组织与性能组织与性能 (1)(1) 球状珠光体球状珠光体 180180220HBS 220HBS (2) (2) 回火马氏体回火马氏体+ +碳化物碳化物 HRC60HRC6064 64 球状珠光体球状珠光体 正常淬火组织正常淬火组织 5 5、易切削钢、易切削钢 ( fee cutting steel )( fee cutting steel ) 牌号表示：牌号表示： Y+Y

24、+平均含碳的万倍平均含碳的万倍 如如Y20 Y40Ca Y20 Y40Ca 成分特点成分特点： S: Ws = 0.080.3% 切屑易断；减摩、润滑切屑易断；减摩、润滑 Pb: WPb=0.150.25% 破坏连续性，减摩破坏连续性，减摩 P: 0.15% 溶于溶于F使之变脆使之变脆 切屑易断切屑易断 Ca: 微量微量 减摩减摩 润滑润滑 应用：应用： 切削量大、力学性能要求不高切削量大、力学性能要求不高 的工件，的工件， 在碳钢中加入合金元素，使在碳钢中加入合金元素，使 之成为切削加工性能良好的钢，之成为切削加工性能良好的钢， 称为易切削结构钢。称为易切削结构钢。 高切削性能的特征高切削性

25、能的特征：切削抗力小，：切削抗力小， 排屑（断屑）容易，刀具寿命长，排屑（断屑）容易，刀具寿命长， 工件表面粗糙度低。工件表面粗糙度低。 铸钢铸钢 件件 5 5吨大齿轮铸件 吨大齿轮铸件 6 6、铸造碳钢、铸造碳钢 ZG + ZG + 两组数字两组数字 例：例：ZG200-400ZG200-400 第一组数字为屈服强度第一组数字为屈服强度200 MPa200 MPa， 第二组数字为抗拉强度第二组数字为抗拉强度400MPa400MPa。 4.3 4.3 工具钢工具钢 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 模具模具 4.34.3工具钢工具钢 4.3.1.4.3.1.

26、工具钢的特点工具钢的特点 （除热作模具钢外）（除热作模具钢外） 1 1、性能特点、性能特点 高硬度，高耐磨性高硬度，高耐磨性 HRC60HRC60 合金工具钢制品合金工具钢制品 碳化物越多，越细，分布碳化物越多，越细，分布 越均匀，硬度、耐磨性越越均匀，硬度、耐磨性越 高高 因此，工具钢均高碳，因此，工具钢均高碳， 高碳化物形成元素，高碳化物形成元素，CrCr、MoMo、 W W、V V等等 高热硬性高热硬性 热硬性：热硬性：工具钢经适当热处理后，在达到红热温度时仍工具钢经适当热处理后，在达到红热温度时仍 能保持高硬度的特性能保持高硬度的特性 . . 如加入如加入MoMo、W W、V V、Co

27、Co可提高钢的热硬性可提高钢的热硬性 一定强韧性一定强韧性：细化晶粒细化晶粒 高淬透性高淬透性：如加入如加入CrCr、MnMn、SiSi。 2 2、成分特点、成分特点： 三高：三高： 含碳量高含碳量高（0.70.7C C，），） 合金元素含量高合金元素含量高 纯度高纯度高 S S、P P均均0.030.030.020.02 均属均属。 切削加工切削加工 3 3、锻造及热处理特点、锻造及热处理特点 工具生产工艺流程；工具生产工艺流程； 锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火+ +低温回火低温回火精加工精加工 *锻造比锻造比 镦粗镦粗 Y = 拔长拔长 Y= Y= 锻前截面积 锻后截面积 锻

28、后截面积 锻前截面积 W18Cr4VW18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织 （1）锻造）锻造 目的：成型，细化碳化细（打目的：成型，细化碳化细（打 碎）碎） 要求：低合金工具钢：要求：低合金工具钢：锻造比锻造比 （Y）4 高合金工具钢：高合金工具钢：Y6 （2 2）球化退火球化退火 目目 的：的： 消除应力，降低硬度，改善切削消除应力，降低硬度，改善切削 性能，为淬火作好组织准备性能，为淬火作好组织准备 工工 艺艺： AcAc1 1+20+203030保温保温 A A1 120203030等温等温 组组 织织: : 球状珠光体球状珠光体 硬硬 度度 200200250HBS250HBS 平衡组

29、织平衡组织球化组织球化组织 含含1.4%C1.4%C钢的组织钢的组织 a.a.淬火淬火+ +低温回火低温回火(180(180200200回火回火) )， 组织组织: :回火马氏体回火马氏体+ +碳化物碳化物+A+A， b.b.淬火淬火+ +高温回火高温回火（510510550550回火）：回火）： 组织组织: :回火马氏体回火马氏体+ +碳化物碳化物+A+A， （3）淬火）淬火+回火回火 4.3.2.4.3.2.常用工具钢常用工具钢 1 1、碳素工具钢、碳素工具钢 T7T7T13 T13 用于工作温度用于工作温度250250的工具的工具 T7-T9T7-T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲

30、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。 木工凿木工凿 木工钻木工钻 T10T11T10T11：制造低速切削工具，如钻头、锯条、车刀等。：制造低速切削工具，如钻头、锯条、车刀等。 T12T13T12T13：制造耐磨工具，如锉刀、丝锥等：制造耐磨工具，如锉刀、丝锥等。 丝锥丝锥 锉刀锉刀 手锯条手锯条 钻头钻头 4.3.2.4.3.2.常用工具钢常用工具钢 2 2、低合金工具钢、低合金工具钢：9SiCr, 9Mn2V, 9SiCr, 9Mn2V, CrWMnCrWMn 用于工作温度用于工作温度350350的工具的工具 3 3、高速钢、高速钢：W18Cr4V W6Mo

31、5Cr4V2W18Cr4V W6Mo5Cr4V2等等 用于工作温度用于工作温度550550的工具的工具 车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头 板牙板牙 预热预热 分级淬火分级淬火 低温回火低温回火 9SiCr9SiCr钢板牙热处理工艺曲线钢板牙热处理工艺曲线 低合金工具钢的淬透性和耐磨性明显高于碳素工具钢，变形小，主低合金工具钢的淬透性和耐磨性明显高于碳素工具钢，变形小，主 要用于制造截面尺寸较大、几何形状较复杂、加工精度要求较高、要用于制造截面尺寸较大、几何形状较复杂、加工精度要求较高、 切削速度不太高的薄刃刀具。切削速度不太高的薄刃刀具。 高速钢的热处理高速钢的热处理 W18Cr4VW18Cr4V钢淬

32、火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织 高速钢铣高速钢铣 刀刀 4 4、冷作模具钢、冷作模具钢 工作条件工作条件 工作时承受很大的压力、工作时承受很大的压力、 弯曲力、冲击载荷和摩弯曲力、冲击载荷和摩 擦。主要失效形式是磨擦。主要失效形式是磨 损损 常用钢常用钢 Cr12 Cr12MoV Cr12 Cr12MoV 等。用等。用 于制造大型模具于制造大型模具。 汽车冲压模具汽车冲压模具 5 5、热作模具钢、热作模具钢 5CrNiMo 5CrMnMo 5CrNiMo 5CrMnMo 用于用于 制造热锻模制造热锻模 . . 热处理热处理 组织组织 性能性能 热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯 5 5、热作模

33、具钢、热作模具钢 3Cr2W8V3Cr2W8V 用于制造压铸模具用于制造压铸模具 . . 热处理热处理 组织组织 性能性能 高锰钢水韧处理组织高锰钢水韧处理组织 浇铸铸件浇铸铸件 4.4 4.4 特殊性能钢特殊性能钢 不锈钢不锈钢( stainless steel ) ( stainless steel ) 1Cr13 1Cr13 、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti 耐热钢耐热钢( heat resistant steel ) ( heat resistant steel ) 4Cr9Si24Cr9Si2 耐磨钢耐磨钢( wear resistant steel ) ( wear re

34、sistant steel ) ZGMn13ZGMn13 特殊性能钢是指具有特殊物理化学性能并可在特殊环境下特殊性能钢是指具有特殊物理化学性能并可在特殊环境下 工作的钢，工作的钢，如不锈钢、耐热钢、耐磨钢及低温用钢等。如不锈钢、耐热钢、耐磨钢及低温用钢等。 4.4.14.4.1不锈钢不锈钢 1 1、金属腐蚀的概念、金属腐蚀的概念 化学腐蚀化学腐蚀 金属腐蚀金属腐蚀 电化学腐蚀电化学腐蚀 实验得出：实验得出：两电池电位差越两电池电位差越 大，微电池数目越多，金属大，微电池数目越多，金属 腐蚀速度越快。腐蚀速度越快。 Zn Zn Zn-CuZn-Cu原电池示意图原电池示意图 珠光体腐蚀示意图珠光体

35、腐蚀示意图 电解液电解液 2 2、金属抗腐蚀的途径、金属抗腐蚀的途径 (1) (1) 获得单相组织获得单相组织降低碳含量，降低碳含量， 减少形成碳化物，尽量消除微电池。减少形成碳化物，尽量消除微电池。 (2) (2) 提高阳极的电极电位提高阳极的电极电位，缩小两缩小两 电极电位差。加入电极电位差。加入1313Cr,Cr,钢的阳极的电极钢的阳极的电极 电位可由电位可由-0.56V-0.56V提高到提高到0.12V0.12V。 因此，因此，不锈钢含铬量均不锈钢含铬量均1313。 (3) (3) 形成致密保护性氧化膜形成致密保护性氧化膜, ,如如 AlAl2 2O O3 3 Cr Cr2 2O O3

36、 3 3 3、常用不锈钢、常用不锈钢 （1 1）马氏体型（）马氏体型（Cr13Cr13型）不锈钢型）不锈钢 1Cr13. 2Cr13. 1Cr13. 2Cr13. 代替结构钢代替结构钢 热处理：热处理：10501050油淬油淬 + 600+ 600780780回火回火 组织组织：回火索氏体。：回火索氏体。 3Cr13. 4Cr13.3Cr13. 4Cr13.代替工具钢代替工具钢 热处理：热处理：10501050油淬油淬 + 200+ 200300300回火回火 组织组织：回火马氏体：回火马氏体 HRC50HRC50左右。左右。 应用应用：工具，弹簧，轴承，医疗器械：工具，弹簧，轴承，医疗器械

37、不锈钢刀不锈钢刀 （2 2）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢 （ CrCrNiNi不锈钢不锈钢 18188 8型）型） 1818CrCr钝化钝化 9 9NiNi扩大奥氏体区扩大奥氏体区 空冷室温组织：空冷室温组织：单相奥氏体单相奥氏体 a.a.常用钢常用钢 OCr18Ni9 1Cr18Ni9 OCr18Ni9Ti OCr18Ni9 1Cr18Ni9 OCr18Ni9Ti （加（加TiTi抑制（抑制（Fe,CrFe,Cr）4 4C C的析出的析出 大型化工储罐大型化工储罐 b.热处理热处理： 固溶处理固溶处理：10501150水水 冷，抑制碳化物析出冷，抑制碳化物析出 消除应力回火消除应力回火：冷加工

38、后冷加工后 300350回火，减小应力腐蚀回火，减小应力腐蚀 倾向。倾向。 （3 3）铁素体不锈钢）铁素体不锈钢 加入加入 17173030Cr. CrCr. Cr缩小奥氏体区，缩小奥氏体区， 钝化，含钝化，含CrCr量越高，耐蚀性越高。量越高，耐蚀性越高。 常用钢常用钢： Cr17-Cr30Cr17-Cr30型型. . 主要应用于食品机械，主要应用于食品机械， 化工机械化工机械 硝酸生产装置硝酸生产装置 铁素体不铁素体不 锈钢制品锈钢制品 4.4.2 耐热钢耐热钢 1.1.定义定义: :在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。在高温下具有抗氧化性和高温强度的特殊钢。 如制造高压锅炉、汽轮机、

39、内燃机等的构件。如制造高压锅炉、汽轮机、内燃机等的构件。 2、性能要求、性能要求 抗氧化性抗氧化性 ( ( 热稳定性热稳定性 ) ) 高温强度高温强度 ( ( 热强性）热强性） 蠕变强度蠕变强度 持久强度持久强度 2 2、 性能要求性能要求 （1 1）高的抗氧化性）高的抗氧化性 钢中钢中加入加入CrCr、SiSi、AlAl可形可形 成致密稳定的氧化膜，阻成致密稳定的氧化膜，阻 碍氧进一步扩散，提高抗碍氧进一步扩散，提高抗 氧化性氧化性。 航空发动机航空发动机 （2）高的热强性）高的热强性 热强性是指金属在高温热强性是指金属在高温 下的强度下的强度. 指标为指标为蠕变强度蠕变强度和和持久持久 强

40、度强度。 蠕变（蠕变（Creep）指金属指金属 在高温低于在高温低于s的应力下的应力下 所发生的极其缓慢的塑所发生的极其缓慢的塑 性变形性变形. 提高高温强度的途径提高高温强度的途径: : 固溶强化；固溶强化； 析出强化；析出强化； 晶界强化晶界强化 高温合金中高温合金中 的的 析出相析出相 高温合金中高温合金中 的弯曲晶界的弯曲晶界 裂纹中止于裂纹中止于 晶界颗粒状析出物晶界颗粒状析出物 3.热强钢：热强钢： （1）珠光体热强钢）珠光体热强钢 （工作温度（工作温度500) 12CrMo. 12Cr1MoV.正正 火、用于管道、容器等火、用于管道、容器等 35CrMo. 25Cr2MoV. 调

41、质、用于紧固件、轴调质、用于紧固件、轴 类、叶轮等。类、叶轮等。 涡轮机机壳涡轮机机壳 钢制法兰钢制法兰 3.3.热强钢热强钢： （2 2）马氏体型热强钢）马氏体型热强钢 （工作温度（工作温度600600） Cr13Cr13型基础上添加型基础上添加 Mo.V.SiMo.V.Si. . 常用钢常用钢 4Cr9Si2. 4Cr10Si2Mo4Cr9Si2. 4Cr10Si2Mo. . 热处理热处理：98098010801080淬淬 火火 + 650+ 650700700回火回火 应用应用：发动机气阀，气门：发动机气阀，气门 弹簧弹簧有气阀钢之称有气阀钢之称 航空发动机航空发动机 汽车汽车 阀门阀门

42、 3.热强钢热强钢 （3 3）奥氏体不锈钢）奥氏体不锈钢 （ CrCrNiNi不锈钢不锈钢 18188 8型）型） 1Cr18Ni9 OCr18Ni9Ti 1Cr18Ni9 OCr18Ni9Ti 气轮机叶片气轮机叶片 过热器管排过热器管排 过热器集箱过热器集箱 4.4.3 4.4.3 耐磨钢耐磨钢 -高锰钢高锰钢 成分成分：11111414Mn(MnMn(Mn扩大奥扩大奥 氏体区，降低氏体区，降低MsMs点点),0.9),0.91.31.3C C， （MncMnc= 10= 101212） 常用钢常用钢 ZGMn13.ZGMn13. 球磨机衬球磨机衬 板板 挖掘机铲齿挖掘机铲齿 铁路辙岔铁路辙岔 破碎机牙板破碎机牙板 4.4.3 4.4.3 耐磨钢耐磨钢 -高锰钢高锰钢 铸造组织铸造组织： + + +（FeFe，MnMn）3 3C C 热处理热处理：1000100011