金属学第11章

1、第十一章 工 业 用 钢 工业用钢工业用钢 工业用钢按工业用钢按化学成分化学成分可分为可分为碳素钢碳素钢和和合金钢合金钢两大类。碳钢是指碳的质量分数为两大类。碳钢是指碳的质量分数为0.02180.02182.11%2.11%的铁碳合金，并含有少量的锰、硅、硫、磷等杂的铁碳合金，并含有少量的锰、硅、硫、磷等杂质。这些杂质的量太多时会影响到钢的性质。以质。这些杂质的量太多时会影响到钢的性质。以下就各种杂质对钢的影响加以说明。下就各种杂质对钢的影响加以说明。 MnMn普通钢中大抵含普通钢中大抵含0.2%0.8%Mn。 工具钢中的工具钢中的Mn含量过多时含量过多时，容易使钢发生淬容易使钢发生淬火裂痕，

2、所以火裂痕，所以Mn含量在含量在0.2%0.4%之范围內最为之范围內最为适当。但是软钢的适当。但是软钢的Mn含量略多较好。含量略多较好。 SiSiSiSi固溶在铁素体內。固溶在铁素体內。SiSi会使晶粒变粗。会使晶粒变粗。通常钢中的通常钢中的SiSi含量在含量在0.3%0.3%以下，这种程度以下，这种程度的含量对钢的性质沒有多大的影响。的含量对钢的性质沒有多大的影响。 PP通常钢中的含量约在通常钢中的含量约在0.06%0.06%以下。以下。P P为钢为钢的常温脆性的常温脆性(cold shortness)(cold shortness)的主因。它的主因。它的含量，通常的含量，通常工具工具钢钢限

3、制在限制在0.025%0.025%以下，以下，半硬半硬钢钢在在0.04%0.04%以下，以下，软钢软钢在在0.06%0.06%以下。以下。 一、钢的分类与编号一、钢的分类与编号 （一）钢的新分类方法（一）钢的新分类方法 从从19911991年起，实施了新的钢分类方法年起，实施了新的钢分类方法（GB/T133041991GB/T133041991），它是参照国际标准制），它是参照国际标准制订的。订的。 SS钢的杂质当中钢的杂质当中S S的影响最为不良。的影响最为不良。S S为钢为钢的高温脆性（的高温脆性（red or hot shortnessred or hot shortness）的原因。）

4、的原因。工具钢或者需要热处理之钢料工具钢或者需要热处理之钢料的的S S含量须在含量须在0.03%0.03%以下，以下，软钢软钢须在须在0.05%0.05%以下。以下。其它杂质其它杂质钢中还含有钢中还含有CuCu、O O2 2、N N2 2、H H2 2等杂等杂质。质。 按化学成分分类按化学成分分类 （二）钢的通常分类（二）钢的通常分类 1.1.按用途分类按用途分类 2.2.按化学成分分类按化学成分分类 3.3.按质量分类按质量分类 4.4.按冶炼方法分类按冶炼方法分类 此外，按冶炼时脱氧程度，可将钢分为沸腾钢（脱氧不完全）、镇静钢（脱氧较完全）和半镇静钢三类。 5.5.按金相组织分类按金相组织

5、分类（1 1）按退火组织分类）按退火组织分类 （2 2）按正火组织分类）按正火组织分类 1.1.普通碳素结构钢普通碳素结构钢 如如Q235AQ235A2.2.优质碳素结构钢优质碳素结构钢 如如45453.3.碳素工具钢碳素工具钢 如如T10AT10A4.4.合金结构钢合金结构钢 如如36Mn2Si36Mn2Si5.5.合金工具钢合金工具钢 如如9Mn2V9Mn2V、 CrWMnCrWMn6.6.滚动轴承钢滚动轴承钢 如如GCr15GCr157.7.不锈钢及耐热钢不锈钢及耐热钢 如如9Cr189Cr18、00Cr18Ni1000Cr18Ni109.9.铸钢铸钢 如如ZG200ZG20040040

6、0平均碳的质量分数小于或等于平均碳的质量分数小于或等于0.030.03及及0.080.08，在钢号前加，在钢号前加“00”00”或或“0”0”平均碳的质量分数大于或等于平均碳的质量分数大于或等于1.01.0，不标出含碳量，不标出含碳量三）钢的编号三）钢的编号合金元素平均含量低于合金元素平均含量低于1.5%1.5%不标出不标出合金元素平均含量大于或等于合金元素平均含量大于或等于1.5%1.5%至至2.492.49时，则在元素符号后表时，则在元素符号后表“2”2”8.8.易切削钢易切削钢 如如Y40MnY40Mn二、结构钢二、结构钢工程构件用钢工程构件用钢：机器零件用钢机器零件用钢：主要用来制造钢

7、架、桥梁、钢轨、车辆主要用来制造钢架、桥梁、钢轨、车辆及船舶等结构件的钢种。一般做成钢板及船舶等结构件的钢种。一般做成钢板和型钢。它们大都是用普通碳素钢和低和型钢。它们大都是用普通碳素钢和低合金高强度钢制造，合金高强度钢制造，一般不进行热处理，一般不进行热处理，在冷轧空冷状态下使用在冷轧空冷状态下使用。主要用来制造各种机器结构中的轴类、主要用来制造各种机器结构中的轴类、齿轮、连杆、弹簧、紧固件（螺钉、螺齿轮、连杆、弹簧、紧固件（螺钉、螺母）等钢种，包括渗碳钢、调质钢、弹母）等钢种，包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢等。它们大都是用优簧钢及滚动轴承钢等。它们大都是用优质碳素钢和合金结构钢制造

8、，质碳素钢和合金结构钢制造，一般都经一般都经过热处理后使用过热处理后使用。如果。如果按热处理状态来按热处理状态来分有四类分有四类：1 1）一般供应或正火状态下使用的钢种）一般供应或正火状态下使用的钢种碳钢碳钢或碳素易切削钢。或碳素易切削钢。2 2）淬火加回火状态下使用，按照回火温度分：）淬火加回火状态下使用，按照回火温度分：高温回火调质钢高温回火调质钢中温回火弹簧钢中温回火弹簧钢低温回火滚动轴承钢和超高强度钢低温回火滚动轴承钢和超高强度钢3 3）化学热处理后使用：）化学热处理后使用：渗碳钢渗碳后淬火渗碳钢渗碳后淬火加低温回火；渗氮钢调质处理后渗氮加低温回火；渗氮钢调质处理后渗氮。4 4）高频淬

9、火用钢）高频淬火用钢高、中频感应淬火后低温高、中频感应淬火后低温回火使用。回火使用。下面讲解典型钢的工作条件、失效方式、性能要求以及合金化、热处理和力学性能特征二、结构钢二、结构钢 （一）碳素结构钢一）碳素结构钢: : Q 235 A F Q 235 A F沸腾钢沸腾钢A A等级等级235 MPa235 MPa屈服强度屈服强度钢桥梁钢桥梁钢板、钢筋钢板、钢筋螺钉、铆钉螺钉、铆钉b b、Z Z、TZTZ见表见表3 31 1常用碳素结构钢常用碳素结构钢 Q195 Q195、Q215Q215、Q235AQ235A、Q235BQ235B 塑性较塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、好，有一定的强度，

10、通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于做桥梁、建筑物钢板、钢管等，可用于做桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉等。钉等。 Q235CQ235C、Q235DQ235D可用于重要的焊接件。可用于重要的焊接件。 Q235Q235、Q275Q275强度较高，可轧制成型钢、强度较高，可轧制成型钢、钢板作构件用钢板作构件用（二）优质碳素结构钢（二）优质碳素结构钢* * 45 - Wc = 45%00 45 - Wc = 45%00* * 较高锰质量分数的优质碳素结构较高锰质量分数的优质碳素结构钢钢 45Mn - Wc = 45%00 ; WMn = 0.7%1.

11、0% 常用优质碳素结构钢常用优质碳素结构钢 08F08F 塑性好，可制造冷冲压零件；塑性好，可制造冷冲压零件； 1010、2020钢钢 冷冲压性与焊接性能良好，可用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）也可作冲压件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件；以制造轴、销等零件； 3535、4040、4545、5050 钢经热处理后，可获得良钢经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒好的综合机械性能，用来制造齿轮、轴类、套筒等零件；等零件； 6060、6565钢钢 主要用来制造弹簧。主要用来制造弹簧。 优质碳素结构钢使用前一般都要经过热

12、处理优质碳素结构钢使用前一般都要经过热处理（一）（一） 低合金高强度钢低合金高强度钢1.1.性能要求：性能要求： （1 1）高强度）高强度 （2 2）高韧性）高韧性 （3 3）良好的焊接性能和冷成形性能）良好的焊接性能和冷成形性能 要求有较高的抗腐蚀能力。要求有较高的抗腐蚀能力。 2.2.化学成分化学成分: : 碳素结构钢碳素结构钢 + + 合金元素合金元素主加合金元素主加合金元素: Mn 1.8 %: Mn 1.8 %以内，以内，强化F 辅加合金元素辅加合金元素:V:V、 Nb Nb 、 Ti Ti 、RERE，细晶、弥散强化b比普C钢提高3050%。少量的少量的Cu Cu 提高钢抗腐蚀能力

13、，少量提高钢抗腐蚀能力，少量的的稀土元素稀土元素可改善韧性和工艺性能。可改善韧性和工艺性能。3.3.热处理热处理：热扎空冷状态（正火态）：热扎空冷状态（正火态）4.4.钢种、牌号与用途（钢种、牌号与用途（表表3 33 3）Q460Q460（14MnMoVBNb14MnMoVBNb）钢含）钢含MoMo、B B，正火组织为，正火组织为B B，强强度高度高，用于石化中温高压，用于石化中温高压容器。容器。压力容器压力容器南京长江大桥南京长江大桥 Q345Q345钢钢(16Mn)(16Mn)综合性能好综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。大型钢结构。 Q390(15MnV

14、Q390(15MnV) )钢含钢含V V、TiTi、NbNb，强度高强度高，用于中等压力的容器。，用于中等压力的容器。万吨远洋轮万吨远洋轮（二）碳素渗碳钢及合金渗碳钢（二）碳素渗碳钢及合金渗碳钢1.1.对渗碳钢的性能要求对渗碳钢的性能要求: :2.2.对渗碳钢的含碳量的要求对渗碳钢的含碳量的要求: : 低碳低碳3.3.渗碳钢的热处理特点渗碳钢的热处理特点: :渗碳渗碳 淬火淬火 + + 低温回火低温回火(180(180200)200)表硬里韧表硬里韧Wc 0.25 %Wc = 0.100.25 %合金元素合金元素:Cr、Mn、 Ni、B（提高淬透性）、（提高淬透性）、V、W、Mo、Ti（阻碍（

15、阻碍A晶粒晶粒长大）等。长大）等。表层表层:M回回+Fe3C+A残残心部心部:F+P表层表层:M回回+Cm（合金（合金渗碳体）渗碳体）+A残残心部心部:低碳低碳M回回 +F碳素渗碳钢碳素渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢化学成分化学成分热处理后的组织热处理后的组织4.4.合金渗碳钢的牌号合金渗碳钢的牌号20 Mn2 Ti A20 Mn2 Ti A等级等级: :高级优质高级优质含钛量含钛量W WTiTi1.5 %1.5 %含锰量含锰量W WMnMn 2 %2 %含碳量含碳量W WC C 20 %0020 %005.5.典型合金渗碳钢种介典型合金渗碳钢种介绍绍 低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢 钢含合

16、金元素总量钢含合金元素总量3 %3 % 15Cr 15Cr、20Cr20Cr、20Mn220Mn2。用。用 于受力小的耐磨件，如柴于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %4 %左左 右。右。20 CrMn20 CrMn、20CrMnTi20CrMnTi、 20Mn2TiB20Mn2TiB。用于中等载荷。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销( 20Cr )( 20Cr )5.5.典型合金渗碳钢种介绍典型合金渗碳钢种介绍高淬透

17、性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素钢含合金元素总量在总量在4 %4 % 6 % 6 %。18Cr2NiWA18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A20Cr2Ni4A等。用于大载荷的耐磨等。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴柴油机曲轴20CrMnTi20CrMnTi钢制汽车变速齿轮热处理工艺曲钢制汽车变速齿轮热处理工艺曲线线（三）碳素调质钢及合金调（三）碳素调质钢及合金调质钢质钢1.1.对调质钢的性能要求对调质钢的性能要求: :既强又韧既强又韧2.2.对调质钢的含碳量的要求对调质钢的含碳量的要求: : 中碳中碳3.3.调质钢的热处理特点调质钢的热处理特点:

18、:淬火淬火 + + 高温回火高温回火( ( 500650 ) )W Wc = 0.25c = 0.250.6 %0.6 %W Wc = 0.25c = 0.250.5 %0.5 %合金元素合金元素: Cr: Cr、MnMn、NiNi、B B、SiSi（提高淬透性）、（提高淬透性）、V V、W W、MoMo、TiTi（防止第二类回火脆性）等。（防止第二类回火脆性）等。表层表层: S: S回回碳素调质钢碳素调质钢合金调质钢合金调质钢化学成分化学成分热处理后的组织热处理后的组织心部心部: P + F: P + F表层表层: S: S回回心部心部: S: S回回4.4.合金调质钢的牌号合金调质钢的牌号

19、40Cr40Cr40Mn40Mn40MnB40MnB35CrMo35CrMo38 Cr Mo Al A38 Cr Mo Al A25Cr2Ni4WA25Cr2Ni4WA5.5.典型合金调质钢种介绍典型合金调质钢种介绍 低淬透性调质钢低淬透性调质钢钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 %3 %。40Cr40Cr、40MnB40MnB等，等，制造一般尺制造一般尺寸的重要零件。寸的重要零件。 中淬透性调质钢中淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %4 %左右。左右。典型钢种典型钢种35 CrMo 35 CrMo 等，等，制制造截面较大的零件，如造截面较大的零件，如曲轴、连杆。曲轴、连杆。

20、5.5.典型合金调质钢种介绍典型合金调质钢种介绍( (续）续） 高淬透性调质钢（多半是铬镍钢）高淬透性调质钢（多半是铬镍钢）铬镍的适当配合，可大大提高淬透性，并获得铬镍的适当配合，可大大提高淬透性，并获得优良的机械性能，例如优良的机械性能，例如37 CrNi337 CrNi3对回火脆性十对回火脆性十分敏感，不宜作大截面零件。铬镍钢中加入适分敏感，不宜作大截面零件。铬镍钢中加入适当的钼，例如当的钼，例如40 Cr Mn Mo40 Cr Mn Mo钢，不仅具有最好的钢，不仅具有最好的淬透性和冲击韧性，还可消除回火脆性，用于淬透性和冲击韧性，还可消除回火脆性，用于制造大截面、重载荷的重要零件，如汽轮

21、机主制造大截面、重载荷的重要零件，如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴等轴、叶轮、航空发动机轴等 。 40Cr40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线淬火回火（四）碳素弹簧钢及合金弹簧钢（四）碳素弹簧钢及合金弹簧钢1.1.对弹簧钢的性能要求对弹簧钢的性能要求: :高的高的e e、高的、高的s s/ / b b、高的、高的-1-1、良好的韧性。良好的韧性。2.2.对弹簧钢含碳量的要求对弹簧钢含碳量的要求: : 中、高碳。中、高碳。碳素弹簧钢碳素弹簧钢合金弹簧钢合金弹簧钢化学成分化学成分热处理后的组织热处理后的组织Wc = 0.6Wc = 0.60.90.9 % %Wc =

22、 0.5Wc = 0.50.7 %0.7 %合金元素合金元素: 1: 1SiSi、MnMn为主（提高淬为主（提高淬透性）（透性）（SiSi在加热时促进脱碳、在加热时促进脱碳、MnMn使使钢易于过热钢易于过热 2 2加入加入CrCr、W W、V V（防（防止脱碳和过热）止脱碳和过热） T T回回制造尺寸小于制造尺寸小于8815mm15mm的的小型弹簧。小型弹簧。T T回回制造尺寸在制造尺寸在20202525mmmm左右的弹簧。左右的弹簧。 3.3.热处理特点热处理特点 按弹簧的加工工艺不同，可分为按弹簧的加工工艺不同，可分为冷成冷成形弹簧形弹簧和和热成形弹簧热成形弹簧两种。两种。大型弹簧或复大型

23、弹簧或复杂形状的弹簧杂形状的弹簧，采用热轧成形后，采用热轧成形后淬火淬火+ +中中温回火（温回火（450450550550），），获得回火托氏体获得回火托氏体组织，保证高的弹性极限、疲劳极限及一组织，保证高的弹性极限、疲劳极限及一定的塑韧性。定的塑韧性。小尺寸的弹簧分为小尺寸的弹簧分为： （1）铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝）铅浴等温淬火冷拉弹簧钢丝 钢丝加热到钢丝加热到Ac3(Accm)+100200，完全奥氏，完全奥氏体化，再在铅浴（体化，再在铅浴（480540）中进行等温淬火，）中进行等温淬火，得到塑性高的索氏体组织，经冷拔后绕卷成形，再得到塑性高的索氏体组织，经冷拔后绕卷成形，再进行消除应力

24、的低温退火（进行消除应力的低温退火（200300）。）。 （2）油淬回火弹簧钢丝）油淬回火弹簧钢丝 冷拔钢丝退火后，冷绕成弹簧，再进行淬火冷拔钢丝退火后，冷绕成弹簧，再进行淬火+中温中温回火处理，得到回火托氏体组织。回火处理，得到回火托氏体组织。（3）硬拉弹簧钢丝）硬拉弹簧钢丝 冷拔至要求尺寸后，利用淬火冷拔至要求尺寸后，利用淬火+回火来进行强化，回火来进行强化，在冷绕成弹簧，并进行去应力退火，之后不再热处在冷绕成弹簧，并进行去应力退火，之后不再热处理。理。 4.4.钢种、牌号与用途（表钢种、牌号与用途（表3 36 6）合金弹簧钢大致分两类：合金弹簧钢大致分两类：（1 1）以）以SiSi、Mn

25、Mn元素合金化的弹簧钢，元素合金化的弹簧钢，典型典型钢种有钢种有65Mn65Mn和和60Si2Mn60Si2Mn等。制造截面较大的等。制造截面较大的弹簧。弹簧。SiSi、MnMn的复合比只有的复合比只有MnMn的好，主要的好，主要用于汽车、拖拉机和机车上的板簧和螺旋用于汽车、拖拉机和机车上的板簧和螺旋弹簧。弹簧。（2 2） 含含CrCr、V V、W W 等元素的弹簧钢，等元素的弹簧钢，典型典型钢种有钢种有50CrV50CrV），用于承受重载的较大型弹），用于承受重载的较大型弹簧，如高速柴油机的汽门弹簧、阀门弹簧簧，如高速柴油机的汽门弹簧、阀门弹簧等。等。汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧

26、热卷大弹簧热卷大弹簧弹簧丝弹簧丝（五）滚动轴承钢（五）滚动轴承钢 ( bearing ( bearing steel )steel )1.1.性能要求性能要求: :v高的硬度强度和耐磨性高的硬度强度和耐磨性;v高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度;v足够的韧性和耐蚀性足够的韧性和耐蚀性;v高的纯净度高的纯净度;滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承（五）滚动轴承钢（五）滚动轴承钢 ( bearing ( bearing steel )steel )2.2.化学成分特点化学成分特点: :高碳高碳, Wc = 0.95, Wc = 0.951.1%1.1%。主加主加Cr, 0.4Cr, 0.

27、41.65 % 1.65 % （提高淬透性）（提高淬透性） 辅加辅加SiSi、MnMn、V V等（等（SiSi、MnMn进一步进一步提高淬透性、提高淬透性、V V提高耐磨性防止过热）提高耐磨性防止过热） 。优质钢材。优质钢材。（五）滚动轴承钢（五）滚动轴承钢 ( bearing ( bearing steel )steel )3.3.热处理特点热处理特点: :球化退火球化退火+ + 淬火淬火+ + 低温回火低温回火极细回火马氏体极细回火马氏体+ +细粒状碳化物细粒状碳化物+ +少量残余奥氏体少量残余奥氏体 4.4.钢种、牌号与用途钢种、牌号与用途 （1 1）铬轴承钢）铬轴承钢 最具代表性的是最

28、具代表性的是GCr15GCr15。 （2 2）无铬轴承钢）无铬轴承钢 最具代表性的最具代表性的是是GSiMnMoVGSiMnMoV、GSiMnMoVREGSiMnMoVRE。 5.5.铬轴承钢制造轴承的工艺路线铬轴承钢制造轴承的工艺路线锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工 淬火淬火 + + 冷处理冷处理 ( 60 ( 60 80;1h )80;1h ) 低温回火低温回火 磨削加工磨削加工 稳定化处理稳定化处理 ( 120 ( 120 130 130；5 5 10h ) 10h ) （六）易切削钢六）易切削钢( fee cutting ( fee cutting steel )steel )

29、2.2.性能要求性能要求: :降低切削力和切削热降低切削力和切削热, ,减少减少刀具磨损刀具磨损, ,延长刀具寿命延长刀具寿命, ,改改善性能善性能, ,提高切削速度。提高切削速度。3.3.化学成分特点化学成分特点: :1.1.用途用途: :适用于高速切削和在自动加工机床适用于高速切削和在自动加工机床上加工的材料。上加工的材料。S:S:W Ws = 0.08s = 0.080.3%0.3%Pb:Pb:W WPb=0.15Pb=0.150.25%0.25%Ca:Ca:微量微量4.4.易切削钢的牌号易切削钢的牌号Y 40 MnY 40 Mn 含锰量含锰量W WMn 1.5 %Mn 1.5 % 含碳

30、量含碳量W WC C 0.4 % 0.4 % 易切削钢易切削钢5.5.易切削钢的热处理工艺特点易切削钢的热处理工艺特点 低碳易切削钢低碳易切削钢 ( Y12( Y12、Y15Y15、Y20 )Y20 ) 渗碳或淬火成渗碳或淬火成低碳马氏体低碳马氏体。 中碳易切削钢中碳易切削钢 ( Y40 )( Y40 ) 调质及表面淬火。调质及表面淬火。 三、三、 工具钢工具钢刃具钢刃具钢 (cutting steel )(cutting steel ) 典型刃具的工作条件、失效形式及性能要求典型刃具的工作条件、失效形式及性能要求 碳素工具钢碳素工具钢 低合金工具钢低合金工具钢 高速钢高速钢模具钢模具钢 (d

31、ie steel )(die steel ) 冷模具钢冷模具钢 热模具钢热模具钢量具钢量具钢(measuring steel )(measuring steel )量量 具具刃刃 具具模模 具具（一）碳素刃具钢（一）碳素刃具钢1.1.性能要求性能要求: : 高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性, ,有一有一定的强度和韧性。定的强度和韧性。2.2.化学成分特点化学成分特点: :高碳。高碳。3.3.热处理特点热处理特点: : 淬火淬火 + + 低温回火低温回火4.4.组织组织: M: M回回 + Fe+ Fe3 3C + AC + A残残5.5.用途用途: :用于低速、低温用于低速、低温( (2002

32、00）、低冲击、硬度在）、低冲击、硬度在HRC62HRC62左右的刃具。左右的刃具。（一）碳素刃具钢（一）碳素刃具钢锉锉 刀刀手手 锤锤钻头钻头常用碳素工具钢常用碳素工具钢 T7T7、T8T8 硬度高、韧性较高，可制造冲硬度高、韧性较高，可制造冲头、凿子、锤子等工具。头、凿子、锤子等工具。 T9T9、T10T10、T11T11硬度高，韧性适中，可硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。及冷作模具等。 T12T12、T13T13 硬度高，韧性较低，可制作硬度高，韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。锉刀、刮刀等刃具及量规

33、、样套等量具。 碳素工具钢使用前都要进行热处理碳素工具钢使用前都要进行热处理。（二）合金刃具钢（二）合金刃具钢 种类种类:低合金刃具钢低合金刃具钢;高速钢。高速钢。 牌号牌号:合金元素及含量合金元素及含量千分之几的含碳量千分之几的含碳量 9 Si Cr W18 Cr4 V1.1.低合金刃具钢低合金刃具钢（1 1）性能要求）性能要求: : 高硬度、高耐磨性、有一高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性、强度和韧性定的红硬性、强度和韧性, ,工作温度不超过工作温度不超过300300。（2 2）化学成分特点）化学成分特点: :* *高碳高碳* *加入加入CrCr、MnMn、SiSi提高钢的淬透提高钢的淬透性

34、，性，SiSi还能提高钢的回火稳定性还能提高钢的回火稳定性 W W、V V提高硬度和耐磨性防止加提高硬度和耐磨性防止加热时过热。热时过热。（3 3）热处理特点）热处理特点: :球化退火球化退火 淬火淬火 + + 低温回火低温回火 9 SiCr 9 SiCr 钢板牙热处理工艺曲钢板牙热处理工艺曲线线板牙板牙2.2.高速钢高速钢 ( high speed steel )( high speed steel )(1) (1) 性能要求性能要求: :高硬度、高耐磨性、高的红硬高硬度、高耐磨性、高的红硬性性(600(600时时,HRC63,HRC63以上以上) ) 、有、有一定的强度和韧性。一定的强度和

35、韧性。高速钢高速钢 - - 锋钢、风钢锋钢、风钢 ; 18 4 1 ; 18 4 1 钢钢车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头(2) (2) 化学成分特点化学成分特点: :v高碳高碳 0.70.71.5%:1.5%:v钨钨 18%:18%:v钼钼 5%:5%:v铬铬 4%:4%:v钒钒1.5%: 1.5%: 保证高硬度保证高硬度退火状态下形成退火状态下形成M M6 6C C碳化物碳化物, ,在在560560左右回火时左右回火时, , 弥散弥散析出析出W2C, W2C, 造成二次硬化造成二次硬化, , 提高钢的红硬性。提高钢的红硬性。1%Mo1%Mo的作用等同于的作用等同于2%W2%W。形成形成CrCr23

36、23C C6 6碳化物碳化物; ;提高钢的提高钢的淬透性。淬透性。形成形成VC, VC, 硬度极高硬度极高, , 提高钢的提高钢的硬度和耐磨性硬度和耐磨性, , 产生二次硬化。产生二次硬化。(3) W18Cr4V(3) W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点钢的生产工艺及热处理特点铸造铸造 锻造锻造 球化退火球化退火 机加工机加工淬火淬火+ +三次三次550570回火回火 磨削加工磨削加工 铸造铸造: :高速钢属于莱氏体钢高速钢属于莱氏体钢, ,铸态组织铸态组织 中含有大量呈鱼骨状分布的粗中含有大量呈鱼骨状分布的粗 大共晶碳化物大共晶碳化物M M6 6C,C,钢的韧性大钢的韧性大 幅下降。幅下

37、降。 W18Cr4V W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织锻造锻造: :鱼骨状碳化物不能用热处理来鱼骨状碳化物不能用热处理来消除消除, ,只能依靠反复多次锻打来击碎。只能依靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织 210 球化退火球化退火: :消除应力消除应力, ,调整组织调整组织, ,便于机加工便于机加工, , 为淬火作好组织准备。为淬火作好组织准备。球化退火后的组织球化退火后的组织 : S + : S + 粒状粒状 CmCm W18Cr4V球化退火组织 420 W18Cr4V W18Cr4V钢的热处理过程示意图钢的热处理过程示意图淬火淬火 : 1280;: 1280; 淬火后的组织淬

38、火后的组织:M+Cm+A:M+Cm+A残残( (2025%)%) W18Cr4VW18Cr4V钢淬火组织钢淬火组织 W18Cr4V淬火组织 300 三次三次550570回火回火在在550550570570回火时回火时 , , 产生二次硬化。产生二次硬化。三次三次570回火回火*淬火后淬火后A残约残约2025 %。*第一次回火后第一次回火后A残约剩残约剩1518 %。*第二次回火后第二次回火后A残约剩残约剩35 %。*第三次回火后第三次回火后A残约剩残约剩12 %。回火后的组织回火后的组织: M回回 + Cm + A残残 ( 1 2 % )组织硬度为组织硬度为65HRC以上。以上。 W18Cr4

39、VW18Cr4V淬火淬火+ + 一次回火组织一次回火组织 W18Cr4VW18Cr4V淬火淬火+ + 三次回火组织三次回火组织W18Cr4V淬火+ 三次回火组织 420 （二）（二） 模具钢模具钢(die steel )(die steel )v热作模钢热作模钢: :工作温度为工作温度为600600以上。以上。v冷作模钢：指金属在冷状态下变形的冷作模钢：指金属在冷状态下变形的模具用钢，包括冷冲模、冷挤压模、冷模具用钢，包括冷冲模、冷挤压模、冷镦模和拉丝模等。镦模和拉丝模等。1. 1. 冷作模钢冷作模钢 ( cold die steel )( cold die steel )汽车冲压模具汽车冲压

40、模具1 1）冷模具钢的工作条件、失效形式和性能要求）冷模具钢的工作条件、失效形式和性能要求: :性能要求：高硬度性能要求：高硬度,HRC62;,HRC62; 高耐磨性高耐磨性; ; 足够高的韧性与疲劳抗力足够高的韧性与疲劳抗力; ; 热处理变形小。热处理变形小。工作条件：工作温度不超过工作条件：工作温度不超过200200300300 。 工作时，由于被加工材料的变形抗工作时，由于被加工材料的变形抗力较大，模具的工作部分受到强烈的摩擦和力较大，模具的工作部分受到强烈的摩擦和挤压，有些还受到很大的冲击力的作用。挤压，有些还受到很大的冲击力的作用。常见的失效方式：磨损，崩刃或疲劳断裂等常见的失效方式

41、：磨损，崩刃或疲劳断裂等。2 2）化学成分特点）化学成分特点: :（1 1）高碳）高碳 1.32.3 % %，形成足够数量的碳化，形成足够数量的碳化物来提高耐磨性。物来提高耐磨性。（2 2）合金元素）合金元素: : 主加元素主加元素CrCr，高达，高达11111313，提，提高淬透性和回火稳定性，并配合高碳形成大高淬透性和回火稳定性，并配合高碳形成大量铬的碳化物分布在马氏体上，提高耐磨性。量铬的碳化物分布在马氏体上，提高耐磨性。 辅加元素辅加元素MoMo、V V，细化，细化A A晶粒，也提晶粒，也提高耐磨性。高耐磨性。3 3）锻造及热处理特点）锻造及热处理特点: :Cr12 Cr12 型冷模具

42、钢的热处理方案有两种：型冷模具钢的热处理方案有两种：（1 1）一次硬化法）一次硬化法: : 淬火淬火 + + 低温回火低温回火 ( ( 9501000 ) ( ) ( 150180 ) )（2 2）二次硬化法）二次硬化法: : 淬火淬火 + + 三次回火三次回火 ( ( 11001150 ) ( ) ( 510520 ) ) Cr12型钢属莱氏体钢，铸态组织中有网状共晶碳化物，因此要通过扎制将其打碎，并注意改善碳化物分布的不均匀性和偏析4 4）钢种、牌号与用途）钢种、牌号与用途牌号牌号: Cr12: Cr12、Cr12MoVCr12MoV2.2.热作模钢热作模钢 ( hot die steel

43、 )( hot die steel )1 1）性能要求）性能要求: :高的热硬性、高温耐磨性高的热硬性、高温耐磨性; ;高的抗氧化能力高的抗氧化能力; ;高的热强性和足够高的韧性高的热强性和足够高的韧性; ;高的热疲劳抗力高的热疲劳抗力( ( 防止龟裂防止龟裂 ););高的淬透性和导热性。高的淬透性和导热性。 2 2）化学成分特点）化学成分特点: :中碳中碳 0.30.30.6 %;0.6 %;合金元素合金元素:Cr:Cr、NiNi、MnMn、 SiSi、MoMo、W W、V V。曲轴模具曲轴模具3 3）热处理特点）热处理特点: : * *热锻模钢热锻模钢: 5 CrMnMo : 5 CrMn

44、Mo 热处理工艺热处理工艺: : 淬火淬火 + 550+ 550回火回火 热处理后的组织热处理后的组织: S: S回回或或T T回回 温度时间500500820820850850预冷预冷油冷油冷530550回火回火3 3）热处理特点）热处理特点: : * *热压模钢热压模钢: 3 Cr2W8V : 3 Cr2W8V 热处理工艺热处理工艺: : 淬火淬火 + 600+ 600三次回火三次回火 热处理后的组织热处理后的组织: M: M回回 + Cm+ Cm粒状粒状+A+A残残（三）量具钢（三）量具钢1.1.性能要求性能要求: :高的硬度高的硬度, HRC62;, HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;

45、 ;高的尺寸稳定性高的尺寸稳定性; ;足够高的心部韧性足够高的心部韧性; ;热处理变形小热处理变形小; ; 尺寸稳定尺寸稳定; ;良好的耐蚀性。良好的耐蚀性。卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺3.3.热处理特点热处理特点: :淬火淬火 冷处理冷处理 ( - 70( - 70 - 80 ) - 80 ) 低温回火低温回火 时效处理时效处理 ( ( 120130,几十小时几十小时 ) ) 2.2.化学成分特点化学成分特点: :高碳高碳 0.91.5 %; %;合金元素合金元素:Cr, Mn:Cr, Mn、W W。4.4.热处理后的组织热处理后的组织: : M M回回 + Cm+ Cm5.5.牌号牌号

46、: : CrWMnCrWMn、4Cr134Cr13、GCr15GCr15、9SiCr9SiCr、T12AT12A、6060等。等。 CrWMnCrWMn钢制造块规退火后的热处理工艺钢制造块规退火后的热处理工艺650820840油冷油冷3h3h-70 -80 冷处理冷处理1401601401603h3h11012036h36h时效处理时效处理精磨精磨3h3h研磨研磨温度时间四四.特殊性能钢特殊性能钢 不锈钢不锈钢(stainlesssteel) 耐热钢耐热钢(heatresistantsteel) 耐磨钢耐磨钢(wearresistantsteel)一）不锈钢一）不锈钢(stainlessste

47、el)1.定义定义: 在腐蚀介质中具有很高的抗腐在腐蚀介质中具有很高的抗腐 蚀能力的钢。蚀能力的钢。2.概念概念:*在空气中的年腐蚀量为在空气中的年腐蚀量为0.01mm 以内的钢以内的钢, 称为在空气中使用的称为在空气中使用的 不锈钢。不锈钢。 *在强酸、强碱介质中的年腐蚀在强酸、强碱介质中的年腐蚀 量为量为0.1mm以内的钢以内的钢,称为在强称为在强 酸、强碱介质中使用的不锈钢。酸、强碱介质中使用的不锈钢。3金属腐蚀的机理金属腐蚀的机理.金属腐蚀的种类金属腐蚀的种类:1)化学腐蚀化学腐蚀: 金属与介质金属与介质 ( 干燥气体和干燥气体和 非电解质溶液非电解质溶液 ) 发生化学发生化学 反应而

48、产生的腐蚀。反应而产生的腐蚀。 例如例如:高温氧化、脱碳等高温氧化、脱碳等。2)电化学腐蚀电化学腐蚀:金属与介质金属与介质 ( 电解质溶电解质溶 液液,即酸、碱、盐溶液即酸、碱、盐溶液 ) 发生电化学反应而产生发生电化学反应而产生 的腐蚀。的腐蚀。电化学腐蚀过程示意图电化学腐蚀过程示意图珠光体电化学腐蚀示意图珠光体电化学腐蚀示意图举例举例 1975年美国芝加哥一个大的炼油厂一根年美国芝加哥一个大的炼油厂一根15cm的不锈钢弯管破裂引起爆炸和火灾，停车的不锈钢弯管破裂引起爆炸和火灾，停车6周，周，这次腐蚀事故总维修费这次腐蚀事故总维修费50万美元，停车造成的万美元，停车造成的税收损失高达税收损失

49、高达500万美元。万美元。美国：美国：1949年年55亿美元亿美元19601969年年150200亿美元亿美元1975年年700亿美元亿美元1982年年1269亿美元亿美元1995年年8000亿美元亿美元英国：英国：1969年年13.65亿英镑（亿英镑（27.3亿美元）亿美元）腐蚀的危害性腐蚀的危害性4.金属的防腐措施金属的防腐措施:1)覆盖层保护覆盖层保护: 涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。2)形成氧化层形成氧化层: 加入合金元素加入合金元素Cr、Al、Si 等等,形形成成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。等氧化膜。 3)提高金属的电极电位提高金属的电极电

50、位: 加入合金元素加入合金元素Cr、Ni、Si等等,提高金属基体的电极电位。提高金属基体的电极电位。将钢铁工件放入空气水蒸气或某些氧化性溶液中，加热到适当温度，时期表面形成紫色或黑色且很薄的致密而牢固的Fe3O4膜的工艺方法，叫氧化处理，又叫发蓝。4)使钢在室温下呈单相组织使钢在室温下呈单相组织:加入合金元素加入合金元素 Mn、Ni、Co等能扩大等能扩大 区区,可在室温获得奥氏体钢。可在室温获得奥氏体钢。加入合金元素加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、 Si 等能扩大等能扩大区区,可在室温获得铁素体可在室温获得铁素体 钢。钢。5)减少与消除钢中的各种不均匀现象减少与消除钢中的各种不均匀现象

51、: 偏析、应力、组织等。偏析、应力、组织等。6)牺牲阳极保护阴极牺牲阳极保护阴极 : 镶嵌一些比金属镶嵌一些比金属 或合金基体电极电位更低的金属块。或合金基体电极电位更低的金属块。5.化学成分特点化学成分特点: * 低碳低碳:耐蚀性要求愈高耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。碳含量愈低。 * 合金元素合金元素:主加主加Cr。 辅加辅加Ni、Mo、Cu、Ti、 Nb、Mn 等。等。6.常用的不锈钢常用的不锈钢: *马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 *铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 *奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢1)马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢-Cr13型钢型钢化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.1 0.

52、4 % WCr = 13 %热处理特点热处理特点:正火后的组体是马氏体。正火后的组体是马氏体。牌号牌号: 1Cr134Cr13用途用途: 医疗器械医疗器械医用镊子医用镊子2)铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.1 %左右左右 WCr = 17 %热处理特点热处理特点: 不能进行热处理强化。不能进行热处理强化。牌号牌号: 1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。等。用途用途:化工设备中要求耐蚀性高、塑化工设备中要求耐蚀性高、塑 性好、强度低的容器、管道等。性好、强度低的容器、管道等。铁素体型不锈钢的用途铁素体型不锈钢的用途硝酸生产装置硝酸生产装置合成氨生产装置

53、合成氨生产装置3)奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢-188型钢型钢化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.08 0.14 % WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等。等。加工特点加工特点:不能进行热处理强化不能进行热处理强化,只能只能 冷塑性变形强化。冷塑性变形强化。热处理特点热处理特点:固溶处理固溶处理;稳定化处理稳定化处理; 消除应力退火。消除应力退火。牌号牌号: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti用途用途: 化工容器、管道等。化工容器、管道等。大型化工储罐大型化工储罐管板换热器管板换热器 二）耐热钢二）耐热钢1.定

54、义定义:在高温下具有抗氧化性和高温在高温下具有抗氧化性和高温 强度的特殊钢。强度的特殊钢。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 )组织稳定性高组织稳定性高膨胀系数小，导热性好膨胀系数小，导热性好工艺性及经济性好工艺性及经济性好3.提高钢的抗氧化性的途径提高钢的抗氧化性的途径: 加入合金元素加入合金元素Cr、Si、Al等等,在在 钢的表面形成稳定、致密的氧化膜。钢的表面形成稳定、致密的氧化膜。4.提高钢的热强性的途径提高钢的热强性的途径: 1）固溶强化）固溶强化:加入加入W、Mo、 Co等元素强化基体等元素强化基体;提高再结晶温度。提高再

55、结晶温度。 2）弥散强化）弥散强化:加入加入Nb、V、Ti等元素形成碳化物等元素形成碳化物,在晶内弥散析出在晶内弥散析出,阻碍位错的滑移阻碍位错的滑移,提高塑变抗力。提高塑变抗力。 3）晶界强化：）晶界强化：减少晶界，采用粗晶粒。减少晶界，采用粗晶粒。5.钢种及钢种及 用途用途 抗氧化钢抗氧化钢 ( 不起皮钢不起皮钢 ) :奥氏体型钢奥氏体型钢1Cr18Ni9Ti等等,工作温度工作温度 850。热强钢热强钢珠光体型珠光体型 16Mo，工作温度工作温度 低于低于600。马氏体型马氏体型1Cr13，工作温度低于工作温度低于 600。奥氏体型奥氏体型18-8型，型，工作温度达工作温度达 750800

56、。耐耐 热热 钢钢 的的 用用 途途发动机叶片发动机叶片航空发动机航空发动机汽轮机叶片汽轮机叶片汽车阀门汽车阀门三）耐磨钢三）耐磨钢(wear-resistantsteel)1.定义定义:在强烈冲击载荷作用下发生在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。冲击形变硬化的高锰钢。球磨机球磨机挖掘机挖掘机颚式破碎机颚式破碎机三）耐磨钢（续）三）耐磨钢（续）1.性能要求性能要求: 高硬度、耐磨性、韧性。高硬度、耐磨性、韧性。2.化学成分特点化学成分特点:高碳高碳 Wc = 0.91.5 %高锰高锰 WMn = 1114 % 3.热处理特点热处理特点:水韧处理。水韧处理。4.性能特点性能特点: :单

57、相奥氏体具有很高的韧性。在受到强烈的冲单相奥氏体具有很高的韧性。在受到强烈的冲击载荷和强大的压力下表层会迅速产生加工硬化，并且还会诱发马氏击载荷和强大的压力下表层会迅速产生加工硬化，并且还会诱发马氏体转变，使表层硬度、耐磨性显著提高，而心部保持原来的高韧性。体转变，使表层硬度、耐磨性显著提高，而心部保持原来的高韧性。5.牌号牌号ZG Mn13 - 1一号铸造高锰钢一号铸造高锰钢锰含量锰含量WMn 13 %铸钢铸钢铁路道岔铁路道岔履带履带球磨机衬板球磨机衬板挖挖掘掘机机铲铲齿齿 高锰钢广泛用于既要求耐高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。和铁路的道岔等。钢钢号号钢钢种种合金元素的主要作用合金元素的主要作用热处理特点热处理特点使用状态下组织使用状态下组