第七章合金钢

1、 工业用钢按化学成分分为工业用钢按化学成分分为碳素钢碳素钢和和合金钢合金钢两大类。两大类。碳素钢碳素钢是指含碳量低于是指含碳量低于2.11%2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%5%中合金钢中合金钢 合金元素总量合金元素总量 510%510%高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%10%合金钢合金钢合金钢合金钢是指为了提高钢的性能，在碳是指为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素所钢基础上有意加入一定量合金元素所获得的铁基合金。获得的铁基合金。 例如，合金钢具有较高的硬度和强度，例如，合金钢具有较高的硬度和强度，良好的工艺性能如

2、冷变形性、淬透性、良好的工艺性能如冷变形性、淬透性、回火稳定性和焊接性等。回火稳定性和焊接性等。l合金元素在钢中的方式合金元素在钢中的方式lA. 形成固溶体形成固溶体-对对Fe - FeFe - Fe3 3C C相图的影响相图的影响l1 1、对奥氏体相区的影响、对奥氏体相区的影响 MnMn、CoCo、 Ni Ni 、 Cu Cu 、 C C、N N等元素扩大奥氏体相区。等元素扩大奥氏体相区。 Ti Ti、 V V、 CrCr、MoMo、 W W、 SiSi、AlAl等元素缩小奥氏体区。等元素缩小奥氏体区。6.2.16.2.1 合金元素在钢中的作用与钢的分类合金元素在钢中的作用与钢的分类锰对奥氏

3、体相区的影响锰对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响5B6C7N13Al14Si15P22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu40Zr41Nb42Mo73Ta74Wl2 2、对、对E E点和点和S S点位置的影响点位置的影响l所有合金元素均使所有合金元素均使E E点和点和S S点左移点左移，即这两点的含碳，即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr134Cr13）或共晶组织（如）或共晶组织（如W18Cr4VW18Cr4V）。）。 使使 A Acmcm线左移，扩大奥氏体区元素使线左移，扩大

4、奥氏体区元素使A A1 1 、A A3 3线下移；线下移；缩小奥氏体元素使缩小奥氏体元素使A A1 1 、A A3 3线上移。线上移。B. 形成碳化物形成碳化物 （1）非碳化物形成元素：）非碳化物形成元素：Ni,Co,Cu,Si,Al,N,B （2）碳化物形成元素：）碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W、 V、 Nb、Zr、Ti 强强 （3）强碳化物形成元素：）强碳化物形成元素：V、Nb、 Zr、 Ti5B6C7N13Al14Si15P22Ti23V24Cr25Mn26Fe27Co28Ni29Cu40Zr41Nb42Mo73Ta74Wl 对钢中相变过程的影响对钢中相变过程的影响l1 1、对奥氏

5、体化的影响、对奥氏体化的影响l 对奥氏体形成速度的影响：对奥氏体形成速度的影响：除除NiNi、CoCo外，都减外，都减缓奥氏体化过程。缓奥氏体化过程。l 对奥氏体晶粒长大倾向的影响：对奥氏体晶粒长大倾向的影响：l碳、氮化物碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大形成元素阻碍奥氏体晶粒长大 (Ti、V、Nb、AlTiC、VC、NbC、AlN阻碍阻碍A长大长大细化晶粒。细化晶粒。)lMn、P、C、N促进长大。促进长大。l2 2、对过冷奥氏体转变的影响、对过冷奥氏体转变的影响l 对对C C曲线和淬透性的影响：曲线和淬透性的影响：除除CoCo外，凡溶入奥氏外，凡溶入奥氏体的合金元素均使体的合金元素均使C

6、C曲线右移，淬透性提高。曲线右移，淬透性提高。l常用提高淬透性的元素为常用提高淬透性的元素为MnMn、MoMo、SiSi、CrCr、NiNi、B B。 对对MsMs、M Mf f点的影响点的影响除除CoCo、 AlAl外，所有元素外，所有元素使使MsMs、M Mf f点下降，钢中点下降，钢中AA增多。增多。 碳钢碳钢高速钢高速钢l3 3、对回火转变的影响、对回火转变的影响l 提高耐回火性：提高耐回火性：l 产生二次硬化产生二次硬化l 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性（高温，与高温，与P P有关有关）碳钢碳钢高速钢高速钢l3 3、对回火转变的影响、对回火转变的影响l 提高耐回火性：提高耐回火

7、性：淬火钢在回火过程中抵抗淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力称硬度下降的能力称耐回火性耐回火性。l由于合金元素能使铁、碳原子扩散速度减慢，由于合金元素能使铁、碳原子扩散速度减慢，使淬火钢回火加热时使淬火钢回火加热时M M不易分解，析出的碳化不易分解，析出的碳化物不易聚集长大，从而使钢的硬度随回火温物不易聚集长大，从而使钢的硬度随回火温度的升高而下降的程度减弱。度的升高而下降的程度减弱。l与碳钢相比，在同一温度回火时，合金钢的与碳钢相比，在同一温度回火时，合金钢的硬度和强度高，这有利于提高结构钢的强度硬度和强度高，这有利于提高结构钢的强度和韧性和工具钢的热硬性和韧性和工具钢的热硬性 产生二次硬

8、化产生二次硬化含高含高W、Mo、Cr、V钢淬火后钢淬火后在在500600回火时回火时, 硬度不仅硬度不仅不下降不下降, 反而升高的现象称反而升高的现象称二次二次硬化硬化。（沉淀硬化）。（沉淀硬化）在该温度下回火时，会析出细在该温度下回火时，会析出细小的弥散的特殊化合物，如小的弥散的特殊化合物，如Mo2C，W2C，VC等，这类碳等，这类碳化合物硬度很高，在高温下也化合物硬度很高，在高温下也非常稳定，难以聚集长大。非常稳定，难以聚集长大。高速钢高速钢 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性（高温，与高温，与P有关有关）淬火钢在淬火钢在450550 或者甚至更高至或者甚至更高至650 左右回火后缓左右

9、回火后缓冷，出现的韧性降低，称为第二类回火脆性或高温回火脆冷，出现的韧性降低，称为第二类回火脆性或高温回火脆性。性。第二类回火脆性的主要特征是除了在第二类回火脆性的主要特征是除了在450650区间回火会区间回火会引起脆性外，在较高温度回火后缓慢通过脆性区也会引起引起脆性外，在较高温度回火后缓慢通过脆性区也会引起脆性，而快冷通过脆性区则不会引起脆化。脆性，而快冷通过脆性区则不会引起脆化。另外一个重要特征是已脆化的钢件，重新加热到原回火温另外一个重要特征是已脆化的钢件，重新加热到原回火温度以上回火，然后快冷到室温，可消除脆性。在脆性消除度以上回火，然后快冷到室温，可消除脆性。在脆性消除后，再次加热

10、到脆化温度后缓冷，脆性又再次出现，所以后，再次加热到脆化温度后缓冷，脆性又再次出现，所以又叫可逆回火脆性。又叫可逆回火脆性。l第二类回火脆性产生的原因，与合金元素促进第二类回火脆性产生的原因，与合金元素促进了了P，Sn，Sb，As等杂质在原等杂质在原A晶界偏聚有关，晶界偏聚有关，偏聚的结果减弱了晶界上原子间的结合力，晶偏聚的结果减弱了晶界上原子间的结合力，晶界的断裂强度降低，产生脆性。界的断裂强度降低，产生脆性。l一般碳钢不产生第二类回火脆性，含有一般碳钢不产生第二类回火脆性，含有Cr、Ni，Mn等的合金钢第二类回火脆性倾向较大，等的合金钢第二类回火脆性倾向较大，W，Mo可减弱这种倾向。可减弱

11、这种倾向。（a）增大第二类回火脆性：）增大第二类回火脆性：Mn、Cr、Ni（b）消除第二类回火脆性：）消除第二类回火脆性：Mo(0.5%)、W(1%)l1 1、固溶强化、固溶强化 ( (溶于铁素体溶于铁素体) )lSiSi、MnMn对强度、硬度提高显著。对强度、硬度提高显著。lCrCr、NiNi在适当范围内提高韧性。在适当范围内提高韧性。合金元素对铁素体冲击韧性影响合金元素对铁素体冲击韧性影响l 对钢力学性能对钢力学性能 的影响的影响 溶质原子溶质原子晶格畸度晶格畸度与位错相互作用与位错相互作用 阻碍位错运动阻碍位错运动强化。强化。 l2 2、第二相强化、第二相强化 ( (形成碳化物形成碳化物

12、) ) l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：碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性提高TiTi、ZrZr、NbNb、V V、W W、MoMo、CrCr、MnMn、FeFe强碳化物形成元素强碳化物形成元素中碳化物形成元素中碳化物形成元素弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素合金元素加入金属中，一定条件下会析出第二合金元素加入金属中，一定条件下会析出第二相粒子相粒子阻碍位错运动阻碍位错运动运动的位错碰到位于运动的位错碰到位于滑移面上的第二相粒子时，必须通过它，滑移滑移面上的第二相粒子时，必须通过它，滑移变形才能继续进行变形才能继

13、续进行强化。强化。 3. 3. 细晶强化细晶强化 NbNb，V V，AlAl，Ti Ti 晶界晶界阻碍位错运动阻碍位错运动强化强化 工程构件用钢工程构件用钢 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 磨磨 钢钢机器制造用钢机器制造用钢结结 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殊性能钢特殊性能钢 合金钢的分类与编号合金钢的分类与编号名称名称符号符号位置位置名称名称符号符号位置位置碳素结构钢碳素结构钢Q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾低合金高强度钢低合金高强度钢Q头头锅炉用钢锅

14、炉用钢g尾尾易切削钢易切削钢Y头头焊接气瓶用钢焊接气瓶用钢HP尾尾碳素工具钢碳素工具钢T头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢LZ头头(滚珠滚珠)轴承钢轴承钢G头头机车车轴用钢机车车轴用钢JZ头头焊接用钢焊接用钢H头头沸腾钢沸腾钢F尾尾铆螺钢铆螺钢ML头头半镇静钢半镇静钢b尾尾船用钢船用钢国际符号国际符号镇静钢镇静钢Z尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢L尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢TZ尾尾压力容器用钢压力容器用钢R尾尾质量等级质量等级A.B.C.D.E尾尾l合金钢编号合金钢编号l牌号为牌号为碳含量碳含量+ +合金元素合金元素1+11+1元素的百分含量数字元素的百分含量数字+ +合金元素合金元素2+22+2元素的百

15、分含量数字元素的百分含量数字+l 合金元素及其含量标注合金元素及其含量标注l当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%1.50%时，只标元素符时，只标元素符号，不标含量。如号，不标含量。如20CrMnTi20CrMnTil当合金元素的平均含量为当合金元素的平均含量为1.502.49%1.502.49%、2.50 2.50 3.49%3.49%、3.504.49%3.504.49%、4.505.49%4.505.49%、时，在相时，在相应的合金元素符号后标应的合金元素符号后标2 2、3 3、4 4、5 5 等数字。等数字。如如20CrNi320CrNi3。l 碳含量标注碳含量标注

16、l合金结构钢合金结构钢l含碳量以万分之一为单位标出含碳量以万分之一为单位标出( (两位数字两位数字) )l如如40Cr40Cr、60Si2Mn60Si2Mnl工具钢和特殊性能钢工具钢和特殊性能钢l含碳量以千分之一为单位标出含碳量以千分之一为单位标出( (一位数字一位数字) )l如如8MnSi8MnSi、4Cr134Cr13* * 说明说明l低合金工具钢低合金工具钢含碳量大于含碳量大于1.00%1.00%时，不标含碳量，时，不标含碳量，如如CrWMn (1.0%C)CrWMn (1.0%C)l高速钢高速钢不标含碳量，如不标含碳量，如W18Cr4V (W18Cr4V (含含0.75%C)0.75%

17、C)l滚动轴承钢滚动轴承钢不标含碳量，如不标含碳量，如GCr15 (1.0%C)GCr15 (1.0%C)l高锰钢高锰钢不标含碳量，如不标含碳量，如ZGMn13 (0.751.45%C)ZGMn13 (0.751.45%C)l铸钢铸钢在牌号前加在牌号前加“ZG”, ZG”, 余同结构钢余同结构钢, , 如如ZG20Cr13ZG20Cr13一、一、性能的要求性能的要求l使用性能使用性能以强韧性为主。以强韧性为主。l工艺性能工艺性能以可焊性、冷变形性为主。以可焊性、冷变形性为主。l合金结构钢除少量为中高合金钢外，其余都合金结构钢除少量为中高合金钢外，其余都是是低合金钢低合金钢。 合金合金 l二、低

18、合金高强度结构钢二、低合金高强度结构钢l1 1、性能要求、性能要求: :高强度高强度:s300MN/m2 （300-650 MN/m2 ）高韧性高韧性：低温韧性（低温工作）：低温韧性（低温工作） 断裂韧性（焊接结构）断裂韧性（焊接结构）良好良好焊接性能焊接性能和和冷成形性能冷成形性能 较高较高耐腐蚀性耐腐蚀性（大气、海洋等环境）（大气、海洋等环境）l2 2、成分特点与合金化原则：成分特点与合金化原则： 低低C:0.2% 主加元素：以主加元素：以Mn、Si为主，为主，Mn和和Si固溶强化固溶强化 辅加元素：辅加元素：V,Nb,Ti 等元素细化组织等元素细化组织 Cu抗腐蚀抗腐蚀;少量的少量的稀土

19、元素稀土元素可改善韧可改善韧 性和工艺性能。性和工艺性能。 压力容器压力容器南京长江大桥南京长江大桥l3 3、热处理：、热处理：热轧空冷后使用热轧空冷后使用l4 4、使用状态下组织：、使用状态下组织：F+PF+P细细l5 5、典型钢号及其应用典型钢号及其应用：按按 分分6级（级（300、350、400、450、500、600 MN/m2 ）: 低强度级别低强度级别:16Mn（Q345）一般工程一般工程结构结构中等强度级别中等强度级别:15MnVN（Q420）大型大型桥梁桥梁,锅炉锅炉,船舶船舶,焊接结构焊接结构. 高强度级别（高强度级别（500MN/m2 ） :18MnMoNb高压锅炉高压锅炉

20、,高压容器高压容器l一、渗碳钢一、渗碳钢制造渗碳零件的钢种制造渗碳零件的钢种l1 1、性能要求：、性能要求：l 表硬里韧表硬里韧l 良好淬透性和渗碳能力。良好淬透性和渗碳能力。l2 2、成分特点：、成分特点：低碳低碳(0.10.25%C), (0.10.25%C), 加加CrCr、MnMn、NiNi、B B等元素等元素 l CrCr、MnMn、NiNi、B B：提高淬透性提高淬透性l CrCr、MnMn、Ni Ni ：强化铁素体强化铁素体l W W、MoMo、TiTi、V V ：细化晶粒细化晶粒渗碳件渗碳件渗碳回火炉渗碳回火炉 l3 3、热处理特点、热处理特点l渗碳件的加工工艺路线为渗碳件的加

21、工工艺路线为：下料：下料锻造锻造正火正火机加机加工工渗碳渗碳淬火淬火（直接淬火、一次淬火，二次淬火）（直接淬火、一次淬火，二次淬火） + +低温回火低温回火l正火目的正火目的为调整硬度，便于切削加工。为调整硬度，便于切削加工。l淬火温度淬火温度: : AcAc1 1+30-50+30-50。 l4 4、使用状态下组织、使用状态下组织l心部：心部：低碳低碳M M回回+F+Fl表层：表层：高碳高碳M M回回+ +颗粒状合金碳化物颗粒状合金碳化物+A(+A(少量少量) )渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织M+F（1）直接淬火直接淬火： 渗碳后，出炉预冷到略高于渗碳后，出炉预冷到略高于Ar3后淬

22、火，后淬火， 再低温回火。再低温回火。 奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余奥氏体晶粒大，马氏体粗，残余A多，耐磨性低，变形大。多，耐磨性低，变形大。 只适用于耐磨性要求低和承载低的零件。只适用于耐磨性要求低和承载低的零件。（2）一次淬火一次淬火：渗碳出炉缓冷后，再加热到淬火温度后淬火渗碳出炉缓冷后，再加热到淬火温度后淬火+低温回火。低温回火。 心部要求高时心部要求高时AC3以上以上30-50 表面要求高时表面要求高时AC1以上以上30-50 （3）二次淬火二次淬火： 第一次，改变心部组织第一次，改变心部组织及消除表层网状渗碳体，及消除表层网状渗碳体， AC3以上以上30-50 第二次，细化表面组织第

23、二次，细化表面组织 AC1以上以上30-50得细片得细片M粒状碳化物粒状碳化物渗碳后的热处理：渗碳后的热处理：淬火淬火+ +低温回火（低温回火（160-180160-180）。）。 l5 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途l低淬透性钢：低淬透性钢：2020、20Cr20Cr。用于受力用于受力小的耐磨件，小的耐磨件，如柴油机的活塞销、如柴油机的活塞销、凸轮轴等。凸轮轴等。l中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi20CrMnTi。用于中等用于中等载荷的耐磨件，载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。如变速箱齿轮。l高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA。用于大用于大载荷的耐磨件，载

24、荷的耐磨件，如柴油机曲轴。如柴油机曲轴。 柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴柴油机曲轴柴油机曲轴活塞销活塞销(20Cr)l二、调质钢二、调质钢调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。 1、用途：齿轮、轴、连杆、高强螺栓、用途：齿轮、轴、连杆、高强螺栓 性能特点性能特点： 高水平综合机械性能高水平综合机械性能, 能满足多种和较复杂的工作条件能满足多种和较复杂的工作条件 成分特点与合金化原则：成分特点与合金化原则： 中中C：0.3%0.50%，以，以0.4左右为主左右为主 加入加入提高淬透性提高淬透性元素元素Cr, Mn, Si, Ni , B 加入加入Mo,W消除回火脆性消除回火脆性 细化晶粒：细化晶粒：Ti

25、Ti、V V回火索氏体回火索氏体l调质件的加工工艺路线为：下料调质件的加工工艺路线为：下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工装配装配l调质目的调质目的: :获得良好综合力学性能获得良好综合力学性能l为提高表面耐磨性，调质后为提高表面耐磨性，调质后 可进行表面淬火或氮化。可进行表面淬火或氮化。使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：( (表面淬火表面淬火+ +低温回火低温回火) )装配装配为表面淬火作组织准备；为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织。获得最终心部组织。表面：表面： M回回；心部：心部：S回回圆锥齿轮圆锥齿轮柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴3 3、常用钢号及用途、常用钢号及用

26、途低淬透性低淬透性（油淬临界直径油淬临界直径30- 40mm）: 40Cr,40MnB一般尺寸重要零件一般尺寸重要零件, 如齿轮如齿轮,主轴主轴中淬透性（油淬临界直径中淬透性（油淬临界直径40- 60mm）: 35CrMo截面尺寸较大零件截面尺寸较大零件, 如曲轴如曲轴,连杆连杆. 高淬透性（油淬临界直径高淬透性（油淬临界直径60- 100mm）: 40CrNiMo大截面重载重要零件大截面重载重要零件,如汽如汽轮机主轴、叶轮、航空发动机轴轮机主轴、叶轮、航空发动机轴l三、弹簧钢三、弹簧钢制造弹簧或类似性能零件的钢种。制造弹簧或类似性能零件的钢种。l1 1、性能要求、性能要求 ( (弹簧是储存能

27、量或缓和冲击的零件弹簧是储存能量或缓和冲击的零件) )l高的高的s s、s s/b b；足够的韧性足够的韧性l2 2、成分特点：、成分特点：中高碳中高碳l碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%C0.60.9%C；合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%C0.450.7%Cl合金元素作用：合金元素作用：l 提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：MnMn、SiSi、CrCrl 提高提高 s s/ / b b：SiSil 细化晶粒细化晶粒, ,提高回火抗力：提高回火抗力：V Vl3 3、热处理及组织特点、热处理及组织特点l 冷成型弹簧：冷成型弹簧：冷拔冷拔冷成型冷成型定型处理定型处理l用于

28、用于 10mm10mm）l使用状态下的组织：使用状态下的组织：T T回回。热卷大弹簧热卷大弹簧弹簧丝弹簧丝板簧喷丸处理示意图板簧喷丸处理示意图l弹簧的表面质量对其寿弹簧的表面质量对其寿命影响很大。命影响很大。l提高表面质量的方法：提高表面质量的方法： l 防止表面脱碳；防止表面脱碳；l 避免表面缺陷；避免表面缺陷； l 进行喷丸处理，使进行喷丸处理，使表面产生压应力。表面产生压应力。汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧5 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途以以Si,Mn合金化：合金化： 65Mn, 60Si2Mn 用于汽车、拖拉机、机车的用于汽车、拖拉机、机车的板簧和螺旋弹簧板簧和螺旋弹簧

29、以以Cr,V,W合金化：合金化： 耐热的弹簧用耐热的弹簧用50CrVA 350400以下重载、较以下重载、较大型弹簧如阀门弹簧、高速柴大型弹簧如阀门弹簧、高速柴油机气门弹簧油机气门弹簧. 制造轴承套和滚动体专用钢种制造轴承套和滚动体专用钢种l1 1、性能要求、性能要求 ( (轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦轴承承受接触应力、交变载荷和摩擦) ) l高而均匀的硬度、耐磨性、高而均匀的硬度、耐磨性、 b b、接触疲劳强度和足、接触疲劳强度和足够的韧性和淬透性。够的韧性和淬透性。l2 2、成分特点：、成分特点：高碳高碳( (0.951.10%C)0.951.10%C)，主加，主加Cr Cr l Cr

30、Cr、MnMn、SiSi：提高淬透性，提高钢的强度和弹性提高淬透性，提高钢的强度和弹性极限而不降低韧性，也便于制作大型轴承零件。极限而不降低韧性，也便于制作大型轴承零件。l Cr Cr 还提高耐磨性和耐蚀性还提高耐磨性和耐蚀性l3 3 、热处理和组织特点、热处理和组织特点l滚动轴承钢是滚动轴承钢是过共析钢过共析钢。正火：正火： 消除消除Cem网网球化退火：球化退火：便于切削便于切削, 使渗碳体细使渗碳体细 小均匀小均匀,为淬火作准备为淬火作准备淬火：淬火： 细针细针M+细碳化物细碳化物+A 冷处理（冷处理（-60-80 ）：）：(精密零精密零 件件)尺寸稳定尺寸稳定 低温回火：低温回火： M回

31、回+细碳化物细碳化物+A 时效：时效： 120140,1020h 去应力去应力,稳定尺寸稳定尺寸 使用态组织使用态组织 M回回细碳化物细碳化物 少量A 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l4 4、常用钢号及用途、常用钢号及用途 Cr轴承钢：轴承钢：GCr15中小型轴承；冷冲模中小型轴承；冷冲模,量具量具,丝锥。丝锥。 添加添加Mn,Si,Mo,V的轴承钢：的轴承钢： GCr15SiMo,GSiMnMoV制造大型轴承制造大型轴承注意注意：滚动轴承钢滚动轴承钢不标含碳量，如不标含碳量，如GCr15 (1.0%C)，滚动轴承钢滚动轴承钢含铬量也以千分之一为单位标出，并在

32、牌号头部加字母含铬量也以千分之一为单位标出，并在牌号头部加字母“G”，如如GCr15.按用途分为按用途分为刃具钢、模具钢刃具钢、模具钢和和量具钢量具钢。模具模具量具量具刃具刃具合金合金l一、刃具钢一、刃具钢l用来制造各种车刀、铣刀、钻头切削刀具的钢种。用来制造各种车刀、铣刀、钻头切削刀具的钢种。切削加工的基本形式切削加工的基本形式l 性能要求性能要求l1 1、高硬度高硬度(HRC60) (HRC60) ，主，主要取决于马氏体中的含碳量。要取决于马氏体中的含碳量。 l2 2、高耐磨性高耐磨性 靠高硬度和析出细小均匀靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。硬碳化物来达到。l3 3、高热硬性高热硬性

33、即高温下保持高硬度的能力。热硬性的即高温下保持高硬度的能力。热硬性的高低与回火时细小碳化物弥散沉淀有关。常加入高低与回火时细小碳化物弥散沉淀有关。常加入W W、V V、NbNb等合金元素，既能增加回火稳定性，又能形成弥散沉淀的等合金元素，既能增加回火稳定性，又能形成弥散沉淀的碳化物，提高热硬性。碳化物，提高热硬性。l4 4、足够的塑性和韧性足够的塑性和韧性 以防止脆断和崩刃。以防止脆断和崩刃。板牙板牙丝锥丝锥l 低合金工具钢低合金工具钢（250-300oC）l在碳素工具钢基础上加入少量合金元素在碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35 %)(35 %)形成。形成。l1 1、成分特点：、成分特点：

34、l 高碳：高碳：0.851.5%C0.851.5%Cl 合金元素作用合金元素作用l 提高淬透性提高淬透性: : CrCr、MnMn、SiSi l SiSi提高回火稳定性提高回火稳定性l 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: : W W、V V 丝锥丝锥板牙板牙l2 2、热处理及组织、热处理及组织 正火正火球化退火球化退火机加工机加工 淬火低温回火淬火低温回火l使用状态下的组织为：使用状态下的组织为： M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+A（少量）（少量） l3 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途l应用最多的是应用最多的是9SiCr9SiCr。用于制造形状复杂、。用于制造形状复杂

35、、要求变形小的要求变形小的低速刃具低速刃具，如丝锥、板牙等。，如丝锥、板牙等。 高速钢铣刀高速钢铣刀l 高速钢高速钢（ 600oC）制造制造高速切削高速切削刃具用钢。刃具用钢。 （俗称（俗称风钢风钢） l1 1、性能特点、性能特点：高热硬性：高热硬性( (达达600)600)、高淬透性。、高淬透性。 l2 2 、成分特点、成分特点l 高碳：高碳：0.701.5%C0.701.5%C l 高合金元素含量高合金元素含量l 提高淬透性：提高淬透性：Cr Cr l 提高热硬性、耐磨性：提高热硬性、耐磨性：W W、MoMo、V V W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织l加工工艺路线：加工工艺路线：下料

36、下料锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火回火回火磨削磨削l 锻造目的：锻造目的：打碎粗打碎粗大的鱼骨状碳化物，使大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。其均匀分布于基体中。W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织l球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度降低硬度, ,便于切加工；为便于切加工；为淬火作组织准备。淬火作组织准备。l退火后组织：退火后组织： S+S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物l淬火后组织：淬火后组织： M+M+未溶碳化物（未溶碳化物（10%10%）+A+A（ 20%20%）W18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织l 回火目的：回火目的：主要为减少主要为减少AA；消除内应力。；消除内

37、应力。l常采用常采用560560三次回火。（不叫调质处理）三次回火。（不叫调质处理）l回火时的组织变化：回火时的组织变化： l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，AA转变为转变为M M。在此温度范围内，由于碳化物从残余奥在此温度范围内，由于碳化物从残余奥氏体中析出，称氏体中析出，称“二次淬火二次淬火”。W18Cr4V硬度与回火温度关系硬度与回火温度关系l析出析出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。特殊碳化物特殊碳化物W W2 2C C、MoMo2 2C C、VCVC呈细小弥散状从马氏体中析出，这些碳化物

38、很稳呈细小弥散状从马氏体中析出，这些碳化物很稳定，难以聚集长大，从而提高了钢的硬度，称定，难以聚集长大，从而提高了钢的硬度，称“弥散强化弥散强化”。l每次回火加热都使前一次的回火马氏体进行回火。每次回火加热都使前一次的回火马氏体进行回火。W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织l4 4、使用状态下组织、使用状态下组织 M M回回+ +颗粒状合金碳化物颗粒状合金碳化物+A+A（少量）（少量）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车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头l5 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途l常用钢号为常用钢号为W18Cr4VW18Cr4V（18-4-118-4-1）

39、和和W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2（6-5-6-5-4-24-2）。l用于高速切削刃具，如用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头车刀、刨刀、铣刀、钻头等。等。双头钻双头钻高速钢刀具高速钢刀具汽车冲压模具汽车冲压模具l二、模具钢二、模具钢l用以制造用以制造冷热模具冷热模具的钢种。的钢种。 l 冷作模具钢冷作模具钢l制造金属冷成型模具的钢种制造金属冷成型模具的钢种l1 1、性能要求、性能要求( (冷作模具钢工作时承受很冷作模具钢工作时承受很l大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。l主要损坏形式是磨损主要损坏形式是磨损) )l 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨

40、性。 l 足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。Cr12钢钢l2 2、常用钢种、常用钢种 Cr12Cr12型冷作模具钢型冷作模具钢l 成分特点：成分特点：高碳高碳(1.42.3%C)(1.42.3%C)；高铬高铬(11.513%Cr)(11.513%Cr)l合金元素作用：合金元素作用： Cr Cr 提高淬透性、耐磨性提高淬透性、耐磨性； MoMo、V V 提高耐磨性，细化晶粒提高耐磨性，细化晶粒。 汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模l最终热处理为：最终热处理为：淬火淬火+ +低温回火低温回火l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）l 常用

41、钢号常用钢号l为为Cr12Cr12和和Cr12MoVCr12MoV。l用于制造用于制造冷冲模冷冲模、挤压挤压模模等。等。l 热作模具钢热作模具钢制造使加热金属或液态金属成制造使加热金属或液态金属成型模具的钢种。（一般碳素工具钢和低合金工型模具的钢种。（一般碳素工具钢和低合金工具钢不满足要求）具钢不满足要求）l1 1、性能要求、性能要求l 高温下良好的高温下良好的 综合力学性能。综合力学性能。l 抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。 l 高的淬透性和良好的导热性。高的淬透性和良好的导热性。曲轴模具曲轴模具热镦模热镦模凸缘模凸缘模l2 2、常用钢种、常用钢种l 热锻模钢热锻模钢（0.50.6%C0.50.

42、6%C） 5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMol前者用于大型热锻模，后者前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。用于中小型热锻模。l成分特点、合金元素作用及成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。热处理同调质钢。l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l 压铸模钢压铸模钢l常用常用3Cr2W8V3Cr2W8V。为过共析钢。为过共析钢。l中碳（中碳（0.30.4%C0.30.4%C），合金元素作用同高速钢。），合金元素作用同高速钢。lW W、CrCr有提高抗热疲劳作用。有提高抗热疲劳作用。l淬火淬火+ +回火后组织：回火后组织： M M回回+

43、 +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量) )卡尺卡尺量规量规千分尺千分尺l三、量具钢三、量具钢l制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。塞规等。l1 1、性能要求、性能要求l量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。l 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。l 高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。l 足够的韧性。足够的韧性。量规量规量块量块l2 2、量具用钢、量具用钢l 低碳钢低碳钢渗碳、渗碳、 中碳钢中碳钢表面淬火。表面淬火。 l 碳素工具钢、低合金工具钢碳素工具钢、低合金工具钢 用于尺寸小

44、、形状简单、精度要求不高的量用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。具。 l 滚动轴承钢、冷作模具钢滚动轴承钢、冷作模具钢 用于制造精密量具。用于制造精密量具。 l 不锈钢不锈钢 用于制造接触腐蚀介质的量具。用于制造接触腐蚀介质的量具。 千分尺千分尺卡尺卡尺l3 3、量具钢的热处理特点、量具钢的热处理特点l 淬火前淬火前调质处理，调质处理，M M和和S S回回之间的体积差小，淬火之间的体积差小，淬火后变形小后变形小。l 冷处理冷处理，目的是减少，目的是减少AA。l 长时间低温时效长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体，以消除内应力，降低马氏体的正方度。的正方度。指指在特殊工作在特殊工作条件

45、或特殊环境（腐蚀、高条件或特殊环境（腐蚀、高温等）下温等）下具有特殊物理、化具有特殊物理、化学性能的钢。学性能的钢。本节介绍：本节介绍：7-4 7-4 不锈钢带不锈钢带不锈钢不锈钢、耐热钢、耐磨钢耐热钢、耐磨钢化工管道化工管道的腐蚀的腐蚀裂解管裂解管内壁的内壁的高温腐高温腐蚀减薄蚀减薄l一、不锈钢一、不锈钢l在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。l 金属的腐蚀金属的腐蚀l化学腐蚀化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀。：金属在非电解质中的腐蚀。l电化学腐蚀电化学腐蚀：金属在电解质溶液中的：金属在电解质溶液中的 腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。l防止电

46、化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施：l 获得均匀的单相组织获得均匀的单相组织。l 提高合金的电极电位提高合金的电极电位。l 使表面形成致密的钝化膜使表面形成致密的钝化膜。不同组织、成分、应力区域之间都不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。可构成微电池。A、扩大、扩大区并与区并与 -Fe无限互溶的无限互溶的Fe-Me相图（相图（Me=Mn、Ni、Co)室室温下形成单相温下形成单相A D、缩小并封闭、缩小并封闭区，与区，与a-Fe无限无限互溶的互溶的Fe-Me相图相图l 不锈钢中合金元素的作用不锈钢中合金元素的作用l1 1、低碳：、低碳：碳高，则降低耐蚀性。碳高，则降低耐蚀性。l2 2、C

47、rCr：是提高耐蚀性的主要元素是提高耐蚀性的主要元素l 形成稳定致密的形成稳定致密的CrCr2 2O O3 3氧化膜氧化膜. .l Cr Cr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。l 提高基体电极电位提高基体电极电位l3 3、NiNi：获得单相奥氏体组织。获得单相奥氏体组织。l4 4、TiTi、NbNb：防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀。防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀。l 常用不锈钢常用不锈钢l1 1、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢l主要为主要为Cr13Cr13型、型、Cr18Cr18型型 钢号为钢号为1Cr134Cr13 1Cr134Cr13 ；9Cr189Cr18 l随

48、含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。l 1Cr13 1Cr13、2Cr132Cr13l热处理：热处理：淬火淬火+ +高温回火高温回火l使用状态下的组织：使用状态下的组织：S S回回汽轮机叶片汽轮机叶片l性能：性能：耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。l用途：用途：用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。叶片等。 医疗器械医疗器械不锈钢直尺不锈钢直尺l 3Cr13 3Cr13、 4Cr134Cr13、9Cr189Cr18l热处理：热处理：淬火淬火+ +低温回火低温回火l使

49、用状态下的组织：使用状态下的组织：M M回回l性能：性能：强度、硬度较高强度、硬度较高l用途：用途：用于要求耐蚀、耐磨件，用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。医疗器械、量具等。1Cr17削片刀削片刀铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器l2 2、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢低低C:0.12%；Cr 17% 具有较好的塑性，强度不高，对具有较好的塑性，强度不高，对硝酸、磷酸有较高的耐蚀性。硝酸、磷酸有较高的耐蚀性。典型钢号如典型钢号如0Cr130Cr13、1Cr171Cr17等。等。 l 成分：成分：高铬低碳高铬低碳l 无无相变相变 不能进行热不能进行热处理强化。处理强化。l 组织组织：单相

50、铁素体单相铁素体 钢中钢中相相l 性能特点性能特点l耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：但有脆化倾向：l 475475脆化：脆化：加热到加热到450550450550停留，产生脆化。停留，产生脆化。 再加热到再加热到600600快冷快冷可消除。可消除。l 相脆化：相脆化： 在在600 800600 800长期加热长期加热时，析出硬而脆的时，析出硬而脆的 相。相。l 用途用途l广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。硝酸生产装置硝酸生产装置合成氨生产装置合成氨生产装置l3 3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢l主要为主要为18-818-8（

51、18Cr-8Ni18Cr-8Ni）型。）型。 l 性能特点：性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性，无磁性。可焊性。高的塑韧性，无磁性。 l 热处理：热处理：采用固溶处理采用固溶处理。即加热到即加热到11001100使碳化物使碳化物CrCr2323C C6 6溶解后水冷。溶解后水冷。l 组织：组织：单相奥氏体单相奥氏体不锈钢带不锈钢带反应釜反应釜(316L)管板换热器管板换热器(304)大型化工储罐大型化工储罐(304)l 常用钢种常用钢种l为为1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti。l 用途：用途：广泛用于

52、化工设备广泛用于化工设备及管道。及管道。晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大。，危害很大。l它是由于不锈钢在高温加热或冷却时，在某一温度它是由于不锈钢在高温加热或冷却时，在某一温度范围最易沿范围最易沿A A晶界析出晶界析出CrCr2323C C6 6，使晶界附近，使晶界附近CrCr含量降含量降到到12%12%以下，在介质以下，在介质l 应力腐蚀应力腐蚀l奥氏体不锈钢易发生奥氏体不锈钢易发生应力腐应力腐蚀蚀。即即在特定合金在特定合金- -环境体系环境体系中，应力与腐蚀共同作用引中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏起的破坏。l奥氏体不锈钢易在含奥氏体不锈钢易在

53、含ClCl的的介质中发生应力腐蚀，裂纹介质中发生应力腐蚀，裂纹为树枝状。为树枝状。 发生应力腐蚀的奥氏体发生应力腐蚀的奥氏体不锈钢管道内壁不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹l4 4、奥氏体、奥氏体马氏体沉淀硬化型马氏体沉淀硬化型C: 0.04%0.13% ；Cr: :15%17% ; Ni: 4%8%超低碳超低碳: : 保证高的耐蚀性保证高的耐蚀性; ;AlAl、MoMo、TiTi、NbNb: : 产生沉淀硬化。产生沉淀硬化。热处理方式为热处理方式为: :固溶处理（固溶处理（95095010501050） 奥氏体奥氏体 冷处理、塑性变形或调整处理（冷处理、塑性变形或调整处理（800800）

54、 时效处理（时效处理（500500） 析出金属间化合物沉淀强化。析出金属间化合物沉淀强化。 l二、耐热钢二、耐热钢l 性能要求性能要求l1 1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性：l指钢在高温下对氧化作指钢在高温下对氧化作用的抗力。用的抗力。l2 2、高的热强性、高的热强性l热强性是指金属在高温下的强度。热强性是指金属在高温下的强度。发动机叶片发动机叶片航空发动机航空发动机l提高高温强度的途径：提高高温强度的途径： l 固溶强化；固溶强化；（高温时奥氏体的强度高于铁素体）（高温时奥氏体的强度高于铁素体）l 析出强化；析出强化；（难熔碳化物（难熔碳化物MCMC、M M6 6C C、M M2323C C

55、6 6等作强化相）等作强化相）l 晶界强化（晶粒适当粗化）。晶界强化（晶粒适当粗化）。 （加入（加入B B、ZrZr、稀土等）、稀土等）低温下，细晶强化；高温下，由于晶界最后结晶，熔点是低温下，细晶强化；高温下，由于晶界最后结晶，熔点是最低的，而且低熔点的杂质也容易偏聚在晶界。最低的，而且低熔点的杂质也容易偏聚在晶界。飞机发动机飞机发动机过热器l 成分特点成分特点l低中碳低中碳lCrCr、SiSi、AlAl：提高抗氧化性提高抗氧化性（氧化膜，提高基体电极电位）（氧化膜，提高基体电极电位）lMoMo：提高热强性提高热强性(T(T再再) )lV V、TiTi：弥散强化弥散强化lNiNi：获得单相获

56、得单相A A组织组织涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰l 常用耐热钢常用耐热钢l1 1、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢l常用常用15CrMo15CrMo、12Cr1MoV12Cr1MoV，组织组织: : F+PF+P 用途：用途：600600以下以下的锅炉零件，的锅炉零件，压力容器，热交换器等。压力容器，热交换器等。 l2 2、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢l常用常用1Cr131Cr13、 1Cr11MoV1Cr11MoV、4Cr9Si24Cr9Si2。l 热处理：热处理：调质调质。l 组织：组织： S S回回。l 用途：用途：l1Cr131Cr13、1Cr11MoV1Cr11MoV用于用于 550550以下以下汽轮机叶片。汽轮机叶片。l4Cr9Si24Cr9Si2是汽车阀门用钢是汽车阀门用钢。 汽轮机叶片汽轮机叶片汽车阀门汽车阀门过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱l3 3、奥氏体耐热钢、奥氏体耐热钢l常用常用1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti。l热处理：热处理：固溶处理固溶处理 （或或 固溶固溶+ +时效处理时效处理）l组织：组织：单相单相A A。用途：用途：工作温度可达工作温度可达750750800800主要用于比较