第5章工业用钢

1、材料及热加工工艺第五章 工业用钢 第五章 工业用钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢第五章第五章 工业用钢工业用钢 钢的基础知识钢的基础知识 结构钢结构钢 工具钢工具钢 特殊性能钢特殊性能钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢碳素钢碳素钢(碳钢）具有价格低的优点，但淬透性比碳钢）具有价格低的优点，但淬透性比较差，强度、屈强比、回火稳定性、抗氧化、耐较差，强度、屈强比、回火稳定性、抗氧化、耐蚀、耐热、耐低温、耐磨损以及特殊电磁性等方蚀、耐热、耐低温、耐磨损以及特殊电磁性等方面往往较差，不能满足特殊使用性能的需求。面往往较差，不能满足特殊使用性能的需求。在铁碳合金中特意加入锰、铬、钨、钼、钒、在铁碳合金

2、中特意加入锰、铬、钨、钼、钒、铌、钛、锆，镍、硅、钴、铜、铝、硼和稀土铌、钛、锆，镍、硅、钴、铜、铝、硼和稀土等合金元素，形成合金钢。等合金元素，形成合金钢。材料及热加工工艺第五章 工业用钢一、钢中的常存杂质一、钢中的常存杂质 Mn、Si ，S、 P ； 第一节第一节 钢的基础知识钢的基础知识1、有害元素、有害元素 S、P 压力加工时熔化压力加工时熔化导致钢沿导致钢沿晶界开裂晶界开裂“热脆热脆”。钢中要限硫含量：钢中要限硫含量：0.05% 。Mn与与S形成形成MnS(1620）,粒状粒状分布在晶内。分布在晶内。 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S：炼钢时由生铁和燃料带入。在

3、：炼钢时由生铁和燃料带入。在F中的溶解度极中的溶解度极小，在钢的晶界处形成低熔点（小，在钢的晶界处形成低熔点（989）共晶体）共晶体 FeS材料及热加工工艺第五章 工业用钢P：由生铁带入。全部溶于：由生铁带入。全部溶于F中，使钢的强度硬中，使钢的强度硬度升高，而塑性、韧性显著下降。特别是使钢在度升高，而塑性、韧性显著下降。特别是使钢在比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于性于1938年冬发生断裂坠入河中年冬发生断裂坠入河中 低温时脆性急剧增低温时脆性急剧增加，称为加，称为冷脆性。冷脆性。因此钢中要限制磷因此钢中要限制磷的含量：的含量：0.045% P多，脆

4、性大，可制多，脆性大，可制造炮弹、改善切削造炮弹、改善切削加工性能。加工性能。材料及热加工工艺第五章 工业用钢 Mn:随脱氧剂加入。大部分溶于铁素体随脱氧剂加入。大部分溶于铁素体中，具有固溶强化效果，少部分形成合金中，具有固溶强化效果，少部分形成合金渗碳体；锰与硫化合成渗碳体；锰与硫化合成MnS，减轻了硫，减轻了硫的有害作用。的有害作用。 0.8% Si:随脱氧剂加入随脱氧剂加入,有较强的固溶强化有较强的固溶强化作用；可增加钢液流动性。作用；可增加钢液流动性。 合金渗碳体合金渗碳体(FeMn)3Cv 中强碳化物元素中强碳化物元素: Cr、Mo、W。 (FeCr)3C、Cr7C3v 强碳化物元素

5、强碳化物元素: V、Nb、Ti、Zr。 VC、ZrCu比比Fe3C有更高的熔点和稳定性，难溶于有更高的熔点和稳定性，难溶于A，阻，阻碍碍A长大长大;u硬度高，弥散分布，硬度高，弥散分布，b 和耐磨性，起和耐磨性，起弥散强弥散强化作用化作用。材料及热加工工艺第五章 工业用钢 2、合金元素对、合金元素对Fe - Fe3C相图的影响相图的影响 1）对奥氏体相区的）对奥氏体相区的影响影响 a 、Ni、Mn等是等是扩大扩大奥氏体相区的元素奥氏体相区的元素，使使A1、A3下降，下降，A4点点上升。上升。l当当Mn 13%或或Ni 9%时，时，S点降到点降到0以下，室温下为以下，室温下为单相奥氏体组织，称奥

6、氏体钢。单相奥氏体组织，称奥氏体钢。 1Cr18Ni9，Mn13Mn 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响A4材料及热加工工艺第五章 工业用钢 b、Cr、W、Mo、Si等是等是缩小奥氏体缩小奥氏体相区的元素相区的元素，使，使A1、A3点上升，点上升，A4点下点下降。降。 当当Cr 13%时，奥时，奥氏体相区很小，室氏体相区很小，室温下（没有温下（没有P)为单为单相铁素体组织，称相铁素体组织，称铁素体钢铁素体钢. 1Cr17铬不锈钢铬不锈钢Cr 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响材料及热加工工艺第五章 工业用钢 2）、对）、对E点和点和S点位置的影响点位置的影响 所有合金元素均使所有合

7、金元素均使E点和点和S点左移，点左移，即这两点的含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碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如（如4Cr13）或共晶组织（如）或共晶组织（如W18Cr4V）。）。 材料及热加工工艺第五章 工业用钢3、合金元素对钢相变过程的影响（对热处理）、合金元素对钢相变过程的影响（对热处理）u1）合金元素对奥氏体形成的影响）合金元素对奥氏体形成的影响 主要表现在改变主要表现在改变A的形成速度和阻止的形成速度和阻止A晶粒长大晶粒长大a）大多数合金元素（）大多数合金元素（ 除除Ni、Co以外）都减缓钢以外）都减缓钢的奥氏体化过程。（碳化物对的奥氏体化过程。

8、（碳化物对C扩散速度的影响）扩散速度的影响） b）几乎所有的合金元素（除）几乎所有的合金元素（除Mn、P以外）都能以外）都能阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。（碳化物阻止奥氏体晶粒的长大，细化晶粒。（碳化物的影响）的影响） v因此，因此，A化需要更高的加热温度和更长的保温化需要更高的加热温度和更长的保温时间，但不使时间，但不使A晶粒长大。除晶粒长大。除Mn钢钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢u2）合金元素对过冷奥氏体转变的影响）合金元素对过冷奥氏体转变的影响 A、对对C曲线和淬透性的影响：曲线和淬透性的影响：除除Co,Al外，凡溶外，凡溶入奥氏体的合金元素均使入奥氏体的合金元素均使C曲线右移，淬

9、透性提曲线右移，淬透性提高。高。lB、对对Ms、Mf点的影响：点的影响：除除Co，Al外，所有元外，所有元素使素使Ms、Mf点下降，使淬火后钢中点下降，使淬火后钢中A含量增加。含量增加。合金元素对C曲线的影响（a）非碳化物形成元素及弱碳化物形成元素 （b）强碳化物形成元素材料及热加工工艺第五章 工业用钢淬火碳钢淬火碳钢 回火回火 时的时的 硬度变化硬度变化u3）对回火转变的影响）对回火转变的影响 提高回火稳定性：提高回火稳定性： 淬火钢在回火过程中淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力抵抗硬度下降的能力称称回火稳定性回火稳定性。 合金元素能阻碍马氏合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析体分解及碳化

10、物的析出与聚集。出与聚集。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。材料及热加工工艺第五章 工业用钢二次硬化二次硬化原因：回火过程中特原因：回火过程中特殊碳化物析出、残余殊碳化物析出、残余A转变为转变为M回回或或B下下所致，所致，起弥散强化作用。起弥散强化作用。定义：一些定义：一些Mo、W、V 含量较高的高合金钢回火含量较高的高合金钢回火时时, 硬度不是随回火温度升高而单调降低硬度不是随回火温度升高而单调降低, 而是到某而是到某一温度一温度(约约400)后反而开始增

11、大，并在另一更高温后反而开始增大，并在另一更高温度度(一般为一般为550左右左右)达到峰值。达到峰值。材料及热加工工艺第五章 工业用钢原因原因: 合金元素合金元素(Cr,Mn,Ni)促进了锑、锡、磷等杂促进了锑、锡、磷等杂质元素在原奥氏体晶界上的偏聚和析出，削弱了质元素在原奥氏体晶界上的偏聚和析出，削弱了晶界联系，降低了晶界强度而造成的。晶界联系，降低了晶界强度而造成的。v在在500600 快速冷快速冷却，适用于小型零件；却，适用于小型零件；v大型零件采用加入大型零件采用加入W、Mo元素的合金钢制造。元素的合金钢制造。防止措施防止措施:材料及热加工工艺第五章 工业用钢材料及热加工工艺第五章 工

12、业用钢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 性能性能 钢钢u按成形方法分按成形方法分: 易切削易切削 钢，铸钢，锻钢，热轧钢，冷拉钢钢，铸钢，锻钢，热轧钢，冷拉钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢钢钢 类类碳碳 素素 钢钢合合 金金 钢钢PSPS普通质量钢普通质量钢0.0450.0450.0450.045优优 质质 钢钢0.0350.0350.035

13、0.035高级优质钢高级优质钢0.0300.0300.0250.025特级优质钢特级优质钢0.0250.0200.0250.015u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普通质量钢、优质钢优质钢、高级优质钢高级优质钢和和特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： 材料及热加工工艺第五章 工业用钢2、钢编号原则、钢编号原则 GB22179 字母字母 + 数字数字 + 化学元素符号化学元素符号 + 数字数字 + 字母字母 （1） （2） （3） （4）

14、 （5） 1）专门用途钢类型）专门用途钢类型 “G” “滚动滚动”，“Y”易切削，易切削， 一般不用第一项字母一般不用第一项字母 2）含碳量：结构钢）含碳量：结构钢 两位数，两位数， 1/10000， 工具钢工具钢 一或两位数，一或两位数，1/1000为单位为单位 3）合金元素符号）合金元素符号 4）合金元素含量）合金元素含量 名义百分数名义百分数 平均含碳量平均含碳量0.1%时，时，用一位数字表示用一位数字表示,如如2Cr13（平均含碳量为（平均含碳量为0.20%） 当当0.08%含碳量上限含碳量上限 0.03%时，时，以以“0”表示表示，如如0Cr18Ni9（含碳量上限为（含碳量上限为0.

15、08%） 当当0.03%含碳量上限含碳量上限0.01%时时（超低碳超低碳），），以以“00”表示表示，如，如00Cr19Ni11(含碳量上限为含碳量上限为0.03%）l 当含碳量上限当含碳量上限0. 01%时时(极低碳极低碳)，以，以“01”表示，表示，如如01Cr19Ni11（含碳量上（含碳量上限为限为0.01%）。）。汽轮机叶片汽轮机叶片材料及热加工工艺第五章 工业用钢工程用钢机器零件钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢2 结构钢结构钢 对结构钢的性能要求为：对结构钢的性能要求为： 使用性能使用性能以强韧性为主。以强韧性为主。 工艺性能工艺性能以焊接性、淬透以

16、焊接性、淬透性为主。性为主。铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥桁架结构桁架结构材料及热加工工艺第五章 工业用钢一、碳素结构钢一、碳素结构钢 1、特点：、特点：0.4%C，钢材钢材-热轧状态下使用，只强调力热轧状态下使用，只强调力学（冷弯、焊接、冲击）性能学（冷弯、焊接、冲击）性能 钢坯钢坯-需热锻，有成分要求需热锻，有成分要求 2、要求：、要求：A级：强度、塑性、冷弯级：强度、塑性、冷弯180度不起度不起裂纹裂纹BD级：级：+冲击韧性，冲击韧性，D为优质为优质 3、特例：、特例：Q235A-冷弯、焊接冷弯、焊接-机座、螺栓机座、螺栓Q235B-冲击冲击-齿轮、吊钩

17、齿轮、吊钩Q235CD-重要焊件重要焊件-锅炉、容器锅炉、容器材料及热加工工艺第五章 工业用钢Q235-A :工程构件和不重要的机械零件（机座、螺工程构件和不重要的机械零件（机座、螺栓）；栓）； Q235-B：承受冲击的构件（齿轮、吊钩）；：承受冲击的构件（齿轮、吊钩）；Q235-C（D）：重要的焊接结构（锅炉、容器等）：重要的焊接结构（锅炉、容器等）材料及热加工工艺第五章 工业用钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢三三、 低合金高强度结构钢（普低钢）低合金高强度结构钢（普低钢） 0.2%CQ345钢钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大

18、型钢结构。Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的压力容器。，强度高，用于中等压力的压力容器。Q460钢含钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，正火组织为贝氏体(？），强度高），强度高,用于石化中温用于石化中温高压容器高压容器.材料及热加工工艺第五章 工业用钢特点特点：优质碳素结构钢：优质碳素结构钢 + 合金元素合金元素(Cr、Mn、Si、Ni、B)上形成上形成的。的。wMe5%-中低合金钢渗碳钢：wc=0.10.25%，保证心部韧性，一定强度加Cr、Ni、Mn、B淬透心部（低碳回火马氏体+F），强化F加Ti、V、W、Mo防渗碳时A晶粒长大。切削前正火或正火+高温回火渗碳淬火+低温回火

19、(+冷处理-淬透性较高）表层组织？调质钢： wc=0.250.5%，保证综合强韧性加Cr、Ni、Mn、B淬透心部(F+S)，强化F,提高回火稳定性 。加Mo，W防可逆回火脆性;V细化晶粒；Al有利于38CrMoAl氮化。切削、淬火前，正火或退火调制后（S回)若耐磨-表面淬火+低温回火；氮化（ 38CrMoAl） 材料及热加工工艺第五章 工业用钢对于中淬透性钢，淬火后对于中淬透性钢，淬火后A较多，常采用冷处理较多，常采用冷处理使其转变为使其转变为M，提高钢表面的硬度。，提高钢表面的硬度。表层：高碳表层：高碳M回回 + 碳化物碳化物 + A（少）（少）6062HRC心部：淬透时低碳心部：淬透时低碳

20、M回回 40HRC ； 未淬透时未淬透时F + S 20HRC预备：正火预备：正火最终：渗碳最终：渗碳+淬火淬火 +低温回火低温回火材料及热加工工艺第五章 工业用钢要求要求：1.强韧性综合低碳回火马氏体：回火索氏体： 2.淬透性常用牌号与性能渗碳1.低淬透性渗碳：20Cr,20Mn2-小零件2.中：20CrMnTi, 20SiMnVB-负荷、冲击较大零件如变速箱齿轮3.高：20Cr2Ni4, 18Cr2Ni4WA-淬透性高，正火为M，高负荷、大冲击零件如柴油机、发动机曲轴、连杆。调质：1.低淬透性：40Cr,40MnB,40MnVB,35SiMn2.中：35CrMo,40CrNi,30CrMn

21、Si-大尺寸零件如发动机曲轴、连杆3.高：37CrNi3,40CrNiMoA-高负荷、大截面件 材料及热加工工艺第五章 工业用钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢 五、易切削钢五、易切削钢1、性能要求、性能要求: 降低切削力和切削热，减少刀具磨损，降低切削力和切削热，减少刀具磨损，延长刀具寿命，提高切削速度。延长刀具寿命，提高切削速度。2、化学成分特点、化学成分特点: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%破坏连续性破坏连续性，减摩减摩 P:1.65%Cr时时,会因会因A增加而使硬度和增加而使硬度和稳定性下降。稳定性下降。l严格控制

22、严格控制S、P 均均0.025%-高级优质高级优质钢钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢 3 、热处理和组织特点、热处理和组织特点 滚动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢是过共析钢。 热处理：热处理： 球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火 组织：组织： M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(-60 -80), 可以减少可以减少A、稳定尺寸、稳定尺寸. 轴承生产车间轴承生产车间材料及热加工工艺第五章 工业用钢4、滚动轴承钢的牌号、滚动轴承钢的牌号、 用途用途G Cr9 Si Mn 含含Mn量量1.5 %含含Si量量1.5 %含含Cr量量 0.9 %滚

23、动轴承钢滚动轴承钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢 1）原因：晶粒粗大，化学成分不均匀，存在有）原因：晶粒粗大，化学成分不均匀，存在有较大的铸造内应力。较大的铸造内应力。 2）工艺：正火后的力学性能较退火高，且生产）工艺：正火后的力学性能较退火高，且生产率高、成本低、应尽量采用正火代替退火。但率高、成本低、应尽量采用正火代替退火。但正火较退火的内应力大，因此形状复杂、易产正火较退火的内应力大，因此形状复杂、易产生裂纹、硬化的铸钢件，则需退火。生裂纹、硬化的铸钢件，则需退火。重要铸钢件，则调质处理；重要铸钢件，则调质处理；表面要求耐磨，还需表面淬火表面要求耐磨，还

24、需表面淬火+低温回火；低温回火；铸钢件的力学性能要比相应的锻钢件低。铸钢件的力学性能要比相应的锻钢件低。材料及热加工工艺第五章 工业用钢第三节第三节 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材料及热加工工艺第五章 工业用钢 一、碳素工具钢一、碳素工具钢 共有七个牌号：共有七个牌号：T7T13 1、成分特点：、成分特点：l高碳高碳(0.651.35%C) 随含碳量提高，碳化物随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，量增加，耐磨性提高，但韧性下降。但韧性下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带碳素工具钢材料碳素工具钢材料材料及热加工工艺第五章 工业用钢 2、热处理及组

25、织、热处理及组织 热处理：热处理：正火正火+球化球化退火退火+淬火淬火+低温回火低温回火 球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度降低硬度, 便于加工便于加工; 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 使用状态下的组织使用状态下的组织： M回回+颗粒状渗碳体颗粒状渗碳体+A(少量少量) 球状珠光体球状珠光体T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织材料及热加工工艺第五章 工业用钢 3、用途、用途 由于碳工钢由于碳工钢热硬性热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。的手工工具和低速刃具。 T7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、制造承受冲击的工具，如木工工具

26、：冲子、凿子、锤子等。凿子、锤子等。木工凿木工凿木工钻木工钻材料及热加工工艺第五章 工业用钢 T10T11：制造低速切削工具，如钻头、锯条、车：制造低速切削工具，如钻头、锯条、车刀等。刀等。 T12T13：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材料及热加工工艺第五章 工业用钢l二、合金工具钢二、合金工具钢 9SiCr、CrWMn、5CrNiMol由碳素工具钢基础上加入合金元素形成的钢。由碳素工具钢基础上加入合金元素形成的钢。 合金工具钢制品合金工具钢制品材料及热加工工艺第五章 工业用钢 A 低合金刃具钢低合金刃具钢 工作温度一般不超过工

27、作温度一般不超过300，常用于制造截面较大、形状常用于制造截面较大、形状复杂、切削条件较差的刃具。复杂、切削条件较差的刃具。 1、成分特点：、成分特点： 高碳：高碳：0.751.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性提高淬透性: Cr、Mn、Si 提高回火稳定性提高回火稳定性：Si 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: W、V 切削加工切削加工材料及热加工工艺第五章 工业用钢 2、热处理及组织、热处理及组织 淬火淬火+低温回火低温回火 使用状态下的组织为：使用状态下的组织为： M回回+粒状碳化物粒状碳化物+A(少量少量) 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途低合金工具钢扳手低合金工具

28、钢扳手材料及热加工工艺第五章 工业用钢板牙板牙预热预热分级淬火分级淬火低温回火低温回火9SiCr钢板牙热处理工艺曲线钢板牙热处理工艺曲线淬透性和耐磨性明显高于碳素工具钢，变形小，主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、精度要求较高、切削速度不太高切削速度不太高的薄刃刀具。的薄刃刀具。材料及热加工工艺第五章 工业用钢 1、性能特点性能特点: 高热硬性、高硬度、高淬透性高热硬性、高硬度、高淬透性 。lB 高速工具钢高速工具钢（俗称锋钢）（俗称锋钢） l制造制造高速切削高速切削刃具用钢。刃具用

29、钢。材料及热加工工艺第五章 工业用钢热硬性：材料在高温下保持高硬度热硬性：材料在高温下保持高硬度（60HRC）的特性。的特性。常用材料的热硬性：常用材料的热硬性：碳工钢碳工钢 200300. 低合金刃具钢低合金刃具钢 200300. 高速钢高速钢 550600. 硬质合金硬质合金 8001100.车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头高速切削时刃具工作温度可高达高速切削时刃具工作温度可高达500-600。材料及热加工工艺第五章 工业用钢2、化学成分特点、化学成分特点: W18Cr4V：18-4-1 （W6Mo5Cr4V2：6-5-4-2）v高碳高碳 0.7-0.8%:保证形成较多的合金碳化物；保证形成较多的

30、合金碳化物；保证淬火马氏体具有高硬度、高耐磨保证淬火马氏体具有高硬度、高耐磨v钨钨 18%:退火状态下以退火状态下以Fe4W2C存在，淬火时部分存在存在，淬火时部分存在于于M中；回火时中；回火时, 弥散析出弥散析出W2C, 造成二次硬造成二次硬化，化， 提高钢的回火稳定性和热硬性。提高钢的回火稳定性和热硬性。v钼钼:1%Mo的作用等同于的作用等同于2%W,可以提高韧可以提高韧性和消除第二类回火脆性。性和消除第二类回火脆性。材料及热加工工艺第五章 工业用钢2、化学成分特点、化学成分特点: W18Cr4V：18-4-1 （W6Mo5Cr4V2：6-5-4-2）v铬铬 4%:v钒钒1.5%: 淬火加

31、热时全部溶于淬火加热时全部溶于A中，显著提高钢的淬透中，显著提高钢的淬透性；可提高钢的回火稳定性以及耐磨性性；可提高钢的回火稳定性以及耐磨性; 含量过含量过低淬透性达不到要求，过高会增加残余低淬透性达不到要求，过高会增加残余A量。量。形成形成VC, 硬度极高硬度极高可达到可达到8385HRC, 显著提高显著提高钢的硬度和耐磨性；起细化晶粒作用；含量不钢的硬度和耐磨性；起细化晶粒作用；含量不能过高，否则磨削加工困难。能过高，否则磨削加工困难。材料及热加工工艺第五章 工业用钢W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织l3、加工与热处理、加工与热处理l加工工艺路线：加工工艺路线：下料下料反复锻打反复锻打

32、球化退火球化退火机加机加工工淬火淬火回火回火磨削磨削 高速钢是高速钢是莱氏体钢莱氏体钢，其铸态组织为亚共其铸态组织为亚共晶组织，由晶组织，由鱼骨状鱼骨状莱氏体与树枝状莱氏体与树枝状M+T组成，组成，脆性脆性大且无法用热处理大且无法用热处理改善。改善。材料及热加工工艺第五章 工业用钢 降低硬度，为切削降低硬度，为切削加工及淬火作准备加工及淬火作准备 退火后组织：退火后组织： S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物 退火后硬度：退火后硬度： 207-255HBSl 反复反复锻造目的：锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，打碎粗大的鱼骨状碳化物， 使其均匀分布于基体中使其均匀分布于基体中;锻后必须缓冷锻后必须缓冷

33、.W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织 等温球化等温球化退火目的：退火目的：材料及热加工工艺第五章 工业用钢W18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织 （3）淬火：）淬火： 淬火加热前为防止淬火加热前为防止变形开裂需变形开裂需预热预热；1280; 盐浴分级盐浴分级淬火或油冷；淬火或油冷； 淬火后的组织淬火后的组织: 隐晶隐晶M+粒状碳化粒状碳化物物+A(2025%) 硬度约在硬度约在60HRC材料及热加工工艺第五章 工业用钢 碳化物，碳化物，产生二次硬化。产生二次硬化。 A中碳及合金元素含量下降，中碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷点上升，回火冷却时，却时，A转变为转变为M，二次淬火。，二

34、次淬火。 三次回火三次回火：每次回火加热都使前一次的淬火：每次回火加热都使前一次的淬火M回火。回火。l 回火回火 目的：目的：主要为减少主要为减少A。 消除内应力、稳定组织。消除内应力、稳定组织。l常用常用560三次回火三次回火.l回火时的组织变化：回火时的组织变化： l 析出析出W、Mo、V的的材料及热加工工艺第五章 工业用钢三次回火后的组织三次回火后的组织: M回回 + Cm + A ( 1 2 % )硬度硬度：6366HRCW18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织高速钢铣刀高速钢铣刀u淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理可减少回火次数。可减少回火次数。材料及热加工工艺第五章 工

35、业用钢2、量具钢、量具钢 制造各种量具用钢。制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块如千分尺、卡尺、块规、塞规等。规、塞规等。卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺材料及热加工工艺第五章 工业用钢 1、性能要求、性能要求 量具在使用过程中与被测量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲零件接触，承受摩擦和冲击。击。 高硬度和耐磨性。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。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材料及热加工工艺第五章 工业用钢 2、量具用钢、量具用钢 低碳钢低碳钢、中碳钢中碳钢 碳素工具钢、碳素工具钢、

36、 低合金工具钢低合金工具钢量块量块 滚动轴承钢、冷作模具钢滚动轴承钢、冷作模具钢 不锈钢不锈钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢 4、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。l 下限温度淬火及冷处理。减少下限温度淬火及冷处理。减少A。l 长时间低温时效，以消除内应力，长时间低温时效，以消除内应力， 降低马氏体的正方度。降低马氏体的正方度。量量规规3、合金量具钢的成分特点：、合金量具钢的成分特点：成分与低合金刃具钢相同：高碳成分与低合金刃具钢相同：高碳(0.9%-1.5%)、 提高淬透性的元素提高淬透性的元素 (Cr、

37、W、Mn 等等)。 材料及热加工工艺第五章 工业用钢-650820-840油冷油冷3h-70-80 冷处理冷处理140-1603h110-12036h时效处理时效处理精磨精磨3h研磨研磨温度时间CrWMn钢制造精密量块的生产工艺为锻造钢制造精密量块的生产工艺为锻造球化球化退火退火切削加工切削加工淬火淬火冷处理冷处理低温回火低温回火粗粗磨磨等温人工时效等温人工时效精磨精磨去应力退火去应力退火研磨。研磨。材料及热加工工艺第五章 工业用钢汽车冲压模具汽车冲压模具 冷作模具钢冷作模具钢工作条件：工作条件：工作时承工作时承受很大的压力、弯曲受很大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。力、冲击载荷和摩擦。主要失

38、效形式是磨损主要失效形式是磨损。2) 性能要求性能要求: 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 足够强度和韧性。足够强度和韧性。材料及热加工工艺第五章 工业用钢 3)、常用钢种、常用钢种 小尺寸小尺寸、形状简单形状简单、受力不受力不大的模具大的模具, 可用可用碳素工具钢碳素工具钢和和低合金工具钢低合金工具钢制造。制造。 截面、受力大的冷模具用截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢型冷作模具钢制造制造。l 成分特点：成分特点：高碳高碳(1.42.3%C)；高铬高铬(11.513%Cr)l合金元素作用：合金元素作用： Cr 提高淬透性提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒提高耐磨性，细化晶粒

39、。 Cr12钢钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢A 高碳，多在高碳，多在l.0%以上，有时达以上，有时达2.0%，保证高，保证高硬度硬度(一般为一般为60HRC)和高耐磨性。和高耐磨性。B 加入加入Cr、Mo、W、V等合金元素形成难熔碳等合金元素形成难熔碳化物，提高耐磨性；化物，提高耐磨性；含含Cr量量高达高达12%，铬与碳形成，铬与碳形成Cr7C3碳化物，极碳化物，极大地提高钢耐磨性并显著提高淬透性。大地提高钢耐磨性并显著提高淬透性。Mo、V进一步细化晶粒，使碳化物分布均匀，提进一步细化晶粒，使碳化物分布均匀，提高耐磨性和韧性。高耐磨性和韧性。材料及热加工工艺第五章 工业用钢 加工及热处理：

40、加工及热处理：Cr12型模具钢是型模具钢是莱氏体钢莱氏体钢，需进行锻造、退火需进行锻造、退火, 目的同高速钢一样。目的同高速钢一样。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使用状态下的组使用状态下的组织织: M回回+颗粒状颗粒状碳化物碳化物+A(少量少量)汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模l预备热处理是球化退火。预备热处理是球化退火。退火组织为球状珠光退火组织为球状珠光体体+均匀分布的碳化物。均匀分布的碳化物。材料及热加工工艺第五章 工业用钢1、性能要求、性能要求 高温下良好的高温下良好的 综合力学性能。综合力学性能。 抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。 高的淬透性和良好的导高的淬透性和

41、良好的导热性。热性。热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯u工作条件：剧烈的冷热循环所引起的不均匀热应变和热工作条件：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；巨大的压应力、张应力、弯曲应力应力，以及高温氧化；巨大的压应力、张应力、弯曲应力和冲击载荷的作用和冲击载荷的作用（二）（二） 热作模具钢热作模具钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢2）化学成分：）化学成分：中碳：中碳：0.30.6% 综合性能综合性能 合金元素总量合金元素总量 12%M不锈钢力性最高、切削加工性好，但耐蚀性较低。不锈钢力性最高、切削加工性好，但耐蚀性较低。Cr作用作用 :1）氧化膜（钝化膜）；）氧化膜（钝化膜）；2)

42、 基体的电极电位；基体的电极电位；3)淬透性，空淬透性，空冷得冷得M 。含含C量为量为0.1-0.45%，强度、硬度、耐磨性较好。，强度、硬度、耐磨性较好。热处理热处理: 淬火淬火+高温回火高温回火,使用状态下的组织使用状态下的组织: S回回常用牌号及用途：常用牌号及用途：高高C高高Cr的的8Cr17 也属也属M材料及热加工工艺第五章 工业用钢 2、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢 典型钢号如典型钢号如00Cr12、1Cr17等。等。 成分：成分：高铬低碳高铬低碳l 无无相变相变，不能，不能进行热处理强化。进行热处理强化。l 组织组织：单相铁素体单相铁素体 性能特点：性能特点：耐酸耐酸蚀，抗氧化能力

43、强，蚀，抗氧化能力强，塑性好。塑性好。材料及热加工工艺第五章 工业用钢 3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢 主要是主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。）型不锈钢。 l 性能特点：性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑韧性塑韧性,无磁性。无磁性。 l 热处理：热处理：采用采用固溶处理固溶处理。即加热到。即加热到1100使碳化物溶解后水使碳化物溶解后水冷。冷。组织为组织为单相奥氏体单相奥氏体。-消除碳化物消除碳化物材料及热加工工艺第五章 工业用钢二、耐热钢二、耐热钢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

44、性和高温强度的特殊钢。如制造高压锅炉、汽轮机、内燃机等的构件。如制造高压锅炉、汽轮机、内燃机等的构件。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 材料及热加工工艺第五章 工业用钢 性能要求性能要求 1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性： 钢中加入钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定的氧可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一步化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。扩散，提高抗氧化性。气轮机叶片气轮机叶片航空发动机航空发动机材料及热加工工艺第五章 工业用钢飞机发动机飞机发动机过热器过热器 2、高的热强性、高的热强性热强性

45、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.指标为蠕变强度和持久指标为蠕变强度和持久强度。强度。蠕变蠕变指金属在指金属在高温高温低于低于s的应力下所发生的极的应力下所发生的极其缓慢的塑性变形其缓慢的塑性变形.持久强度指一定温度下持久强度指一定温度下规定时间内不断裂所能规定时间内不断裂所能承受的最大应力。承受的最大应力。材料及热加工工艺第五章 工业用钢涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰 常用耐热钢常用耐热钢 1、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢 常用钢号为常用钢号为15CrMo、12CrMoV，是低合金，是低合金钢。钢。 合金元素作用：合金元素作用： Cr提高抗氧化性；提高抗氧化性； Mo提

46、高热强性提高热强性; V弥散强化。弥散强化。材料及热加工工艺第五章 工业用钢 热处理：热处理： 正火正火+高温回火高温回火 组织组织: F+P l 用途：用途：600以下的锅炉零件以下的锅炉零件,压力容器，热交压力容器，热交换器等。换器等。 烟管式锅炉烟管式锅炉锅炉管锅炉管材料及热加工工艺第五章 工业用钢Cr12型型(1Cr12WMoV)、Cr13型型(1Crl3、2Cr13)；含有大量含有大量 Cr，抗氧化性及热强性高，淬透性好；，抗氧化性及热强性高，淬透性好；多用于制造多用于制造 600以下受力较大零件，如汽轮机叶以下受力较大零件，如汽轮机叶片等，多在调质状态下使用。片等，多在调质状态下使

47、用。CrSi钢（钢（4Cr9Si2、4Cr10Si2Mo）Cr、Si：提高抗氧化性：提高抗氧化性Mo：提高高温强度和避免回火脆性：提高高温强度和避免回火脆性C量量0.4%：获得高硬度和耐磨性：获得高硬度和耐磨性应用：应用：700-750的汽车发动机、柴油机的排气阀的汽车发动机、柴油机的排气阀2、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢材料及热加工工艺第五章 工业用钢含有含有Ni、Mn、N等奥氏体形成元素，等奥氏体形成元素，600-700;常用牌号有：常用牌号有：0Cr18Ni9，4Cr14Ni14W2Mo应用：制造一些比较重要的零件，如燃气轮机轮应用：制造一些比较重要的零件，如燃气轮机轮盘和叶片、排气阀、炉用部件、喷汽发动机的排盘和叶片、排气阀、炉用部件、喷汽发动机的排气管等。这类钢一般进行固溶处理。气管等。这类钢一般进行固溶处理。过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱材料及热加工工艺第五章 工业用钢 是指在冲击载荷作用下是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的发生冲击硬化的高锰钢高锰钢. 只有只有ZGMn13一个钢号一个钢号. 1、成分特点、成分特