《工程材料》第七章钢铁材料

1、 学习内容学习内容 1. 1. 钢中的杂质和合金元素；钢中的杂质和合金元素；2. 2. 钢的编号；钢的编号；3. 3. 合金结构钢合金结构钢4. 4. 工具钢；工具钢；5. 5. 特殊性能钢；特殊性能钢；钢铁材料钢铁材料: :钢和铸铁的总称。钢和铸铁的总称。钢分为两大类：钢分为两大类： 碳钢（价格便宜，占钢量的碳钢（价格便宜，占钢量的90）; ; 合金钢（占钢量的合金钢（占钢量的10）。 第一节第一节 钢中的杂质钢中的杂质 碳钢的主要成分为碳钢的主要成分为Fe和和C。 因原材料及冶炼工艺等因素，混入一些杂质元因原材料及冶炼工艺等因素，混入一些杂质元素，主要：素，主要： Mn（锰）、锰）、Si（

2、硅）、硅）、S（硫）、硫）、P（磷）、磷）、H（氢）、氢）、N（氮）、氮）、O（氧）氧） 等，对钢等，对钢的性能影响较大的性能影响较大。 1. 1. S（硫）硫）S是炼钢时无法除尽的有害杂质。难固溶于是炼钢时无法除尽的有害杂质。难固溶于Fe，形成低熔点形成低熔点FeS（1190），），FeS又与又与-Fe形成低熔形成低熔点共晶体点共晶体（FeS+Fe）（985），分布于），分布于奥氏体奥氏体晶晶界上。界上。 当钢加热到锻、轧温度时，当钢加热到锻、轧温度时，（FeS+Fe）共晶体熔共晶体熔化，造成沿晶界碎裂，称为化，造成沿晶界碎裂，称为 “ “红脆红脆”或或“热脆热脆”。 S在钢焊接时，易导致焊

3、缝热裂，使焊缝出现在钢焊接时，易导致焊缝热裂，使焊缝出现氧化、气孔和疏松。氧化、气孔和疏松。 高级优质钢：高级优质钢：S0.02%0.03%； 优质钢：优质钢：S0.03%0.045%； 普通钢：普通钢：S0.055%0.7%以下以下。 S的有利方面：切削性好。的有利方面：切削性好。 含含S非调质钢制造胀裂式连杆非调质钢制造胀裂式连杆的锻坯：的锻坯：70S(0.7%C,0.2%S)，髙髙强度而又易切削。强度而又易切削。 锻造温度可适当降低。锻造温度可适当降低。 S改善钢的切削加工性，钢含改善钢的切削加工性，钢含S达到达到0.18%-0.3%时成为时成为“易削钢易削钢”。易断屑，粗糙度小。易断屑

4、，粗糙度小。 S与与Mn形成硫化物，可减少刀具与工件表面形成硫化物，可减少刀具与工件表面的磨损，延长刀具寿命。的磨损，延长刀具寿命。 “ “易削钢易削钢”在自动机床进行大批量、低误差在自动机床进行大批量、低误差加工，用于载荷不大的零件。加工，用于载荷不大的零件。2. Mn（锰）锰） 有益元素，随脱氧剂进入钢中。有益元素，随脱氧剂进入钢中。 脱氧：把钢水中的脱氧：把钢水中的FeO还原为还原为Fe。 Mn对对S的亲和力大于的亲和力大于Fe，优先形成高熔点的在高优先形成高熔点的在高温下具有一定的塑性的温下具有一定的塑性的MnS，可避免钢发生热脆。可避免钢发生热脆。 Mn固溶于铁素体中，起到固溶强化作

5、用。固溶于铁素体中，起到固溶强化作用。 Mn增加珠光体量，能细化晶粒增加珠光体量，能细化晶粒, ,显著提高钢的力显著提高钢的力学性能。学性能。3. Si（硅）硅）影响与锰相似，炼钢脱氧剂影响与锰相似，炼钢脱氧剂 脱氧能力比脱氧能力比Mn强，能更好地将强，能更好地将FeO还原。还原。 Si溶于溶于F中，起固溶强化作用。中，起固溶强化作用。 冶炼后含量通常小于冶炼后含量通常小于0.5%。 4. P（磷）磷） 生铁中带入，不能除尽有害元素。生铁中带入，不能除尽有害元素。 在在F中固溶强化，钢的强度、硬度显著提高中固溶强化，钢的强度、硬度显著提高 。 使钢的塑性、韧性在室温下急剧降低，称使钢的塑性、韧

6、性在室温下急剧降低，称“冷冷脆脆”。 Fe-P合金偏析严重。合金偏析严重。含含P0.08%0.15%，F脆化，切削加工性提高。脆化，切削加工性提高。 高高P钢抗大气、海水腐蚀，含钢抗大气、海水腐蚀，含Cu时，作用更加显时，作用更加显著著。 5. N（氮）氮） -Fe中中590溶解度最大溶解度最大0.1%，室温时室温时0.001%以下，以下，过饱和过饱和N的的F，变形后析出变形后析出N化物，使低化物，使低C钢强度上钢强度上升，塑性下降，性能不稳定。升，塑性下降，性能不稳定。 与钒、铌、钛形成与钒、铌、钛形成N化物，有细化晶粒和沉淀化物，有细化晶粒和沉淀强化的效果。强化的效果。 研发研发以以N代代

7、Ni，制造低铬或无铬不锈钢制造低铬或无铬不锈钢, ,替代替代Cr18Ni9Ti不锈钢。不锈钢。6. H（氢）氢）含量甚微，危害很大：含量甚微，危害很大： 微量微量H引起引起“氢脆氢脆” ” 产生大量微裂纹产生大量微裂纹白点，使白点，使钢塑性显著下降，韧性几乎为钢塑性显著下降，韧性几乎为0。7. O（氧）氧）以氧化物的形式存在，如以氧化物的形式存在，如FeO、Fe2O3、SiO2、MnO、Al2O3、CaO、MgO、复合氧化物等，复合氧化物等，使钢的性能下降。使钢的性能下降。 第二节第二节 钢与合金元素钢与合金元素合金钢：合金钢：在碳钢中有意识加入一种或几种元素，在碳钢中有意识加入一种或几种元素

8、，形成形成合金钢合金钢。常见合金元素常见合金元素 Ni、Si、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Ti、Co等。等。优越性优越性 机械性能好；淬透性高；机械性能好；淬透性高； 获得特殊性能钢获得特殊性能钢: :不锈钢、耐热不锈钢、耐热 钢、耐磨钢等。钢、耐磨钢等。 合金元素在钢中存在形式取决于与合金元素在钢中存在形式取决于与C C的亲和力的亲和力 1 1、合金元素对钢机械性能的影响、合金元素对钢机械性能的影响 金属的强化机制主要有金属的强化机制主要有固溶强化、位错强化、细固溶强化、位错强化、细晶强化、第二相晶强化、第二相( (沉淀和弥散沉淀和弥散) )强化强化四种。合金元素在四种。合金元素在这些强

9、化机制中起到了重要作用。这些强化机制中起到了重要作用。1)固溶强化，晶格畸变固溶强化，晶格畸变阻碍位错运动。阻碍位错运动。Mn、Si2)形成合金碳化物形成合金碳化物弥散强化弥散强化 Nb，V，Al，Ti3)阻碍阻碍A晶粒长大晶粒长大细晶强化；细晶强化； 大多数合金元素都有阻止大多数合金元素都有阻止A晶粒晶粒长大作用，长大作用， 主要：主要： Nb、V、Al、Ti、合金元素对钢性能的影响合金元素对钢性能的影响4 4) )提高淬透性提高淬透性M强化，强化，SiSi、MnMn、CrCr、NiNi、B B， 合金元素合金元素（除除Co外）推迟珠光体外）推迟珠光体( (P) )转变，使转变，使C曲线右移

10、。曲线右移。 注意：合金元素注意：合金元素只有完全溶于奥氏只有完全溶于奥氏体时体时, , 才能提高淬才能提高淬透性。未溶解合金透性。未溶解合金元素形成碳化物促元素形成碳化物促进形核，会降低淬进形核，会降低淬透性。透性。5)5)合金元素合金元素改变马氏体转变温度改变马氏体转变温度大多数合金元素都降低大多数合金元素都降低Ms和和Mf点点（Co、Al除外）除外）, 作用次序：作用次序：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si。 Ms和Mf点的下降点的下降, 使使残余残余A增多。采用冷处理增多。采用冷处理(冷至冷至Mf点以下点以下)或多次回火可继续或多次回火可继续M转变转变。 GCr15钢块规热处理工艺曲钢块

11、规热处理工艺曲线线合金元素对钢性能的影响合金元素对钢性能的影响6)提高回火抗力提高回火抗力,Si、W、Mo、V、Ti7)产生二次硬化产生二次硬化沉淀出弥散稳定的难熔碳化物沉淀出弥散稳定的难熔碳化物W2C、VC、Cr7C3等等, 使钢的硬度升高使钢的硬度升高, 称为称为沉淀硬化沉淀硬化。提高。提高钢的红硬性、硬度及耐磨性。钢的红硬性、硬度及耐磨性。2 2、合金元素对相图的影响、合金元素对相图的影响1） Ni、Mn使使相区扩大，使相区扩大，使E、S点向左、下移动；点向左、下移动；A1和和A3温度降低。温度降低。2） Si、Cr、Mo、W、V、Ti等使等使相区缩小相区缩小, , E、S点点向左、上移

12、动；向左、上移动；A1 和和A3温度升高。温度升高。3 3、合金元素对钢的工艺性能的影响、合金元素对钢的工艺性能的影响 1 1）铸造性能）铸造性能 ( (流动性降低、成分偏析严重流动性降低、成分偏析严重) ) 2 2）塑性加工性能）塑性加工性能 3 3）焊接性能）焊接性能 4 4）切削性能）切削性能 5 5）热处理工艺性能）热处理工艺性能 合金钢的淬透性高，可慢速冷却得到合金钢的淬透性高，可慢速冷却得到M，减少工减少工件的变形和开裂倾向。件的变形和开裂倾向。第三节第三节 钢的分类、牌号及用途钢的分类、牌号及用途一、碳钢的分类一、碳钢的分类1.1.碳含量碳含量 低碳低碳C%0.25%、中碳中碳0

13、.25C%0.6%、高碳高碳C0.6%2 2质量质量 普碳钢普碳钢S0.055,0.055,P0.0450.045、优质碳素钢、优质碳素钢S0.04, P0.04 、高级优质碳素钢、高级优质碳素钢S0.03, ,P0.0353 3按用途按用途 碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢碳素结构钢、碳素工具钢、铸钢 4 4、牌号及用途、牌号及用途 碳素结构钢牌号碳素结构钢牌号Q数字字母。表示屈服强度值。字母数字字母。表示屈服强度值。字母A、B、C、D为质量等级（硫、磷含量），为质量等级（硫、磷含量），A级钢含硫、磷量级钢含硫、磷量最高，最高，D级钢含硫、磷量最低。级钢含硫、磷量最低。 如如Q235B、Q275

14、，塑性、焊接性好，塑性、焊接性好。为低碳钢。为低碳钢。二、合金钢的分类二、合金钢的分类低合金钢低合金钢（合金（合金 10%）按用途：按用途：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢合金结构钢、合金工具钢、特殊性能钢 GCr15轴承70MnSi 钢轨钢轨 W18Cr4V Cr25Ni20 20CrMnTi齿轮二、合金钢的编号二、合金钢的编号 合金结构钢合金结构钢40Cr，碳：碳：0.40%，Cr：1.5%以下。以下。 合金工具钢合金工具钢5CrMnMo，碳碳0.5%, Cr、Mn、Mo1.5%以下。以下。 滚珠轴承钢滚珠轴承钢 GCr15，碳碳1.0%、铬约、铬约1.5%。 易切削钢易切削钢Y40Mn

15、，碳碳0.4%、锰、锰1.5%。 高级优质钢高级优质钢，末尾加，末尾加“A”字，例如字，例如20Cr2Ni4A等。等。 16MnR（容器用钢）、（容器用钢）、09MnNiDR低温容器用钢低温容器用钢 第四节第四节 结构钢结构钢一、普通碳素结构钢：一、普通碳素结构钢：Q195、Q215、Q235A、Q235B，塑性、焊接性较好，塑性、焊接性较好，强度较低，轧制成钢筋、钢板、钢管等，用于桥梁、强度较低，轧制成钢筋、钢板、钢管等，用于桥梁、建筑物骨架等构件、普通螺钉、螺帽、铆钉等。建筑物骨架等构件、普通螺钉、螺帽、铆钉等。 Q235C、Q235D可用于罐体焊接件。可用于罐体焊接件。 Q255、Q27

16、5 强度较高，可轧成型钢、钢板用于构件。强度较高，可轧成型钢、钢板用于构件。 钢筋混凝土立交桥钢筋混凝土立交桥 钢制罐体污水处理设备钢制罐体污水处理设备焊口焊口焊接性焊接性二、优质碳素结构钢二、优质碳素结构钢 钢号用平均碳质量分数的万分数表示。钢号用平均碳质量分数的万分数表示。 例如，钢号例如，钢号“20”即表示碳即表示碳质量分数为质量分数为0.20%的的优质碳素结构钢。优质碳素结构钢。 若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号若钢中锰含量较高，则在这类钢号后附加符号“Mn”，如如15Mn、45Mn等等。常用优质碳素结构钢：常用优质碳素结构钢： 08F 塑性好，可制造冷冲压零件；塑性好，可制造

17、冷冲压零件； 10、20钢钢 冷冲压性与焊接性能良好，可用作冲压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）也可以制造轴、件及焊接件，经过热处理（如渗碳）也可以制造轴、销等零件；销等零件； 35、40、45、50钢钢 经热处理后，可获得良好的综合经热处理后，可获得良好的综合机械性能，用来制造较小齿轮、轴类、缸套等零件。机械性能，用来制造较小齿轮、轴类、缸套等零件。 60、65钢钢 主要用来制造弹簧。主要用来制造弹簧。 三、合金结构钢三、合金结构钢 制造重要工程结构和机器零件的合金钢。制造重要工程结构和机器零件的合金钢。 主要有主要有低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢、合

18、金、合金渗碳钢渗碳钢、合金、合金调调质钢质钢、合金、合金弹簧钢弹簧钢、滚珠轴承钢滚珠轴承钢。 （一）、低碳低合金高强度结构钢（简称低合金高强（一）、低碳低合金高强度结构钢（简称低合金高强钢钢） 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、储罐、大型钢结构等。器、输油输气管道、储罐、大型钢结构等。 低合金高强钢低合金高强钢性能要求性能要求(1) (1) 高强度：屈服强度高强度：屈服强度300 MPa以上。以上。 (2) 高韧性：延伸率高韧性：延伸率15%20%，冲击韧性，冲击韧性600 800 kJ/m2。(3) (3) 良好的焊接性能和

19、冷良好的焊接性能和冷 成型性能。成型性能。(4) (4) 低的冷脆转变温度。低的冷脆转变温度。(5) (5) 良好的耐蚀性。良好的耐蚀性。常用低碳低合金高强度结构钢常用低碳低合金高强度结构钢Q345 （16Mn）用量最多、产量最大的高用量最多、产量最大的高强度、高韧塑性钢种。使用状态组织为细强度、高韧塑性钢种。使用状态组织为细晶粒的铁素体珠光体晶粒的铁素体珠光体(轧后空冷轧后空冷)。适用。适用 于桥梁、钢结构建筑、高压管道于桥梁、钢结构建筑、高压管道 与罐体、深冲容器（与罐体、深冲容器（16MnR）等，等， 具有较好的性价比。具有较好的性价比。 例：例：用用16MnR制造铁路客车侧梁深冲开裂问

20、题制造铁路客车侧梁深冲开裂问题板厚板厚10-12mm 16Mn冶炼铸轧不当，冶炼铸轧不当，易出现严重偏析和带状组易出现严重偏析和带状组织。在钢的一些局部产生织。在钢的一些局部产生贝氏体或马氏体，降低钢贝氏体或马氏体，降低钢的韧性。的韧性。Q420（15MnVN） 强度较高，且韧强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性、焊接性及低温韧性也较好，用于制造性也较好，用于制造桥梁、锅炉、船舶等桥梁、锅炉、船舶等大型结构。大型结构。杨浦大桥杨浦大桥武汉长江大桥建成于武汉长江大桥建成于1957年年10月月 桥的主跨度桥的主跨度128m，采用普通碳素结构钢，采用普通碳素结构钢Q235CMnSiSP0.120.20

21、0.400.70 0.30 0.045 0.045 典型钢号比较：典型钢号比较： 江西九江长江大桥江西九江长江大桥Q420（15MnVNq）建成于建成于1992年年南京长江大桥南京长江大桥Q345（16Mnq） 建成于建成于1968年年 强度级别超过强度级别超过500 MPa ，加入，加入Cr、Mo、Mn、Si、V、B等，空冷得到贝氏体组织等，空冷得到贝氏体组织（如（如22Mn2SiVB空空冷贝冷贝氏体钢）氏体钢），使强度，塑性、焊接性能较好，多用于高，使强度，塑性、焊接性能较好，多用于高压锅炉、高压容器等。压锅炉、高压容器等。低合金高强度结构钢的低合金高强度结构钢的热处理特点热处理特点 一般

22、在热轧空冷状态下使用，不需要专门的热一般在热轧空冷状态下使用，不需要专门的热处理。显微组织一般为铁素体处理。显微组织一般为铁素体+ +珠光体或索氏体（细珠光体或索氏体（细珠光体）。珠光体）。（二）合金渗碳钢（二）合金渗碳钢 汽车、拖拉机中的变速齿轮、凸轮轴、活塞销、汽车、拖拉机中的变速齿轮、凸轮轴、活塞销、万向节、拨叉等零件。万向节、拨叉等零件。 零件工作中受到强烈的摩擦磨损，又承受较大的交零件工作中受到强烈的摩擦磨损，又承受较大的交变载荷，特别是冲击载荷。变载荷，特别是冲击载荷。拨拨叉叉 变变速速齿齿轮轮 对渗碳零件的对渗碳零件的性能要求性能要求 (1) 表面表面渗碳层高硬度，渗碳层高硬度，

23、 保证耐磨性和接触疲劳保证耐磨性和接触疲劳 抗力，适当塑性和韧性。抗力，适当塑性和韧性。 (2) 心部心部高高韧性韧性和足够强度。和足够强度。 (3) 切削性；高温渗碳（切削性；高温渗碳（900950），晶粒不易），晶粒不易长大；良好的淬透性。长大；良好的淬透性。汽汽车车万万向向节节渗碳零件用渗碳零件用钢及牌号钢及牌号 20Cr低淬透性钢。低淬透性钢。 20CrMnTi、20CrMo中淬透性钢。过热敏感性中淬透性钢。过热敏感性较小，渗碳过渡层均匀，有良好的机械性能和工艺较小，渗碳过渡层均匀，有良好的机械性能和工艺性能，用于汽车齿轮。性能，用于汽车齿轮。 20Cr2Ni4A高淬透性钢。具有较好的

24、韧性。高淬透性钢。具有较好的韧性。 汽车用合金汽车用合金渗碳钢的热处理和组织性能渗碳钢的热处理和组织性能 热处理工艺热处理工艺: 锻坯锻坯等温正火等温正火渗碳渗碳淬火淬火低温回火。低温回火。表面组织：表面组织：渗碳体渗碳体+回火回火M+少量少量A， 硬度硬度6062 HRC。心部组织：心部组织： 完全淬透：低碳回火完全淬透：低碳回火M， 硬度硬度4048 HRC。 未完全淬透：组织为回火未完全淬透：组织为回火MP少量少量F， 硬度硬度2540 HRC。20CrMo合金渗碳钢制造汽车变速合金渗碳钢制造汽车变速齿轮齿轮合金渗碳钢制造变速箱合金渗碳钢制造变速箱齿轴齿轴楔楔横横轧轧滴注式渗碳热处理自动

25、生产线滴注式渗碳热处理自动生产线（南京东风汽车）（南京东风汽车）（三）、合金调质钢（中碳合金钢）（三）、合金调质钢（中碳合金钢） 用于制造汽车、拖拉机、机床和用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件。其它机器上的各种重要零件。 轴类件、连杆、大载荷齿轮、螺栓轴类件、连杆、大载荷齿轮、螺栓等。等。 40MnVB进气阀40Cr连杆螺栓合金调质钢零件性能要求合金调质钢零件性能要求 调质件承受多种工作载荷，受力复杂，要求综合调质件承受多种工作载荷，受力复杂，要求综合机械性能高，即高的强度和良好的塑性、韧性。机械性能高，即高的强度和良好的塑性、韧性。连连续续式式调调质质生生产产线线 山山东东

26、潍潍坊坊柴柴油油机机厂厂 钢种及牌号钢种及牌号 40Cr、 35CrMo 、40CrNiMo合金调质钢零件的热处理合金调质钢零件的热处理 最终热处理：最终热处理：淬火高温回火淬火高温回火 500650。合金调质钢零件合金调质钢零件调质后的组织：调质后的组织： 回火索氏体回火索氏体表面要求耐磨的零件，再进行感应淬火，表面组织为表面要求耐磨的零件，再进行感应淬火，表面组织为回火马氏体。表面回火马氏体。表面硬度可达硬度可达55 58 HRC。感感应应淬淬火火（四）、合金弹簧钢（四）、合金弹簧钢1. 1. 用途用途 合金弹簧钢是一种专用结构钢，用于制造各种弹合金弹簧钢是一种专用结构钢，用于制造各种弹簧

27、和弹性元件。簧和弹性元件。 2.合金弹簧钢合金弹簧钢性能要求性能要求 (1) 高的弹性极限高的弹性极限e，尤其是高的屈强比尤其是高的屈强比s /b。(2) 高的疲劳强度。高的疲劳强度。(3) 足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断。足够的塑性和韧性，以免受冲击时脆断。3.3.合金弹簧钢合金弹簧钢成分成分 (1) (1) 中、高碳中、高碳 0.50%0.70%。碳含量过高时，碳含量过高时，塑性、韧性降低，疲劳抗力也下降。塑性、韧性降低，疲劳抗力也下降。 (2) Si、Mn为主为主，提高淬透性，提高屈强比。重要，提高淬透性，提高屈强比。重要用途的弹簧钢加入用途的弹簧钢加入Cr、V、W等等元素元素 4.

28、4.合金弹簧钢合金弹簧钢常用常用钢种和牌号钢种和牌号 65Mn、60Si2Mn、50CrVA5. 加工、热处理与性能加工、热处理与性能 热成形弹簧热成形弹簧 成型、淬火成型、淬火830-870 (油油)和和 中温中温450 550 回火。用来制作较大弹回火。用来制作较大弹簧。簧。 (2)小尺寸冷成形弹簧，冷拔弹簧钢丝（片）卷成。小尺寸冷成形弹簧，冷拔弹簧钢丝（片）卷成。 低碳马氏体钢弹簧低碳马氏体钢弹簧（20钢丝钢丝淬火）淬火） （五）、轴承钢（五）、轴承钢1. 1. 用途用途 滚动轴承的滚动体、内外套圈，滚动轴承的滚动体、内外套圈，专用结构专用结构钢钢。 2.2.轴承钢轴承钢性能要求性能要求

29、 (1) (1) 高的接触疲劳强度。高的接触疲劳强度。 (2) (2) 高的硬度和耐磨性高的硬度和耐磨性：62HRC66HRC。 (3) (3) 足够的韧性和淬透性。足够的韧性和淬透性。3.轴承钢轴承钢常用牌号常用牌号 GCr15、 GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV4. 成分特点：成分特点： (1)高碳：高碳： 0.95%1.10%C。 (2)铬为基本元素：铬为基本元素：0.40%1.65% 固溶提高淬透性；固溶提高淬透性； 形成合金渗碳体形成合金渗碳体(Fe, Cr)3C，细密、均匀分布，细密、均匀分布，提高耐磨性和疲劳强度。提高耐磨性和疲劳强度。 (3)大型轴承，大型轴承，加入

30、硅、锰、钒加入硅、锰、钒等。等。5. 热处理及组织性能热处理及组织性能 热处理：热处理： 球化退火、淬火和低温回火。球化退火、淬火和低温回火。 (1) 球化退火，球化退火，获得细的球状珠光体和均匀分布的细获得细的球状珠光体和均匀分布的细粒状碳化物。粒状碳化物。 (2) 淬火和低温回火：淬火和低温回火： 淬火温度要求严格，淬火温度要求严格，高会晶粒高会晶粒长大；低则溶解的铬量和碳量不够，淬火硬度不足。长大；低则溶解的铬量和碳量不够，淬火硬度不足。GCr15钢淬火温度钢淬火温度820840, 回火回火150160。 最终组织为最终组织为极细的回火马氏体、均匀分布极细的回火马氏体、均匀分布的粒状碳化

31、物以及少量残余奥氏体的粒状碳化物以及少量残余奥氏体。 第五节第五节 工具钢工具钢一、碳素工具钢一、碳素工具钢 碳素工具钢的碳含量在碳素工具钢的碳含量在0.65%1.35%之间。之间。 如如T9：碳为：碳为0.9%的碳素工具钢。的碳素工具钢。 T12A：碳：碳1.2%的高级优质碳素工具钢。的高级优质碳素工具钢。常用碳素工具钢：常用碳素工具钢： T7、T8 硬度较高、有一定韧性，可制造硬度较高、有一定韧性，可制造冲头、凿子、锤子等工具。冲头、凿子、锤子等工具。 T9、T10、T11硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨硬度高，韧性适中，可制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。刀、丝锥、手锯条等

32、刃具及冷作模具等。T12、T13高硬度，韧性较低，可制作高硬度，韧性较低，可制作锉刀、刮刀等刃具及量规等量具。锉刀、刮刀等刃具及量规等量具。二、合金工具钢二、合金工具钢 刃具钢、模具钢、量具钢刃具钢、模具钢、量具钢 刃具钢刃具钢 1 1. .用途用途 制造切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。制造切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。 铣刀铣刀 滚齿刀滚齿刀 军刀军刀 2.2.工具钢工具钢性能要求性能要求 承受压力、冲击、震动，刃部强烈摩擦，温度达承受压力、冲击、震动，刃部强烈摩擦，温度达500600 。 (1) 高硬度：高硬度：60 HRC以上。以上。 (2) 高耐磨性：高耐磨性：强度强度2硬度、硬质化

33、合物（性质、硬度、硬质化合物（性质、数量、大小、分布）。数量、大小、分布）。 (3) 高热硬性（红硬性）：高热硬性（红硬性）：在高温保持高硬度。特殊在高温保持高硬度。特殊碳化物的弥散析出。碳化物的弥散析出。 (4) 足够的塑性和韧性：足够的塑性和韧性：防折断和崩刃。防折断和崩刃。 3.3.工具钢工具钢的成分、热处理及组织的成分、热处理及组织(1) 低合金刃具钢：低合金刃具钢： 典型钢：典型钢：9SiCr。工作温度不超过工作温度不超过300。 热处理：热处理：球化退火球化退火淬火淬火860-880 低温回火低温回火180200 组织：组织：回火马氏体、碳化物和少量残余奥氏体。回火马氏体、碳化物和

34、少量残余奥氏体。 应用：应用：板牙、丝锥、钻头、铰刀、齿轮铣刀、冷冲模、冷轧板牙、丝锥、钻头、铰刀、齿轮铣刀、冷冲模、冷轧辊等辊等 。(2(2) 高合金刃具钢：高合金刃具钢：工作温度达工作温度达600，硬度无明显下降。，硬度无明显下降。 典型钢：典型钢： W18Cr4V(18-4-1)、 W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2) 热处理：热处理：等温退火等温退火慢加热至高温慢加热至高温(12201280) 油淬油淬多多次回火（次回火（550570） 组织：组织：回火马氏体回火马氏体+细粒状碳化物细粒状碳化物+少量残奥少量残奥. 应用：应用：车刀，刨刀、钻头、复杂的刀具车刀，刨刀、钻头、复杂的刀具

35、(拉刀、铣刀拉刀、铣刀) （二）、合金模具钢（二）、合金模具钢 按用途分按用途分:冷作模具钢冷作模具钢和和热作模具钢热作模具钢。冷作模具钢冷作模具钢 9SiCr、 CrWMn 制造制造 冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉丝模等。冷冲模、冷镦模、冷挤压模、拉丝模等。1. 工作温度不超过工作温度不超过300 。冷冷冲冲模模拔丝机与拉丝模拔丝机与拉丝模 9SiCr9SiCr 冷作模具钢性能要求冷作模具钢性能要求 ： 高硬度：高硬度： 58 HRC62 HRC; 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。汽车顶盖拉延模具汽车顶盖拉延模具车门内板拉延模具车门内

36、板拉延模具冷作模具钢的成分：冷作模具钢的成分： 高碳高碳 1.0%2.0%，保证硬度、耐磨性。，保证硬度、耐磨性。 加入加入Cr、Mo、W、V形成难熔碳化物。形成难熔碳化物。钢种和牌号：钢种和牌号： 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 、 Cr12 （重载）（重载） 6Cr4W3Mo2VNb (65Nb基体钢基体钢) 6Cr4Mo3Ni2WV (CG-2基体钢基体钢)9SiCr冷作模具钢热处理：冷作模具钢热处理： 一次硬化法一次硬化法 9501000 淬火，淬火，150180 回火。回火。 61 64 HRC，适于重载模具。，适于重载模具。 二次硬化法二次硬化法1150 淬火，淬火，520 多

37、次回火，多次回火，60 62 HRC，红硬性高，韧性差，适用，红硬性高，韧性差，适用450下工作。下工作。组织：组织：Cr12为回火马氏体、碳化物和残余奥氏体。为回火马氏体、碳化物和残余奥氏体。 无内胎摩托车外胎模具无内胎摩托车外胎模具 螺旋体螺旋体 2. 热作模具钢热作模具钢 热锻模、热压模、热挤压模、压铸模等，热锻模、热压模、热挤压模、压铸模等， 工作温度达工作温度达600 以上。以上。性能要求性能要求 ：热硬性、耐磨性和足够韧性；热硬性、耐磨性和足够韧性； 抗氧化性和热疲劳；抗氧化性和热疲劳； 高淬透性和导热性（模具体积大）。高淬透性和导热性（模具体积大）。热作模具钢成分：热作模具钢成分

38、： 中碳中碳 0.3%0.6%，高强韧性、硬度，高强韧性、硬度35 52 HRC。 加入较多淬透性元素：加入较多淬透性元素：Cr、Ni、Mn、Si等等 。 加入二次硬化元素：加入二次硬化元素：Mo、W、V。钢种和牌号：钢种和牌号： 低级：低级：5CrMnMo、5CrNiMo、5CrMnSiMoV 高级：高级：3Cr2W8V、4Cr5MoVSi热处理：热处理： 调质。调质。组织：组织：回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体。回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体。 汽汽车车前前轴轴锻锻造造生生产产楔横轧生产轴件楔横轧生产轴件量具用钢量具用钢 量测工具（卡尺、千分尺、螺旋测微仪、块规、塞规等）。量

39、测工具（卡尺、千分尺、螺旋测微仪、块规、塞规等）。 螺螺纹纹规规量具性能要求：量具性能要求： 高硬度（大于高硬度（大于56 HRC）、高耐磨性、高尺寸稳定性。）、高耐磨性、高尺寸稳定性。 成分：成分： 高碳（高碳（0.9%1.5%）和高淬透性元素）和高淬透性元素Cr、W、Mn。 CrMn、CrWMn、GCr15、3Cr13等等 千分卡、深度百分表千分卡、深度百分表 测量棒、量规测量棒、量规 量具钢热处理量具钢热处理 ： (1) 保证硬度前提下，降低淬火温度，减少残余保证硬度前提下，降低淬火温度，减少残余A。 (2) 淬火后冷处理（淬火后冷处理（-70-80 ），低温回火。），低温回火。 (3)

40、 低温回火后，时效处理（低温回火后，时效处理（120 130 ，几十小时），几十小时）GCr15钢块规热处理工艺曲线钢块规热处理工艺曲线第六节第六节 特殊性能钢特殊性能钢 一、不锈钢一、不锈钢 在大气和一般介质中具有高耐腐蚀性的钢。在大气和一般介质中具有高耐腐蚀性的钢。性能要求：性能要求：耐蚀性、高强度与耐磨性、加工性。耐蚀性、高强度与耐磨性、加工性。分类：分类：按正火状态的组织可分为按正火状态的组织可分为马氏体马氏体不锈钢、不锈钢、铁素体铁素体不锈钢、不锈钢、奥氏体奥氏体不锈钢和不锈钢和双相双相不锈钢。不锈钢。 (1) 马氏体不锈钢马氏体不锈钢 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13

41、等，铬大于等，铬大于12%，1Cr13、2Cr13耐蚀性较好，有较好的机械性能。耐蚀性较好，有较好的机械性能。3Cr13、4Cr13耐蚀性耐蚀性降低，强度和耐磨性提高。降低，强度和耐磨性提高。 船用不锈钢螺旋桨船用不锈钢螺旋桨 水轮机转轮上冠、下环、叶片水轮机转轮上冠、下环、叶片 ZG06Cr13Ni4Mo (2) 铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 1Cr17、1Cr17Ti，铬，铬17%，碳，碳0.15%，单相铁素体，耐蚀，单相铁素体，耐蚀性比好。强度低、塑性好，可形变强化。用于耐蚀性要求高的性比好。强度低、塑性好，可形变强化。用于耐蚀性要求高的构件，如化工设备、容器构件，如化工设备、容器/管道

42、等。管道等。(3) 奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢 Cr18Ni9Cr18Ni9（18-818-8）, ,碳很低（约碳很低（约0.1%0.1%），耐蚀性好。强度、硬），耐蚀性好。强度、硬度低，无磁性度低，无磁性, , 塑性、韧性好。可形变强化。应用：耐酸容器、塑性、韧性好。可形变强化。应用：耐酸容器、输送管道、抗磁仪表，医疗器械，装饰材料。输送管道、抗磁仪表，医疗器械，装饰材料。 二、耐热钢二、耐热钢 高温下具有高化学稳定性和热强性的钢。高温下具有高化学稳定性和热强性的钢。 用途：用途：制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中的零部件。制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中的零部件。 耐热钢耐热钢

43、 性能要求：性能要求：(1)抗高温氧化性，形成致密、稳定的氧化膜。抗高温氧化性，形成致密、稳定的氧化膜。(2)热强性。热强性。 成分特点成分特点 耐热钢不可缺少元素耐热钢不可缺少元素Cr、Ni、Si、Al。另另Mo、W、V、Ti等元等元素有弥散强化作用，素有弥散强化作用，提高高温强度。提高高温强度。常用常用奥氏体型耐热钢奥氏体型耐热钢1 1Cr18Ni9TiCr18Ni9Ti、2Cr21Ni12N2Cr21Ni12N、2Cr23Ni132Cr23Ni13、1Cr25Ni20Si21Cr25Ni20Si2（25202520）等。等。工作温度工作温度75075012001200。用于。用于燃气轮机

44、轮盘和叶片、排气阀、炉燃气轮机轮盘和叶片、排气阀、炉用用部件等。部件等。 辐辐射射管管套套料料盘盘搅拌风扇搅拌风扇三、耐磨钢三、耐磨钢1. 1. 用途及性能要求用途及性能要求 履带履带；铁轨分道叉铁轨分道叉；铲斗铲斗；破碎机；破碎机鄂板鄂板、球磨机、球磨机衬板衬板 严重磨损和强烈冲击零件。严重磨损和强烈冲击零件。 高锰钢（高锰钢（ZGMn13，机加困难，铸后不加工机加困难，铸后不加工） ZGMn13热处理（水韧处理）：热处理（水韧处理）：10001100 ，水淬，水淬， 获得单一奥氏体，硬度获得单一奥氏体，硬度210HB，韧性很高。韧性很高。 当当受到强烈冲击，表面变形产生强烈加工硬化，并伴有

45、受到强烈冲击，表面变形产生强烈加工硬化，并伴有相变相变，心部仍保持高韧性。心部仍保持高韧性。破碎机颚板破碎机颚板 颚颚式式破破碎碎机机ZGMn13 成分成分(1) 高碳高碳1.01.4%C。 (2) 高锰高锰1114%,扩大奥氏体区，保证淬火后完全为奥氏体。扩大奥氏体区，保证淬火后完全为奥氏体。(3) 硅硅0.30.8%,改善钢水流动性，固溶强化。改善钢水流动性，固溶强化。 耐磨钢发展趋势，以中锰（耐磨钢发展趋势，以中锰（5-6Mn）奥氏体钢和低碳中锰）奥氏体钢和低碳中锰贝氏体替代高锰钢。贝氏体替代高锰钢。 用球磨机粉碎矿石、水泥、煤等。其衬板为用球磨机粉碎矿石、水泥、煤等。其衬板为ZGMn1

46、3 第七节第七节 铸铁铸铁 铸铁：铸铁：碳碳2.11%的铁碳合金。的铁碳合金。 铸铁铸铁强度较低，韧性较差。强度较低，韧性较差。 铸铁铸铁生产简单，价廉，刚性、切削性、润滑性、减震性好。生产简单，价廉，刚性、切削性、润滑性、减震性好。 铸铁铸铁中的碳以游离态石墨（中的碳以游离态石墨（G）形式存在。形式存在。 铸铁铸铁中石墨形态及基体组织对其性能影响很大。中石墨形态及基体组织对其性能影响很大。 铸铁分类：铸铁分类：白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕白口铸铁、灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁。墨铸铁。 铸铁可通过加入合金元素和热处理来改善其性能。铸铁可通过加入合金元素和热处理来改善其

47、性能。 水压机水压机曲轴曲轴缸体缸体机床床身机床床身 铸铁可用于制造各种机器零件，如机床床身、发动机缸体、铸铁可用于制造各种机器零件，如机床床身、发动机缸体、缸套、曲轴、轧机轧辊、机器底座、各种支撑架等。缸套、曲轴、轧机轧辊、机器底座、各种支撑架等。石墨化主要因素：石墨化主要因素：(1) 温度和冷却速度：温度和冷却速度：高温长时间保温或缓慢冷却。高温长时间保温或缓慢冷却。(2) 合金元素：合金元素：促进石墨化元素（促进石墨化元素（C、Si、Al、Cu、Ni、Co）以以碳和硅碳和硅最强烈，可控制铸铁组织和性能。最强烈，可控制铸铁组织和性能。 灰口铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻灰口

48、铸铁和球墨铸铁中的石墨主要是从液体中析出；可锻铸铁中的石墨（白口铸铁退火）由渗碳体分解而得到。铸铁中的石墨（白口铸铁退火）由渗碳体分解而得到。铸铁组织：铸铁组织：石墨基体石墨基体。基体基体是是F或或P或或FP组织（基体上分布石墨夹杂）。组织（基体上分布石墨夹杂）。石墨形态：石墨形态：灰口铸铁灰口铸铁和变质铸铁中的石墨呈和变质铸铁中的石墨呈片状片状；可锻铸铁可锻铸铁中石墨呈中石墨呈团絮状团絮状。球墨铸铁球墨铸铁中的石墨呈中的石墨呈珠状珠状。蠕墨铸铁蠕墨铸铁中的石墨呈中的石墨呈蠕虫状蠕虫状。 铸铁的性能：铸铁的性能： 强度和塑性低。强度和塑性低。 切削切削加工性加工性优异优异。 铸造铸造性能性能良

49、好良好。 石墨的储油润滑作用，石墨的储油润滑作用，提高耐磨提高耐磨性。性。 石墨削弱振动传递，石墨削弱振动传递，抗振、吸振抗振、吸振。常用铸铁：常用铸铁：灰口铁：灰口铁：HT150、HT250可锻铸铁：可锻铸铁：KT350-10、KT450-5球墨铸铁：球墨铸铁：QT420-10、QT800-2等。等。（数字表示最低抗拉强度极限和延伸率）（数字表示最低抗拉强度极限和延伸率） 1. 1. 灰铸铁灰铸铁 灰铸铁有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种基体。灰铸铁有铁素体、珠光体和铁素体加珠光体三种基体。 孕育铸铁：孕育铸铁：经孕育处理（亦称变质处理）后的经孕育处理（亦称变质处理）后的灰铸铁灰铸铁。F+GF+G片片F+P+GF+P+G片片P+GP+G片片灰铸铁灰铸铁价格便宜、应用最广泛。如端盖、泵体、轴承座、阀壳、价格便宜、应用最广泛。如端盖、泵体、轴承座、阀壳、管子及管件；机床底座、床身、油缸、汽缸、联轴器、齿轮、管子及管件；机床底座、床身、油缸、汽缸、联轴器、齿轮、齿轮箱外壳等。齿轮箱外壳等。泵支架泵支架汽车水泵汽车水泵钳工平台钳工平台工工作作平平台台热处理：热处理：1）消除内应力：）消除内应力：500550 退火。退火。2）改善切削：）改善切削：消除白口，消除白口，(850900保温保温25h)以降低硬度以降低硬度3）提高表面耐磨：）提