工程材料及应用第7章合金钢

1、1第七章第七章 合金钢合金钢分类及编号分类及编号合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊钢特殊钢2第一节第一节 分类及编号分类及编号一、合金钢介绍一、合金钢介绍 为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能，为了提高钢的力学、工艺、物理或化学性能，在冶炼时特意往钢中加入的一些化学元素在冶炼时特意往钢中加入的一些化学元素( (通常称通常称合合金元素金元素) )，所得到的钢称为合金钢。，所得到的钢称为合金钢。 改善对象改善对象 提高强度提高强度 提高淬透性提高淬透性 提高高温强度、热硬性提高高温强度、热硬性 提高抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨、提高抗氧化、耐腐蚀、

2、耐热、耐磨、电磁等特殊性能电磁等特殊性能3一、合金钢介绍一、合金钢介绍第一节第一节 分类及编号分类及编号钢中常用合金元素钢中常用合金元素钢的成分中含有的元素一般除钢的成分中含有的元素一般除FeFe、C C外，还包括：外，还包括： 常存合金元素常存合金元素 SiSi、Mn Mn 未清除净的杂质未清除净的杂质 S S、P P、H H、O O 主要元素主要元素( (含量较高含量较高) ) CrCr、NiNi、W W、Mo Mo 强碳化物元素强碳化物元素 V V、NbNb、TbTb、ZrZr、B B 其他元素其他元素 Re(Re(稀土稀土) )、Al Al 4二、合金钢分类二、合金钢分类第一节第一节

3、分类及编号分类及编号1 1按用途分类按用途分类 结构钢结构钢 主要用来制造主要用来制造承受力结构零部件承受力结构零部件，按热处理或专门，按热处理或专门构件的类型：调质钢、渗碳钢、弹簧钢、轴承钢等。构件的类型：调质钢、渗碳钢、弹簧钢、轴承钢等。 工模具钢工模具钢 主要用来制造加工其它零件的工具或模具，其中主要用来制造加工其它零件的工具或模具，其中又分为刃具钢、模具钢、量具钢等。又分为刃具钢、模具钢、量具钢等。 特殊钢特殊钢 具有特殊性能而作某项专用的钢，其中又分为不锈具有特殊性能而作某项专用的钢，其中又分为不锈钢、耐热钢、电工钢等。钢、耐热钢、电工钢等。 5二、合金钢分类二、合金钢分类第一节第一

4、节 分类及编号分类及编号 主要用途主要用途 62 2按钢的成分分类按钢的成分分类 l 按其加入的量较多元素又有铬钢、锰钢、铬锰钢、钨钼按其加入的量较多元素又有铬钢、锰钢、铬锰钢、钨钼钢等钢等；l 按其总量分为低、中、高合金钢按其总量分为低、中、高合金钢。 10%7二、二、常用常用合金合金钢的牌号钢的牌号第一节第一节 分类及编号分类及编号合金结构钢合金结构钢( (合结钢合结钢) ) 数字数字 两位数字表示钢的含碳量的两位数字表示钢的含碳量的万分之几万分之几 元素符号和数字元素符号和数字 用化学元素符号表示钢中的所含用化学元素符号表示钢中的所含主要或关键合金元素，元素含量主要或关键合金元素，元素含

5、量1.51.5不标出，不标出，1.5%1.5%，2,5%2,5%，3,5%,4.5% 3,5%,4.5% 2 3 4 5 18Cr2Ni4W 2 3 4 5 18Cr2Ni4W 字母字母 字母为级别标志、注明特殊要求或专门用途。字母为级别标志、注明特殊要求或专门用途。 两位数字元素符号数字其它两位数字元素符号数字其它 20CrMnTi20CrMnTi、40Cr40Cr、40MnB40MnB、60Si2Mn60Si2Mn、38CrMoAlA(E)38CrMoAlA(E)8合金工具钢合金工具钢( (合工钢合工钢) ) 牌号的组成和合结钢基本牌号的组成和合结钢基本相同，仅第一部分用一位数字表示钢的含

6、碳量相同，仅第一部分用一位数字表示钢的含碳量的的千分之几千分之几，含碳量大于含碳量大于1.01.0的将这部分数的将这部分数字略去字略去，如，如1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti、5CrNiMo5CrNiMo、9CrSi9CrSi、Cr12MoVCr12MoV、W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2等。等。其他其他专用专用牌号牌号 对于某些专门用途或特殊性能的对于某些专门用途或特殊性能的钢有些牌号，如滚动轴承钢钢有些牌号，如滚动轴承钢GCr15GCr15、GCr6GCr6，铸，铸钢件钢件ZG45ZG45、ZGMn13ZGMn13，易切削钢，易切削钢 Y40C

7、rSCa Y40CrSCa 等等。等等。 9第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用一、对钢中基本相的影响一、对钢中基本相的影响 合金元素在钢中存在的形式有两类型合金元素在钢中存在的形式有两类型, ,一种是溶解一种是溶解到碳钢原有的相中，另一种是形成新相到碳钢原有的相中，另一种是形成新相. . 存在形式决定于元素的数量和性质存在形式决定于元素的数量和性质, ,其中关键在于其中关键在于元素与碳的亲和力元素与碳的亲和力. . 非碳化物形成元素非碳化物形成元素 与碳的与碳的亲合力比铁弱亲合力比铁弱，主要有，主要有NiNi、CoCo、SiSi、AlAl、B B等。在低温时溶解在铁素体中，

8、等。在低温时溶解在铁素体中，高温时溶解于奥氏体中。元素的溶入，有固溶强化高温时溶解于奥氏体中。元素的溶入，有固溶强化的结果，均提高材料的强度和硬度。的结果，均提高材料的强度和硬度。 Cr Cr、NiNi、MnMn少量溶入时，对塑性影响不大，且因少量溶入时，对塑性影响不大，且因强度的提高，韧性增加；当数量过多或其他一些元强度的提高，韧性增加；当数量过多或其他一些元素的加入会对材料的塑性带来少量的下降素的加入会对材料的塑性带来少量的下降。 10一、对钢中基本相的影响一、对钢中基本相的影响第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 碳化物形成元素碳化物形成元素 与碳的亲合力比铁强，常用元

9、与碳的亲合力比铁强，常用元素主要有素主要有MnMn、CrCr、W W、MoMo、V V、ZrZr、NbNb、TiTi等。等。量少量少时溶入渗碳体中时溶入渗碳体中，形成合金渗碳体，形成合金渗碳体 (Fe,M)(Fe,M)3 3C C，合，合金渗碳体比金渗碳体比FeFe3 3C C稳定，在奥氏体中的溶解和聚集长稳定，在奥氏体中的溶解和聚集长大比大比FeFe3 3C C难。难。合金元素和碳量都较高合金元素和碳量都较高时，可形成稳时，可形成稳定性更高的合金碳化物，常见的有定性更高的合金碳化物，常见的有MnMn3 3C C、CrCr7 7C C3 3、CrCr2323C C6 6、FeFe4 4W W2

10、 2C C、WCWC、MoCMoC、VCVC、TiCTiC等，具有比渗等，具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度碳体更高的熔点和更高的硬度。 与铁、碳之外的其他元素的结合与铁、碳之外的其他元素的结合 合金元素与非合金元素与非金属元素金属元素N N、O O、S S结合，生产夹杂物，钢中常见的结合，生产夹杂物，钢中常见的有有TiNTiN、AlNAlN、SiOSiO2 2、AlAl2 2O O3 3、MnSMnS、NiNi3 3AlAl、NiNi3 3TiTi等。等。此外此外PbPb、CuCu、C(C(石墨石墨) )以游离态的方式存在于钢中。以游离态的方式存在于钢中。 11一、对钢中基本相的影响一、对钢

11、中基本相的影响第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用12二、对铁碳相图的影响二、对铁碳相图的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用扩大扩大相区相区 合金元素的加入，合金元素的加入，A A3 3线下移，扩大线下移，扩大了了相区相区。包括：包括：MnMn、NiNi、CoCo、N N等，也称等，也称相稳定化元素。碳也是属于相稳定化元素。碳也是属于扩大扩大相区的元素。元素含量增加，相区的元素。元素含量增加，A A1 1线也下移。含量超过线也下移。含量超过一定量后，室温下只有单相的奥氏体存在，即一定量后，室温下只有单相的奥氏体存在，即A A1 1点降到室温点降到室温

12、以下或根本不出现以下或根本不出现fccfcc向向bccbcc的转变，这时的钢称为奥氏体类的转变，这时的钢称为奥氏体类型钢。型钢。缩小缩小相区相区 合金元素的加入，合金元素的加入，A A3 3线上移，缩小线上移，缩小相区，包相区，包括：括：CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi、AlAl、SiSi等，也称为等，也称为相稳定化元素。相稳定化元素。碳的含量较低，钢中加入一定量的碳的含量较低，钢中加入一定量的CrCr、SiSi，造成，造成相区封闭，相区封闭，在室温下的铁素体升温直到溶化也不出现在室温下的铁素体升温直到溶化也不出现bccbcc向向fccfcc的转变，的转变，即即相和高温的相和高温的

13、相区相通。另外，相区相通。另外，B B、NbNb、ZrZr只能缩小只能缩小相相区，而达不到封闭。比如：区，而达不到封闭。比如：Cr17Cr17，Cr25Cr25，Cr28Cr28。 13二、对铁碳相图的影响二、对铁碳相图的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用影响共析点影响共析点S S的成分的成分 合金元素的加入，随着对合金元素的加入，随着对相区的缩小相区的缩小或扩大，或扩大，除除造成造成A A1 1温度的上升或下降外，对温度的上升或下降外，对S S点还会造成左右点还会造成左右移动，即改变移动，即改变S S点的成分。点的成分。几乎所有的元素都使几乎所有的元素都使S S点左

14、移，同点左移，同时时E E点也随之左移点也随之左移。如：。如：MoMo、W W、TiTi含量高的钢中，含量高的钢中，0.30.30.4%0.4%的碳量已是过共析钢，而含碳量达到的碳量已是过共析钢，而含碳量达到0.80.81.01.0就超过了就超过了E E点，点，在钢的组织中出现了莱氏体。在钢的组织中出现了莱氏体。 14三、对相变过程的影响三、对相变过程的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1 1加热转变加热转变 奥氏体形成速度奥氏体形成速度 l 所有元素在奥氏体中的需要均匀化，故奥氏体化的时间必需所有元素在奥氏体中的需要均匀化，故奥氏体化的时间必需加长；加长；l 非碳化

15、物元素中，非碳化物元素中，CoCo、NiNi可加速奥氏体化，有些不明显，但可加速奥氏体化，有些不明显，但不会减慢；不会减慢；l 合金元素与碳的合金元素与碳的亲和力亲和力明显明显影响碳的迁移速度；影响碳的迁移速度；l 碳化物元素中，碳化物元素中，CrCr、MoMo、W W、V V、TiTi大大减慢奥氏体的形成，大大减慢奥氏体的形成，有些作用不明显，但不会加速；有些作用不明显，但不会加速；l 有些强碳化物元素在奥氏体中溶解十分困难，奥氏体化的温有些强碳化物元素在奥氏体中溶解十分困难，奥氏体化的温度有的要求度有的要求1000100011001100或更高。或更高。15奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度 l

16、 奥氏体化中的晶粒长大过程，随着与碳的结合力的增奥氏体化中的晶粒长大过程，随着与碳的结合力的增加，表现出阻碍作用；加，表现出阻碍作用；l 强碳化物形成元素，如强碳化物形成元素，如V、Ti、Nb、Zr就可以强烈阻就可以强烈阻止奥氏体晶粒生长；止奥氏体晶粒生长；l 一般碳化物形成元素，如一般碳化物形成元素，如W、Mo、Cr可以一定程度的可以一定程度的阻止奥氏体晶粒生长；阻止奥氏体晶粒生长；l 非碳化物形成元素，如非碳化物形成元素，如Si、Ni、Cu对奥氏体晶粒几乎对奥氏体晶粒几乎不发生影响；不发生影响；l Mn、P会促进奥氏体晶粒的长大。会促进奥氏体晶粒的长大。 16三、对相变过程的影响三、对相变

17、过程的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1 1对对过冷奥氏体分解过冷奥氏体分解 合金元素对过冷奥氏体分解的影响其实反映在对钢合金元素对过冷奥氏体分解的影响其实反映在对钢的的TTTTTT曲线的影响。曲线的影响。淬透性淬透性 CoCo使使C C曲线左移，降曲线左移，降低钢的淬透性，其它元素都使低钢的淬透性，其它元素都使C C曲线右移，提高淬透性。曲线右移，提高淬透性。马氏体点马氏体点 除除SiSi、AlAl外，上述外，上述元素使钢的马氏体点的温度下元素使钢的马氏体点的温度下降。降。降低钢的马氏体点，在淬降低钢的马氏体点，在淬火到室温时的残余奥氏体增加。火到室温时的残余奥氏

18、体增加。 17三、对相变过程的影响三、对相变过程的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1 1对对过冷奥氏体分解过冷奥氏体分解 对对C C曲线的形状曲线的形状 主要主要表现：表现：C C曲线弯曲出曲线弯曲出现现两个鼻尖两个鼻尖，珠光体转，珠光体转变和贝氏体转变曲线分变和贝氏体转变曲线分离，中间出现一亚稳区，离，中间出现一亚稳区，有的对其中某一种转变有的对其中某一种转变有抑制作用，两个鼻尖有抑制作用，两个鼻尖一前一后，而严重时，一前一后，而严重时，其中的某一中转变受抑其中的某一中转变受抑制，而只能发生一种转制，而只能发生一种转变，如出现贝氏体钢变，如出现贝氏体钢 。18四、

19、对回火转变的影响四、对回火转变的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1 1提高了钢的回火稳定性提高了钢的回火稳定性 回火稳定性回火稳定性 表示钢对于回火时发生表示钢对于回火时发生软化过程的抵抗能力软化过程的抵抗能力。 表现形式表现形式 合金元素可以使回火过程中各个转变合金元素可以使回火过程中各个转变速度减慢速度减慢，或完成或达到同样的回火效果需要或完成或达到同样的回火效果需要更高的温度更高的温度。原因原因 由于它们由于它们减缓碳的扩散减缓碳的扩散，推迟马氏体分解，在高温，推迟马氏体分解，在高温下碳化物的长大速度也被减缓。同样温度下回火的硬度就下碳化物的长大速度也被减缓。

20、同样温度下回火的硬度就较高。较高。 192 2产生二次硬化效果产生二次硬化效果 二次硬化二次硬化 含含W W、MoMo、V V较高的钢中，较高的钢中，回火温度升高到一定程度后，硬度回火温度升高到一定程度后，硬度上升，在上升，在500500600600中出现一硬度中出现一硬度的高峰值。的高峰值。残余奥氏体较多且十分稳定，残余奥氏体较多且十分稳定，回火时并未发生转变，而内应力回火时并未发生转变，而内应力大大减小，在冷却时这些奥氏体大大减小，在冷却时这些奥氏体又部分的发生马氏体转变，材料又部分的发生马氏体转变，材料的硬度得到提高；的硬度得到提高；在在500500600600下，马氏体才出下，马氏体才

21、出现分解，析出的高硬度的碳化物现分解，析出的高硬度的碳化物弥散细小，自身硬度高，同时强弥散细小，自身硬度高，同时强化了铁素体的基体。化了铁素体的基体。 20四、对回火转变的影响四、对回火转变的影响 第二节第二节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用3 3出现第二类回火脆性出现第二类回火脆性 l第一类回火脆性第一类回火脆性 一般的碳钢和一般的碳钢和合金钢在合金钢在350350附近回火都出现这附近回火都出现这种现象，通常是不可避免的，回火种现象，通常是不可避免的，回火不宜在这个温度进行。不宜在这个温度进行。l第二类回火脆性第二类回火脆性 部分合金钢在部分合金钢在500500650650回火后回

22、火后缓冷缓冷时，也出现时，也出现韧性下降。韧性下降。原因原因 部分合金元素如部分合金元素如NiNi、CrCr、MnMn或杂质或杂质S S、P P等在晶界处出现偏聚，等在晶界处出现偏聚，只要在回火后采用较快的速度冷却，只要在回火后采用较快的速度冷却，如在水或油中冷却，就可以避免第如在水或油中冷却，就可以避免第二类回火脆性的产生。二类回火脆性的产生。 21第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 一、低合金高强度钢一、低合金高强度钢 制造工程构件，机械、交通、石化、建筑用金属材料的主体，制造工程构件，机械、交通、石化、建筑用金属材料的主体，在构件中主要是承受力的作用。在构件中主要是承受力的作用。 用途用

23、途 工程结构件，如车辆、船舶、压力容器、桥梁、建筑等工程结构件，如车辆、船舶、压力容器、桥梁、建筑等。性能要求性能要求 高强度，高强度，300Mpa300Mpa以上，受力省料和减少自重；以上，受力省料和减少自重；高高韧性，韧性，2020，直到，直到4040，a ak k24J24J，安全性和防止冷脆安全性和防止冷脆；好的焊接性和冷变形性，有利成形。好的焊接性和冷变形性，有利成形。 成分特点成分特点 低碳，低碳，W WC C0.20%Wt0.20%Wt，以保证足够的，以保证足够的韧性韧性；以以MnMn为主强化元素，提高强度，元素来源方便，且价格较廉为主强化元素，提高强度，元素来源方便，且价格较廉

24、, ,一般一般含量在含量在1.21.21.5%1.5%，个别低碳的可到，个别低碳的可到1.8%1.8%；部分钢中加入少部分钢中加入少量量NbNb、V V强碳化物形成元素，防止热轧加热过程中晶粒长大，强碳化物形成元素，防止热轧加热过程中晶粒长大，达到细化晶粒的效果；达到细化晶粒的效果；针对特殊用途，可加入针对特殊用途，可加入CuCu、P P，提高，提高钢的抗腐蚀能力。钢的抗腐蚀能力。 22一、低合金高强度钢一、低合金高强度钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 热处理热处理 一般不需专门热处理，一般不需专门热处理，热轧空冷后热轧空冷后( (相当于正火相当于正火) )直接使直接使用。用。 常用的钢号

25、常用的钢号23一、低合金高强度钢一、低合金高强度钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 热处理：热处理：一般不需专门热处理，热轧空冷后一般不需专门热处理，热轧空冷后( (相当于正火相当于正火) )直接使直接使用。用。 24二、二、渗碳钢渗碳钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 用途用途 表面承受强磨擦、磨损以及交变应力，经常承受高载荷，表面承受强磨擦、磨损以及交变应力，经常承受高载荷，尤其冲击载荷尤其冲击载荷. 如如: 汽车汽车, 拖拉机拖拉机, 内燃机中传递动力的齿轮。内燃机中传递动力的齿轮。 性能要求性能要求 主体或心部需要足够的强度及优良的韧性，以保持主体或心部需要足够的强度及优良的韧性

26、，以保持足够的支撑能力，同时有良好的淬透性；足够的支撑能力，同时有良好的淬透性； 表面处理获得高硬度，有高耐磨性和接触疲劳抗力；表面处理获得高硬度，有高耐磨性和接触疲劳抗力； 能适应高温渗碳工艺能适应高温渗碳工艺。 成分特点成分特点 低碳，低碳，0.100.100.20%C0.20%C，保证心部在表面淬火时形成，保证心部在表面淬火时形成板条马氏体，有足够塑性和韧性；板条马氏体，有足够塑性和韧性； 加入提高淬透性的合金元素，常用加入提高淬透性的合金元素，常用CrCr、MnMn、NiNi、B B； 加入少量强碳化物形成元素，如加入少量强碳化物形成元素，如TiTi、V V、MoMo等，阻止在渗碳等，

27、阻止在渗碳过程中奥氏体的晶粒长大。过程中奥氏体的晶粒长大。 25二、二、渗碳钢渗碳钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 热处理热处理 锻造毛坯锻造毛坯正火正火机械加工机械加工渗碳、淬火、低回渗碳、淬火、低回精加工。关键热处理工艺过程是渗碳。精加工。关键热处理工艺过程是渗碳。 常用的钢号常用的钢号低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢 15Cr15Cr、20Cr20Cr、16Mn216Mn2、20Mn220Mn2等，淬透等，淬透性不算高；用于受力不大的耐磨零件，如滑块、活塞销等；渗性不算高；用于受力不大的耐磨零件，如滑块、活塞销等；渗碳层较薄，但渗碳后晶粒尺寸可能较大，需空冷，二次淬火。碳层较薄，

28、但渗碳后晶粒尺寸可能较大，需空冷，二次淬火。中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢 20CrMnTi20CrMnTi、12CrNi3A12CrNi3A、20CrMnMo20CrMnMo、20MnVB20MnVB，合金元素，合金元素总量较高总量较高(4(4) )，淬透性和韧性均较高，渗，淬透性和韧性均较高，渗碳预冷到碳预冷到870870左右直接在油中淬火。用于变速箱齿轮、十字左右直接在油中淬火。用于变速箱齿轮、十字轴等零件。轴等零件。高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢 12Cr2Ni4A12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W18Cr2Ni4W等，合金元素等，合金元素总量更高总量更高(7.5(7.

29、5) )，淬透性很大，强韧性配合好，可承受重载，淬透性很大，强韧性配合好，可承受重载，用于尺寸大的重要零件，如大马力内燃机的用于尺寸大的重要零件，如大马力内燃机的主动牵引齿轮主动牵引齿轮，它，它们淬火到室温往往们淬火到室温往往残余奥氏体量还很多残余奥氏体量还很多，需要进行冷处理或其，需要进行冷处理或其他专门方式的热处理。他专门方式的热处理。 26二、二、渗碳钢渗碳钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：27三、调质钢三、调质钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 用途用途 汽车、机床、内燃机等上的重要零件，如齿轮、轴、连杆、汽车、机床、内燃机等上的重要零件，如齿轮、轴、连杆

30、、高强度螺栓。高强度螺栓。 性能要求性能要求 良好的良好的综合力学性能综合力学性能高强度和高韧性的配合，以高强度和高韧性的配合，以达到安全传递动力，特别是存在达到安全传递动力，特别是存在不平衡的冲击载荷不平衡的冲击载荷。 成分特点成分特点 中碳中碳( (0.350.350.50%C)0.50%C), ,韧性是强度和塑性的合理配韧性是强度和塑性的合理配合，碳含量低材料的强度不足，过高的碳因塑性低造成韧性合，碳含量低材料的强度不足，过高的碳因塑性低造成韧性下降；下降； 加入提高淬透性的合金元素加入提高淬透性的合金元素，常用，常用CrCr、MnMn、NiNi、B B为主，是为主，是调质钢的主合金元素

31、，保证材料的心部性能来提高材料整体调质钢的主合金元素，保证材料的心部性能来提高材料整体性能；性能； 部分钢中加入部分钢中加入MoMo，可以消除，可以消除第二类回火脆性第二类回火脆性的影响。的影响。 28三、调质钢三、调质钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号低淬透性低淬透性 4040、4545、40MnVB40MnVB、40Cr40Cr，用于直径，用于直径303040mm40mm。中淬透性中淬透性 40CrMn40CrMn、40CrNi40CrNi，用于直径，用于直径404060mm60mm。高淬透性高淬透性 40CrMnSi40CrMnSi、40CrNiMo40CrNiM

32、o、40CrMnMo40CrMnMo等。等。MoMo消除高温二消除高温二次回火脆性的影响次回火脆性的影响，用于直径，用于直径6060100mm100mm 。硼钢硼钢 B B含量仅含量仅0.0010.0010.0040.004，明显提高钢的淬透性，我国自，明显提高钢的淬透性，我国自己开发的硼钢，在己开发的硼钢，在50506060年代来年代来节省铬镍元素节省铬镍元素，但硼钢的质，但硼钢的质量控制难度较大。量控制难度较大。 热处理热处理 主体材料进行调质，即淬火后高温回火。主体材料进行调质，即淬火后高温回火。 如如40Cr 83040Cr 8308508506006002hr2hr，得到较高强度、高

33、塑性、，得到较高强度、高塑性、高韧性配合高韧性配合回火索氏体回火索氏体。 以后对局部要求高硬度、耐磨的部位可用局部淬火或表面淬以后对局部要求高硬度、耐磨的部位可用局部淬火或表面淬火。火。 JaMPaMPakSb8050%10800100029三、调质钢三、调质钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：30四、四、弹簧钢弹簧钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 用途用途 顾名思义用来顾名思义用来制造弹簧制造弹簧，从小的转簧到大的板簧。，从小的转簧到大的板簧。 性能要求性能要求 弹簧的受力弹簧的受力在弹性极限范围内在弹性极限范围内，为充分发挥材料的，为充分发挥材料的作用，材料要

34、有高的比例极限，即作用，材料要有高的比例极限，即s s/b b值值( (屈强比屈强比) )高高； 弹簧往往弹簧往往受交变应力受交变应力作用，作用，-1-1 大大，有较高的疲劳抗力；，有较高的疲劳抗力； 足够的韧性足够的韧性，防冲击脆断，硬度适中，一般在，防冲击脆断，硬度适中，一般在393950HRC50HRC。 成分特点成分特点 中偏高的含碳量，中偏高的含碳量，0.450.450.70%C0.70%C之间，高含碳量提之间，高含碳量提高屈服强度，超过过共析韧性不足；高屈服强度，超过过共析韧性不足； 主合金元素主合金元素Si,Si,有效提高比例极限，有效提高比例极限，SiSi、MnMn的加入可提高

35、淬的加入可提高淬透性，透性，SiSi、V V提高回火稳定性，让弹簧用到较高的温度；提高回火稳定性，让弹簧用到较高的温度； 加入少量的加入少量的CrCr、V V、W W、MoMo可以帮助克服因可以帮助克服因SiSi、MnMn元素造成元素造成的钢易脱碳、过热的弱点。的钢易脱碳、过热的弱点。 31四、四、弹簧钢弹簧钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 热处理热处理 热成型弹簧热成型弹簧 用于尺寸较大的弹簧，奥氏体化后成型用于尺寸较大的弹簧，奥氏体化后成型热处理。含碳量小于热处理。含碳量小于0.770.77，加热到，加热到AcAc3 3以上淬火，合金钢以上淬火，合金钢油冷中温油冷中温(450-550)

36、(450-550)回火，组织为回火，组织为回火屈氏体回火屈氏体，尺寸较大，尺寸较大的进行的进行喷丸喷丸，清理表面和表面加工硬化的目的。，清理表面和表面加工硬化的目的。 冷成型弹簧冷成型弹簧 大多是大多是尺寸较小尺寸较小的钢丝，为了能连续生产，的钢丝，为了能连续生产，钢丝冷拔变形后，穿过钢丝冷拔变形后，穿过900900950950炉内加热，再通过炉内加热，再通过450-450-550550的铅浴，直接得到的铅浴，直接得到屈氏体屈氏体，最后经过，最后经过230230400400进行进行去去应力回火应力回火，屈服强度可保证在，屈服强度可保证在1000Mpa1000Mpa以上。以上。常用的钢号常用的钢

37、号6565、7070、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn、50CrMo50CrMo、55SiMnMoV55SiMnMoV等。等。60Si2Mn60Si2Mn是是用来制造汽车的钢板弹簧。用来制造汽车的钢板弹簧。 32四、四、弹簧钢弹簧钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：33五、五、滚动轴承用钢滚动轴承用钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 用途用途 制造滚动轴承，简称轴承钢。制造滚动轴承，简称轴承钢。 性能要求性能要求 受力是点受力是点( (滚珠滚珠) )或线或线( (滚柱滚柱) )接触，接触处承受高的接触，接触处承受高的压应力，高强度和硬度，要求压应力，高

38、强度和硬度，要求HRC60HRC606262； 高的接触疲劳抗力，因为其接触应力可达高的接触疲劳抗力，因为其接触应力可达3000-3500MPa3000-3500MPa，在表面一定层深处都要求高硬度；在表面一定层深处都要求高硬度； 高的耐磨损能力，也是要求高硬度。高的耐磨损能力，也是要求高硬度。 成分特点成分特点 高碳量，高碳量，0.950.951.15%C1.15%C，确保淬火后的硬度；，确保淬火后的硬度； 主元素主元素CrCr有效提高淬透性，有效提高淬透性，CrCr形成细小合金渗碳体，提高形成细小合金渗碳体，提高耐磨性和接触疲劳性能；耐磨性和接触疲劳性能； 对于较大尺寸轴承，加少量对于较大

39、尺寸轴承，加少量Mn,Mo,VMn,Mo,V进一步提高淬透性；进一步提高淬透性； 清洁度要求高，减少清洁度要求高，减少S,P,H,O,NS,P,H,O,N等来减少夹杂物，保证接触等来减少夹杂物，保证接触疲劳性能，优质轴承钢要真空重溶疲劳性能，优质轴承钢要真空重溶, ,去夹杂物和脱气处理。去夹杂物和脱气处理。34热处理热处理 毛坯成型毛坯成型球化退火球化退火机械加工机械加工淬火、低温回淬火、低温回火火磨削精加工产品。预先热处理为磨削精加工产品。预先热处理为球化退火球化退火，小尺寸，小尺寸可以直接用钢厂的型材可以直接用钢厂的型材( (球状珠光体球状珠光体) ) ，稍大的经过锻造成型，稍大的经过锻造

40、成型则要进行球化退火，保证便于加工和均匀组织来进行最终热则要进行球化退火，保证便于加工和均匀组织来进行最终热处理。处理。 工艺工艺 840840860860加热加热油冷却淬火油冷却淬火， 对于大尺寸的对于大尺寸的钢球钢球，可以用碱水冷却，回火，可以用碱水冷却，回火1801802hr2hr； 对于对于精密轴承精密轴承，保证尺寸和形状的稳定性，减少，保证尺寸和形状的稳定性，减少ArAr，防止出，防止出现相变引起变形，需现相变引起变形，需冷处理冷处理，淬火时在，淬火时在180180进行等温分级进行等温分级 + + -60-60到到-80-80以下以下( (用干冰或工业冷冻机用干冰或工业冷冻机) )，

41、取出到室温再回，取出到室温再回火，在进行回火后和机械加工中，增加加热到火，在进行回火后和机械加工中，增加加热到130130150150时时效效( (低温长时间回火低温长时间回火)6)62424小时的时效处理。经过精密处理的小时的时效处理。经过精密处理的轴承钢可制造轴承钢可制造针阀针阀、喷油嘴喷油嘴等精密偶件。等精密偶件。 五、五、滚动轴承用钢滚动轴承用钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 35五、五、滚动轴承用钢滚动轴承用钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 热处理举例热处理举例36五、五、滚动轴承用钢滚动轴承用钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号GCr6GCr6、GCr

42、9GCr9、GCr9SiMnGCr9SiMn、GCr15GCr15、GCr15SiMnGCr15SiMn等。等。第一个字母第一个字母G G表示滚动轴承用钢表示滚动轴承用钢，碳含量通常在，碳含量通常在1.01.0左右，不左右，不用标注，元素符号用标注，元素符号CrCr后的数字为其含量的后的数字为其含量的千分数千分数( (比一般标比一般标准合金牌号扩大准合金牌号扩大1010倍倍) )。标有标有MnMn的含量在的含量在0.90.91.2%(1.2%(一般为一般为0.2-0.4%)0.2-0.4%)；标有标有SiSi的含量比不标的高的含量比不标的高0.3%0.3%左右。左右。 37五、五、滚动轴承用钢

43、滚动轴承用钢第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：38六、其他合金结构钢六、其他合金结构钢 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 微合金非调质钢微合金非调质钢 碳素结构钢或低合金钢中加入微量合金元素无碳素结构钢或低合金钢中加入微量合金元素无须经调质处理可达到性能要求的专用结构钢，称须经调质处理可达到性能要求的专用结构钢，称非调质钢非调质钢。微量元素的作用难一一论述。一般在热锻后直接使用，应用微量元素的作用难一一论述。一般在热锻后直接使用，应用对象范围同调质钢，详细标准参看对象范围同调质钢，详细标准参看GB/T15712-95GB/T15712-95与与ISO11692ISO1

44、1692。易切削钢易切削钢 钢中加入某些合金元素，切削加工性能得到明显改善钢中加入某些合金元素，切削加工性能得到明显改善的结构钢，可简称微的结构钢，可简称微易切削钢易切削钢。常用的合金元素有。常用的合金元素有S S、CaCa等，等，切削摩擦力小，易断屑，但力学性能并不高，用于用于受力切削摩擦力小，易断屑，但力学性能并不高，用于用于受力不大、批量生产、精密构件。不大、批量生产、精密构件。低淬透性钢低淬透性钢 含含TiTi优质碳素结构钢，碳量中偏高，如优质碳素结构钢，碳量中偏高，如55Ti55Ti、60Ti60Ti、70Ti70Ti等。用于等。用于感应加热感应加热达到达到表面高硬度表面高硬度，心部

45、心部因不能淬透而因不能淬透而保持强韧保持强韧状态。部分代替渗碳钢。状态。部分代替渗碳钢。39第四节第四节 合金工具钢合金工具钢 一、刃具钢一、刃具钢 合金合金工具钢工具钢 制造制造各类各类刀具、模具、量具等工具的刀具、模具、量具等工具的合金合金钢钢用途用途 指制造车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等指制造车刀、铣刀、钻头、丝锥、板牙等切削刀具切削刀具的钢。的钢。将钢材或其它材料制作的坯料通过将钢材或其它材料制作的坯料通过切削切削，加工成工件。，加工成工件。 性能要求性能要求 切削时，刀具受到工件的切削时，刀具受到工件的压力压力，刃部与切屑之间发生，刃部与切屑之间发生相对摩擦，产生热量，使温度升高，切

46、削速度愈大，温度愈相对摩擦，产生热量，使温度升高，切削速度愈大，温度愈高有时可达到高有时可达到500500600600；承受一定的；承受一定的冲击冲击和和震动震动。 要求要求 高硬度高硬度，一般都在，一般都在HRC60HRC60以上；以上； 高耐磨性高耐磨性, ,如硬度如硬度HRC62-63HRC62-63降到降到HRC60,HRC60,耐磨性降耐磨性降25253030； 高的热硬性高的热硬性( (红硬性红硬性),),刃部受热升温后刃部受热升温后, ,仍能维持高硬度；仍能维持高硬度； 为防止崩刃为防止崩刃，还要求具有一定的强度、韧性和塑性。，还要求具有一定的强度、韧性和塑性。 40一、刃具钢一

47、、刃具钢第四节第四节 合金工具钢合金工具钢 1 1碳素刃具钢碳素刃具钢 常用的钢号常用的钢号 T7AT7A、T8AT8A、T10AT10A、T12AT12A等。碳钢的自身加工性能良等。碳钢的自身加工性能良好，价格低廉，常用来制作木工刃具和其它手工工具。好，价格低廉，常用来制作木工刃具和其它手工工具。热处理热处理 淬火淬火+ +低温回火。低温回火。 碳钢的淬透性低，直径或厚度在碳钢的淬透性低，直径或厚度在5 520mm20mm以下在水中才能淬透，以下在水中才能淬透，刃部工作温度不宜超过刃部工作温度不宜超过200200，只能用于低速切削。，只能用于低速切削。 成分特点成分特点 高碳，高碳，0.65

48、0.651.3%C1.3%C之间；之间； 杂质量比一般普通钢高一些。杂质量比一般普通钢高一些。 41一、刃具钢一、刃具钢第四节第四节 合金工具钢合金工具钢2 2低合金刃具钢低合金刃具钢 常用的钢号常用的钢号 9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn等。等。 主要可用来制造板牙、主要可用来制造板牙、丝锥、铰刀、搓丝板，还有中小模具或量具。丝锥、铰刀、搓丝板，还有中小模具或量具。 成分特点成分特点 高碳，高碳，0.850.851.05%C1.05%C之间，淬火后得到高硬度的透之间，淬火后得到高硬度的透镜状隐针马氏体；镜状隐针马氏体； SiSi溶入奥氏体溶入奥氏体( (铁素体

49、铁素体) )中固溶强化中固溶强化, ,显著提高过冷奥氏体显著提高过冷奥氏体在珠光体在珠光体( (贝氏体区域贝氏体区域) )的稳定性；的稳定性；CrCr含量低，只能形成含量低，只能形成合金合金渗碳体渗碳体，加热时不易聚集和溶解，阻止奥氏体晶粒长大。，加热时不易聚集和溶解，阻止奥氏体晶粒长大。 9CrSi9CrSi(C:0.85% Cr:0.95(C:0.85% Cr:0.951.25% Si:1.21.25% Si:1.21.6%)1.6%) 9Mn2V9Mn2V(C:0.85-0.95% Mn:1.7-2.0% V:0.01-0.25%)(C:0.85-0.95% Mn:1.7-2.0% V:

50、0.01-0.25%) CrWMnCrWMn(C:0.9-1.05% Cr:0.9-1.2% W:1.2-1.6% Mn:0.8-1.1%)(C:0.9-1.05% Cr:0.9-1.2% W:1.2-1.6% Mn:0.8-1.1%) 42一、刃具钢一、刃具钢第四节第四节 合金工具钢合金工具钢2 2低合金刃具钢低合金刃具钢 热处理热处理 如：如：9CrSi9CrSi，600600预热预热860860加热油淬加热油淬(200(200硝盐硝盐浴分级浴分级) )190190低温回火低温回火。第一类回火脆性在。第一类回火脆性在250250左右，回左右，回火温度不能超过火温度不能超过200200，硬度

51、可达，硬度可达HRC60HRC606363。 43一、刃具钢一、刃具钢第四节第四节 合金工具钢合金工具钢3 3高速钢高速钢常用的钢号常用的钢号 用来制造车刀、铣刀、钻头、拉刀等切削刀具。用来制造车刀、铣刀、钻头、拉刀等切削刀具。 常用有常用有W18Cr4VW18Cr4V、W9Mo3Cr4VW9Mo3Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2。还有一些采用。还有一些采用高高V V或含或含CoCo或含或含AlAl高速钢。高速钢。 成分特点成分特点 高碳，高碳，0.700.701.50%C1.50%C之间，足够的碳形成碳化物，之间，足够的碳形成碳化物，且保证淬火时奥氏体的溶碳量。且保证淬火时

52、奥氏体的溶碳量。 W W、MoMo造成二次硬化效果，保证红硬性，造成二次硬化效果，保证红硬性，560560回火析出回火析出W W2 2C C或或MoMo2 2C C，500500600600不发生聚集长大，但超过不发生聚集长大，但超过2020后碳化物后碳化物不均匀影响性能，一般不均匀影响性能，一般W W为为1818，每，每1 1的的MoMo可代替可代替2 2的的W W。 加加Cr,Cr,提高淬透性，一般为提高淬透性，一般为4 4左右。左右。 加加V V，提高耐磨性，提高耐磨性，VCVC的硬度极高，颗粒细小，也有二次硬的硬度极高，颗粒细小，也有二次硬化的作用。化的作用。 44一、刃具钢一、刃具钢

53、第四节第四节 合金工具钢合金工具钢3 3高速钢高速钢典型的加工工艺过程典型的加工工艺过程 下料下料锻造锻造球化退火球化退火机械加工机械加工淬火、多次高温回火淬火、多次高温回火喷砂喷砂磨刃磨刃成品。成品。预先热处理预先热处理 铸锭中碳化物粗大，铸锭中碳化物粗大，极不均匀，需经良好的锻造。极不均匀，需经良好的锻造。要求要求反复镦拔反复镦拔；终锻温度；终锻温度太太高会造成晶粒长大不均匀高会造成晶粒长大不均匀，过低过低可能可能开裂开裂。 锻造后进行锻造后进行球化退火球化退火，工艺，工艺如图。如图。消除应力消除应力，硬度控制，硬度控制在在HB207HB207255255之间，便于机之间，便于机械加工，为

54、最终热处理作好械加工，为最终热处理作好组织准备。组织准备。 45一、刃具钢一、刃具钢第四节第四节 合金工具钢合金工具钢3 3高速钢高速钢最终热处理最终热处理( (淬火淬火) )：850850预热预热，均匀内外材料的组织和温度；，均匀内外材料的组织和温度；1200120012801280高温加热高温加热，合金碳化物充分溶解，保证奥氏体，合金碳化物充分溶解，保证奥氏体的含碳量在的含碳量在0.7%0.7%以上，以上，MoMo的含量多的加热温度低一些。的含量多的加热温度低一些。 600600分级分级，在珠光体转变和贝氏体转变，在珠光体转变和贝氏体转变的分界温度，的分界温度，奥氏体可稳定存在，分奥氏体可

55、稳定存在，分级温度高会有早期碳化级温度高会有早期碳化物析出而降低奥氏体中物析出而降低奥氏体中的含碳量，的含碳量，分级时间在分级时间在2 25 5分钟分钟。小零件分级后。小零件分级后空气中冷却就能保证马空气中冷却就能保证马氏体转变；大尺寸零件氏体转变；大尺寸零件要要在在280280硝盐浴硝盐浴分级，分级，再到空气中冷却再到空气中冷却。46一、刃具钢一、刃具钢第四节第四节 合金工具钢合金工具钢3 3高速钢高速钢最终热处理最终热处理( (回火回火) )：淬火：淬火硬度仅硬度仅HRC58HRC586060，ArAr数量可达数量可达4040，在，在540540560560回火，析出细小的合金渗碳回火，析

56、出细小的合金渗碳体，组织为回火马氏体。回火后的体，组织为回火马氏体。回火后的冷却中，残余奥氏体可以继续发生冷却中，残余奥氏体可以继续发生马氏体转变，材料的硬度进一步提高马氏体转变，材料的硬度进一步提高( (二次硬化二次硬化) )。一次回火一次回火ArAr量降低到量降低到1010左右，第二次回火后，残余奥氏体左右，第二次回火后，残余奥氏体的数量降到的数量降到3 3左右左右, , 第三次回火后组织基本稳定，再回火变第三次回火后组织基本稳定，再回火变化不明显。化不明显。最后硬度保证在最后硬度保证在HRC62HRC626464，在使用过程中，温度直到，在使用过程中，温度直到600600附近，材料的组织

57、都不会发生变化，即保证了高温使用下的附近，材料的组织都不会发生变化，即保证了高温使用下的硬度硬度( (红硬性红硬性) )。47一、刃具钢一、刃具钢第四节第四节 合金工具钢合金工具钢3 3高速钢高速钢回火后的组织回火后的组织 回火马氏体回火马氏体( (黑色基体黑色基体) )碳化物碳化物( (白色白色) )少少量残余奥氏体。一般硬度可以保证在量残余奥氏体。一般硬度可以保证在HRC62HRC626464，含，含CoCo高高速钢硬度可以达到速钢硬度可以达到HRC65HRC656767。48一、刃具钢一、刃具钢第四节第四节 合金结构钢合金结构钢 3 3高速钢高速钢49二、模具钢二、模具钢第四节第四节 合

58、金工具钢合金工具钢 专门用来制造各种模具的钢材，大致可分为专门用来制造各种模具的钢材，大致可分为冷作模具钢冷作模具钢和和热作模具钢热作模具钢两大类。两大类。1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢用途用途 在接近室温状态对金属进行变形的模具，如冷冲模、冷在接近室温状态对金属进行变形的模具，如冷冲模、冷镦、冷挤压、拉丝、滚丝轮、搓丝板等。镦、冷挤压、拉丝、滚丝轮、搓丝板等。 性能要求性能要求 高硬度高硬度，才能加工其它金属材料；，才能加工其它金属材料；高的耐磨性高的耐磨性，使用中与工件发生相对摩擦；足够的使用中与工件发生相对摩擦；足够的韧性和耐疲劳韧性和耐疲劳抗力。抗力。 50二、模具钢二、模具钢第四节

59、第四节 合金工具钢合金工具钢1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢常用的钢号常用的钢号 尺寸较小、轻载的模具可以采用尺寸较小、轻载的模具可以采用T10AT10A、9SiCr9SiCr、9Mn2V9Mn2V等刃具用钢来制作；等刃具用钢来制作； 尺寸较大、重载的和要求较精密、热处理变形小的模具一般尺寸较大、重载的和要求较精密、热处理变形小的模具一般采用采用Cr12Cr12型钢如型钢如Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV等钢制作。等钢制作。 成分特点成分特点 高碳，高碳，1.0%C1.0%C，甚至达到，甚至达到2 2，HRC60HRC60以上；以上； 加入较多难熔碳化物的强碳化物形成元素，如加入

60、较多难熔碳化物的强碳化物形成元素，如CrCr、MoMo、W W、V V等，提高耐磨性，其中等，提高耐磨性，其中CrCr含量较含量较高高，一方面可以大幅度提供一方面可以大幅度提供钢的淬透性，另一方面形成的碳化物钢的淬透性，另一方面形成的碳化物CrCr7 7C C3 3也是高硬度的耐磨也是高硬度的耐磨质点；质点；MoMo、V V可一提高回火稳定性，并能细化晶粒。可一提高回火稳定性，并能细化晶粒。 51二、模具钢二、模具钢第四节第四节 合金工具钢合金工具钢1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢52二、模具钢二、模具钢第四节第四节 合金工具钢合金工具钢1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢热处理热处理 Cr12C