第十章--工业用钢学习教案

1、会计学1第十章第十章-工业用钢工业用钢第一页，共108页。第1页/共108页第二页，共108页。第2页/共108页第三页，共108页。(3) 回火回火(hu hu)稳定性稳定性差，差， 综合机性不高；综合机性不高； 碳素工具钢碳素工具钢T使使200, V切切5m/min;(4) 不能满足特殊性能要不能满足特殊性能要求求 -合金钢的产生合金钢的产生第3页/共108页第四页，共108页。入一定的合金元素所获得的钢。入一定的合金元素所获得的钢。第4页/共108页第五页，共108页。第5页/共108页第六页，共108页。第6页/共108页第七页，共108页。塑韧性塑韧性(rn xn)、焊接性好焊接性好

2、 冷冲、焊接、渗碳冷冲、焊接、渗碳件件调质调质(dio zh)后综合机后综合机性好性好 调质调质(dio zh)件件强度高、弹性极限高强度高、弹性极限高弹性元件弹性元件 25、30、35、40、45 : 50、60、65 : 第7页/共108页第八页，共108页。 碳素工具钢（碳素工具钢（0.65%1.35%） T7、T8：一定韧性：一定韧性(rn xn) 冲头、锤子、凿子冲头、锤子、凿子T9、T10：硬度高、韧性：硬度高、韧性(rn xn)适中；适中； 钻头、手锯条、刨刀钻头、手锯条、刨刀T12(A)、T13： 硬度高、韧性低硬度高、韧性低 锉、刮刀、量具锉、刮刀、量具 低速低速(d s)运

3、转的工具运转的工具第8页/共108页第九页，共108页。例：例： 40Cr 合金合金(hjn)结构钢；结构钢； 9CrSi 合金合金(hjn)工具钢工具钢 CrWMo合金合金(hjn)工具钢；工具钢；1Cr18Ni9 不锈不锈钢钢 特殊：特殊： GCr15 1.5%Cr 0Cr18Ni9 0.08% 00Cr18Ni9 0.6%; Mn1.5%; Cr2%; Ni5%时韧性明显时韧性明显(mngxin)下降下降 限量使用限量使用第12页/共108页第十三页，共108页。非碳化物形成非碳化物形成(xngchng)元素：元素： Ni、Co、Cu、Al、Si、N、B碳化物形成元素碳化物形成元素： M

4、n、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 以上由弱至强以上由弱至强第13页/共108页第十四页，共108页。意义：意义： 合金合金(hjn)渗碳体较渗碳体稳定，渗碳体较渗碳体稳定，熔点和硬度更高熔点和硬度更高低合金钢中的主要强化相低合金钢中的主要强化相 第14页/共108页第十五页，共108页。 强碳化物形成元素、或较高含量强碳化物形成元素、或较高含量(hnling)的中强碳化物形成元素（的中强碳化物形成元素（5%）：）： VC、TiC、WC、Mo2C、Cr23C6、Cr7C3 形成特殊碳化物形成特殊碳化物 特殊碳化物较合金渗碳体稳定性更高特殊碳化物较合金渗碳体稳定性更高，熔点与硬度，熔点与硬

5、度(yngd)也更高也更高耐较高耐较高温度的强化相温度的强化相 高合金钢中的主要强化相高合金钢中的主要强化相第15页/共108页第十六页，共108页。固溶强化固溶强化(qinghu)、 第二相强化第二相强化(qinghu)，提高耐磨性提高耐磨性第16页/共108页第十七页，共108页。二二 合金合金(hjn)元素对铁碳相图的影响元素对铁碳相图的影响 1 影响奥氏体、铁素体存在范围影响奥氏体、铁素体存在范围LL+ +Fe3C+Fe3CL +Fe3CCESPQGC%6.69FeT JNA1第17页/共108页第十八页，共108页。意义：在室温下可能获得单相意义：在室温下可能获得单相(dn xin)

6、奥氏体组织或单相奥氏体组织或单相(dn xin)铁素体组织铁素体组织 奥氏体钢奥氏体钢 扩大扩大(kud)相区，使相区，使A3 ， A4 ： Cr、W、Mo、V、Ti、 Al、Si、B、Nb、Zr 扩大扩大(kud)相区，使相区，使A3，A4： Ni、Mn、Cu、Co、C、N第18页/共108页第十九页，共108页。2 影响相图临界点（影响相图临界点（S、E)） *所有合金所有合金(hjn)元素均使元素均使S、E点左移点左移 4Cr13过共析钢；过共析钢； W18Cr4V莱氏莱氏体钢体钢第19页/共108页第二十页，共108页。第20页/共108页第二十一页，共108页。典型应用典型应用(yn

7、gyng)：含：含Mo的贝氏体钢的设的贝氏体钢的设计原理计原理非碳化物形成元素非碳化物形成元素改变位置改变位置(wi zhi)，不改变形状不改变形状碳化物形成元素碳化物形成元素 改变位置与形状，改变位置与形状，使使P、B转变分离转变分离第21页/共108页第二十二页，共108页。第22页/共108页第二十三页，共108页。 显著提高淬透性显著提高淬透性第23页/共108页第二十四页，共108页。注：注： 合金合金(hjn)元素需溶入奥氏体中；元素需溶入奥氏体中； 含较多提高淬透性元素的钢可能在空冷含较多提高淬透性元素的钢可能在空冷条件下获马氏体条件下获马氏体 例如：例如：W18Cr4V第24页

8、/共108页第二十五页，共108页。 回火稳定性定义：回火稳定性定义： 钢在回火过程钢在回火过程(guchng)中抵抗软化中抵抗软化的能力的能力。原因：原因：合金元素推迟回火各个阶段，增强钢抵抗合金元素推迟回火各个阶段，增强钢抵抗软化能力软化能力提高提高钢的回火稳定性。钢的回火稳定性。 合金碳化物稳定性高合金碳化物稳定性高第25页/共108页第二十六页，共108页。（2）相同）相同(xin tn)强度下合金钢比强度下合金钢比碳钢可在更高温度下回火，有更好碳钢可在更高温度下回火，有更好韧性。韧性。 第26页/共108页第二十七页，共108页。回火回火(hu hu)温温度，度，HRC 200 40

9、0 600604020+5%Mo+2%Mo0.35C%第27页/共108页第二十八页，共108页。第28页/共108页第二十九页，共108页。 100 200 300 400 500 600 700回火温度，回火温度， 510152025 ak快冷快冷慢冷慢冷0.3%C-1.7%Cr-3.4Ni 碳钢不产生高温回火碳钢不产生高温回火(hu hu)脆性脆性, 合金钢尤合金钢尤含含Mn、Cr的合金钢易产生回火的合金钢易产生回火(hu hu)脆性脆性. 原因：原因： Mn、Cr促进杂质促进杂质(zzh)元素偏聚元素偏聚第29页/共108页第三十页，共108页。n第30页/共108页第三十一页，共10

10、8页。焊接性能好焊接性能好抗环境作用：大气、抗环境作用：大气、海水、低温海水、低温第31页/共108页第三十二页，共108页。第32页/共108页第三十三页，共108页。 引入引入“碳当量碳当量(dngling)” ：（见（见P334） 碳当量碳当量(dngling)0.4%时，焊接时，焊接性差性差 碳当量碳当量(dngling)0.2% 焊接性焊接性较好较好构件构件(gujin)用钢只能微合金化、低合用钢只能微合金化、低合金化金化 第33页/共108页第三十四页，共108页。第34页/共108页第三十五页，共108页。第35页/共108页第三十六页，共108页。新旧标准新旧标准(biozhn

11、)低合金结构钢牌号对照低合金结构钢牌号对照第36页/共108页第三十七页，共108页。Al0.015Al0.015Al0.015第37页/共108页第三十八页，共108页。 C Mn Si P S Cr NiQ420 0.7 0.7第38页/共108页第三十九页，共108页。 TaKTK第39页/共108页第四十页，共108页。 渗碳定义：在增碳的活性介质渗碳定义：在增碳的活性介质中，钢的表面为碳所饱和而获得高中，钢的表面为碳所饱和而获得高碳的渗层组织，称为渗碳。碳的渗层组织，称为渗碳。 目的目的(md)：提高零件表面硬：提高零件表面硬度、耐磨性和疲劳强度。度、耐磨性和疲劳强度。 渗碳钢渗碳钢

12、用作整体受冲击或用作整体受冲击或交变应力，表面受磨损的零件，这交变应力，表面受磨损的零件，这些零件要求表面硬、心部韧，如机些零件要求表面硬、心部韧，如机床、汽车、拖拉机的变速齿轮等。床、汽车、拖拉机的变速齿轮等。第40页/共108页第四十一页，共108页。淬透性，淬透性，强韧性强韧性(rn xn)阻碍阻碍(z i)A晶晶粒长大粒长大 低低C（0.1%0.25%）第41页/共108页第四十二页，共108页。2 典型典型(dinxng)渗碳钢种渗碳钢种 (1) 低淬透性低淬透性 20Cr、 20Mn2 、 20MnV 、 20CrV 合金总量合金总量 100mm高载荷、重要耐磨件高载荷、重要耐磨件

13、中等载荷件中等载荷件第42页/共108页第四十三页，共108页。3 热处理及使用状态热处理及使用状态(zhungti)的组织：的组织： 热处理前渗层组织：热处理前渗层组织： （1）热处理工艺：）热处理工艺： 渗碳渗碳 + 淬火淬火 + 低温回火低温回火 （2）组）组 织：织： 表面：高碳回火马氏体表面：高碳回火马氏体 心部：低碳回火马氏体心部：低碳回火马氏体4 性能：性能： 表面硬表面硬耐磨；耐磨； 心部韧心部韧抗冲击。抗冲击。第43页/共108页第四十四页，共108页。1C0.2C心部心部亚共析区亚共析区 共析区共析区 过共析区过共析区第44页/共108页第四十五页，共108页。第45页/共

14、108页第四十六页，共108页。 第46页/共108页第四十七页，共108页。（2） 加入提高加入提高(t go)淬透性合金元素淬透性合金元素 Cr、Ni、Mn、Si； 3 成分成分(chng fn)特点：特点：（3）加入防第二类回火脆性元素加入防第二类回火脆性元素 W、Mo等等第47页/共108页第四十八页，共108页。 4 典型典型(dinxng)钢种：钢种：(1) 低淬透性低淬透性 40Cr、 40MnB 、 40MnVB D水淬临界大约水淬临界大约2040mm,（2）中淬透性）中淬透性 40CrMn、40CrNi、 40CrMnTi、 35CrMo D水淬临界大约水淬临界大约4060m

15、m,（3）高淬透性）高淬透性 40CrNiMo、30CrNi3 D水淬临界水淬临界60100mm, 5 热处理工艺热处理工艺(gngy)： 淬火淬火+高温回火高温回火 使用态组织：回火索氏体使用态组织：回火索氏体第48页/共108页第四十九页，共108页。第49页/共108页第五十页，共108页。第50页/共108页第五十一页，共108页。第51页/共108页第五十二页，共108页。第52页/共108页第五十三页，共108页。 (2) Me： Mn、Cr、 Si ：淬透性，固溶强化淬透性，固溶强化(qinghu) Si ：S/ b (屈强比屈强比) W、Mo ：防第二类回火脆性防第二类回火脆性

16、1%2%第53页/共108页第五十四页，共108页。钢号钢号CSiMn其它其它65Mn0.620.70 0.170.37 0.91.255Si2Mn0.520.60 1.52.00.60.960Si2Mn0.560.64 1.52.00.60.960Si2CrVA 0.560.64 1.41.80.40.7Cr: 0.71.060Si2MnWA0.610.69 1.502.00 0.701.00 W: 0.81.2第54页/共108页第五十五页，共108页。 5 成型与热处理工艺：成型与热处理工艺： （1）冷成型弹簧）冷成型弹簧(tnhung) 小型小型 (d1015mm) 热轧钢丝或钢板热轧

17、钢丝或钢板 淬火淬火+中温回火中温回火 弹簧弹簧(tnhung)钢使用态组织：钢使用态组织： 回火屈氏体或屈氏体回火屈氏体或屈氏体c. 铅浴淬火冷拉钢丝铅浴淬火冷拉钢丝(n s) 铅浴等温淬火获屈氏体铅浴等温淬火获屈氏体冷拔、成卷冷拔、成卷 1600MPa，强度高但不均匀，强度高但不均匀第56页/共108页第五十七页，共108页。 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(to qun)等。等。 2 性能要求：性能要求： 点、线接触点、线接触 高的压应力：高的压应力： 15005000MPa 交变应力交变应力 高的接触疲劳高的接触疲劳 摩擦摩擦 高硬度与耐磨性：高

18、硬度与耐磨性： HRC6264 大气、润滑油介质大气、润滑油介质 耐蚀性耐蚀性第57页/共108页第五十八页，共108页。 (1) 高碳高碳: 0.951.15%C (2) 低铬低铬(0.41.65%Cr): 提高淬透性；形成碳化物提高淬透性；形成碳化物 (3) 其它元素其它元素(yun s)： Mn、Si ：淬透性淬透性 (4) 高的冶金质量：高的冶金质量： *夹杂物与碳化物的控制夹杂物与碳化物的控制第58页/共108页第五十九页，共108页。4 典型典型(dinxng)钢种钢种 5 热处理及使用热处理及使用(shyng)态组织：态组织： 热处理工艺：球化退火热处理工艺：球化退火 + 淬火淬

19、火 + 低温回火低温回火使用使用(shyng)态组织：高碳回火马氏体态组织：高碳回火马氏体+弥散细弥散细小碳化物小碳化物可用作工具钢可用作工具钢第59页/共108页第六十页，共108页。第60页/共108页第六十一页，共108页。第61页/共108页第六十二页，共108页。第62页/共108页第六十三页，共108页。一、一、 刃具钢刃具钢 (一一) 用途：用途： 切削切削(qixio)刀具：车刀、铣刀、钻头刀具：车刀、铣刀、钻头、 锯、丝锥、板牙等锯、丝锥、板牙等 受受 力：弯曲、扭转、剪切、冲击、力：弯曲、扭转、剪切、冲击、 震动、擦震动、擦 失效形式：磨损、崩刃、卷刃、折断等失效形式：磨损

20、、崩刃、卷刃、折断等第63页/共108页第六十四页，共108页。度表示。度表示。 (4) 一定的韧性：抗拉压弯扭，一定的韧性：抗拉压弯扭，抗冲击抗冲击刃具刃具(rnj)钢共性钢共性要求要求不同刃具的性能不同刃具的性能(xngnng)要求有要求有一定差异一定差异基体组织：高碳马氏体基体组织：高碳马氏体第64页/共108页第六十五页，共108页。(三三)典型刃具钢种及成分、组织典型刃具钢种及成分、组织(zzh)、热处理、热处理特点特点 刃具钢按成分分为：刃具钢按成分分为： 碳素刃具钢、低合金刃具钢、碳素刃具钢、低合金刃具钢、 高合金刃具钢高合金刃具钢 高速钢高速钢1 碳素工具钢碳素工具钢 (1)

21、成分特点：成分特点： 高碳（高碳（0.65%1.35%C ） 碳的作用碳的作用(zuyng)：提高硬度与耐：提高硬度与耐磨性磨性 作用作用(zuyng)机理：机理： 、固溶于、固溶于基体；基体； 、形成、形成Fe3C第65页/共108页第六十六页，共108页。 (2) 热处理及使用热处理及使用(shyng)态组织：态组织： a. 预备热处理：球化退火预备热处理：球化退火(tu hu) 目的：目的： 、软化组织；、软化组织； 、细化、均匀化组织、细化、均匀化组织 b. 最终热处理：最终热处理： 淬火低温回火淬火低温回火(hu hu) 使用态组织：使用态组织： 细针状高碳回火细针状高碳回火(hu

22、hu)马氏体马氏体 粒粒状状Fe3CAR第66页/共108页第六十七页，共108页。T12钢淬火态组织T12钢铸态组织 T12钢球化退火组织第67页/共108页第六十八页，共108页。(3) 典型典型(dinxng)钢种钢种 T7、 T8： T9、 T10： T12、T13：一定一定(ydng)韧性的韧性的 冲头、锤子冲头、锤子、凿子、凿子硬度高、韧性适中硬度高、韧性适中(shzhng)的的钻头、手锯条、刨刀钻头、手锯条、刨刀硬度高、韧性低的锉、刮刀等硬度高、韧性低的锉、刮刀等第68页/共108页第六十九页，共108页。(4) 碳素刃具碳素刃具(rnj)钢的应用钢的应用优点优点(yudin)：

23、 加工工艺简单；加工工艺简单； 成本低；成本低； 常温下硬度足够。常温下硬度足够。第69页/共108页第七十页，共108页。 应用应用 ：手动工具或低速运转的工具；：手动工具或低速运转的工具； 尺寸尺寸(ch cun)较小、对变形要求不较小、对变形要求不高的工具高的工具 切削软金属或木工工具切削软金属或木工工具第70页/共108页第七十一页，共108页。注意：合金元素的综合注意：合金元素的综合(zngh)作用作用 合金总量合金总量15%, 添加了大量碳化物形成元素添加了大量碳化物形成元素 W、Mo、 Cr、 V等等 Cr: 淬透性；回火淬透性；回火(hu hu)后形成细小后形成细小碳化物碳化物

24、 W、Mo：高的红硬性；二次硬化：高的红硬性；二次硬化 V：红硬性；细化晶粒：红硬性；细化晶粒第77页/共108页第七十八页，共108页。(2) 典型典型(dinxng)钢种：钢种： W18Cr4V； Mo8Cr4V2; W6Mo5Cr4V2第78页/共108页第七十九页，共108页。第79页/共108页第八十页，共108页。一次回火：一次回火：15 AR二次回火：二次回火：57 AR三次回火：三次回火：12 AR。第80页/共108页第八十一页，共108页。第81页/共108页第八十二页，共108页。第82页/共108页第八十三页，共108页。第83页/共108页第八十四页，共108页。铸态

25、组织铸态组织锻造态组织锻造态组织淬回火态组织淬回火态组织第84页/共108页第八十五页，共108页。 0.2%C含含Co超硬高速超硬高速钢成分钢成分 渗碳处理渗碳处理第85页/共108页第八十六页，共108页。第86页/共108页第八十七页，共108页。第87页/共108页第八十八页，共108页。第88页/共108页第八十九页，共108页。第89页/共108页第九十页，共108页。5Cr4W3Mo2VNb 低低C高速钢高速钢 50Cr4Mo3W2V, 60Cr4Mo3Ni2WV 基体钢基体钢第90页/共108页第九十一页，共108页。多次回火，提高硬度。多次回火，提高硬度。第91页/共108页

26、第九十二页，共108页。传统冶金方法难以生产的高碳传统冶金方法难以生产的高碳高合金冷作模具钢。使钢中含高合金冷作模具钢。使钢中含有更多的硬质碳化物有更多的硬质碳化物VC，具，具有更高的耐磨性。有更高的耐磨性。第92页/共108页第九十三页，共108页。热烧蚀性。热烧蚀性。第93页/共108页第九十四页，共108页。第94页/共108页第九十五页，共108页。中碳：中碳：0.3%C0.5%C, 中铬中加入中铬中加入Mo, W, V, Si等等典型钢种典型钢种(gngzhng)： 3Cr2W8 4Cr5Mo2VSi 3Cr3Mo3VNb , 4Cr5MoVSi热处理工艺：热处理工艺： 1020-1

27、050淬火，淬火， 620-650回火时：回火时： HRC45； 580-600回火时：回火时：HRC48-50。 使用态组织：回火使用态组织：回火M+K第95页/共108页第九十六页，共108页。第96页/共108页第九十七页，共108页。具体：具体：（1）提高基体电极电位）提高基体电极电位(din wi)；（2）形成单相、均匀组织；）形成单相、均匀组织；（3）形成致密钝化薄膜）形成致密钝化薄膜 ( 4) 减少钢中各种不均匀现象减少钢中各种不均匀现象第97页/共108页第九十八页，共108页。3 不锈钢的合金化原理不锈钢的合金化原理(1) 添加提高基体电极电位元素添加提高基体电极电位元素 Cr、Ni、Si Cr 加入铁中形成加入铁中形成(xngchn