碳钢及低合金钢

1、碳钢与合金钢的比较u 碳钢的特点碳钢的特点冶炼加工容易 成本低,应用广可热处理强化 回火稳定性差 淬透性差 基本相强度低,韧性差 不能满足特殊性能要求u 合金钢的特点合金钢的特点冶炼加工困难 成本高 回火稳定性高 淬透性高 基本相强度高,韧性好 能满足特殊性能要求3 结构钢 碳素结构钢碳素结构钢牌号： Q195、Q215、Q235、Q255、Q275成分特点：低C，高S、P性能特点：冶炼容易 工艺性好 冶金质量差 机械性能低 使用状态：热轧空冷 SF用途：工程结构件（钢板、钢筋、型钢等） 普通机械零件（少） Wc 低时可用作焊接、铆接件等；重要零件用Q235C、Q235D建筑构件钢桥梁 碳素结

2、构钢的牌号和化学成分(GB/T700-1988)牌号等级化学成分脱氧方法w(C)%w( Mn)%w( Si)%w(S )%w( P)%不大于Q1950.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,ZQ215A / B0.09-0.150.25-0.550.300.050 / 0.0450.045F,b,Z Q235 A0.14-0.220.30-0.650.300.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.30-0.700.300.0450.045F,b,ZC0.180.35-0.800.300.0400.040ZD0.170.35-0.800.300.0350

3、.035TZQ255A / B0.18-0.280.40-0.700.300.050 / 0.0450.045ZQ2750.28-0.380.50-0.800.350.0500.045Z结构钢GB/T700-1988 标准 GB700-79 标准化学成分和力学性能均须保证 A 类钢 保证力学性能， B 类钢 保证化学成分， C 类钢 保证化学成分及力学性能。Q195 A1；B1Q215 A2；C2Q235 A3；C3Q255 A4；C4Q275 C5碳素结构钢 新、老标准钢号对照结构钢碳素结构钢的机械性能(GB/T700-1988)牌号等级拉 伸 试 验冲击试验屈服点s ，MPa抗拉强度b /

4、MPa伸长率 s , %温度V型冲击功(纵向)J钢材厚度(直径)，mm钢材厚度(直径), mm164060100150150164060100150150不小于不小于不小于Q195195315-39033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615结构钢 优质碳素结构钢优质碳素结构钢牌号： 08、10、15、20、 、75、

5、80、85成分特点： Wc：0.08% 0.85%C， S、P 0.04%性能特点： 冶金质量较好 ()、 ak 淬透性 回火稳定性 使用状态：使用前一般都要经过热处理（渗碳、淬火、回火等）用途：较重要的零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等结构钢 低合金结构钢（普通低合金钢）低合金结构钢（普通低合金钢）钢号旧钢号主 要 化 学 成 分，%机械性能CMnSi，s ，MPab ，MPa5 ，%Q29509MnNb12Mn0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.001.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi0.201.001

6、.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb0.201.001.700.5546072017常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV 34J）结构钢 低合金结构钢（普通低合金钢）低合金结构钢（普通低合金钢）成分特点： 低C(Wc 0.2% )、低合金(Wme 62GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GSiMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062滚动轴承钢滚动

7、轴承钢结构钢 热处理工艺： 球化退火 + 淬火 + 低温回火 冷处理，时效（120140,1020h）：稳定尺寸，去应力。 组织 回火M 细碳化物少量A 应用： GCr15：中小型轴承，冷冲模，量具，丝锥 GCr15SiMn：大型、特大型轴承 滚动轴承钢滚动轴承钢结构钢u工具钢分类：工具钢分类：刃具钢、模具钢、量具钢u刃具钢刃具钢的基本要求的基本要求性能要求性能要求 高的耐磨性； 高硬度； 高的弯曲强度和足够的韧性； 高的热稳定性。组织要求组织要求 硬而细小的碳化物均匀分布在强而韧的钢基体中冶金质量：冶金质量：优质或高级优质u刃具钢包括：刃具钢包括：碳素工具钢、低合金工具钢和高速钢。4 工具钢

8、牌号牌号 T7 T8 T9 T12 T13 （A）碳素工具钢碳素工具钢工具钢成分：成分：高C (0.65%1.35%)，低S、P性能：性能：高H，工作温度低时有较好的耐磨性； 工艺性好，淬透性低，热硬性差工艺：工艺：锻造 球化退火 机加工 淬火 + 低温回火最终组织：最终组织：回火M 粒状Fe3C + A 碳素工具钢碳素工具钢球化退火后组织最终组织淬火后性能与T淬火关系 碳素工具钢碳化物网组织 Ac1+20-30Ac1+30-50刃具180210螺纹工具（如板牙）200250 应用：应用：尺寸小、形状简单、低速、硬度高的工具 T7、T8 、T9、T10、T11、T12、T13 韧性高 硬度高

9、T7、T8 ：冲头、凿子、锤子 T9、T10、T11：钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具 T12、T13 ：锉刀、刮刀等刃具及量规、样套等量具。碳素工具钢碳素工具钢工具钢螺纹量规工具钢 低合金工具钢低合金工具钢 （碳素工具钢（碳素工具钢 + 合金元素）合金元素）成分：成分：高C （wC = 0.9 1.5 %） 低合金（Cr、Mn、Si、W、Mo、V）5 % Cr：淬透性 回火抗力 减少Si石墨化倾向 Si：淬透性 回火稳定性 易使钢脱碳和石墨化，需同时添加W、Cr、Mn Mn：淬透性 但增加钢的过热倾向，降低钢的韧性 W：形成碳化物，阻止钢过热，细化晶粒，提高耐磨性 V：细化晶粒，降低

10、过热敏感性 性能：性能： HRC60，使用温度200 300 热处理：热处理：球化退火球化退火（+ 机加工）机加工）+ 淬火淬火 + 低温回火低温回火最终组织：最终组织：回火M + 合金碳化物 + 少量A 应用：应用：各种薄刃刀具（板牙、丝锥等） 截面较大、形状复杂、变形小的模具板牙丝锥低合金工具钢低合金工具钢工具钢9SiCr圆板牙的生产工艺路线：圆板牙的生产工艺路线：锻造球化退火球化退火机械加工淬火淬火+低温回火低温回火磨平面开槽开口工具钢高速钢高速钢 成分特点：成分特点：l 高C （wC = 0.65 1.65 %）l 高合金（ 10%） 提高硬度、耐磨性（W、V、Cr、Mo）提高淬透性（

11、Cr）提高回火稳定性（W、V）细化晶粒（V）性能特点：性能特点： 高硬度、高耐磨性 “锋钢”高热硬性 “高速钢”高淬透性 “风钢” 较高的强度、韧性工具钢高速钢高速钢 加工及热处理特点：加工及热处理特点：l 锻造l 球化退火高速钢铸态组织交叉反复锻严控始锻、终锻温度锻后缓冷消除锻造应力均匀破碎后的碳化物降低硬度，便于加工为淬火、回火做准备退火组织（索氏体加碳化物）萘状组织W18Cr4V钢退火工艺 加工及热处理特点：加工及热处理特点：l 机加工l 淬火工具钢高速钢高速钢需预热淬火温度高多种冷却方式M + 碳化物 + A 工具钢高速钢高速钢 加工及热处理特点：加工及热处理特点：l 回火：需560

12、多次回火回火M + 粒状碳化物 + 少量 A 高速钢刃具的热处理缺陷高速钢刃具的热处理缺陷 过热、过烧、变形开裂、硬度不足、脱碳、萘状断口及腐蚀麻点工具钢高速钢高速钢应用应用 高速车刀、钻头、铣刀等。孔钻仿型铣刀铣刀齿轮滚刀插齿刀圆锯片工具钢模具钢模具钢u 冷作模具钢冷作模具钢 常温下使金属或非金属变形的模具 T工作 200300 （冷冲、冷镦、冷挤压模、拉丝模、搓丝板等）受力特点：受力特点：压力、弯曲应力、冲击力、摩擦力失效形式：失效形式：磨损，崩刃、断裂、变形等性能要求：性能要求：高硬度（58HRC62HRC）高耐磨性(特别是表面抗磨损能力)高淬透性足够的强度(包括抗拉、抗压和抗弯强度)足

13、够的韧性和疲劳抗力热处理变形小冷冲模具冷镦模具 成分特点：成分特点：l 高C （wC 1.0 %）l 加入Cr、Mo、W、V等合金元素工具钢冷作模具钢冷作模具钢提高硬度、耐磨性提高淬透性提高回火稳定性细化晶粒常用钢种：常用钢种： T10、9Mn2V、9SiCr、CrWMn小型、轻载模具 Cr12、Cr12MoV大型、复杂、重载、高精度、高耐磨模具、 高速钢热硬性要求高的模具工具钢冷作模具钢冷作模具钢 热处理特点热处理特点 : 碳素工具钢 低合金工具钢 Cr12型冷模具钢的热处理方案： 一次硬化法 工艺：低温淬火（9501000）+ 低温回火（150180） 性能：高硬度（HRC6164），高耐

14、磨性，韧性较好，淬火变形小 应用：重载模具 二次硬化法 工艺：高温淬火（11001150）+ 510520多次回火（一般为三次） 性能：硬度60HRC62HRC，红硬性 和耐磨性都较高，韧性较差 应用：受强烈磨损，工作温度在400450的模具Cr12型钢热处理后组织：为回火马氏体、碳化物和残余奥氏体。球化退火球化退火（+ 机加工）机加工）+ 淬火淬火 + 低温回火低温回火工具钢 热作模具钢热作模具钢 热作模具：热作模具：使加热的固态或液态金属在压力下成形的模具 （T工作 = 400600） 热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等受力特点：受力特点：高冲击、强摩擦、大而不均匀的热应变和热压力失效形式

15、：失效形式：高温氧化、崩裂、塌陷、磨损、龟裂等性能要求：性能要求： 高的热硬性和高温耐磨性； 高的抗氧化性能； 高的热强性和足够的韧性； 高的热疲劳抗力； 高的淬透性和导热性。热锻压铸热挤压 成分特点：成分特点：l中碳 （0.3%0.6%）： 保证高强度、高韧性、较高的硬度（HRC3552）和较高的热疲劳抗力。l 合金元素的作用：工具钢热作模具钢热作模具钢提高淬透性（Cr、Ni、Mn、Si、W、Mo）提高回火稳定性（Cr、Ni、Mo、W、V）提高高温强度、耐热疲劳性能（Mo、W、V）细化晶粒、增加钢的韧性（Ni、V）防止第二类回火脆性（Mo、W）常用钢种：常用钢种：5CrMnMo、5CrNiM

16、o、5CrMnSiMoV：韧性要求高、热硬性要求不太高的热锻模3Cr2W8V、4Cr5MoVSi ：热强性更好的大型锻压模或压铸模 工具钢热作模具钢热作模具钢 热处理特点热处理特点 :l预备热处理：完全退火或等温退火l最终热处理：热锻模淬火后模面中温回火、模尾高温回火 以保证模面硬度较高的要求，并避免模尾因韧性不足而脆断， 回火后组织：回火屈氏体和回火索氏体；压铸模较高温度淬火+略高于二次硬化峰值的温度多次回火（34次） 以保证热硬性 回火后组织：回火马氏体+粒状碳化物 工具钢塑料模具钢塑料模具钢 塑料模具：塑料模具：使细粉或颗粒状塑料压制成形的模具 （T工作 200） 受力特点：受力特点：承

17、受温度、压力、侵蚀和磨损的作用，形状复杂、加工难度大。性能要求：性能要求：l普遍要求：普遍要求：一定的综合性能、良好的切削加工性、较高的耐磨性、 良好的导热性和低的热膨胀系数l特殊要求特殊要求：良好的可抛光性和镜面质量、一定的耐腐蚀性、低的导磁系数塑料模具钢的分类和应用塑料模具钢的分类和应用：l非合金型塑料模具钢非合金型塑料模具钢 45、50、55等：形状简单、小型、精度要求 不高、使用寿命不需要很长 T7、T8 T12：形状较简单、小型、耐磨性要求较高的热固性塑料模具l渗碳型塑料模具钢：渗碳型塑料模具钢： 10、20、20Cr、12CrNi3、120CrMnTi、20CrMnMo等优点：优点

18、：切削加工性能良好；具有较高的强度，而且心部具有较好的韧性； 模具表面硬度高、耐磨性高、抛光性能良好； 塑性好，可采用冷挤压成型，无需切削加工，适于大批量生产缺点：缺点：热处理工艺较复杂、变形大。塑料模具钢塑料模具钢 塑料模具钢的分类和应用（续）塑料模具钢的分类和应用（续）：l调质硬化型塑料模具用钢（预硬型塑料模具钢）调质硬化型塑料模具用钢（预硬型塑料模具钢）40Cr、42CrMo、38CrMoAl、3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo等： 工艺过程：工艺过程：热加工后的模块调质处理刻模加工成型使用，以获得所优点：优点：成型后不需最终热处理避免热处理而引起的变形和裂纹应用应用：形状复杂的大、中型

19、精密塑料模具l时效硬化型塑料模具钢：时效硬化型塑料模具钢：25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAl等工艺过程：工艺过程：固溶硬化后变软切削加工成型时效处理优点：优点：综合性能很高， 热处理变形很小，焊接性能好，可进行表面氮化应用应用：适于制造复杂、精密、高寿命的塑料模具 塑料模具钢塑料模具钢 塑料模具钢的分类和应用（续）塑料模具钢的分类和应用（续）：l整体淬硬型塑料模具钢整体淬硬型塑料模具钢 低合金工具钢：低合金工具钢：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、9Cr-WMn 冷作模具钢：冷作模具钢：Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV 热作模具钢：热作模具钢：5CrMnMo、5CrN

20、iMo、4Cr5MoSiV、4Cr3Mo2MnVbB优点：优点：使用状态具有高硬度、高耐磨性和长的使用寿命应用：应用：用于压制热固性塑料、交合强化塑料（如尼龙型强化或玻璃纤维强化塑料） 大批量生产，要求模具使用寿命很长的塑料模具 l耐腐蚀型塑料模具钢耐腐蚀型塑料模具钢 Cr13型M耐蚀钢、9Cr18高碳高铬M不锈钢、 1Cr18Ni9Ti型A不锈钢等用途：用途：生产化学性腐蚀塑料（如聚氯乙烯或聚苯乙烯添加抗燃剂等）制品模具常用塑料模具用钢的热处理工艺规范（表常用塑料模具用钢的热处理工艺规范（表9-18）塑料模具钢塑料模具钢性能性能 ：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性成分特点：成分特点： 高碳

21、（0.9%1.5%）+ Cr、W、Mn等合金元素应用：应用：简单量具 T10A、T12A 等 高精度量具 GCr15、CrWMn等最终热处理最终热处理 ： 淬火 +（ -70-80 ）冷处理 + 低温回火 + 时效处理时效处理：120130，保温几几十小时，使M、 A 稳定，消除内应力。最终组织最终组织 ：回火M + 碳化物 + 少量A 工具钢量具钢量具钢u 金属腐蚀的概念金属腐蚀的概念 （1）化学腐蚀金属与化学介质直接产生化学反应 （2）电化学腐蚀金属在腐蚀介质中形成原电池，阳极失去电子被腐蚀u 提高耐蚀性的途径提高耐蚀性的途径加入Cr 、Al等形成钝化模（致密而牢固的氧化膜，如Cr2O3）减少原电池形成的可能性，使金属具有均匀的单相组织形成原电池时：加入Cr，减少两极的电极电位差，提高阳极的电极电位工具钢不锈钢不锈钢u性能要求：性能要求：耐蚀性高硬度、高耐磨性（制作工具）高强度（制作重要结构零件）较好的加工性能u成分特点：成分特点：低碳(0.1%0.2%） 主加元素Cr、CrNi，