第五章 工业用钢

1、安徽机电职业技术学院安徽机电职业技术学院 张新建张新建第五章第五章 常用常用工程金属材料工程金属材料第五章 常用工程金属材料第二节第二节 合金钢合金钢2 2第一节第一节 碳钢碳钢3 3 1 1第三节第三节 铸铁铸铁3 3 3 3v以铁为主要元素，碳的质量分数一般在以铁为主要元素，碳的质量分数一般在2%2%以以下，并含有其他元素的材料称为下，并含有其他元素的材料称为钢钢. .v碳钢碳钢：指碳含量：指碳含量wc2.11%wc10% 10% 2 2、按钢的金相组织、按钢的金相组织铁素体钢铁素体钢 Cr17Cr17、Cr25Cr25、Cr28Cr28。奥氏体钢奥氏体钢 1 1Cr18Ni9Cr18Ni

2、9、0Cr19Ni90Cr19Ni9、Mn13Mn13。马氏体钢马氏体钢 3 3Cr13Cr13、4Cr134Cr13、1Cr11MoV1Cr11MoV、1Cr12WmoV1Cr12WmoV。珠光体钢珠光体钢 15 15CrMoCrMo、12CrMoV12CrMoV。贝氏体钢贝氏体钢 12 12MoVWBSiREMoVWBSiRE第二节第二节 合金钢合金钢3 3、按钢中、按钢中S S、P P杂质含量杂质含量v 普通合金钢普通合金钢 S0.050% P0.045%S0.050% P0.045%v 优质合金钢优质合金钢 S0.035% P0.035%S0.035% P0.035%v 高级优质合金钢

3、高级优质合金钢 S0.025% P0.025%S0.025% P0.025%v 特级优质合金钢特级优质合金钢 S0.015% P0.020% S0.015% P0.020% 4 4、按合金组元按合金组元v 二元合金钢二元合金钢 MnMn钢、硅钢、铬钢。钢、硅钢、铬钢。v 三元合金钢三元合金钢 CrMnCrMn、Si-CrSi-Cr、Si-MnSi-Mn、Cr-NiCr-Ni。v 多元合金钢多元合金钢 Cr-Mn-TiCr-Mn-Ti、Ni-Cr-Mo-VNi-Cr-Mo-V。5 5、按用途按用途v 合金结构钢，合金工具钢，特殊性能钢：不锈钢、耐热合金结构钢，合金工具钢，特殊性能钢：不锈钢、耐热

4、钢、超强钢。钢、超强钢。 第二节第二节 合金钢合金钢（二）合金钢的编号（二）合金钢的编号（1 1）合金结构钢）合金结构钢 40 Cr40 CrWc=0.40%Wc=0.40%WcrWcr1.5%1.5% G Cr15G Cr15滚动轴承钢滚动轴承钢WcrWcr1.5%1.5%第二节第二节 合金钢合金钢（2 2）合金工具钢）合金工具钢W WV V1.5%1.5%9 Mn2 V9 Mn2 VW WMnMn=2%=2%Wc=0.9%Wc=0.9%（含（含C C大于大于1%1%不标）不标）第二节第二节 合金钢合金钢WNi=9%WNi=9% 0 Cr19Ni90 Cr19Ni9WCr=19%WCr=19

5、%WcWc0.08%0.08% 00 Cr18Ni1000 Cr18Ni10WcWc0.01%0.01% 000000WcWc0.003%0.003%3 3、特殊性能钢、特殊性能钢第二节第二节 合金钢合金钢4.4.专用钢的编号专用钢的编号滚珠轴承钢：在钢号前标以滚珠轴承钢：在钢号前标以“G”G”（“滚滚”字汉语拼音首字母）字，其字汉语拼音首字母）字，其后为铬后为铬(Cr)+(Cr)+数字，数字表示铬含量数字，数字表示铬含量平均值的千分之几，如平均值的千分之几，如“滚铬滚铬15”(GCr15)15”(GCr15)。这里应注意牌号中铬。这里应注意牌号中铬元素后面的数字是表示含铬量为元素后面的数字是

6、表示含铬量为1.5%1.5%，其他元素仍按百分之几表示。如其他元素仍按百分之几表示。如GCr15SiMn GCr15SiMn 表示平均含铬量为表示平均含铬量为1.5%1.5%，硅、锰含量均小于硅、锰含量均小于1.5% 1.5% 的滚动轴承的滚动轴承钢。钢。又如易切钢：前标以又如易切钢：前标以“Y”Y”字，字，Y40Mn Y40Mn 表示平均含碳量为表示平均含碳量为0.4%0.4%，锰含量小于，锰含量小于1.5%1.5%的易切削钢。的易切削钢。滚珠滚柱滚珠滚柱第二节第二节 合金钢合金钢三、合金结构钢三、合金结构钢 合金结构钢：分为低合金结构钢、合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢和滚动轴承钢。（一

7、）低合金结构钢（一）低合金结构钢v 1.1.性能特点性能特点有较高的强度、良好的塑性、韧性以及焊接工艺性能 v 2.2.化学成分特点化学成分特点平均含碳量小于0.2%。主要加入以Mn为主的合金元素 v 3.3.热处理特点热处理特点一般在热轧或正火状态下使用 v 4.4.常用钢种常用钢种铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥第二节第二节 合金钢合金钢（二）渗碳钢（二）渗碳钢1 1、对渗碳钢的性能要求、对渗碳钢的性能要求: :2 2、对渗碳钢的含碳量的要求、对渗碳钢的含碳量的要求: : 低碳低碳3 3、渗碳钢的热处理特点、渗碳钢的热处理特点: :渗碳渗碳表硬里韧表硬里韧淬火淬火 + + 低温回火低温回火

8、(180(180200)200)第二节第二节 合金钢合金钢钢号钢号2020钢钢20Cr20Cr钢钢20CrMnTi20CrMnTi钢钢名称名称碳素渗碳钢碳素渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢成分成分0.2%C0.2%C0.2%CCr1.5%0.2%CCr1.5%0.2C0.2C、MnMn、CrCr、Ti1.5%Ti1.5%淬火淬火特点特点一次水淬一次水淬变形大变形大一次油淬一次油淬变形小变形小直接油淬直接油淬变形小变形小组织组织表面：表面：M M回回+ +渗碳体颗渗碳体颗粒粒+Ar+Ar；心部：低碳心部：低碳M M回回+F+F，未，未淬透时则为淬透时则为F+SF+S。表面：表面：M

9、 M回回+ +合金碳化合金碳化物颗粒物颗粒+Ar+Ar；心部：低碳心部：低碳M M回回+F+F，未，未淬透时则为淬透时则为F+SF+S。表面：表面：M M回回+ +合金碳合金碳化物颗粒化物颗粒+Ar+Ar；心部：低碳心部：低碳M M回回+F +F 或低碳或低碳M M回回性能性能表面：表面：58-62HRC58-62HRC；心部：心部：40-48HRC40-48HRC或或10-10-20HRC20HRC表面：表面：60-65HRC60-65HRC；心部：心部：45-50HRC45-50HRC或或15-15-25HRC25HRC表面：表面：60-65HRC60-65HRC；心部：心部：45-50H

10、RC45-50HRC应用应用受力不大、简单形状、受力不大、简单形状、10mm10mm耐磨件耐磨件受力不大、形状较复受力不大、形状较复杂、杂、20mm20mm耐磨耐磨件件受较大载荷、形状受较大载荷、形状复杂、复杂、40mm40mm中型耐磨件中型耐磨件4 4、合金渗碳钢的牌号、合金渗碳钢的牌号20 Cr Mn Ti 20 Cr Mn Ti 含钛量含钛量W WTiTi1.5 %1.5 %含锰量含锰量W WMnMn1.5 %1.5 %含铬量含铬量W WCrCr 1.5 % 1.5 % 含碳量含碳量W WC C 0.0.20 %20 %第二节第二节 合金钢合金钢5 5、典型合金渗碳钢种介绍、典型合金渗碳

11、钢种介绍低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 %15Cr3 %15Cr、20Cr20Cr、20CrV20CrV、20MnV20MnV、20Mn220Mn2。用。用于受力小的耐磨件，如柴油机的于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。活塞销、凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %4 %左右。左右。20CrMnTi20CrMnTi、 20MnVB20MnVB、 12CrNi312CrNi3。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。齿轮。柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销( 20C

12、r )( 20Cr )第二节第二节 合金钢合金钢 高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在 4 %4 % 6 %6 %。18Cr2NiWA18Cr2NiWA、 20Cr2Ni420Cr2Ni4等。用于大载荷等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。的耐磨件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴柴油机曲轴20CrMnTi 20CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线钢制造齿轮的热处理工艺曲线工艺路线：工艺路线： 下料下料锻造锻造正火正火齿形加工齿形加工渗碳渗碳预冷淬火预冷淬火低温回火低温回火喷丸喷丸精磨精磨第二节第二节 合金钢合金钢（三）调质钢（三）调质钢1 1、对调质钢的

13、性能要求、对调质钢的性能要求: :既强又韧既强又韧2 2、对调质钢的含碳量的要求、对调质钢的含碳量的要求: :中碳中碳(0.3% (0.3% 0.5%)0.5%)3 3、调质钢的热处理特点、调质钢的热处理特点: :淬火淬火 + + 高温回火高温回火( 500( 500650 )650 )第二节第二节 合金钢合金钢钢号钢号4545钢钢40Cr40Cr钢钢35CrMo35CrMo钢钢名称名称碳素调质钢碳素调质钢合金调质钢合金调质钢合金调质钢合金调质钢成分成分0.45%C0.45%C0.40%C0.40%C、Cr1.5%Cr1.5%35%C35%CMoMo、Cr1.5%Cr1.5%淬火特点淬火特点水

14、淬、变形大水淬、变形大油淬、变形小油淬、变形小油淬、变形小油淬、变形小组织组织S S回或回或F+SF+SS S回或回或F+SF+SS S回回性能性能25-35HRC 25-35HRC 或或10-20HRC10-20HRC25-35HRC 25-35HRC 或或15-20HRC15-20HRC25-35HRC25-35HRC应用应用受力不大、简单受力不大、简单形状、形状、20mm20mm小零件小零件受力不大、形状较受力不大、形状较复杂、复杂、40mm40mm中小型零件中小型零件受较大载荷、形受较大载荷、形状复杂、状复杂、80mm80mm大中大中型零件型零件4 4、合金调质钢的牌号、合金调质钢的牌

15、号淬透性钢号主 要 成 分, %淬火回火CMnSiCr低450.420.500.500.800.170.37830840水580640空40Cr0.370.450.500.80Cr 0.81.10850油500 水，油中高35CrMo0.320.400.400.70Cr 0.81.10850油550 水，油38CrMoAlA0.350.42Al 0.71.1Cr 1.351.65940水，油640水，油40CrMnMo0.370.450.901.20Cr 0.91.20850油600 水，油机械性能 bMPasMPaaKU2J6003553940MnB0.370.441.101.400.200

16、.40850油500 水，油9807854798078547980835639808357198078563第二节第二节 合金钢合金钢5 5、典型合金调质钢种介绍、典型合金调质钢种介绍低淬透性调质钢低淬透性调质钢钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 %3 %。 40Cr40Cr、40MnB40MnB等。等。中淬透性调质钢中淬透性调质钢钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %4 %左右。左右。38CrSi38CrSi、35CrMo35CrMo 等。等。圆圆锥锥齿齿轮轮常用于制造较小的齿轮、常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。轴、螺栓等零件。第二节第二节 合金钢合金钢6 6、应用举例、应用举例

17、40 40CrMoCrMo 汽缸螺栓性能要求：汽缸螺栓性能要求： b b900N/mm900N/mm2 2 s s700N/mm700N/mm2 2 HBHB300300341341 1212 、 KU KU 80J/cm80J/cm2 2制作工艺过程：制作工艺过程： 下料下料锻造锻造正火正火粗加工粗加工调质调质精加工精加工喷丸喷丸第二节第二节 合金钢合金钢（四）（四）弹簧钢弹簧钢大型热卷弹簧大型热卷弹簧汽车板簧汽车板簧火车螺旋弹簧第二节第二节 合金钢合金钢 1 1、对弹簧钢的性能要求、对弹簧钢的性能要求: :（1 1）高的）高的S S、-1-1和和s s/b b；（；（2 2）一定的）一定的

18、k k；（3 3）淬透性好；（）淬透性好；（4 4）好的环境稳定性。）好的环境稳定性。 2 2、对弹簧钢含碳量的要求、对弹簧钢含碳量的要求: :中、高碳中、高碳(0.5% (0.5% 0.7%)0.7%)。 3 3、弹簧钢的热处理特点、弹簧钢的热处理特点: : 冷成型弹簧：冷拔冷成型弹簧：冷拔冷成型冷成型去应力退火处去应力退火处理（理（250-300250-300）。）。 用于用于10mm1.65%Cr1.65%Cr时时, ,会因会因AA增加增加而使硬度和稳定性下降。而使硬度和稳定性下降。第二节第二节 合金钢合金钢3 3 、热处理和组织特点、热处理和组织特点v 滚动轴承钢是过共析钢。滚动轴承钢

19、是过共析钢。v 热处理：球化退火热处理：球化退火+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火v 组织：组织： M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少少量量) ) 淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(-60 (-60 -80), -80), 可以减少可以减少AA、稳、稳定尺寸定尺寸. . 轴承生产车间轴承生产车间第二节第二节 合金钢合金钢4 4、常用钢号及用途、常用钢号及用途滚针轴承滚针轴承滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承大型轴承大型轴承v 应用最广的是应用最广的是GCr15GCr15，大量用于大中型，大量用于大中型 轴承；轴承；v 大型轴承用大型轴承用GCr15SiMnGCr15SiMn

20、。v 这类钢还可用于制造模具、量具等这类钢还可用于制造模具、量具等. .第二节第二节 合金钢合金钢5 5、滚动轴承钢的牌号、滚动轴承钢的牌号G Cr9 Si MnG Cr9 Si Mn 含含MnMn量量W WMnMn1.51.5 % %含含SiSi量量W WSiSi1.5 %1.5 %含含CrCr量量W WCrCr0.9 %0.9 % 滚动轴承钢滚动轴承钢6 6、铬轴承钢制造轴承的工艺路线、铬轴承钢制造轴承的工艺路线锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工淬火淬火 + + 冷处理冷处理 ( ( 60 60 80;1h )80;1h )低温回火低温回火磨削加工磨削加工稳定化处理稳定化处理 (120

21、(120 130130；1010 20h)20h)第二节第二节 合金钢合金钢四、合金工具钢四、合金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第二节第二节 合金钢合金钢 用来制造各种切用来制造各种切削刀具的钢种。削刀具的钢种。（一）、刃具钢（一）、刃具钢切削加工切削加工第二节第二节 合金钢合金钢 性能要求性能要求v 1 1、高硬度、高硬度 (HRC60),(HRC60),主主要取决于含碳量。要取决于含碳量。 v 2 2、高耐磨性、高耐磨性 靠高硬度和靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达析出细小均匀硬碳化物来达到。到。v 3 3、高热硬性、高热硬性 即高温下保即高温

22、下保持高硬度的能力。持高硬度的能力。v 4 4、足够的韧性、足够的韧性 以防止脆以防止脆断和崩刃。断和崩刃。切削加工的基本形切削加工的基本形式式第二节第二节 合金钢合金钢 碳素工具钢碳素工具钢v 共有七个牌号：共有七个牌号：T7T7T13 T13 v 1 1、成分特点：、成分特点：l高碳高碳(0.65-1.35%C)(0.65-1.35%C) 随含碳量提高，碳化物量随含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韧性增加，耐磨性提高，但韧性下降。下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带碳素工具钢材碳素工具钢材料料第二节第二节 合金钢合金钢 2 2、热处理及组织、热处理及组织v 热处理：热处理：正火正火+ +

23、球化退火球化退火+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火 球化退火目的：球化退火目的：v 降低硬度降低硬度, , 便于加工便于加工; ;v 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 v 使用状态下的组织：使用状态下的组织： M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少少量量) ) 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第二节第二节 合金钢合金钢 3 3、用途、用途v 由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。手工工具和低速刃具。 v T7-T9T7-T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿：制造承受冲

24、击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤子等。子、锤子等。木工凿木工凿木工钻木工钻第二节第二节 合金钢合金钢vT10-T11T10-T11：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、：制造低速切削工具，如钻头、丝锥、车刀等。车刀等。vT12-T13T12-T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻头钻头第二节第二节 合金钢合金钢 1 1、成分特点：、成分特点：v 高碳：高碳：0.75-1.5%C0.75-1.5%Cv 合金元素作用合金元素作用v 提高淬透性提高淬透性: Cr: Cr、MnMn、Si Si v 提高耐回火性：提高耐回火性：SiSiv 提

25、高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: : W W、V V 低合金工具钢低合金工具钢由碳素工具钢基础上加入少量合金元素由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(3-5)(3-5)形成。形成。 低合金工具钢制品低合金工具钢制品第二节第二节 合金钢合金钢 2 2、热处理及组织、热处理及组织v 同碳素工具钢，只是淬火介质同碳素工具钢，只是淬火介质为油为油( (碳素工具钢为水碳素工具钢为水) )。v 使用状态下的组织为：使用状态下的组织为： M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量) ) 3 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途v 应用最多的是应用最多的是9SiCr9SiCr。用于制。用

26、于制造形状复杂、要求变形小的低造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等速刃具，如丝锥、板牙等. . 丝锥丝锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手第二节第二节 合金钢合金钢应用举例：应用举例：1、用、用9SiCr钢制造圆板牙钢制造圆板牙 要求：碳化物分布均匀，防止崩刃；热处理变要求：碳化物分布均匀，防止崩刃；热处理变 形小（标准件）；良好的耐磨性，硬度形小（标准件）；良好的耐磨性，硬度 HRC60-63 下料下料球化退火球化退火机械加工机械加工淬火，低温回火淬火，低温回火磨平面磨平面抛槽，开口抛槽，开口成品成品板牙板牙800810700720500出炉空冷出炉空冷温度，温度，时间，时

27、间，h2468炉冷炉冷9SiCr球化退火工艺球化退火工艺温度温度时间时间6006508508701602001902003045min6090min减少高温停留时间，防止脱碳减少高温停留时间，防止脱碳硝盐浴分级淬火硝盐浴分级淬火低温回火低温回火1 1、性能特点、性能特点: : 高热硬性高热硬性(600)(600)、高淬透性、高淬透性 2 2、成分特点、成分特点v 高碳高碳: 0.70-1.5%C : 0.70-1.5%C v 合金元素作用合金元素作用v 提高淬透性：提高淬透性：CrCrv 提高热硬性、耐磨提高热硬性、耐磨性性: W: W、MoMo、V V 高速钢（俗称风钢）高速钢（俗称风钢）

28、制造高速切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带高速钢形材高速钢形材第二节第二节 合金钢合金钢3 3、加工与热处理、加工与热处理W18Cr4VW18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织l加工工艺路线：下料加工工艺路线：下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火回火回火磨削磨削v 高速钢是莱氏体高速钢是莱氏体钢，其铸态组织钢，其铸态组织为亚共晶组织，为亚共晶组织，由由鱼骨状莱氏体鱼骨状莱氏体与树枝状与树枝状M+TM+T组成组成，脆性大且无法热脆性大且无法热处理改善。处理改善。第二节第二节 合金钢合金钢 退火目的：退火目的：v 降低硬度，便于切降低硬度，便于切加工；加工；v 为淬

29、火作组织准备。为淬火作组织准备。v 退火后组织：退火后组织： S+S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物 锻造目的：锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。布于基体中。W18Cr4VW18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织第二节第二节 合金钢合金钢W18Cr4VW18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织 淬火目的淬火目的: : 获得高合金元获得高合金元素含量的马氏素含量的马氏体。因此淬火体。因此淬火温度高温度高(1200)(1200)。v淬火后组织：淬火后组织：v M+M+未溶碳化未溶碳化物物(10%)+A (10%)+A (20%)(20%)第二节第二节 合

30、金钢合金钢 析出析出W W、MoMo、V V的碳化物，产生二次硬化。的碳化物，产生二次硬化。 碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量下降，MsMs点上升，回火冷却时，点上升，回火冷却时，AA转转变为变为M M。v 每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。 回火目的：回火目的：主要主要为减少为减少AA。消除内应。消除内应力、稳定组织。力、稳定组织。l常用常用560560三次回火三次回火. .l回火时的组织变化：回火时的组织变化： 高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回火温度关系第二节第二节 合金钢合金钢W18Cr4V钢热处理工艺示意图钢热处理工艺示意图第二

31、节第二节 合金钢合金钢W18Cr4VW18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织 4 4、使用状态下组织、使用状态下组织 M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A+A（少量）（少量）第二节第二节 合金钢合金钢不同状态下不同状态下W18Cr4VW18Cr4V的组织的组织铸态铸态淬火回火态淬火回火态淬火态淬火态退火态退火态第二节第二节 合金钢合金钢 5 5、常用钢号及用途、常用钢号及用途v 常用钢号为常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)W18Cr4V(18-4-1)和和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。v 用于高速切削刃具，如车刀、用于

32、高速切削刃具，如车刀、 刨刀、铣刀、钻头等。刨刀、铣刀、钻头等。车刀车刀铣刀铣刀高速钢铣刀高速钢铣刀钻头钻头第二节第二节 合金钢合金钢（二）、模具钢（二）、模具钢汽车冲压模具汽车冲压模具v 用以制造冷热模具的钢种. v 一）一） 冷作模具钢冷作模具钢v 制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种. . 1 1、性能要求、性能要求v 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 v 足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。v 良好的工艺性能良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）第二节第二节 合金钢合金钢 2 2、常用钢种、常用钢种v 小尺寸、形状简单、受小尺寸、形状简单、受力不大的模具力不大的模具, , 可用

33、碳素工具可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。钢和低合金工具钢制造。v 截面、受力大的冷模具截面、受力大的冷模具 用用Cr12Cr12型冷作模具钢制造型冷作模具钢制造. .l 成分特点：高碳成分特点：高碳(1.4-2.3%C)(1.4-2.3%C)；高铬；高铬(11.5-13%Cr)(11.5-13%Cr)l合金元素作用：合金元素作用： Cr Cr 提高淬透性；提高淬透性； MoMo、V V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。 Cr12Cr12钢钢第二节第二节 合金钢合金钢v 加工及热处理：加工及热处理：Cr12Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火行锻

34、造、退火, , 目的同高速钢目的同高速钢. .l 常用钢号为常用钢号为Cr12Cr12和和Cr12MoVCr12MoV。用于制造冷。用于制造冷冲模、挤压模等。冲模、挤压模等。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使用状态下的组织使用状态下的组织: M: M回回+ +颗粒状碳颗粒状碳化物化物+A(+A(少量少量) )汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模冲压模具冲压模具第二节第二节 合金钢合金钢 二）二） 热作模具钢热作模具钢v 制造使加热金属或液态金制造使加热金属或液态金属成型模具钢种属成型模具钢种. . 1 1、性能要求、性能要求v 高温下良好的高温下良好的 综合力学性能。

35、综合力学性能。v 抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。 v 高的淬透性和良好的高的淬透性和良好的导热性。导热性。热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯第二节第二节 合金钢合金钢热镦模热镦模凸缘模凸缘模v2 2、常用钢种、常用钢种v 热锻模钢热锻模钢 5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMov 前者用于大型热锻模，后前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模者用于中小型热锻模. .v 成分特点、合金元素作用成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。及热处理同调质钢。v 使用状态下的组织使用状态下的组织: : S S回回第二节第二节 合金钢合金钢v 压铸模钢压铸模钢v 典型钢号是典型钢号是3Cr2W8

36、V3Cr2W8V, , 为过共析钢为过共析钢. .v 中碳中碳(0.3-0.4%C), (0.3-0.4%C), 合金元素作用合金元素作用 同高速钢。同高速钢。W W、CrCr提高抗热疲劳性能提高抗热疲劳性能. .v 淬火淬火+ +回火后组织：回火后组织： M M回回+ +颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(+A(少量少量) )型板压铸模型板压铸模压铸工艺压铸工艺压铸模具压铸模具第二节第二节 合金钢合金钢汽车缸压铸模汽车缸压铸模第二节第二节 合金钢合金钢（三）、量具钢（三）、量具钢 制造各种量具用钢。如制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、千分尺、卡尺、块规、塞规塞规等。等。卡尺卡尺塞规塞规千分尺

37、千分尺第二节第二节 合金钢合金钢 1 1、性能要求、性能要求 量具在使用过程中与被测零量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。件接触，承受摩擦和冲击。v 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。v 高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。v 足够的韧性。足够的韧性。渐开线花键环规、渐开线花键环规、塞规塞规矩形花键矩形花键环规、塞环规、塞规规光面量规光面量规第二节第二节 合金钢合金钢2 2、量具用钢、量具用钢v 低碳钢渗碳、低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火中碳钢表面淬火v 碳素工具钢、碳素工具钢、低合金工具钢两者低合金工具钢两者用于尺寸小、形状用于尺寸小、形状简单、精度要求不简单、精度要求不高的量具。高的量具

38、。 滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具. . 不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。 量块量块電電子卡尺子卡尺第二节第二节 合金钢合金钢 3 3、量具钢的热处理特点、量具钢的热处理特点v 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。目的下限温度淬火及冷处理。目的是减少是减少AA。l 长时间低温时效，以消除内应长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。力，降低马氏体的正方度。量规量规第二节第二节 合金钢合金钢五、五、 特殊性能钢特殊性能钢 指指具有特殊

39、物理、具有特殊物理、化学性能的钢。化学性能的钢。本节只介绍不锈本节只介绍不锈钢、耐热钢和耐钢、耐热钢和耐磨钢。磨钢。第二节第二节 合金钢合金钢（一）、不锈钢（一）、不锈钢化工管化工管道的腐道的腐蚀蚀裂解管裂解管内壁的内壁的高温腐高温腐蚀减薄蚀减薄v 化学腐蚀化学腐蚀是指金属在非电解质中的腐蚀。是指金属在非电解质中的腐蚀。v 电化学腐蚀电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。与作用的腐蚀。 在腐蚀介质中具有耐蚀在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。性能的钢。 1 1、金属的腐蚀、金属的腐蚀l金属的腐蚀分金属的腐蚀分化学腐蚀化学腐蚀和电化学腐

40、蚀和电化学腐蚀。 第二节第二节 合金钢合金钢v 不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。第二节第二节 合金钢合金钢 防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施：v 获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。v 提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。v 使表面形成致密的钝化膜。使表面形成致密的钝化膜。l工业发达国家每年金属腐蚀造成工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占的直接经济损失占GNPGNP的的4%4%左右。左右。中国每年腐蚀的损失至少到中国每年腐蚀的损失至少到400400亿元以上亿元以上. .ZnZnZnZnZn-CuZn-Cu原电池示

41、意图原电池示意图珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图电解液电解液第二节第二节 合金钢合金钢(1)(1)、低碳：碳高，则降低耐蚀性。、低碳：碳高，则降低耐蚀性。(2)(2)、CrCr：是提高耐蚀性的主要元素：是提高耐蚀性的主要元素v 形成稳定致密的形成稳定致密的CrCr2 2O O3 3氧化膜氧化膜. .v Cr Cr含量大于含量大于13%13%时，形成单相铁时，形成单相铁素体组织。素体组织。v 提高基体电极电位提高基体电极电位(3)(3)、NiNi：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。 (4)(4)、MoMo：耐有机酸腐蚀。：耐有机酸腐蚀。(5)(5)、Ti, Nb: Ti, Nb: 防止奥

42、氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀. .2 2、不锈钢中合金元素的作用、不锈钢中合金元素的作用第二节第二节 合金钢合金钢 晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大. .v 它是由于它是由于CrCr2323C C6 6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近CrCr含量降到含量降到12%12%以下，在介质以下，在介质v 加加 TiTi、NbNb则先于则先于CrCr与与C C形成不易溶于奥氏体的碳化物形成不易溶于奥氏体的碳化物, , 避免晶界贫避免晶界贫CrCr。 晶间腐蚀晶间腐蚀第二节第二节 合金钢合金钢晶间腐晶间腐蚀破坏蚀破坏304304不锈

43、钢不锈钢消火栓消火栓齿轮架齿轮架第二节第二节 合金钢合金钢3 3、常用不锈钢、常用不锈钢 (1) (1) 、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢v 主要是主要是Cr13Cr13型不锈钢型不锈钢 钢号为钢号为1Cr13-4Cr131Cr13-4Cr13v 随含碳量提高，强度、随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降硬度提高，耐蚀性下降. .v 1Cr131Cr13、2Cr132Cr13v 热处理热处理: : 淬火淬火+ +高温回火高温回火v 使用状态下的组织使用状态下的组织: S: S回回不锈钢棒不锈钢棒第二节第二节 合金钢合金钢v 1Cr131Cr13、2Cr132Cr13具有耐具有耐大气、蒸汽腐蚀能力

44、大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性及良好的综合力学性能。能。用于要求塑韧性较用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽高的耐蚀件，如汽轮机叶片等轮机叶片等. .汽轮机叶片汽轮机叶片透平转轮透平转轮第二节第二节 合金钢合金钢 3Cr133Cr13、4Cr134Cr13v 热处理：淬火热处理：淬火+ +低温回火。低温回火。v 使用状态下的组织：使用状态下的组织：M M回回。v 具有较高强度、硬度。具有较高强度、硬度。v 用于要求耐蚀、耐磨件，医用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等疗器械、量具等。医疗器械医疗器械不锈钢刀不锈钢刀第二节第二节 合金钢合金钢1Cr171Cr17削片刀削片刀v 典型钢号如典型钢

45、号如0Cr130Cr13、1Cr171Cr17等。等。 v 成分：高铬低碳成分：高铬低碳l无无相变，不能进相变，不能进行热处理强化。行热处理强化。l 组织：单相铁素体组织：单相铁素体(2)(2)、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢第二节第二节 合金钢合金钢钢中钢中相相v 性能特点性能特点v 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：v 475475脆化：加热到脆化：加热到450-550450-550停留，产生脆化停留，产生脆化. . 再加热到再加热到600600快快冷可消除。冷可消除。l 相脆化：相脆化： 在在600- 800600- 800长长期加热时，

46、析出硬期加热时，析出硬而脆的而脆的 相。相。第二节第二节 合金钢合金钢用途用途v 广泛用于硝酸和氮肥广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。工业的耐蚀件。硝酸生产装置硝酸生产装置铁素体不铁素体不锈钢制品锈钢制品第二节第二节 合金钢合金钢（3 3）、奥氏体不锈钢）、奥氏体不锈钢v 主要是主要是18-818-8（18Cr-8Ni18Cr-8Ni）型不锈钢。）型不锈钢。 v 性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及l可焊性。高的塑韧性可焊性。高的塑韧性, ,无无磁性。磁性。 l 热处理：热处理：采用采用固溶处固溶处理理。即加热到。即加热到11001100使使碳化物溶解

47、后水冷。碳化物溶解后水冷。l组织为单相奥氏体组织为单相奥氏体。不锈钢不锈钢带带第二节第二节 合金钢合金钢 常用钢种常用钢种v 为为1Cr18Ni91Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Tiv 广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道. .反应釜反应釜(316L)大型化工储罐大型化工储罐(304)热交换器热交换器(316L)第二节第二节 合金钢合金钢 应力腐蚀应力腐蚀v 奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金- -环境体系中，环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含ClCl的

48、的介质中发生，裂纹为树枝状。介质中发生，裂纹为树枝状。 发生应力腐蚀奥氏发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹第二节第二节 合金钢合金钢 1 1 、性能要求、性能要求v （1 1）、高的抗氧化性：）、高的抗氧化性：v 指钢在高温下对氧化指钢在高温下对氧化作用的抗力。作用的抗力。v 钢中加入钢中加入CrCr、SiSi、AlAl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（二）、耐热钢（二）、耐热钢第二节第二节 合金钢合金钢飞机发动机飞机发动机过热器过热器 (2)(2)、高的热

49、强性、高的热强性v 热强性是指金属在热强性是指金属在高温下的强度高温下的强度. .v 指标为蠕变强度和指标为蠕变强度和持久强度。持久强度。v 蠕变指金属在高温蠕变指金属在高温低于低于s s的应力下所的应力下所发生的极其缓慢的发生的极其缓慢的塑性变形塑性变形. .第二节第二节 合金钢合金钢 提高高温强度的途径提高高温强度的途径: : v 固溶强化；固溶强化； v 析出强化；析出强化；v 晶界强化晶界强化( (加入加入B B、ZrZr等降低晶界能量等降低晶界能量) )高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物第

50、二节第二节 合金钢合金钢涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰 2 2、常用耐热钢、常用耐热钢v （1 1）、珠光体耐热钢）、珠光体耐热钢v 常用钢号为常用钢号为15CrMo15CrMo、12Cr1MoV12Cr1MoV，是低合金钢。，是低合金钢。 v 合金元素作用：合金元素作用： v CrCr提高抗氧化性；提高抗氧化性；v MoMo提高热强性提高热强性; ;v V V弥散强化。弥散强化。第二节第二节 合金钢合金钢 热处理：热处理： 正火正火+ +高温回火高温回火 组织组织: F+P : F+P l 用途：用途：600600以以下的锅炉零件下的锅炉零件, ,压压力容器，热交换器力容器，热交换器等

51、。等。 烟管式锅炉烟管式锅炉锅炉管锅炉管第二节第二节 合金钢合金钢(2)(2)、马氏体耐热钢、马氏体耐热钢v 常用钢号为常用钢号为1Cr131Cr13、 1Cr11MoV1Cr11MoV、4Cr9Si24Cr9Si2 合金元素作用：合金元素作用：v CrCr、SiSi提高抗氧化性提高抗氧化性; ; v MoMo提高热强性提高热强性; ;v V V弥散强化。弥散强化。热处理：调质。热处理：调质。组织：组织： S S回回。汽轮机叶片汽轮机叶片第二节第二节 合金钢合金钢v 用途：用途：1Cr131Cr13、1Cr11MoV1Cr11MoV用于用于550550以下汽轮机叶片；以下汽轮机叶片；v 4Cr

52、9Si24Cr9Si2是汽车阀门用钢。是汽车阀门用钢。汽车阀门汽车阀门锅炉安全泄压阀锅炉安全泄压阀(2Cr13)第二节第二节 合金钢合金钢过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱(3)(3)、奥氏体耐热钢、奥氏体耐热钢最典型钢号是最典型钢号是1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti。v CrCr的作用是提高抗氧化性；的作用是提高抗氧化性； v NiNi的作用是获得单相奥氏体的作用是获得单相奥氏体; ;v TiTi的作用是弥散强化。的作用是弥散强化。v 热处理热处理采用固溶处理采用固溶处理v 组织组织为单相为单相A A。v 主要用于主要用于过热器管道等。过热器管道等。 第二节第二节 合金钢合金钢

53、( (三三) )、耐磨钢、耐磨钢( wear-resistant steel )( wear-resistant steel )1 1、定义、定义: :在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。的高锰钢。球磨机球磨机挖掘机挖掘机颚式破碎机颚式破碎机2 2、性能要求、性能要求: :高硬度、耐磨性、韧性。高硬度、耐磨性、韧性。第二节第二节 合金钢合金钢3 3、化学成分特点、化学成分特点: :高碳高碳 Wc = 1Wc = 11.3 %1.3 %高锰高锰 WMn = 11WMn = 1114 % 14 % 4 4、热处理特点、热处理特点: :水韧处理。水韧处理

54、。5 5、室温组织、室温组织: :过饱和单相奥氏体。过饱和单相奥氏体。水韧处理的工艺特征水韧处理的工艺特征铸态组织高锰钢铸态组织高锰钢加热到加热到1050105011001100A A水淬水淬A A受到剧烈冲击或较大压力受到剧烈冲击或较大压力表层表层M MHB500HB500心部心部A AHB220HB220 A + CmA + Cm第二节第二节 合金钢合金钢高锰钢铸态组织高锰钢铸态组织高锰钢铸态组织高锰钢铸态组织 58 第二节第二节 合金钢合金钢高锰钢水韧淬火组织金相图高锰钢水韧淬火组织金相图高锰钢水韧淬火组织高锰钢水韧淬火组织 58 第二节第二节 合金钢合金钢高锰钢水韧淬火高锰钢水韧淬火+

55、 +回火组织金相图回火组织金相图高锰钢水韧淬火高锰钢水韧淬火+回火组织回火组织 105 第二节第二节 合金钢合金钢5 5、牌号、牌号ZG Mn13 - 1一号铸造高锰钢一号铸造高锰钢锰含量锰含量W WMn Mn 13%13%铸钢铸钢第二节第二节 合金钢合金钢铁路道岔铁路道岔履带履带球磨机衬板球磨机衬板挖挖掘掘机机铲铲齿齿 高锰钢广泛用于既要求耐磨高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿、铁路机的牙板、挖掘机的铲齿、铁路的道岔、保险箱和防弹钢板等。的道岔、保险箱和防弹钢板等。第二

56、节第二节 合金钢合金钢钢钢 号号钢钢 种种合金元素的主要作用合金元素的主要作用热处理特点热处理特点使用状态下组织使用状态下组织Q345低合金高强低合金高强度结构钢度结构钢Mn:强化强化F，增加，增加P量，降量，降低冷脆转变温度低冷脆转变温度热轧空冷热轧空冷F+P65Mn弹簧钢弹簧钢Mn:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F淬火淬火+中温回火中温回火T回回ZGMn13耐磨钢耐磨钢Mn:获得单相获得单相A组织组织水韧处理水韧处理表表:M+碳化物碳化物 心心:A20Cr渗碳钢渗碳钢Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F渗碳渗碳+淬火淬火+低低温回火温回火表表: M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A心

57、心: M回回+F40Cr调质钢调质钢Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F调质处理调质处理S回回9SiCr低合金工具钢低合金工具钢Cr:提高淬透性提高淬透性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)GCr15滚动轴承钢滚动轴承钢Cr:提高淬透性，耐磨性、提高淬透性，耐磨性、耐蚀性耐蚀性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)1Cr13马氏体不锈钢马氏体不锈钢Cr:提高耐蚀性提高耐蚀性淬火淬火+高温回火高温回火S回回5CrNiMo热作模具钢热作模具钢Cr、Ni:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F淬火淬火+高温回火高温回火S回

58、回Mo:防止高温回火脆性防止高温回火脆性Cr12MoV冷作模具钢冷作模具钢Mo:细化晶粒，提高耐磨性细化晶粒，提高耐磨性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)W18Cr4V高速钢高速钢V:提高耐磨性、热硬性提高耐磨性、热硬性淬火淬火+低温回火低温回火M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A (少量少量)1Cr18Ni9Ti不锈钢不锈钢Ti:防止晶间腐蚀防止晶间腐蚀固溶处理固溶处理A第三节第三节 铸铁铸铁 铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%2.11%并含有并含有较多硅、锰、硫、磷等元素的多元较多硅、锰、硫、磷等元素的多元铁基合金。铁基合金。 铸铁具有许多

59、优良的性能及生产铸铁具有许多优良的性能及生产简便、成本低廉等优点，因而是应简便、成本低廉等优点，因而是应用最广泛的材料之一。用最广泛的材料之一。 v例如，机床床身、例如，机床床身、内燃机的汽缸体、内燃机的汽缸体、缸套、活塞环及轴缸套、活塞环及轴瓦、曲轴等都可用瓦、曲轴等都可用铸铁制造铸铁制造. .铸铁铸铁曲轴曲轴内燃机汽缸内燃机汽缸第三节第三节 铸铸 铁铁（一）、铸铁的石墨化过程（一）、铸铁的石墨化过程v 1 1、Fe-FeFe-Fe3 3C C 和和 Fe-G (Fe-G (石墨石墨) )双重相图双重相图v FeFe3 3C C是亚稳相，在一定条件是亚稳相，在一定条件下将发生分解：下将发生分

60、解： FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C（石墨）（石墨）共晶白口铸铁共晶白口铸铁F基体球墨铸铁基体球墨铸铁一、一、 概述概述第三节第三节 铸铸 铁铁v 石墨是碳的单质之一，石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性其强度、塑性、韧性几乎为零。几乎为零。v 铸铁中的碳除少量固铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要溶于基体中外，主要以 化 合 态 的 渗 碳 体以 化 合 态 的 渗 碳 体(Fe(Fe3 3C)C)和游离态的石和游离态的石墨墨(G)(G)两种形式存在。两种形式存在。第三节第三节 铸铸 铁铁存在两个铁碳相图：存在两个铁碳相图： Fe-FeFe-Fe3 3C C和和Fe-GFe-G双重