第六章铁素体

1、 6.1合金元素对刚的组织和性能的影响合金元素对刚的组织和性能的影响 6.1.1合金元素对钢中基本相的影响合金元素对钢中基本相的影响 1.形成合金铁素体形成合金铁素体 大多数合金元素都能溶于铁素体，形成合大多数合金元素都能溶于铁素体，形成合 金铁素体。金铁素体。v2.形成碳化物形成碳化物 （1）合金渗碳体。弱碳化物形成元素，熔点较低，）合金渗碳体。弱碳化物形成元素，熔点较低，硬度较低，稳定性较差。中强碳化物形成元素，硬度较低，稳定性较差。中强碳化物形成元素，熔点、硬度、稳定性比较高。熔点、硬度、稳定性比较高。 （2）特殊碳化物。强碳化物形成元素，优先形成）特殊碳化物。强碳化物形成元素，优先形成

2、碳化物，稳定性高，不易分解，熔点硬度耐磨性碳化物，稳定性高，不易分解，熔点硬度耐磨性最高。最高。v6.1.2合金元素对刚热处理和力学性能影响合金元素对刚热处理和力学性能影响 1.减缓奥氏体化过程减缓奥氏体化过程 与碳钢基本相同，包括形核与长大，碳化物溶与碳钢基本相同，包括形核与长大，碳化物溶 解及奥氏体均匀化。解及奥氏体均匀化。 2.细化晶粒细化晶粒 几乎所有元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作几乎所有元素都有抑制钢在加热时奥氏体晶粒长大的作用。用。 强碳化物形成的元素使得到的晶粒更细。强碳化物形成的元素使得到的晶粒更细。 3.提高钢的淬透性提高钢的淬透性 大多数合金元素溶于奥氏体后，均可

3、增加过冷奥氏体大多数合金元素溶于奥氏体后，均可增加过冷奥氏体的稳定性，减小淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。的稳定性，减小淬火临界冷却速度，提高钢的淬透性。 单一合金元素的淬透性没有多种合金元素效果显著。单一合金元素的淬透性没有多种合金元素效果显著。 4.提高钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性 合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使合金钢在回火过程中，由于合金元素的阻碍作用，使马氏体不易分解，碳化物不易析出，析出后也难聚集长大，马氏体不易分解，碳化物不易析出，析出后也难聚集长大，从而提高了钢的回火稳定性。从而提高了钢的回火稳定性。 高的回火稳定性使钢在高温度下，仍能保持高硬度和高的回火稳

4、定性使钢在高温度下，仍能保持高硬度和高耐磨性，这种能力称为红硬性。高耐磨性，这种能力称为红硬性。6.2 合金钢的分类和牌号合金钢的分类和牌号3.2.1 合金钢的分类合金钢的分类 按用途分类按用途分类特殊性能钢：具有某种特殊性能的合金钢，如不锈钢、特殊性能钢：具有某种特殊性能的合金钢，如不锈钢、耐磨钢、磁钢等。耐磨钢、磁钢等。合金工具钢：用于知道各种工具的合金钢，如刃具钢、合金工具钢：用于知道各种工具的合金钢，如刃具钢、模具钢、量具钢等。模具钢、量具钢等。合金结构钢：用于制造机械零件和工程构建的合金钢，合金结构钢：用于制造机械零件和工程构建的合金钢，如调质钢、渗透钢、弹簧钢、轴承钢等。如调质钢、

5、渗透钢、弹簧钢、轴承钢等。按合金元素按合金元素总含量分类总含量分类低合金钢：合金元素总含量低合金钢：合金元素总含量5的合金钢的合金钢中合金钢：合金元素总含量中合金钢：合金元素总含量5-10的合金的合金 钢钢高合金钢：合金元素总含量高合金钢：合金元素总含量10的合金钢的合金钢6.2.2合金钢的牌号 合金结构钢的牌号一、合金结构钢的分类及编号1、分类： 主要包括：普通低合金钢、易切削钢、调质钢、渗碳钢、弹簧钢、滚动轴承钢等。2、编号：数字+化学元素符号+数字 所加合金元素 合金元素的百分之几 C含量的万分之几 高级优质钢后加“A”/“高”；表明用途时前面附加字母， 如GCr15。 合金工具钢合金工

6、具钢含碳量含碳量+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量该元素百分含量当含碳量小于当含碳量小于1.00%时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含时，含碳量用一位数字标明，这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如碳量的千分之几，如8MnSi.当含碳量大于当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。时，不标含碳量。高速钢不标含碳量，如高速钢不标含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含含0.85%C). 含铬量小于含铬量小于1%时，在含铬量时，在含铬量(以千分之一以千分之一为单位为单位)前加数字前加数字“0”，如，如Cr06。特殊性能钢的牌号特殊性能钢的牌号 特殊性能钢的牌号表示方法与合金工特殊性能钢的牌

7、号表示方法与合金工具钢的表示方法基本相同具钢的表示方法基本相同滚动轴承钢的牌号滚动轴承钢的牌号G+Cr+铬含量铬含量(不标含碳量不标含碳量)“G”表示表示“滚动轴承钢滚动轴承钢”。 铬含量以千分之一为单位铬含量以千分之一为单位.如如“GCr15”的平均含铬量为的平均含铬量为1.5%。渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌号头部加结构钢相同，仅在牌号头部加字母字母“G”，如如“G20CrNiMo”。 圆柱滚圆柱滚子轴承子轴承自动调自动调心球轴承心球轴承6.3合金结构钢合金结构钢6.3.1低合金结构钢低合金结构钢成分特点成分特点 低合金结构钢是碳素结构钢的基

8、础上，加入少量合金元低合金结构钢是碳素结构钢的基础上，加入少量合金元素而制成的工具钢，具有良好的塑性和韧性；与碳素结构素而制成的工具钢，具有良好的塑性和韧性；与碳素结构钢相比其强度、耐腐蚀性淬透型都得到了提高钢相比其强度、耐腐蚀性淬透型都得到了提高性能及用途性能及用途 这类钢的强度显著高于同等含碳量的碳素结构钢，同时这类钢的强度显著高于同等含碳量的碳素结构钢，同时具有与良好的苏醒、韧性、耐腐蚀性和焊接性。广泛用于具有与良好的苏醒、韧性、耐腐蚀性和焊接性。广泛用于制造桥梁建筑、船舶车辆、起重运输机和高压容器等。制造桥梁建筑、船舶车辆、起重运输机和高压容器等。热处理特点热处理特点 低合金结构钢在多

9、热轧、正火状态下使用，组织为铁素低合金结构钢在多热轧、正火状态下使用，组织为铁素体体+珠光体，也有在淬火成低碳马氏体。或热轧空冷后获珠光体，也有在淬火成低碳马氏体。或热轧空冷后获得贝氏体组织状态下使用。得贝氏体组织状态下使用。钢种及牌号钢种及牌号 6.3.2机械制造钢机械制造钢 机械制造用钢通常是优质或者高级优质的合金机械制造用钢通常是优质或者高级优质的合金结构钢，主要用于制造各种机械零件，通常在热结构钢，主要用于制造各种机械零件，通常在热处理后使用。机械制造用钢按用途和热处理特点处理后使用。机械制造用钢按用途和热处理特点分为合金渗透刚、合金调质钢、合金弹簧钢和滚分为合金渗透刚、合金调质钢、合

10、金弹簧钢和滚动轴承钢等几种。动轴承钢等几种。v 制造渗碳零件的钢种。 v 1、性能要求v 表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。 v 良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。三、渗碳钢三、渗碳钢渗碳炉渗碳炉v2、成分特点v 低碳：0.10.25%Cv 合金元素作用： 加入铬，锰，镍，硅，硼等可以提高淬透性渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱调质件（螺杆）调质件（螺杆）v 调质后使用的合金结构钢。 v 1、性能要求v 良好的综合力学性能.v 良好的淬透性。四、调质钢四、调质钢v 2、成分特点v （1）中碳；含碳量在0.25%v 到0.5%之间。以C=0.40%居多v

11、（2）加入某些金属元素可以增v 加钢的淬透性，同时具有v 良好的塑性和韧性。调质件（冷却轮）调质件（冷却轮）破碎机主轴破碎机主轴柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴v 3、常用钢号及用途v 低淬透性钢：用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等。v 中淬透性钢：用于制造大中型零件。v高淬透性钢：用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。 单缸汽车曲轴单缸汽车曲轴v制造弹簧或类似性能零件的钢种。v1、性能要求v弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件。五、弹簧钢五、弹簧钢v2、成分特点v 中高碳：v碳素弹簧钢为0.60.9%Cv合金弹簧钢为0.450.7%C 汽车弹簧汽车弹簧v 3、热处理及组织特点v 冷成型弹簧：冷拔 冷

12、成型定型处理。用于10mm弹簧。 v 热成型弹簧： 热成型淬火+中温回火。用于10mm弹簧汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧（1）高而均匀的硬度和耐磨性。 （2）足够的韧性、淬透性和耐蚀性.l用于制造轴承套和滚动体的专用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。用钢种。l1、性能要求、性能要求l轴承工作时轴承工作时, 承受接触应力承受接触应力(达达30003500MPa)、周期性交变周期性交变圆柱滚圆柱滚子轴承子轴承自动调自动调心球轴承心球轴承v 2、成分特点v 高碳：0.95%1.15%C v 合金元素：以Cr为主,加入Mn、Si可以提高淬透性。还可以提高钢的硬度耐磨性等推力

13、球轴承推力球轴承滚针滚针轴承轴承v 6.4 合金工具钢合金工具钢v合金工具钢的用途合金工具钢的用途 1:刃具钢刃具钢v 2:模具钢模具钢v 3:量具钢量具钢 v6.4.1 合金刃具钢合金刃具钢v 合金刃具钢主要用于制合金刃具钢主要用于制造车刀，铣刀，拉刀，钻头等造车刀，铣刀，拉刀，钻头等各种金属切削刀具。各种金属切削刀具。v 合金工具钢的性能要求：合金工具钢的性能要求：v 1,高硬度：主要取决于含碳量高硬度：主要取决于含碳量v 2,高耐磨性：靠高硬度和析出细高耐磨性：靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。小均匀硬碳化物来达到。 v 3，高热硬性：即高温下保持高硬，高热硬性：即高温下保持高硬度的

14、能力。度的能力。v 4，足够的韧性：以防止脆断和崩，足够的韧性：以防止脆断和崩刃。刃。v（二） 低合金刃具钢v由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35)形成.v 1、成分特点：v 高碳：0.751.5%Cv 合金元素作用v 提高淬透性: Cr、Mn、Siv 提高耐回火性：Siv 提高耐磨性、细化晶粒: W、Vv（三）高速钢（俗称风钢） v制造高速切削刃具用钢。v1、性能特点: 高热硬性(600)、高淬透性 v2、成分特点v 高碳: 0.701.5%C v 合金元素作用 提高热硬性、耐磨性: W、Mo、V v 提高淬透性：Crv提高热硬性，耐磨性：W，Mo，V汽车冲压模具汽车冲压模具v 用以制造

15、冷热模具的钢种。 v 冷作模具钢v 制造金属冷成型模具钢种。v 1、性能要求v 高硬度和耐磨性。 v 足够的强度和韧性。v 良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）6.4.2、模具钢、模具钢v 2、常用钢种v 小尺寸、形状简单、受力不大的模具, 可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。v 截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具钢制造。l 成分特点成分特点: 高碳高碳(1.42.3%C); 高铬高铬(11.513%Cr)l合金元素作用：合金元素作用： Cr 提高淬透性；提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。 Cr12钢钢v 热作模具钢v 制造使加热金属或液态金属成型模具钢

16、种.v 1、性能要求v 高温下良好的综合力学性能。v 抗热疲劳性能。 v 高的淬透性和良好的导热性。热热模锻曲轴毛坯模锻曲轴毛坯热镦模热镦模凸缘模凸缘模v 2、常用钢种v 热锻模钢v 5CrNiMo、5CrMnMov 前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。v 热作模具钢的制造工艺路线热作模具钢的制造工艺路线v 毛坯锻造毛坯锻造退火退火机械粗加工机械粗加工精加工成形精加工成形淬火、高温回淬火、高温回火火钳工整修、抛光钳工整修、抛光模具装模具装配配试模试模v 制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块规、塞规等。三、量具用钢三、量具用钢卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺v 1、性能要求v 量具在使用过程中

17、与被测零件接触，承受摩擦和冲击。v 高硬度和耐磨性。v 高的尺寸稳定性。v 足够的韧性。渐开线花键渐开线花键环规、塞规环规、塞规矩形花键环规、矩形花键环规、塞规塞规光面量规光面量规v 2、成分特点v 量具用钢的成分与低合金刃具钢相同，即为高碳（碳质量分数为0.9%1.5%）和加入提高淬透性的元素Cr、W、Mn等v GCr15的工艺路线：下料锻造球化退火粗加工真空淬火冷处理低温回火精加工人工时效入库量块量块電子卡尺電子卡尺6.5特殊性能钢特殊性能钢在特殊工作条件下工作，具有特殊物理化学性能要在特殊工作条件下工作，具有特殊物理化学性能要求的机械零件钢材求的机械零件钢材特殊性能钢种类很多，主要包括：

18、不锈钢、耐热钢、特殊性能钢种类很多，主要包括：不锈钢、耐热钢、耐磨钢。耐磨钢。大多不锈钢的含碳量都较低，不锈钢中的基本元素都大多不锈钢的含碳量都较低，不锈钢中的基本元素都是是铬，只有当铬含量达到一定值（只有当铬含量达到一定值（13%）时，不）时，不锈钢才具有良好的耐蚀性。锈钢才具有良好的耐蚀性。v不锈钢的分类及常用不锈钢v不锈钢分类：按金相组织分v*奥氏体型不锈钢（奥氏体型不锈钢（18-8型）型）v*马氏体型不锈钢（马氏体型不锈钢（Cr13）1)奥氏体型不锈钢（18-8型）属于铬镍不锈钢属于铬镍不锈钢奥氏体不锈钢成分的特点奥氏体不锈钢成分的特点： *含碳小于含碳小于0.15% *含铬含铬18%

19、，含镍，含镍9% *其他元素其他元素Mo、Nd、Ti等等 常用奥氏体不锈钢常用奥氏体不锈钢v 1Cr18Ni9Tiv 0Cr18Ni9v 00Cr18Ni9等奥氏体不锈钢的性能特点：奥氏体不锈钢的性能特点： v 耐蚀性好耐蚀性好v 单相奥氏体，单相奥氏体，v 塑性、可焊性好塑性、可焊性好v 有应力腐蚀倾向，注意加工应力有应力腐蚀倾向，注意加工应力 应用：应用： 应用于强腐蚀介质中工作的化应用于强腐蚀介质中工作的化工设备、抗磁仪表等。工设备、抗磁仪表等。 2)马氏体型不锈钢（Cr13）属于铬不锈钢属于铬不锈钢马氏体不锈钢成分特点：马氏体不锈钢成分特点：*含碳量含碳量0.11.2% *含铬量含铬量

20、1218% *其其它元素它元素Mo、V、Si、Cu等等铁素体不锈钢的成分特点：铁素体不锈钢的成分特点： v 含碳小于含碳小于0.12% v 含铬含铬1730% v 其它元素其它元素Mo、V、Ti等等常用铁素体不锈钢常用铁素体不锈钢v 1Cr17、1Cr17Tiv 00Cr30Mo2铁素体不锈钢的性能特点铁素体不锈钢的性能特点v 耐蚀性比马氏体不锈钢好耐蚀性比马氏体不锈钢好v 单相铁素体，高温抗氧化性好单相铁素体，高温抗氧化性好v 塑性、可焊性好塑性、可焊性好v 有金属间化合物引起的高温脆性有金属间化合物引起的高温脆性 应用应用 *受力不大的耐酸结构件和作受力不大的耐酸结构件和作为抗氧化钢使用。

21、为抗氧化钢使用。 如：家用不锈钢厨具、餐具等如：家用不锈钢厨具、餐具等v二二 耐热钢耐热钢 v 定义：在高温下具有良好的化学稳定性和较高强度，能较好适应高温在高温下具有良好的化学稳定性和较高强度，能较好适应高温条件的特殊性能钢。（包括：抗氧化钢和热强钢）条件的特殊性能钢。（包括：抗氧化钢和热强钢） v 1 抗氧化钢（不起皮钢）一般钢铁在较高温度下（抗氧化钢（不起皮钢）一般钢铁在较高温度下（560以上）表以上）表面容易氧化，主要是由于在高温下生成松脆多孔的面容易氧化，主要是由于在高温下生成松脆多孔的FeO，它较易剥落，它较易剥落，最终导致零件破坏。实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、最终导致零件破坏。实际应用的抗氧化钢，大多数是在铬钢、铬镍钢、铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。和不锈钢一样，含碳量增多，会铬锰氮钢基础上添加硅、铝制成的。和不锈钢一样，含碳量增多，会降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为降低钢的抗氧化性。故一般抗氧化钢为。v 2 热强钢热强钢 v 热强钢又分为马氏体型热强钢和奥氏体热强钢两种。热强钢又分为马氏体型热强钢和奥氏体热强钢两种。1Cr11Mov，1Cr12WMov，4Cr9Si2，4Cr14Ni14W2Mo等等。等等。v三三 耐磨钢耐磨钢 (ZGMn13)v 定义：耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能发生硬化的定义：耐磨钢是指在强烈冲击载荷作用下才能