第6.1章碳钢及合金钢

1、造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 非合金钢非合金钢 合金钢合金钢 铸铁铸铁 非铁合金非铁合金主要内容主要内容金金 属属 材材 料料造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺金属材料的分类金属金属黑色黑色金属金属碳钢碳钢合金钢合金钢铸铁铸铁有色金属有色金属铜及铜合金铜及铜合金铝及铝合金铝及铝合金钛及钛合金钛及钛合金轴承合金轴承合金铜及铜合金铜及铜合金铝及铝合金铝及铝合金造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺碳钢中的元素杂质元素： 钢中除钢中除FeFe、C C两种主要组成元素外。两种主要组成元素外。合金元素：因冶炼等原因，钢中不可避免地存因冶炼等原因，钢中不可避免地

2、存在的一些元素。在的一些元素。为改善钢的性能，冶炼时有目的地加入为改善钢的性能，冶炼时有目的地加入钢中的元素。钢中的元素。杂质元素和合金元素在钢中的作用杂质元素和合金元素在钢中的作用造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺钢中的常存杂质元素造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺来 源有益作用有害影响炼钢时加入的脱氧剂。炼钢时加入的脱氧剂。能消除能消除FeO夹杂对钢的不良影响，少夹杂对钢的不良影响，少量能溶入量能溶入F中起固溶强化作用，提高中起固溶强化作用，提高钢的强度、硬度及弹性。钢的强度、硬度及弹性。过多会造成塑性下降，冲击性能变差。过多会造成塑性下降，冲击性能

3、变差。有益元素造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺来 源有益作用有害影响炼钢时加入的脱氧剂。炼钢时加入的脱氧剂。能与能与S化合形成化合形成MnS，减轻，减轻S的有害影的有害影响；少量能溶入响；少量能溶入F 中起固溶强化作用。中起固溶强化作用。过多会造成塑性下降。过多会造成塑性下降。有益元素造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺来 源有益作用有害影响炼钢原料和燃料。炼钢原料和燃料。在钢中形成在钢中形成FeS , FeS与与Fe形成低熔点形成低熔点（985）共晶体共晶体 分布在晶界上，使分布在晶界上，使得对钢进行热加工时容易脆化开裂，得对钢进行热加工时容易脆化开裂，这种现象称为热脆。这种现象称为热脆

4、。有害元素造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺来 源有益作用有害影响炼钢原料和燃料。炼钢原料和燃料。引起钢的塑性和韧性急剧下降，尤其引起钢的塑性和韧性急剧下降，尤其在低温时脆性更大，这种现象称为冷在低温时脆性更大，这种现象称为冷脆。脆。有害元素少量能溶入少量能溶入F中，使强度、硬度显著中，使强度、硬度显著提高。提高。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺钢的分类钢的分类按化学成分分类非合金钢（碳素钢）非合金钢（碳素钢）低合金钢低合金钢合金钢合金钢造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺按碳含按碳含量量Wc低碳钢：低碳钢：0.60%按质量按质量普通质量碳钢：普通质量

5、碳钢：优质碳钢：优质碳钢：特殊质量碳钢：特殊质量碳钢：按用途按用途非合金钢分类碳素结构钢：碳素结构钢：碳素工具钢：碳素工具钢：碳素铸钢：碳素铸钢：造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺按质量按质量普通质量低合金钢普通质量低合金钢优质低合金钢优质低合金钢特殊质量低合金钢特殊质量低合金钢按主按主要性要性能及能及特性特性可焊接的低合金高强可焊接的低合金高强度结构钢度结构钢低合金耐热钢低合金耐热钢低合金钢筋钢低合金钢筋钢低合金钢分类铁道用低合金钢，等铁道用低合金钢，等造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺按质量按质量优质合金钢优质合金钢特殊质量合金钢特殊质量合金钢按主按主要性要性能及能及特性特性工程结构用

6、合金钢工程结构用合金钢机械结构用合金钢机械结构用合金钢不锈、耐蚀和耐热钢不锈、耐蚀和耐热钢合金钢分类工具钢工具钢轴承钢轴承钢特殊性能钢特殊性能钢造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺1、碳素结构钢：、碳素结构钢：QAF屈服点屈服点屈服点屈服点 s的值的值质量等级：质量等级：A、B、C、D、E脱氧脱氧方法方法沸腾钢沸腾钢F半镇静钢半镇静钢b镇静钢镇静钢Z特殊镇静钢特殊镇静钢TZ造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺例：例：Q235AF 表示屈服点为表示屈服点为235MPa、质量为质量为A级的碳素结构钢，是沸级的碳素结构钢，是沸腾钢。腾钢。Q285B 表示屈服点为表

7、示屈服点为285MPa、质量为质量为B级的碳素结构钢，是镇级的碳素结构钢，是镇静钢，省略静钢，省略Z。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号含碳量较低，含碳量较低，Wc0.30%Wc0.30%正火，使用时不进行热处理正火，使用时不进行热处理。较高的强度，良好的塑性与较高的强度，良好的塑性与韧性；并具有良好的焊接性韧性；并具有良好的焊接性。 Q235Q235造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺Q195Q195、Q215Q215、Q235Q235、Q255Q255、275275一般桥梁、建筑结构，一般桥梁、建筑结构，普通机械零件，如螺普通机械零件，

8、如螺钉、螺母等。钉、螺母等。可用于受力较可用于受力较大的机械零件，大的机械零件，如链轮、拉杆如链轮、拉杆等。等。应应 用用造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺2、优质碳素结构钢：、优质碳素结构钢： 用两位数字表示钢中平均碳的用两位数字表示钢中平均碳的质量分数的质量分数的万分数万分数。例：例： 45 表示平均碳质量分数为表示平均碳质量分数为0.45%的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺08F 表示表示Wc为为0.08%的优的优质碳素结构钢，属沸腾钢。质碳素结构钢，属沸腾钢。65Mn 表示表示Wc为为0.65%、含、含锰量较高（锰量较高（WMn=0.91.2%)

9、的优质的优质碳素结构钢。碳素结构钢。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺性性 能能典型牌号典型牌号Wc=0.05-0.85%Wc=0.05-0.85%，多数为，多数为低中碳成分，少数高碳。低中碳成分，少数高碳。一般使用时必须进行热处理一般使用时必须进行热处理。较高强度，较好塑性与韧性。较高强度，较好塑性与韧性。性能变化范围较大。性能变化范围较大。 4545成成 分分热热 处处 理理造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺08F08F、 2020、 4545、 6565冷冲压件，冷冲压件，如汽车和如汽车和仪表外壳、仪表外壳、容器、罩容器、罩子等。子等。冷冲压件、冷冲压件、焊接件和焊接件和标准件、标准

10、件、渗碳件等渗碳件等零件。零件。调质件：机调质件：机床齿轮、机床齿轮、机床主轴、曲床主轴、曲轴、连杆等轴、连杆等重要零件。重要零件。弹性件和弹性件和耐磨件：耐磨件：小尺寸弹小尺寸弹簧、低速簧、低速车轮等车轮等应应 用用造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺3、碳素工具钢：、碳素工具钢： T（“碳碳”）+两位数字两位数字（表示（表示钢中平均碳的质量分数的千分数）。钢中平均碳的质量分数的千分数）。例：例： T8 表示平均碳质量分数为表示平均碳质量分数为0.8%的碳素工具钢。的碳素工具钢。T12A 表示平均碳质量分数表示平均碳质量分数为为1.20%的高级优质碳素工具钢。的高级优质碳素工具钢。造型材料及

11、成型工艺造型材料及成型工艺成成 分分热热 处处 理理性性 能能典型牌号典型牌号Wc=0.70-1.30%Wc=0.70-1.30%，高碳钢，高碳钢必须经淬火回火处理。必须经淬火回火处理。高的硬度、强度，良好的耐高的硬度、强度，良好的耐磨性，一定的塑性与韧性。磨性，一定的塑性与韧性。 T8T8、T10T10、T12AT12A各类各类手工工具和低速工具。手工工具和低速工具。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺T7T7、T8T8、 T10T10、 T12T12、T13AT13A承受振动、承受振动、冲击的工冲击的工具，如冲具，如冲头、大锤、头、大锤、木工工具。木工工具。用于需要较高用于需要较高耐磨性和

12、一定耐磨性和一定韧性的工具，韧性的工具，如手工锯条、如手工锯条、剪金属用剪刀。剪金属用剪刀。不受振动和冲不受振动和冲击的耐磨工具，击的耐磨工具，如丝锥、锉刀、如丝锥、锉刀、乔刀、板牙、乔刀、板牙、量具等。量具等。应应 用用造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺4、铸造碳钢：、铸造碳钢： ZG+两组数字两组数字（分别表示最小（分别表示最小屈服点和最小抗拉强度）。屈服点和最小抗拉强度）。例：例： ZG310-570 表示最小屈服表示最小屈服点为点为310MPa、最小抗拉强度为、最小抗拉强度为570MPa的铸造碳钢。的铸造碳钢。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺成成 分分热热 处处 理理性性 能能典

13、型牌号典型牌号Wc=0.20-0.60%Wc=0.20-0.60%，低中碳，低中碳铸造成形，经热处理后使用。铸造成形，经热处理后使用。较高的硬度、强度和塑性、较高的硬度、强度和塑性、韧性，即综合力学性能较好。韧性，即综合力学性能较好。 ZG200-400ZG200-400造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺ZG200-400ZG200-400、ZG270-500ZG270-500、ZG310-570ZG310-570用于受力不大，用于受力不大，要求良好塑性要求良好塑性和焊接性的零和焊接性的零件，如机座、件，如机座、变速箱壳体。变速箱壳体。用于受力较大用于受力较大的复杂零件，的复杂零件，如轧钢机

14、机架、如轧钢机机架、轴承座、连杆、轴承座、连杆、曲轴、缸体。曲轴、缸体。强度和耐磨性强度和耐磨性较好，但韧性、较好，但韧性、焊接性降低。焊接性降低。用于重载齿轮、用于重载齿轮、制动轮。制动轮。应应 用用造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺合金钢合金钢造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺为什么要发展合金钢？为什么要发展合金钢？因为碳钢不能满足要求。因为碳钢不能满足要求。一、一、碳素钢的缺陷碳素钢的缺陷1 1、综合机械性能差、综合机械性能差 虽然碳素钢的强度、硬度随着含碳量的增加虽然碳素钢的强度、硬度随着含碳量的增加而提高，但塑性、韧性却随之下降，不能在同一而提高，但塑性、韧性却随之下降，不能在同

15、一成分中得到配合完善的综合机械性能。成分中得到配合完善的综合机械性能。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺2、热稳定性差热稳定性差 碳钢在使用温度超过碳钢在使用温度超过 200200后，软化变形，后，软化变形，机械性能（强度、韧性）急剧下降，不能用于机械性能（强度、韧性）急剧下降，不能用于高温场合。高温场合。3、耐腐蚀性差耐腐蚀性差 碳钢在大多数介质中的耐腐蚀性很差，尤碳钢在大多数介质中的耐腐蚀性很差，尤其对酸几乎没有任何抵御能力。其对酸几乎没有任何抵御能力。 珠光体：大量的腐蚀电池珠光体：大量的腐蚀电池造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺4、淬透性差淬透性差 碳钢不能用于制作大截面尺寸的重要

16、零碳钢不能用于制作大截面尺寸的重要零件。淬火时，急冷易变形、开裂；缓冷，又件。淬火时，急冷易变形、开裂；缓冷，又淬不上火或淬透层很浅。淬不上火或淬透层很浅。5、不能满足某些特殊性能要求不能满足某些特殊性能要求 如：耐低温、高磁性、无磁性等。如：耐低温、高磁性、无磁性等。 碳钢的冷脆性转变温度较高，碳钢的冷脆性转变温度较高，-20 -20 -30-30， 故碳钢的使用温度应故碳钢的使用温度应-20-20。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺合金钢是在碳素钢中添加一些合金元素合金钢是在碳素钢中添加一些合金元素而炼制的一类钢，以改善碳素钢的性能而炼制的一类钢，以改善碳素钢的性能。发展合金钢成为必然，

17、二十一世纪结构材料的重发展合金钢成为必然，二十一世纪结构材料的重要发展方向之一就是利用新技术、新工艺改造传要发展方向之一就是利用新技术、新工艺改造传统材料统材料微合金化高强钢，低合金超高强钢。微合金化高强钢，低合金超高强钢。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺任务一任务一 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 一一. .合金元素对钢的组织和性能的影响合金元素对钢的组织和性能的影响 合金元素与铁和碳的作用。合金元素与铁和碳的作用。 合金元素对合金元素对Fe-FeFe-Fe3 3C C相图的影响。相图的影响。 合金元素对钢的热处理的影响。合金元素对钢的热处理的影响。造型材料及成型工艺造型材料及

18、成型工艺一一) )合金元素与铁和碳的作用合金元素与铁和碳的作用1.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金 F 或合金或合金 A 。2.与碳作用形成合金碳化物与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。3.单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物 TiC、VC 。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺大多数合金元素都可或多或少地溶入铁素体大多数合金元素都可或多或少地溶入铁素体中，中，形成合金铁素体形成合金铁素体。溶入铁素体中的合金。溶入铁素体中的合金元素，由于它们的晶格类型及原子直径与铁元素，由于它们的晶格类型及原子直径与铁不同，因此必然不同，因此必然引起铁素体的晶格畸变，产引起铁素体的晶格畸变，产生固溶

19、强化现象，使铁素体的强度、硬度提生固溶强化现象，使铁素体的强度、硬度提高，如图高，如图5151所示。当合金元素的质量分数所示。当合金元素的质量分数超过一定数值后，铁素体的塑性、韧性将显超过一定数值后，铁素体的塑性、韧性将显著下降著下降，如图，如图5252所示。所示。1.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金F或合金或合金A造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺1.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金F或合金或合金A图图5-1造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺1.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金F或合金或合金A图图5-2造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 可见，可见，与铁素体有相同晶格类型的

20、合金与铁素体有相同晶格类型的合金元素，如铬、钼、钨、钒等强化铁素体元素，如铬、钼、钨、钒等强化铁素体的作用较弱的作用较弱。而晶格类型与铁素体不同。而晶格类型与铁素体不同的合金元素，如的合金元素，如硅、锰、镍等强化铁素硅、锰、镍等强化铁素体的作用较强。体的作用较强。另外，有些合金元素如另外，有些合金元素如硅、锰、铬、镍等，当它们在钢中的质硅、锰、铬、镍等，当它们在钢中的质量分数适当时，量分数适当时，Cr、Ni含量较低时：含量较低时： （ Cr2%，Ni5% ）不仅能强化铁素不仅能强化铁素体，还能提高或改善铁素体的韧性。体，还能提高或改善铁素体的韧性。1.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金F或合

21、金或合金A造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺2.与碳作用形成合金碳化物与碳作用形成合金碳化物 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱弱强强v 弱碳化物元素弱碳化物元素: : Fe、Mn。v 中强碳化物元素中强碳化物元素: : Cr、Mo、W。v 强碳化物元素强碳化物元素: : V、Ti、Nb、Zr。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 碳化物形成元素在周期表中都是碳化物形成元素在周期表中都是位于铁元素的左边的过渡族金属元素位于铁元素的左边的过渡族金属元素, ,它们都有一个未填满的它们都有一个未填满的d d电子亚层电子亚层, ,当当形成碳化物时形成碳化物时, ,碳原子首先将其价电子

22、碳原子首先将其价电子填入金属原子未填满的填入金属原子未填满的d d电子亚层电子亚层, ,使使形成的碳化物具有金属键结合的性质形成的碳化物具有金属键结合的性质, ,金属原子的金属原子的d d电子亚层愈不满电子亚层愈不满( (周期表周期表中中, ,在铁左边离铁愈远在铁左边离铁愈远), ),则其与碳的亲则其与碳的亲和力愈强和力愈强, ,形成碳化物的能力愈大形成碳化物的能力愈大, ,愈愈稳定稳定, ,而且不易分解。而且不易分解。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺3.单独形成特殊碳化物单独形成特殊碳化物 稳定性最高。稳定性最高。TiC、NbC、VC。 熔点、硬度、耐磨性最高。熔点、硬度、耐磨性最高。钢

23、中合金碳化物的类型主要有合金渗碳体和特殊钢中合金碳化物的类型主要有合金渗碳体和特殊碳化物两种。碳化物两种。一般，弱碳化物形成元素倾向于形一般，弱碳化物形成元素倾向于形成合金渗碳体，如（成合金渗碳体，如（Fe、Mn）3C等等。而中强碳化而中强碳化物形成元素在钢中的质量分数不多（物形成元素在钢中的质量分数不多（0.5%3%）时，也倾向于形成合金渗碳体，如（时，也倾向于形成合金渗碳体，如（Fe、Cr）3C、（Fe、Mo）3C、（、（Fe、W）3C等。等。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺p 合金渗碳体的稳定性及硬度比渗碳体高，是一般低合合金渗碳体的稳定性及硬度比渗碳体高，是一般低合金钢中碳化物的主

24、要存在形式。金钢中碳化物的主要存在形式。p 特殊碳化物是一种与渗碳体晶格类型完全不同的合金特殊碳化物是一种与渗碳体晶格类型完全不同的合金碳化物，通常是由中强或强碳化物形成元素所构成的碳化物，通常是由中强或强碳化物形成元素所构成的碳化物。碳化物。强碳化物形成元素，在钢中即使质量分数很强碳化物形成元素，在钢中即使质量分数很少，但只要有足够的碳，就倾向于形成特殊碳化物，少，但只要有足够的碳，就倾向于形成特殊碳化物，如如WCWC、VCVC、TiCTiC、Mo2CMo2C等；中强碳化物形成元素，只有等；中强碳化物形成元素，只有在钢中的质量分数较多（在钢中的质量分数较多（5%5%）时，才倾向于形成特）时，

25、才倾向于形成特殊碳化物，如殊碳化物，如Cr23C6Cr23C6、Cr7C3Cr7C3、Fe4W2CFe4W2C等。等。特殊碳化物特殊碳化物（特别是晶体结构简单的特殊碳化物），具有比合金（特别是晶体结构简单的特殊碳化物），具有比合金渗碳体更高的熔点、硬度和耐磨性，并且更稳定，不渗碳体更高的熔点、硬度和耐磨性，并且更稳定，不易分解。易分解。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺二二) )合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响 扩大奥氏体区扩大奥氏体区 缩小奥氏体区缩小奥氏体区 改变共晶点和共析点的参数改变共晶点和共析点的参数造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺1.扩大奥氏体区的合金元

26、素扩大奥氏体区的合金元素Mn、Ni、Cu等元素。等元素。作用作用: 使使A1、 A3线温度下降线温度下降, Acm线温度上升。线温度上升。其中其中Ni、Mn 随着含量的增加，会把随着含量的增加，会把相区扩大相区扩大到室温，即在室温下就能获得到室温，即在室温下就能获得无磁性奥氏体钢无磁性奥氏体钢。如：。如：13% Mn的的 Mn13，9% Ni的的 0Cr18Ni9造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 Mn 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺2.缩小奥氏体区的合金元素缩小奥氏体区的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。等元素。作用作用: : 使

27、使A1 、A3、 Acm线温度上升线温度上升如：如：17-28%Cr、Cr17、Cr25、Cr28，从室，从室温到熔点都不出现温到熔点都不出现相，而是单一的相，而是单一的相。相。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 Cr 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺3.改变共晶点和改变共晶点和 共析点参数的元素共析点参数的元素v几乎所有的合金元素。几乎所有的合金元素。v作用作用: : 使使S点和点和E点的成分向左移点的成分向左移。 使使A1线线的温度变化。的温度变化。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 合金元素对合金元素对 S 点成分的影响点成分的影响造型材料

28、及成型工艺造型材料及成型工艺 共析点左移表明，在含碳量相同的条件下，合金钢的珠光体组织比碳钢多，因而强度高。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺合金元素对合金元素对A1线线的影响的影响造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺三三) )合金元素对钢的热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响 加热时对奥氏体形成的影响加热时对奥氏体形成的影响 对过冷奥氏体转变的影响对过冷奥氏体转变的影响 对回火转变的影响对回火转变的影响造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺1.合金元素对加热时奥氏体形成的影响合金元素对加热时奥氏体形成的影响除除Mn 元素外元素外, ,所有合金元素的加所有合金元素的加 入入, ,均使奥氏体的

29、形成速度减慢均使奥氏体的形成速度减慢。强碳化物形成元素能强烈的阻止奥强碳化物形成元素能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥非碳化物形成元素能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等等)。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺2.合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素对过冷奥氏体转变的影响v 除除 Co Co 元素外元素外, , 所有的合金元素均使所有的合金元素均使 钢的钢的 TTT TTT 曲线向右移曲线向右移。v 除除 CoCo、Al Al 元素外元素外, , 所有的合金元素所有的合金元素 都使马氏体

30、转变温度下降。都使马氏体转变温度下降。v 提高钢的淬透性提高钢的淬透性, , 常用的元素有常用的元素有: : Cr Cr、MnMn、MoMo、SiSi、NiNi、B B等。等。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺3.合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响回火稳定性的增加回火稳定性的增加 ( temper resistance )二次硬化的产生二次硬化的产生 ( secondary hardening ) 产生第二类回火脆性产生第二类回火脆性 ( temper brittleness )造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 Gr、 W、Mo、V 等碳化物在等碳化物在500-600回火回

31、火时时,使钢达到最高硬度使钢达到最高硬度, 产生二次硬化。产生二次硬化。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 Cr-Ni 钢的回火脆性示意图钢的回火脆性示意图造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 防止第二类回火脆性的产生的方法防止第二类回火脆性的产生的方法:v在在500600 快速冷却快速冷却。v加入合金元素加入合金元素W、Mo。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺二.合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用1.主加元素主加元素: 对提高钢的性能起主要作对提高钢的性能起主要作 用。用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。2.辅加元素辅加元素: 配合主加元素进一步提高配合主加元素进一步提高 钢的性能钢

32、的性能,弥补主加元素的弥补主加元素的 不足与缺陷。不足与缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺u按合金元素质量分数多少：按合金元素质量分数多少： 低合金钢低合金钢(10)u按所含的主要合金元素：按所含的主要合金元素：铬钢、铬镍钢、锰钢、铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢硅锰钢u按显微组织：按显微组织：珠光体、马氏体、铁素体、奥氏珠光体、马氏体、铁素体、奥氏体、莱氏体钢体、莱氏体钢1 1合金钢的分类合金钢的分类任务二任务二 合金钢的牌号识别合金钢的牌号识别造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺结结 构构 钢钢工工 具具 钢钢特殊性能钢特殊性能钢低合金高强度结构钢低合金高强度

33、结构钢合金渗碳钢合金渗碳钢合金调质钢合金调质钢合金弹簧钢合金弹簧钢滚珠轴承钢滚珠轴承钢合金钢合金钢合金刃具钢合金刃具钢合金模具钢合金模具钢量具钢量具钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢u按用途：按用途：结构钢、工具钢和特殊性能钢结构钢、工具钢和特殊性能钢造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺编号原则：编号原则：数字数字+元素符号元素符号+数字数字2 2合金钢的牌号合金钢的牌号例：例：16Mn 40Cr 60Si2Mn 9SiCr W18Gr4V 碳质量分数碳质量分数：结构钢以万分之一为单位的两位数子结构钢以万分之一为单位的两位数子；工具钢和特殊性能钢以千分之一为单位的工具钢和特殊性能钢以千分之

34、一为单位的一位数子一位数子,含碳量大于含碳量大于1时不标出。时不标出。高速工具钢不标高速工具钢不标钢中主要合金元素钢中主要合金元素 合金元素的质量分数，百分之几；合金元素的质量分数，百分之几； 1.5，只标出元素，不标出含量；，只标出元素，不标出含量； 1.5含量含量2.49%，标，标2； 2.5 含量含量3.49，标，标3； 3.5%含量含量4.49，标，标4；造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺u滚珠轴承钢在钢号前标以滚珠轴承钢在钢号前标以“G” ，如如GCr15，1C，1.5Cr (注意：铬含量以千分之一为单位注意：铬含量以千分之一为单位)u 易切削钢易切削钢(Y), Y40Mn专用钢，

35、以用途的汉语拼音字首来标明专用钢，以用途的汉语拼音字首来标明 n高级优质钢，钢的末尾加高级优质钢，钢的末尾加“A”字表明：字表明： 如如20Cr2Ni4A等。等。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 不锈钢、耐蚀钢和耐热钢牌号的表示方法与合不锈钢、耐蚀钢和耐热钢牌号的表示方法与合金工具钢相似金工具钢相似 WC0.03时，牌号首位时，牌号首位00 WC0.08时，牌号首位时，牌号首位0如如4Gr13、0Gr18Ni9、00Gr18Ni5高锰耐磨钢的牌号：高锰耐磨钢的牌号：Mn的质量百分数的质量百分数ZG+Mn+数字数字造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺合金钢的牌号合金钢的牌号1、合金结构钢、合

36、金结构钢 60 Si2 Mn（合金结构钢）（合金结构钢）平均含硅量为平均含硅量为2平均含碳量为平均含碳量为0.60主要合金元素为锰，含量小于主要合金元素为锰，含量小于1.5造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺合金钢的牌号合金钢的牌号2、合金工具钢、合金工具钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺合金钢的牌号合金钢的牌号3、特殊专用钢的牌号、特殊专用钢的牌号 GCr15滚动轴承钢滚动轴承钢主要合金元素为铬，平均含量为主要合金元素为铬，平均含量为1.5%造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺合金结构钢合金结构钢 用于制造重要工程结构和机器零件的合金钢称用于制造重要工程结构和机器零件的合金钢称为为合金

37、结构钢合金结构钢。 主要有：主要有： 低合金结构钢低合金结构钢 合金渗碳钢合金渗碳钢 合金调质钢合金调质钢 合金弹簧钢合金弹簧钢 滚珠轴承钢滚珠轴承钢 机械制造用钢机械制造用钢造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 一、低合金结构钢 低合金高强钢低合金高强钢 1. 1. 用途用途 主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、主要用于制造桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。输油输气管道、大型钢结构等。 桥梁桥梁 船舶船舶 车辆车辆 容器容器 储气罐储气罐造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 2. 2. 性能要求性能要求 (1) (1) 高强度：高强度：一般屈服强度在一般

38、屈服强度在300 MPa300 MPa以上。以上。 (2) (2) 高韧性高韧性：要求延伸率为：要求延伸率为15%15%20%20%，室温，室温冲击韧性大于冲击韧性大于600 kJ/m600 kJ/m2 2800 kJ/m800 kJ/m2 2。对于大型。对于大型焊接构件，还要求有较高的断裂韧性。焊接构件，还要求有较高的断裂韧性。 (3) (3) 良好的良好的焊接焊接性能和性能和冷成型冷成型性能。性能。 (4) (4) 低的低的冷脆冷脆转变温度。转变温度。 (5) (5) 良好的良好的耐蚀性耐蚀性。 一、低合金结构钢 低合金高强钢造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺冷脆实例冷脆实例1954年冬

39、天，英国3万2千吨的世界协和号油船，在爱尔兰寒风凛冽的海面上航行，突然船体中部发生断裂，船很快就沉没了。后来，又发生了几起类似的沉船事件。经研究发现，沉船是由于外界温度太低，金属材料变脆后断裂所致。这种材料的变脆现象因为是在低温下产生的，所以称之为冷脆。 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 3. 3. 成分特点成分特点 (1) (1) 低碳：低碳：韧性、焊接性和冷成形性能要求高，碳质量韧性、焊接性和冷成形性能要求高，碳质量分数不超过分数不超过0.20%0.20%。 (2) (2) 锰锰为主要的合金元素。固溶强化为主要的合金元素。固溶强化F F，细化，细化P P，增加，增加P P的的含量，提高

40、钢的强度。含量，提高钢的强度。 (3) (3) 铌、钛、钒：铌、钛、钒：形成细碳化物或碳氮化合物，获得细形成细碳化物或碳氮化合物，获得细小铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。小铁素体晶粒和提高钢的强度和韧性。 (4) (4)少量少量铜铜（0.4%0.4%）和）和磷磷（0.1%0.1%左右），可提高左右），可提高抗腐抗腐蚀性能蚀性能。一、低合金结构钢 低合金高强钢低合金高强钢造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺4. 4. 常用低合金高强度结构钢常用低合金高强度结构钢 Q345钢钢(16Mn)综合性能好，用于综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。 Q390钢含钢含

41、V、Ti、Nb，强度高，强度高，用于中等压力的容器。用于中等压力的容器。 Q460钢含钢含Mo、B，正火组织为，正火组织为B，强度最高，用于石化中温高压容器。强度最高，用于石化中温高压容器。东风号远洋轮船东风号远洋轮船Q345南京长江大桥南京长江大桥Q345高压容器高压容器一、低合金结构钢 低合金高强钢低合金高强钢造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺钢号钢号旧钢号旧钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分，% %机械性能机械性能CMnSi，s ，MPab ，MPa5 ，%Q29509MnNb12Mn0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.0

42、01.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi0.201.001.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb0.201.001.700.5546072017常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径直径)16mm，AKV 34J）含碳量都比较低一般规定5%为塑性材料， 1200)。 淬火后的组织淬火后的组织:M+Cm+A残残(2025%)造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺高速钢硬度与回火温度的关系高速钢硬度与

43、回火温度的关系 产生二次硬化产生二次硬化造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺三次高温回火三次高温回火*淬火后淬火后A残残约约2025 %。*第一次回火后第一次回火后A残残约剩约剩1518 %。*第二次回火后第二次回火后A残残约剩约剩35 %。*第三次回火后第三次回火后A残残约剩约剩12 %。回火后的组织回火后的组织: M回回 + Cm + A残残 ( 1 2 % )组织硬度为组织硬度为HRC65以上。以上。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 W18Cr4V W18Cr4V热硬性好，在热硬性好，在600 600 仍保持仍保持650HV(56HRC)650HV(56HRC)的高硬的高硬度。度。

44、T12T12、9SiCr9SiCr、W18Cr4VW18Cr4V的硬度与温度的关系的硬度与温度的关系 W18Cr4VW18Cr4V的热硬性的热硬性造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 高速钢回火后的组织：高速钢回火后的组织： 回火马氏体回火马氏体+ +粒状碳化物粒状碳化物+ +少量残余奥氏体。少量残余奥氏体。 高速钢淬火、回火后的组织高速钢淬火、回火后的组织 应用：应用：制造高速切削刃具（车刀、铣刀、钻制造高速切削刃具（车刀、铣刀、钻头），也用来制造冷作模具。头），也用来制造冷作模具。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 二二、合金模具钢、合金模具钢 1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢 (1)

45、(1) 用途用途 制造冷冲模、制造冷冲模、冷镦模、冷挤压冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，模和拉丝模等，工作温度不超过工作温度不超过200 200 300 300 。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 (2) (2) 性能要求性能要求 冷模具工作时承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷冷模具工作时承受很大的压力、弯曲力、冲击载荷和摩擦。主要失效形式是磨损，常出现崩刃、断裂和和摩擦。主要失效形式是磨损，常出现崩刃、断裂和变形等失效现象。变形等失效现象。 高硬度高硬度，一般为，一般为58 HRC58 HRC62 HRC;62 HRC; 高耐磨性高耐磨性; ; 足够的韧性和疲劳抗力足够的韧性和疲劳抗力; ;

46、热处理变形小热处理变形小。 二二、合金模具钢、合金模具钢 1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 (3) (3) 成分特点成分特点 高碳高碳 碳质量分数多在碳质量分数多在1.0%1.0%以上，个别钢种达到以上，个别钢种达到2.0%2.0%，以，以保证高的硬度和高耐磨性。保证高的硬度和高耐磨性。 加入加入CrCr、MoMo、WW、V V等合金元素等合金元素 形成难熔碳化物，提高耐磨性。形成难熔碳化物，提高耐磨性。 典型钢种是典型钢种是Cr12Cr12型钢，铬的含量高达型钢，铬的含量高达12%12%。 铬与碳形成铬与碳形成MM7 7C C3 3型碳化物，能极大提高钢

47、的耐磨性，型碳化物，能极大提高钢的耐磨性，铬还显著提高钢的淬透性。铬还显著提高钢的淬透性。 二二、合金模具钢、合金模具钢 1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺p对于形状简单、尺寸较小、工作载荷不大的冷作对于形状简单、尺寸较小、工作载荷不大的冷作模具可用碳素工具钢制造，如模具可用碳素工具钢制造，如T8A、T10A、T12A等；等；p形状较复杂、尺寸较大，工作载荷较重、精度要形状较复杂、尺寸较大，工作载荷较重、精度要求较高的冷作模具一般用低合金刃具钢来制造，求较高的冷作模具一般用低合金刃具钢来制造，如如9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr2等；等；p对于工作载

48、荷重、耐磨性要求高、淬火变形要求对于工作载荷重、耐磨性要求高、淬火变形要求小的冷作模具一般用小的冷作模具一般用Cr12型合金工具钢制造，如型合金工具钢制造，如Cr12、Cr12MoV等等造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 (4) (4) 钢种和牌号钢种和牌号 9Mn2V9Mn2V、9SiCr9SiCr、CrWMnCrWMn 要求不高的冷要求不高的冷作作模具用低合金刃具钢制造。模具用低合金刃具钢制造。热处理与刃具钢相同。热处理与刃具钢相同。 Cr12 Cr12 大型冷模具用钢，热处理变形很小，制造重大型冷模具用钢，热处理变形很小，制造重载和形状复杂的模具。载和形状复杂的模具。 冷挤压模工作时受

49、力很大，条件苛刻，选用基体钢冷挤压模工作时受力很大，条件苛刻，选用基体钢（成分与高速钢基体相同）或马氏体时效钢制造。（成分与高速钢基体相同）或马氏体时效钢制造。 二二、合金模具钢、合金模具钢 1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 Cr12 Cr12钢热处理钢热处理 一次硬化法一次硬化法 950 950 1000 1000 淬火，淬火，150 150 180 180 回火，硬度达回火，硬度达61HRC61HRC64HRC64HRC，钢有较好的耐磨性和韧性，用于重载模，钢有较好的耐磨性和韧性，用于重载模具。具。 二次硬化法二次硬化法 1100 1100 1150

50、1150 淬火，淬火，510 510 520 520 三次回火，二次三次回火，二次硬化，硬度达硬化，硬度达60 HRC60 HRC62 HRC62 HRC，红硬性和耐磨性都较高，红硬性和耐磨性都较高，但韧性较差。用在但韧性较差。用在400 400 450 450 温度下工作的模具。温度下工作的模具。组织：组织：回火马氏体回火马氏体+ +碳化物碳化物+ +残余奥氏体残余奥氏体 二二、合金模具钢、合金模具钢 1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 2. 2. 热作模具钢热作模具钢 (1) (1) 用途用途 制造热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时制造热锻模、热压

51、模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达型腔表面温度可达600 600 以上。以上。 二二、合金模具钢、合金模具钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 (2) (2) 工作条件和性能要求工作条件和性能要求 承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦、热应变和热应力，承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦、热应变和热应力，高温氧化，出现崩裂、磨损、龟裂等失效形式。高温氧化，出现崩裂、磨损、龟裂等失效形式。 高的热硬性和高温耐磨性；高的热硬性和高温耐磨性； 高的抗氧化性能；高的抗氧化性能； 高的热强性和足够的韧性，尤其是受冲击较大的高的热强性和足够的韧性，尤其是受冲击较大的热锻模钢；热锻模钢； 高的热疲劳抗力

52、，以防止龟裂破坏；高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏； 有高的淬透性和导热性。有高的淬透性和导热性。 二二、合金模具钢、合金模具钢 2. 2. 热作模具钢热作模具钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 (3) (3) 成分特点成分特点 中碳中碳 碳质量分数一般为碳质量分数一般为0.3%0.3%0.6%0.6%，保证高，保证高强度、高韧性、较高的硬度（强度、高韧性、较高的硬度（35 HRC35 HRC52 HRC52 HRC）和）和较高的热疲劳抗力。较高的热疲劳抗力。 Cr Cr、NiNi、MnMn、Si Si等等 CrCr主要提高淬透性，和主要提高淬透性，和NiNi一一起提高回火稳定性。起提高回

53、火稳定性。NiNi强化铁素体，增加钢的韧性，强化铁素体，增加钢的韧性，与与CrCr、MoMo一起提高钢的淬透性和耐热疲劳性能。一起提高钢的淬透性和耐热疲劳性能。 Mo Mo、WW、V V等元素等元素 产生二次硬化。产生二次硬化。MoMo还能防止第二类回火脆性，提还能防止第二类回火脆性，提高高温强度和回火稳定性。高高温强度和回火稳定性。 二二、合金模具钢、合金模具钢 2. 2. 热作模具钢热作模具钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 (4) (4)钢种和热处理钢种和热处理 5CrMnMo5CrMnMo ww(C)0.5%(C)0.5%、 ww(Cr)0.7%(Cr)0.7%、 ww(Mn)1

54、.4%(Mn)1.4%、ww(Mo)0.25%(Mo)0.25%、 5CrNiMo 5CrNiMo ww(C)0.5%(C)0.5%、 ww(Cr)0.7%(Cr)0.7%、 ww(Ni)1.6%(Ni)1.6%、ww(Mo)0.25%(Mo)0.25%、 制造对韧性要求高而热硬性要求不太高的热锻模。制造对韧性要求高而热硬性要求不太高的热锻模。 热锻模钢热处理：热锻模钢热处理：和调质钢相似，和调质钢相似，830830850850淬淬火后高温（火后高温（490490650650左右）回火。左右）回火。 组织：组织：回火屈氏体回火屈氏体或或回火索氏体回火索氏体。 二二、合金模具钢、合金模具钢 2.

55、 2. 热作模具钢热作模具钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 4Cr5MoSiV4Cr5MoSiV、5Cr4W5Mo2V5Cr4W5Mo2V 制造热强性更好的大型锻压模或压铸模。制造热强性更好的大型锻压模或压铸模。 热压模钢热处理：热压模钢热处理： 1000100011001100淬火淬火 600600左右回火。为保证热硬性，要进行多次回火。左右回火。为保证热硬性，要进行多次回火。 组织：组织：与高速钢类似。与高速钢类似。 回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体 2. 2. 热作模具钢热作模具钢 二二、合金模具钢、合金模具钢 造型材料及成型工艺造型材

56、料及成型工艺 三、量具用钢三、量具用钢 螺纹规螺纹规 游标卡尺游标卡尺 千分尺千分尺 1. 用途用途 量具用钢用于制造各种量测工具，如卡尺、千分尺、量具用钢用于制造各种量测工具，如卡尺、千分尺、螺旋测微仪、块规、塞规等。螺旋测微仪、块规、塞规等。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 2. 2. 性能要求性能要求 量具在使用过程中要求测量精度高，不能因磨损或尺量具在使用过程中要求测量精度高，不能因磨损或尺寸不稳定影响测量精度。寸不稳定影响测量精度。 (1) (1) 高硬度高硬度（大于（大于56 HRC56 HRC）和）和高耐磨性高耐磨性； (2) (2) 高尺寸稳定性高尺寸稳定性 热处理变形要小

57、，在存放和使用过程热处理变形要小，在存放和使用过程中，尺寸不发生变化。中，尺寸不发生变化。 （3）良好的耐蚀性 3. 3. 成分特点成分特点 量具用钢的成分与低合金刃具钢相同。量具用钢的成分与低合金刃具钢相同。 高碳高碳（0.9%0.9%1.5%1.5%） 。 加入提高淬透性的元素加入提高淬透性的元素CrCr、WW、MnMn等。等。 三、量具用钢三、量具用钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 4. 4. 常用量具用钢常用量具用钢 T10AT10A、T12AT12A、9SiCr9SiCr 制造尺寸小、形状简单的制造尺寸小、形状简单的量具。量具。 CrWMnCrWMn 淬透性较高，淬火变形小，

58、制造高精淬透性较高，淬火变形小，制造高精度且形状复杂的量规和块规。度且形状复杂的量规和块规。 GCr15GCr15 耐磨性、尺寸稳定性较好，制造高精度耐磨性、尺寸稳定性较好，制造高精度块规、螺旋塞头、千分尺。块规、螺旋塞头、千分尺。 9Cr189Cr18、4Cr134Cr13 在腐蚀介质中使用的量具。在腐蚀介质中使用的量具。 三、量具用钢三、量具用钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 5. 5. 热处理特点热处理特点 减少变形和提高尺寸稳定性。在淬火和低温回火时减少变形和提高尺寸稳定性。在淬火和低温回火时要采取措施提高组织的稳定性。要采取措施提高组织的稳定性。 (1) (1) 降低淬火温度

59、，减少残余奥氏体。降低淬火温度，减少残余奥氏体。 (2) (2) 淬火后立即进行淬火后立即进行-70 -70 -80 -80 的冷处理，的冷处理，使残余使残余奥氏体尽可能地转变为马氏体，然后进行低温回火。奥氏体尽可能地转变为马氏体，然后进行低温回火。 (3) (3) 在淬火、冷处理和低温回火后，进行在淬火、冷处理和低温回火后，进行120 120 130 130 、几小时至几十小时的、几小时至几十小时的时效处理时效处理，使马氏体正方度降，使马氏体正方度降低、残余奥氏体稳定和消除残余应力。低、残余奥氏体稳定和消除残余应力。 三、量具用钢三、量具用钢 造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺 举例：举例

60、：高精度块规，作为校正其它量具的长度标准，高精度块规，作为校正其它量具的长度标准，要求有极好的尺寸稳定性。要求有极好的尺寸稳定性。 材料：材料：GCr15(GCr15(或或CrWMn)CrWMn)钢钢GCr15GCr15钢块规热处理工艺曲线钢块规热处理工艺曲线 经过处理的块规，一年内每经过处理的块规，一年内每10 mm10 mm长度的尺寸变量长度的尺寸变量不超过不超过0.10.1mm0.20.2mm。造型材料及成型工艺造型材料及成型工艺四、特殊性能钢及合金四、特殊性能钢及合金 一）不锈钢一）不锈钢 不锈钢是指在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性的不锈钢是指在大气和一般介质中具有很高耐腐蚀性的钢种