金属热处理课件7

1、School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology1工工 业业 用用 钢钢School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology2 钢的基础知识钢的基础知识 结构钢结构钢 工具钢工具钢 特殊性能钢特殊性能钢基本内容基本内容School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology3 了解碳钢、合金钢种类，牌号以及常存杂质了解碳钢、合金钢种类，牌号以及常存杂质对钢力学性能

2、影响；对钢力学性能影响； 理解合金元素对合金钢组织、性能影响；理解合金元素对合金钢组织、性能影响； 掌握常用钢铁材料牌号、用途、学会选材。掌握常用钢铁材料牌号、用途、学会选材。基本要求基本要求School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology4 按化学成份按化学成份分分碳素钢碳素钢 低碳钢（低碳钢（0.6%C）合金钢合金钢 低合金钢（合金元素总量低合金钢（合金元素总量10%）按用途分按用途分 结构钢结构钢 （用作工程结构和机器零件）（用作工程结构和机器零件） 工具钢（制造各种加工和测量工具）工具钢（制造各种加工和测

3、量工具） 特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、耐磨钢等）特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、耐磨钢等） 按品质分按品质分 普通质量钢（普通质量钢（0.045%P，0.05%S） 优质钢（优质钢（ 0.035% P ，0.035% S ） 高级优质钢（高级优质钢（ 0.025% P ， 0.025% S ） 第一节第一节 ：概述：概述（钢的分类）（钢的分类）School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology5 第二节第二节 ：工业用钢中的合金元素的作用：工业用钢中的合金元素的作用一一. .合金元素对钢的组织和性能的影响合金元素对钢的

4、组织和性能的影响 杂质及合金元素与铁和碳的作用。杂质及合金元素与铁和碳的作用。 合金元素对合金元素对Fe-Fe3C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。School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology6 基本元素：基本元素：Fe、C 合金元素：为改善钢的性能而有意加入合金元素：为改善钢的性能而有意加入 杂质元素：无法去除的有害元素杂质元素：无法去除的有害元素 残留元素：为去除杂质元素而加入的元素残留元素：为去除杂质元素而加入的元素钢中的元素钢中的元素:非合金钢中的常存元

5、素非合金钢中的常存元素: 冷脆性冷脆性有害有害矿石中矿石中P 热脆性热脆性有害有害矿石中矿石中S 溶入溶入F 固溶强化固溶强化有益有益炼钢时残留炼钢时残留Mn 溶入溶入F 固溶强化固溶强化有益有益炼钢时残留炼钢时残留Si作用作用来源来源School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology7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用。对提高钢的性能起主要作用。 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钢的配合主加元素进一步提高钢的 性能性能

6、,弥补主加元素不足与缺陷。弥补主加元素不足与缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology8常见的合金元素常见的合金元素Ti Zr Nb V W Mo Cr Mn Fe Co Ni Cu Si Al弱碳化物弱碳化物形成元素形成元素强碳化物形成元素强碳化物形成元素非碳化物形成元素非碳化物形成元素强强合金元素对基本相的影响：合金元素对基本相的影响：非碳化物形成元素非碳化物形成元素溶入溶入F固溶强化固溶强化弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素形成合金形成合金渗碳体渗碳体较硬，耐磨，较硬，

7、耐磨，比比Fe3C更稳定更稳定强碳化物形成元素强碳化物形成元素形成特殊形成特殊碳化物碳化物高熔点，硬，高熔点，硬，耐磨，耐磨，最稳定最稳定与与C的亲和力的亲和力弱弱School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology9合金元素合金元素对硬度和断裂韧性的影响对硬度和断裂韧性的影响School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology10合金元素对铁碳相图的影响合金元素对铁碳相图的影响1. 改变改变A相区相区 扩大扩大A相区元素相区元素 缩小缩小

8、A相区元素相区元素使使A1，A3，Acm线线使使A1，A3，Acm线线 2. 改变相图临界点改变相图临界点S和和E点的位置点的位置 多数元素使多数元素使S点点左移左移 0.77%C的钢中可能出现过共析组织的钢中可能出现过共析组织 多数元素使多数元素使E点点左移左移 2.11%C的钢中可能出现莱氏体组织的钢中可能出现莱氏体组织School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology11合金元素对热处理的影响合金元素对热处理的影响1 对加热的影响对加热的影响 多数元素减缓多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大形成，阻碍晶粒长大合金

9、钢需要合金钢需要 加热温度，加热温度， 保温时间保温时间 保证保证A均匀化均匀化 对冷却的影响对冷却的影响 多数元素溶入多数元素溶入A后后 过冷过冷A稳定性稳定性 Vc 淬透性淬透性 Ms点点 残余残余A量量 合金钢可以制造大截面的零件，淬火不易变形合金钢可以制造大截面的零件，淬火不易变形3 对回火的影响对回火的影响 回火稳定性回火稳定性 抗回火软化的能力抗回火软化的能力 产生二次硬化产生二次硬化School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology12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

10、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。 强碳化物形成元素强碳化物形成元素能强烈的阻止奥能强烈的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等等)。 非碳化物形成元素非碳化物形成元素能轻微的阻止奥能轻微的阻止奥 氏体晶粒长大氏体晶粒长大( Si、Ni、Cu、Co 等等)。School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology13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 元素外元素外, 所有

11、的合金元素均使所有的合金元素均使 钢的钢的 TTT 曲线向右移。曲线向右移。v 除除 Co、Al 元素外元素外, 所有的合金元素所有的合金元素 都使都使马氏体转变温度马氏体转变温度下降。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、Mn、Mo、Si、Ni、B等。等。School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology14合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响 回火抗力回火抗力的增加的增加 二次硬化二次硬化的产生的产生 产生产生回火脆性回火脆性 School of Mechani

12、cal Engineering, Ningbo University of Technology15非合金钢（碳素钢）非合金钢（碳素钢）1 碳素结构钢碳素结构钢 用于工程结构和要求不高的机械零件用于工程结构和要求不高的机械零件 （螺栓、钢窗、销子、吊钩、螺母、（螺栓、钢窗、销子、吊钩、螺母、） 一般不热处理，热轧状态使用一般不热处理，热轧状态使用 牌号：牌号：Q235 AF屈屈s品质：只保证力学性能及品质：只保证力学性能及Si,S,P成分成分脱氧方式：沸腾钢脱氧方式：沸腾钢2 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 用于较重要的机械零件用于较重要的机械零件 一般热处理后使用一般热处理后使用 牌号：牌号：

13、08F （平均含碳量的万分数）（平均含碳量的万分数）0.08%C 较高锰质量分数的优质碳素结构钢较高锰质量分数的优质碳素结构钢 45Mn - Wc = 0.45%; WMn = 0.7%1.2%School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology163 碳素工具钢碳素工具钢 用于形状简单、尺寸小的手用工、模、量具用于形状简单、尺寸小的手用工、模、量具 热处理：预备：热处理：预备： 最终：最终： 牌号：牌号：T 8 A T10 T12A球化退火球化退火 球状球状P淬火淬火+低温回火低温回火 回火回火M+Fe3C+残残A

14、碳碳平均含碳量的千分数平均含碳量的千分数 0.8%C高级优质钢高级优质钢School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology17合金钢合金钢为什么要开发合金钢？为什么要开发合金钢？ 非合金钢的不足：非合金钢的不足： 淬透性低淬透性低 （碳钢）（碳钢） 强度低强度低 无特殊性能无特殊性能回火稳定性回火稳定性同一回火温度下，合金钢硬度同一回火温度下，合金钢硬度 、强度、强度 同一回火硬度时，合金钢回火同一回火硬度时，合金钢回火 ，韧性，韧性 机械性能高机械性能高省料、减重省料、减重 合金钢的主要优点合金钢的主要优点： 淬

15、透性好淬透性好 可制造大型零件可制造大型零件合金钢：合金钢：在碳素钢的基础上加入合金元素，性能得到提高的以在碳素钢的基础上加入合金元素，性能得到提高的以 铁为基的合金铁为基的合金School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology18合金钢编号合金钢编号1 结构钢：结构钢：二位数字二位数字 + 元素符号元素符号 + 数字数字 （60Si2Mn, 09Mn2)平均含碳量的万分数平均含碳量的万分数合金元素含量百分数（合金元素含量百分数（1.5%不注，不注，1.5-2.5%注注2，）工具钢工具钢 特殊钢特殊钢一位数字一位数

16、字 + 元素符号元素符号 + 数字数字 （CrWMn, 9SiCr)平均含碳量的千分数平均含碳量的千分数（1%1%时不注，高速钢不注）时不注，高速钢不注） 合金元素含量的百分数合金元素含量的百分数1.5%不注，不注，1.5-2.5%注注2，3 高级优质钢：高级优质钢：牌号后加牌号后加“A”特殊用途钢：特殊用途钢：滚动轴承钢滚动轴承钢 牌号前加牌号前加“G” （滚）（滚） （GCr15 含含Cr量的量的千分数千分数）School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology19合金钢的种类合金钢的种类 低合金结构钢低合金结构

17、钢 合金渗碳钢合金渗碳钢 合金调质钢合金调质钢 弹簧钢弹簧钢 滚珠轴承钢滚珠轴承钢 合金工具钢合金工具钢 特殊性能钢和合金特殊性能钢和合金合金刃具钢合金刃具钢合金模具钢合金模具钢合金量具钢合金量具钢School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology203 成分：成分：0.10.2%C，合金元素，合金元素23% 主加元素：主加元素：Mn 固溶强化固溶强化 辅加元素：辅加元素：Ti,Cr,Nb 弥散强化弥散强化4 使用状态：使用状态：热轧或正火，不需最终热处理热轧或正火，不需最终热处理 组织：组织：F + P5 常用钢

18、号常用钢号: Q345 (16Mn): 综合性能好，用于船舶、桥梁等大型钢结构综合性能好，用于船舶、桥梁等大型钢结构 Q460: 钢含钢含Mo、B，正火组织为，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。，强度高，用于石化中温高压容器。低合金结构钢低合金结构钢1 用途：用途：工程结构工程结构 桥梁，船舶，车辆外壳、支架桥梁，船舶，车辆外壳、支架2 性能：性能：较高的较高的s ，塑韧性，焊接性，抗蚀性，塑韧性，焊接性，抗蚀性， 良好的冷脆性良好的冷脆性压力容器压力容器南京长江大桥南京长江大桥School of Mechanical Engineering, Ningbo University o

19、f Technology214 最终热处理：最终热处理：渗碳渗碳 + 淬火淬火 + 低温回火低温回火 表层：表层：高碳回火高碳回火M + Fe3C或碳化物或碳化物 + 残残A 心部：心部： 淬透：低碳回火淬透：低碳回火M 未淬透：未淬透：F+P渗碳钢渗碳钢1 用途：用途：受冲击和摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）受冲击和摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）2 性能：性能：表面硬、耐磨，心部塑韧表面硬、耐磨，心部塑韧3 成分：成分：0.10.25%C 低碳钢低碳钢 主加元素：主加元素：Cr,Ni,Mn,B 淬透性，强化基体淬透性，强化基体 辅加元素：辅加元素：W,Mo,V,Ti 细化晶粒细化晶粒5 常用钢号：

20、常用钢号：20, 20Cr, 20CrMnTi, 18Cr2Ni4W 淬透性：淬透性： 低低 中中 高高 适用：一般齿轮适用：一般齿轮 中载变速齿轮中载变速齿轮 重载重要大齿轮重载重要大齿轮 （举例：（举例： 机床机床 汽车汽车 飞机）飞机）柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活塞销School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology22 预备：正火预备：正火 S 改善组织，消除锻造应力，改善组织，消除锻造应力， 便于切削加工便于切削加工 最终：调质最终：调质 回火回火S 获得良好的综合机械性能获得良好的综合机械性能调质钢

21、调质钢1 用途：用途：受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主轴）受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主轴）2 性能：性能：良好的综合机械性能良好的综合机械性能3 成分：成分：0.250.5%C 中碳钢中碳钢 主加元素：主加元素：Cr,Ni,Mn,Si 淬透性，强化基体淬透性，强化基体 辅加元素：辅加元素：W,Mo,V,Ti 细化晶粒细化晶粒, 回火稳定性回火稳定性4 热处理：热处理：消除淬火应力，消除淬火应力， 防止磨削裂纹防止磨削裂纹 如对表面要求高硬度、耐磨、如对表面要求高硬度、耐磨、s，增加热处理：，增加热处理： 表面淬火表面淬火（细（细M）+ 低温回火低温回火（回火（回火M）5

22、 常用钢号：常用钢号：45，40CrSchool of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology23 大弹簧：热成型钢大弹簧：热成型钢 在在A化时成型弹簧化时成型弹簧 淬火淬火+中温回火中温回火 （回火（回火T ） 小弹簧：冷拉钢小弹簧：冷拉钢 冷绕成型弹簧冷绕成型弹簧 低温回火低温回火 （加工硬化）加工硬化） （消除内应力，尺寸定型）（消除内应力，尺寸定型） 热处理后：喷丸热处理后：喷丸 s 弹簧钢弹簧钢1 用途：用途：弹性元件弹性元件2 性能：性能：高的高的s 、b 、e ，一定的塑、韧性，一定的塑、韧性3 成分：成分：

23、0.450.7%C （碳钢（碳钢0.60.9%C） 主加元素：主加元素：Mn, Si, Cr 淬透性，强化基体淬透性，强化基体, e 辅加元素：辅加元素：Mo, W, V 防脱碳，细化防脱碳，细化,s ，e4 热处理：热处理：常用钢号：常用钢号：65，65Mn， 60Si2Mn 适用：适用： 小尺寸的沙发弹簧小尺寸的沙发弹簧 大尺寸的汽车板簧大尺寸的汽车板簧School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology24汽车板簧汽车板簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧热卷大弹簧热卷大弹簧簧弹丝簧弹丝School of Mechani

24、cal Engineering, Ningbo University of Technology25滚珠轴承钢滚珠轴承钢1 用途：用途：滚珠轴承元件，冷冲模，量具滚珠轴承元件，冷冲模，量具 （滚珠、滚柱、轴承套）（滚珠、滚柱、轴承套）2 性能：性能：硬、耐磨，硬、耐磨， e ，一定的韧性，一定的韧性3 成分：成分：0.951.1%C 硬、耐磨硬、耐磨 主加元素：主加元素：Cr 淬透性，硬，耐磨淬透性，硬，耐磨4 热处理：热处理： 预备：预备：球化退火球化退火球状球状PHRC，改善切削加工性，改善切削加工性 最终：最终：淬火淬火+低温回火低温回火回火回火M+细小均布碳化物细小均布碳化物+残残A常

25、用钢号：常用钢号：GCr15滚珠轴承滚珠轴承滚柱轴承滚柱轴承School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology26合金工具钢合金工具钢量具刃具钢量具刃具钢1 性能：性能： 刃具：高硬度、耐磨性，红硬性（热硬性），刃具：高硬度、耐磨性，红硬性（热硬性）， 足够的强度、韧性足够的强度、韧性 量具：高硬度、耐磨性、尺寸稳定性量具：高硬度、耐磨性、尺寸稳定性2 成分：成分：0.751.5%C 硬、耐磨硬、耐磨 Cr, W, Mn, V 淬透性、回火稳定性，淬透性、回火稳定性， 强化，细化，强化，细化，HRC，耐磨，耐磨一定

26、温度下保持一定温度下保持高硬度的能力高硬度的能力 预备：球化退火预备：球化退火球状球状PHRC，改善切削加工性，改善切削加工性 最终：淬火最终：淬火+低温回火低温回火回火回火M+细小均布碳化物细小均布碳化物+残残A HRC、耐磨性、耐磨性 量具：淬火量具：淬火+冷处理冷处理+低回低回 人工时效人工时效 (消除残消除残A) （稳定组织、尺寸）（稳定组织、尺寸） 4 常用钢号：常用钢号：9SiCr, CrWMn, 9Mn2V, GCr15（量具）（量具）3 热处理：热处理：School of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technolo

27、gy27合金工具钢合金工具钢高速钢高速钢性能特点：性能特点： 红硬性高，淬透性好红硬性高，淬透性好成分特点：成分特点： 含碳量高含碳量高 （ 0.71.5%C） 合金元素含量高合金元素含量高热处理：热处理： 预备：球化退火预备：球化退火 S+细粒状碳化物细粒状碳化物 改善切削加工性改善切削加工性（HB210250） 最终：淬火最终：淬火+三次高温回火三次高温回火回火回火M+粒状碳化物粒状碳化物+少量残少量残A隐晶隐晶M+粒状碳化物粒状碳化物+残残A常用钢号：常用钢号：W18Cr4V, W6Mo5Cr4V2适用于：适用于：车刀，铣刀，钻头等高速切削刀具车刀，铣刀，钻头等高速切削刀具School

28、of Mechanical Engineering, Ningbo University of Technology28合金工具钢合金工具钢冷作模具钢冷作模具钢1 性能：性能： 高硬度、耐磨性，足够的强度、韧性高硬度、耐磨性，足够的强度、韧性2 成分：成分： （与刃具钢相近）（与刃具钢相近）3 热处理：热处理： （与刃具钢相近）（与刃具钢相近）4 常用钢号：常用钢号：T10，GCr15 尺寸小、形状简单的模具尺寸小、形状简单的模具 9SiCr,9Mn2V,CrWMn 形状复杂模具形状复杂模具 Cr12,Cr12MoV 大型复杂模具大型复杂模具 （冷冲模，冷挤压模，冷镦模）（冷冲模，冷挤压模，冷镦模）School