第七章合金钢

1、第七章第七章 合金钢合金钢碳钢的特点碳钢的特点优点优点：价格低廉，便于获得，容易加工；：价格低廉，便于获得，容易加工； 通过通过C%的变化和热处理，性能可以得到改善的变化和热处理，性能可以得到改善缺点缺点：淬透性低，回火抗力差；：淬透性低，回火抗力差； 不能满足一些特殊性能要求，如耐热、耐低不能满足一些特殊性能要求，如耐热、耐低 温、耐腐蚀等温、耐腐蚀等第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 合金元素：为了获得一定的组织、性能使其使用性合金元素：为了获得一定的组织、性能使其使用性能和工艺性能得以提高，而向钢中加入的化学元素。能和工艺性能得以提高，而向钢中加入的化学元素。 常加入

2、的合金元素有：常加入的合金元素有：Mn、Si、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Al等等合金元素在钢中的存在形式：合金元素在钢中的存在形式：p 溶于溶于F、A、M中，以固溶体的形式存在中，以固溶体的形式存在p 形成强化相，如溶入渗碳体中形成合金渗碳体，或形成强化相，如溶入渗碳体中形成合金渗碳体，或形成特殊的碳化物和金属间化合物形成特殊的碳化物和金属间化合物p 形成非金属夹杂，如氧化物、氮化物、硫化物形成非金属夹杂，如氧化物、氮化物、硫化物p 以游离态存在，如以游离态存在，如Pb、Cu等等第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 加入合金元素不仅可以提高钢的力学性能、改善工加入合金元

3、素不仅可以提高钢的力学性能、改善工艺性能，还可以获得某些特殊的性能。艺性能，还可以获得某些特殊的性能。一、合金元素对钢中基本相的影响一、合金元素对钢中基本相的影响1、溶于铁素体，起固溶强化作用、溶于铁素体，起固溶强化作用非碳化物形成元素（如非碳化物形成元素（如Ni、Si、Al等）及过剩等）及过剩的碳化物形成元素（如的碳化物形成元素（如Mn）都溶于铁素体，）都溶于铁素体，形成形成合金铁素体合金铁素体。第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用p Si、Mn对强度、硬度提高显著。对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当在适当范围内提高韧性。范围内提高韧性。对硬度的影响对硬度的影响对冲击韧

4、性的影响对冲击韧性的影响第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用2、形成碳化物，起强化相作用、形成碳化物，起强化相作用p 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe Ti、Nb、V为强碳为强碳化物形成元素，碳化化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性高，如硬度、耐磨性高，如TiC、VC等。等。 钢中碳化物钢中碳化物第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 W、Mo、Cr为中碳化物形成元素，碳化物的稳定为中碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较高，

5、如性、熔点、硬度、耐磨性较高，如W2C等。等。 Mn、Fe为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、为弱碳化物形成元素，碳化物的稳定性、熔点、硬度、耐磨性较低，如熔点、硬度、耐磨性较低，如Fe3C等。等。第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用二、对二、对Fe-Fe3C相图的相图的影响影响 Ni、Mn、Co、C、N等是扩大奥氏体相区等是扩大奥氏体相区的元素，使的元素，使A3线下降，线下降，Acm线上升，线上升，S点下降。点下降。p 当当Mn 13%或或Ni 9%时，时，S点降到点降到0以下，室温下以下，室温下为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。 Mn对奥氏体相区

6、的影响对奥氏体相区的影响SE第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是等是缩小奥氏体相区缩小奥氏体相区的元素，使的元素，使A3线线上升，上升，S点上升。点上升。p当当Cr 19%时，时，奥氏体相区消失，奥氏体相区消失，室温下为单相铁室温下为单相铁素体组织，称铁素体组织，称铁素体钢素体钢.Cr对奥氏体相区的影响对奥氏体相区的影响SE第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 所有合金元素均使所有合金元素均使E点和点和S点左移，即这两点的含碳点左移，即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如量下降，使碳含量比较低的钢出现

7、过共析组织（如4Cr13）或共晶组织（如）或共晶组织（如W18Cr4V）。）。 SSEE第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用三、对钢热处理的影响三、对钢热处理的影响1、对奥氏体化的影响、对奥氏体化的影响 对奥氏体形成速度的影对奥氏体形成速度的影响：除响：除Ni、Co外，都减外，都减缓奥氏体化过程。缓奥氏体化过程。 对奥氏体晶粒长大倾向对奥氏体晶粒长大倾向的影响的影响p碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。碳、氮化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。pMn、P促进长大。促进长大。 第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用2、对过冷奥氏体转变的影响、对过冷奥氏体转变的影响

8、 对对C曲线和淬透性的影响：除曲线和淬透性的影响：除Co外，凡溶入奥氏体外，凡溶入奥氏体的合金元素均使的合金元素均使C曲线右移，淬透性提高。曲线右移，淬透性提高。p常用提高淬透性的元素为常用提高淬透性的元素为Mn、Si、Cr、Ni、B。 对对Ms、Mf点的点的影响：除影响：除Co、 Al外，所有元外，所有元素都使素都使Ms、Mf点下降。点下降。 合金元素对钢合金元素对钢淬透性的影响淬透性的影响第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用3、对回火转变的影响、对回火转变的影响 提高回火稳定性提高回火稳定性回火稳定性回火稳定性：淬火钢在回：淬火钢在回火过程中组织分解和转火过程中组织分解和

9、转变快慢的程度。变快慢的程度。l合金元素能阻碍马氏体合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与分解及碳化物的析出与聚集。聚集。l当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。Mo含量对含量对0.35%含碳量的含碳量的碳素钢回火硬度的影响碳素钢回火硬度的影响第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 产生二次硬化产生二次硬化l含高含高W、Mo、Cr、V钢淬火后回火时，由于钢淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时析出细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时

10、A转转变为变为M回回，使硬度不仅不下降，反而升高的现，使硬度不仅不下降，反而升高的现象称象称二次硬化二次硬化。 高速钢高速钢第一节第一节 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性p第一类回火脆性第一类回火脆性：淬火：淬火钢在钢在300左右回火时左右回火时会产生回火脆性。会产生回火脆性。p第二类回火脆性第二类回火脆性：合金：合金钢淬火后钢淬火后400550或或更高温度回火后更高温度回火后缓冷缓冷产产生的脆性。生的脆性。l加加W、Mo可防止第二类回火脆性。可防止第二类回火脆性。第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类与编号低合金钢和合金钢的分类与编号p钢按化学成分

11、分为非合金钢、钢按化学成分分为非合金钢、低合金钢低合金钢、合金钢合金钢三大类三大类按用途分：结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢按用途分：结构钢、工具钢、不锈钢、耐热钢按合金元素分：铬钢、锰钢、铬镍钢、硅锰钢等按合金元素分：铬钢、锰钢、铬镍钢、硅锰钢等按正火后组织分：珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢等按正火后组织分：珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢等低合金钢低合金钢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 合金钢合金钢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质量分按质量分第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类与编号低合金钢和合金钢的分类与编号1、合金结

12、构钢、合金结构钢p比碳素钢有更好的力学性能，特别是热处理性能优良，比碳素钢有更好的力学性能，特别是热处理性能优良，因此便于制造尺寸较大、形状复杂或要求淬火变形小因此便于制造尺寸较大、形状复杂或要求淬火变形小的零件。的零件。p牌号：牌号：数字数字+元素符号元素符号+数字数字 合金元素的平均含量的合金元素的平均含量的百分数百分数，小于小于1.5时，不标数字时，不标数字钢的平均含碳量的钢的平均含碳量的万分数万分数例：例：12CrNi3：0.12%C、Cr1.5%、3%Ni 40Cr、60Si2Mn第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类与编号低合金钢和合金钢的分类与编号2、合金工具钢、合金工具钢p主要用

13、来制造刃具，模具，和量具。主要用来制造刃具，模具，和量具。p牌号牌号：数字：数字+元素符号元素符号+数字数字合金元素的平均含量的合金元素的平均含量的百百分数分数，小于，小于1.5时，不时，不标数字。标数字。用一位数字表示平均含碳量的用一位数字表示平均含碳量的千分数千分数，超过，超过1.0时不标。时不标。例例 9Cr2：0.9C、2%Cr CrWMn：C1.0，Cr、W、Mn1.5%第二节第二节 低合金钢和合金钢的分类与编号低合金钢和合金钢的分类与编号3、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p常用的不锈钢牌号是常用的不锈钢牌号是2Cr13、1Cr18Ni9、

14、0Cr18Ni11Ti牌号牌号：起首数字表示含碳量的千分之几，：起首数字表示含碳量的千分之几，“0”表示表示C0.10%，“00”表示表示C0.03%；合金元素后数字表示百；合金元素后数字表示百分含量。分含量。例例 9Cr18：0.9%C、18%Cr 0Cr17Mn13Mo2V：C0.1%、17%Cr、 13%Mn、2%Mo、V1.5%p G滚动轴承钢、滚动轴承钢、H焊条钢、焊条钢、Y易切削钢、易切削钢、C磁钢、磁钢、 GH高温合金高温合金第三节第三节 低合金钢低合金钢一、低合金高强度结构钢一、低合金高强度结构钢1、性能特点、性能特点p高强度及足够韧性高强度及足够韧性p良好的焊接性能良好的焊接

15、性能 p良好的耐蚀性及低的良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度韧脆转变温度2、成分特点、成分特点 低碳：低碳：0.2%C（韧性、焊接性、冷成形性的要求）（韧性、焊接性、冷成形性的要求） 合金元素：主要是合金元素：主要是Mn、Si，还有少量，还有少量V、Ti、Nb等等第三节第三节 低合金钢低合金钢3、热处理：大多数热、热处理：大多数热轧空冷后使用轧空冷后使用4、使用状态下组织：、使用状态下组织：F+P低合金高强钢合金元素细化晶粒作低合金高强钢合金元素细化晶粒作用用 Mn、Si的作用是固溶强化铁素体的作用是固溶强化铁素体 V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用等起细化晶粒和弥散强化作用 另外加另外加C

16、u、P可提高耐蚀性；加可提高耐蚀性；加RE可提高韧性、疲可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。劳极限，降低冷脆转变温度。第三节第三节 低合金钢低合金钢5、用途：、用途：Q345钢钢(16Mn)综合性能综合性能好，用于船舶、桥梁、好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。车辆等大型钢结构。Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力强度高，用于中等压力的压力容器。的压力容器。Q460钢含钢含Mo、B，正火，正火组织为贝氏体，强度高组织为贝氏体，强度高,用于石化中温高压容器用于石化中温高压容器.南京长江大桥南京长江大桥第三节第三节 低合金钢低合金钢二、易切削结构钢二、易切削结构钢p含含S、P

17、、Mn等合金元素，或加入微量等合金元素，或加入微量Pb、Ca的钢能显著改善切削加工性能，称为易切钢。的钢能显著改善切削加工性能，称为易切钢。p主要用于成批大量生产的螺栓、螺母、螺钉等主要用于成批大量生产的螺栓、螺母、螺钉等标准件标准件p牌号：牌号：Y+数字数字+（合金元素）（合金元素）主要加入的合金元素主要加入的合金元素 数字表示平均含碳量的数字表示平均含碳量的万分数万分数常用的牌号：常用的牌号：Y12、Y12Pb、Y15、Y40Mn等等第三节第三节 低合金钢低合金钢三、低合金耐候钢三、低合金耐候钢p含少量的含少量的Cu、Cr、P、Mo、Ti、Nb、V等，使钢等，使钢表面产生致密的氧化膜，具有

18、良好的耐大气腐蚀的表面产生致密的氧化膜，具有良好的耐大气腐蚀的能力。能力。p可用于农业机械、运输机械、起重机械、塔架等可用于农业机械、运输机械、起重机械、塔架等p常用牌号：常用牌号：09CuP、09CuPCrNi第四节第四节 合金结构钢合金结构钢一、合金渗碳钢一、合金渗碳钢p制造渗碳零件的钢种制造渗碳零件的钢种 1、性能特点、性能特点 表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足够的韧性和强度，即表硬里韧。性和强度，即表硬里韧。 良好的热处理性能，如淬透性和渗碳能力。良好的热处理性能，如淬透性和渗碳能力。渗碳件渗碳件传动齿轮传动齿轮第四节第四节 合金结构钢合金

19、结构钢2、成分特点、成分特点 低碳：低碳：0.10.25%C（保证低温回火后有（保证低温回火后有足够的韧性）足够的韧性） 合金元素作用合金元素作用p提高淬透性：提高淬透性： Cr、Mn、Ni、B p细化晶粒：细化晶粒： W、Mo、Ti、V （减小钢的过热敏感（减小钢的过热敏感性）性）渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱第四节第四节 合金结构钢合金结构钢3、热处理特点、热处理特点p渗碳件的加工工艺路线为：渗碳件的加工工艺路线为：下料下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火 正火目的为调整硬度，便于切削加工。正火目的为调整硬度，便于切削加工。 直接淬火直接淬火一次淬火

20、一次淬火二次淬火（先高温后低温）二次淬火（先高温后低温）第四节第四节 合金结构钢合金结构钢4、使用状态下组织、使用状态下组织表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量) 含碳量：含碳量：0.81.05% 硬度：硬度：5862HRC心部：心部：M回回（淬透）（淬透） 硬度：硬度：4048HRC T+ 少量少量M回回+少量少量F（多数）（多数） 硬度：硬度：2540HRC渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织第四节第四节 合金结构钢合金结构钢5、常用钢号及用途、常用钢号及用途p低淬透性合金渗碳钢：低淬透性合金渗碳钢：20Cr、15Mn2、20MnV柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴活塞销活

21、塞销(20Cr)p用于受力较小、截面用于受力较小、截面尺寸不大的耐磨件，尺寸不大的耐磨件，如柴油机的活塞销、如柴油机的活塞销、凸轮轴等。凸轮轴等。第四节第四节 合金结构钢合金结构钢p中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi。用于。用于中等载荷的耐磨中等载荷的耐磨件，如变速箱齿件，如变速箱齿轮。轮。p高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA。用于大载荷的耐用于大载荷的耐磨件，如柴油机磨件，如柴油机曲轴。曲轴。 增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿轮第四节第四节 合金结构钢合金结构钢调质件调质件(螺杆螺杆)p调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。 1、性能特点、性能特点 良好的

22、综合力学性能良好的综合力学性能. 良好的淬透性。良好的淬透性。二、合金调质钢二、合金调质钢第四节第四节 合金结构钢合金结构钢2、成分特点、成分特点 中碳：中碳：0.30.5%C（含（含C量低，调质后强度硬量低，调质后强度硬度不足；含度不足；含C量高，塑性韧性降低）量高，塑性韧性降低） 合金元素作用：合金元素作用：p提高淬透性：提高淬透性：Mn、Si、Cr、Ni、Bp细化细化A晶粒：晶粒：Ti、Vp提高回火稳定性：提高回火稳定性： Si、W、Mo、V、Crp防止第二类回火脆性：防止第二类回火脆性：W、Mo 第四节第四节 合金结构钢合金结构钢3、热处理及组织特点、热处理及组织特点p调质件的加工工艺

23、路线为：调质件的加工工艺路线为：下料下料锻造锻造退火退火粗加工粗加工调质调质精加工精加工装配装配调质目的：获得良好综合力学性能调质目的：获得良好综合力学性能p使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：S回回调质处理车间调质处理车间回火索氏体回火索氏体第四节第四节 合金结构钢合金结构钢柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴4、常用钢号及用途、常用钢号及用途p低淬透性钢：低淬透性钢： Dc油油60mm, 常常用用40CrNiMo, 用于制造大截用于制造大截面重载荷零件，如曲轴等。面重载荷零件，如曲轴等。 合金结构钢曲轴合金结构钢曲轴单缸汽车曲轴单缸汽车曲轴第四节第四节 合金结构钢合金结构钢p制造弹簧或类似性能零制

24、造弹簧或类似性能零件的钢种。件的钢种。1、性能要求、性能要求p弹簧是利用弹性变形储弹簧是利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零存能量或缓和冲击的零件。件。 高的高的s、s/b； 高的高的-1；足够的韧性；足够的韧性 高的淬透性高的淬透性三、合金弹簧钢三、合金弹簧钢第四节第四节 合金结构钢合金结构钢2、成分特点、成分特点 中高碳：中高碳：p碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%Cp合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%C 合金元素作用：合金元素作用： p提高淬透性、强化铁素体、提高淬透性、强化铁素体、提高回火稳定性：提高回火稳定性：Mn、Si、Crp提高提高 s/ b：Sip细化晶粒：细化晶粒：V

25、、Nb汽车弹簧汽车弹簧弹簧丝弹簧丝第四节第四节 合金结构钢合金结构钢3、热处理及组织特点、热处理及组织特点 冷成型弹簧：冷成型弹簧：p用于用于1.65%Cr时，会因时，会因A增加而增加而使硬度和稳定性下降。使硬度和稳定性下降。第四节第四节 合金结构钢合金结构钢3 、热处理和组织特点、热处理和组织特点p滚动轴承钢是过共析钢滚动轴承钢是过共析钢 热处理：热处理： 球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火 组织：组织： M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)p淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(-60 -80)，可以减少，可以减少A，稳定尺寸稳定尺寸. 轴承生产车间轴承生产车间第四节第四

26、节 合金结构钢合金结构钢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4、常用钢号及用途、常用钢号及用途p应用最广的是应用最广的是GCr15，大量用于中小型轴承；，大量用于中小型轴承；p大型轴承用大型轴承用GCr15SiMn。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.第四节第四节 合金结构钢合金结构钢五、高锰耐磨钢五、高锰耐磨钢p是指在冲击载荷作用下发是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。生冲击硬化的高锰钢。p只有只有ZGMn13一个钢号一个钢号1、成分特点、成分特点 高碳：高碳：1.01.3%C 以保持高耐磨性。以保持高耐磨性。 高锰：高锰：1114

27、%Mn，以，以保证形成奥氏体组织保证形成奥氏体组织.高锰钢高锰钢Mn对奥氏体相区的对奥氏体相区的影响影响SE第四节第四节 合金结构钢合金结构钢2、热处理及组织、热处理及组织p铸态组织为奥氏体铸态组织为奥氏体+碳碳化物，性能硬而脆化物，性能硬而脆.p热处理采用热处理采用水韧处理水韧处理，即将钢加热到即将钢加热到1100，使碳化物溶入奥氏体，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。并进行水淬。p室温组织为过饱和单室温组织为过饱和单相奥氏体。相奥氏体。高锰钢水韧处理组织高锰钢水韧处理组织浇铸高锰钢件浇铸高锰钢件第四节第四节 合金结构钢合金结构钢3、使用及用途、使用及用途p水韧处理后，韧性高，硬度低水韧处理后

28、，韧性高，硬度低.使用时必须伴随着压力和冲击使用时必须伴随着压力和冲击作用，否则不耐磨。作用，否则不耐磨。p在压力及冲击作用下，表面奥在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度体并析出碳化物，使表面硬度提高到提高到HB500550，获得高耐，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织，磨性。而心部仍为奥氏体组织，具有高耐冲击能力。具有高耐冲击能力。颚式破碎机颚式破碎机挖掘机挖掘机第四节第四节 合金结构钢合金结构钢p高锰钢广泛用于既要求耐磨又高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、的履带板、球磨

29、机衬板、球磨机衬板、破碎机牙板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和挖掘机铲齿和铁路辙岔等铁路辙岔等. 履带履带球磨机衬板球磨机衬板挖掘机铲齿挖掘机铲齿铁路辙岔铁路辙岔破碎机牙板破碎机牙板第五节第五节 合金工具钢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刃具刃具量具量具第五节第五节 合金工具钢合金工具钢p有碳素工具钢、低合金有碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢、硬质刃具钢、高速钢、硬质合金。合金。一、合金刃具钢一、合金刃具钢切削加工切削加工p用来制造各种切削刀用来制造各种切削刀具的钢称为刃具钢。具的钢称为刃具钢。第五节第五节 合金工具钢合金工具钢 性能要求性能要求1

30、、高硬度、高硬度 (HRC60)，主，主要取决于含碳量。要取决于含碳量。 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析出细小均匀硬碳化物来达到。来达到。3、高热硬性、高热硬性 即高温下保即高温下保持高硬度的能力。持高硬度的能力。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。切削加工的基本形式切削加工的基本形式第五节第五节 合金工具钢合金工具钢碳素工具钢碳素工具钢（牌号（牌号T7T13）1、成分特点：、成分特点：p高碳（高碳（0.651.35%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，但韧性下降。增加，耐磨性提高，但韧性下降。

31、2、热处理及组织、热处理及组织 热处理：正火热处理：正火+球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火p球化退火目的：球化退火目的： 降低硬度，便于加工降低硬度，便于加工; 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 第五节第五节 合金工具钢合金工具钢 使用状态下的组织：使用状态下的组织： pM回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量) T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织3、用途、用途p由于碳素工具钢热硬性、淬透性差，变形大，只适用由于碳素工具钢热硬性、淬透性差，变形大，只适用于制造尺寸较小，工作温度不高，形状简单，不受大于制造尺寸较小，工作温度不高，形状简单，不受大的冲击载荷的手工工具和低速刃

32、具。的冲击载荷的手工工具和低速刃具。 第五节第五节 合金工具钢合金工具钢1、成分特点：、成分特点： 高碳：高碳：0.91.1%C 合金元素作用合金元素作用p提高淬透性提高淬透性: Cr、Mn、Si p提高耐回火性：提高耐回火性：Sip提高耐磨性、细化晶粒：提高耐磨性、细化晶粒： W、V 低合金工具钢低合金工具钢l由碳素工具钢基础上加入少量合金元素形成由碳素工具钢基础上加入少量合金元素形成 低合金工具钢制品低合金工具钢制品第五节第五节 合金工具钢合金工具钢2、热处理及组织、热处理及组织p同碳素工具钢，只是淬火同碳素工具钢，只是淬火介质为油（碳素工具钢为介质为油（碳素工具钢为水）。水）。p使用状态

33、下的组织为：使用状态下的组织为： M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少少量量) 3、常用钢号及用途、常用钢号及用途p应用最多的是应用最多的是9SiCr。用于。用于制造形状复杂、要求变形制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、小的低速刃具，如丝锥、板牙等板牙等. 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五节第五节 合金工具钢合金工具钢1、性能特点：高热硬性、性能特点：高热硬性(600)、高淬透性、高淬透性 2、成分特点、成分特点 高碳：高碳：0.701.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性：提高淬透性：Cr 提高热硬性、耐磨性：提高热硬性、耐磨性：W、Mo、V 高速钢（

34、俗称风钢）高速钢（俗称风钢） l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五节第五节 合金工具钢合金工具钢W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织3、加工与热处理、加工与热处理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p高速钢是莱氏体钢，高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大组成，脆性大且无法热处理改善。且无法热处理改善。第五节第五节 合金工具钢合金工具钢 退火目的：退火目的：l降低硬度，便于切降低硬度，便于切加

35、工加工l为淬火作组织准备为淬火作组织准备退火后组织：退火后组织： S + 颗粒状碳化物颗粒状碳化物 锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。分布于基体中。W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织第五节第五节 合金工具钢合金工具钢 淬火目的：获得高淬火目的：获得高合金元素含量的马合金元素含量的马氏体。因此淬火温氏体。因此淬火温度高（度高（1200）。）。l淬火后组织：淬火后组织： M+未溶碳化物未溶碳化物(10%)+A (20%)W18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织第五节第五节 合金工具钢合金工具钢 碳及合金元素含量下降，碳及合金元素含量

36、下降，Ms点上升，回火冷却时，点上升，回火冷却时，A转转变为变为M， A的量随回火次数增加而降低，每次回火加热的量随回火次数增加而降低，每次回火加热都使前一次回火产生的应力消除。都使前一次回火产生的应力消除。 回火目的：主要为减少回火目的：主要为减少A。消除内应力、稳定组织。消除内应力、稳定组织。l常用常用560三次回火三次回火l回火时的组织变化：回火时的组织变化： 析出析出W、Mo、V的碳化物，的碳化物，产生二次硬化。产生二次硬化。 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五节第五节 合金工具钢合金工具钢W18Cr4V钢淬火回火后的组织钢淬火回火后的组织4、使用状态下组织、使用状态

37、下组织 M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）（少量）第五节第五节 合金工具钢合金工具钢W18Cr4V钢热处理工艺示意图钢热处理工艺示意图第五节第五节 合金工具钢合金工具钢不同状态下不同状态下W18Cr4V的组织的组织铸铸 态态淬火回火态淬火回火态淬火态淬火态退火态退火态第五节第五节 合金工具钢合金工具钢5、常用钢号及用途、常用钢号及用途p常用钢号为常用钢号为W18Cr4V(18-4-1)和和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)p用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。用于高速切削刃具，如车刀、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第五节第五节 合金工具钢合金工

38、具钢二、合金模具钢二、合金模具钢汽车冲压模具汽车冲压模具p用以制造冷热模具的钢称为用以制造冷热模具的钢称为模具钢。模具钢。 冷作模具钢冷作模具钢p工作条件：工作条件：因被加工材料在冷态下变形，因被加工材料在冷态下变形，模具承受的变形抗力很大；模具承受的变形抗力很大；工作时承受各种不同的应力；工作时承受各种不同的应力；金属变形时，模具工作面与工金属变形时，模具工作面与工件之间有强烈的摩擦作用。件之间有强烈的摩擦作用。第五节第五节 合金工具钢合金工具钢2、常用钢种、常用钢种 小尺寸、形状简单、受力不大小尺寸、形状简单、受力不大的模具，可用碳素工具钢和低的模具，可用碳素工具钢和低合金工具钢制造。合金

39、工具钢制造。 截面、受力大的冷模具用截面、受力大的冷模具用Cr12型型冷作模具钢制造。冷作模具钢制造。Cr12钢钢冷冲压件冷冲压件1、性能要求、性能要求 高硬度和耐磨性高硬度和耐磨性 足够的强度和韧性足够的强度和韧性 良好的工艺性能（淬透性、良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）切削加工性等）第五节第五节 合金工具钢合金工具钢 加工及热处理：加工及热处理：Cr12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，目的同高速钢行锻造、退火，目的同高速钢 常用钢号为常用钢号为Cr12和和Cr12MoV。用于制造。用于制造冷冲模、挤压模等。冷冲模、挤压模等。l使用状态下的组织：使用状

40、态下的组织：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模 成分特点：高碳成分特点：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，细化晶粒第五节第五节 合金工具钢合金工具钢 热作模具钢热作模具钢p制造使加热金属或液制造使加热金属或液态金属成型模具钢种态金属成型模具钢种.1、性能要求、性能要求 高温下良好的综合高温下良好的综合力学性能。力学性能。 抗热疲劳性能。抗热疲劳性能。 高的淬透性和良好高的淬透性和良好的导热性。的导热性。曲轴模具曲轴模具热模锻

41、曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯第五节第五节 合金工具钢合金工具钢热镦模热镦模凸缘模凸缘模2、常用钢种、常用钢种 热锻模钢热锻模钢 5CrNiMo、5CrMnMop前者用于大型热锻模，前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模，后者用于中小型热锻模，因为因为5CrNiMo钢的淬透钢的淬透性和抗热疲劳性比性和抗热疲劳性比5CrMnMo好。好。p成分特点、合金元素作成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。用及热处理同调质钢。p使用状态下的组织使用状态下的组织: S回回第五节第五节 合金工具钢合金工具钢 压铸模钢压铸模钢p典型钢号是典型钢号是3Cr2W8Vp中碳中碳(0.30.4%C)，合金元素作，合金元素作用

42、同高速钢。用同高速钢。W、Cr提高抗热提高抗热疲劳性能。疲劳性能。p淬火淬火+回火后组织：回火后组织：M回回 + 颗粒颗粒状碳化物状碳化物 + A(少量少量)第五节第五节 合金工具钢合金工具钢三、量具钢三、量具钢p制造各种量具用钢。制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块如千分尺、卡尺、块规、塞规等。规、塞规等。卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺第五节第五节 合金工具钢合金工具钢1、性能要求、性能要求p量具在使用过程中与被测零件接触，承量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。受摩擦和冲击。 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。 足够的韧性。足够的韧性。第五节第五节

43、合金工具钢合金工具钢2、量具用钢、量具用钢 低碳钢渗碳、中碳钢低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火表面淬火 碳素工具钢、低合金碳素工具钢、低合金工具钢工具钢 两者用于尺寸小、形两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不状简单、精度要求不高的量具。高的量具。 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。 量块量块電子卡尺電子卡尺第五节第五节 合金工具钢合金工具钢3、量具钢的热处理特点、量具钢的热处理特点 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。 下限温度淬火及冷处理

44、。目的下限温度淬火及冷处理。目的是减少是减少A。 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。量规量规第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢化工管化工管道的腐道的腐蚀蚀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。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。金属腐蚀的主要原因。流参与作用的腐蚀。金属腐蚀的主要原因。一、不锈钢一、不锈钢l在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢 金属的腐蚀金属的腐蚀l金属的腐蚀分化学腐蚀和电金属的

45、腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀：化学腐蚀：第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢p防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施： 获得均匀的单相组织。获得均匀的单相组织。 提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。 使表面形成致密的钝化膜。使表面形成致密的钝化膜。p工业发达国家每年金属腐蚀造工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占成的直接经济损失占GNP的的4%左右。中国每年腐蚀的损左右。中国每年腐蚀的损失至少到失至少到400亿元以上亿元以上.ZnZnZn-Cu原电池示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六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 不锈钢中合金元素的作用

46、不锈钢中合金元素的作用1、低、低C：碳高，则降低耐蚀性。：碳高，则降低耐蚀性。2、Cr：是提高耐蚀性的主要元素：是提高耐蚀性的主要元素p 形成稳定致密的形成稳定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜p Cr含量大于含量大于13%时，形成单相铁时，形成单相铁素体组织素体组织p 提高基体电极电位提高基体电极电位3、Ni：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。 4、Mo：耐有机酸腐蚀。：耐有机酸腐蚀。5、Ti、Nb；防止奥氏体钢晶间腐蚀；防止奥氏体钢晶间腐蚀第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢p晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒晶界发生腐蚀的现象，危害很大，是沿晶粒晶界发生腐蚀的现象，危害很大，它是由于它是由

47、于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近Cr含量降含量降到到12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。p加加 Ti、Nb则先于则先于Cr与与C形成不易溶于奥氏体的碳化形成不易溶于奥氏体的碳化物，避免晶界贫物，避免晶界贫Cr。 奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出析出晶间腐蚀晶间腐蚀第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢晶间腐蚀破坏晶间腐蚀破坏消火栓消火栓齿轮架齿轮架304不锈钢不锈钢第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 常用不锈钢常用不锈钢1、马氏体不锈钢、马氏体不锈钢p主要是主要是Cr13型不锈钢型不锈钢 钢号为钢号为1

48、Cr134Cr13p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. 1Cr13、2Cr13p热处理：淬火热处理：淬火+高温回火高温回火 使用状态下的组织使用状态下的组织: S回回不锈钢棒不锈钢棒第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢p1Cr13、2Cr13具有具有耐大气、蒸汽腐蚀耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合能力及良好的综合力学性能。力学性能。p用于要求塑韧性用于要求塑韧性较高的耐蚀件，较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等如汽轮机叶片等.汽轮机叶片汽轮机叶片转轮转轮第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 3Cr13、4Cr13p热处理：淬火热处理：淬火 +

49、 低温回火低温回火 使用状态下的组织：使用状态下的组织：M回回p具有较高强度、硬度。用于要具有较高强度、硬度。用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。量具等。医疗器械医疗器械不锈钢不锈钢刀刀第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢1Cr17削片刀削片刀铁素体不锈钢水加热器铁素体不锈钢水加热器2、铁素体不锈钢、铁素体不锈钢p典型钢号如典型钢号如0Cr13、1Cr17等。等。 成分：高铬低碳成分：高铬低碳 无无相变，不能进相变，不能进行热处理强化。行热处理强化。 组织：单相铁素体组织：单相铁素体第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢钢中钢中相相 性能特点：性能特点：

50、p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： 475脆化：脆化： 加热到加热到450550停留，停留，产生脆化，再加热到产生脆化，再加热到600快冷可消除。快冷可消除。 相脆化：相脆化： 在在600 800长期加热时，长期加热时，析出硬而脆的析出硬而脆的 相。相。第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 用途用途p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锈钢制品铁素体不锈钢制品第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢3、奥氏体不锈钢、奥氏体不锈钢p主要是主要是18-8（18Cr-8Ni）型

51、不锈钢。）型不锈钢。 性能特点：性能特点：l具有良好的耐蚀性，冷热具有良好的耐蚀性，冷热加工性及可焊性。高的塑加工性及可焊性。高的塑韧性，无磁性。韧性，无磁性。 热处理：采用固溶处理。热处理：采用固溶处理。即加热到即加热到1100使碳化物使碳化物溶解后水冷。溶解后水冷。l组织为单相奥氏体。组织为单相奥氏体。不锈钢带不锈钢带第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 常用钢种常用钢种1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道.大型化工储罐大型化工储罐(304)热交换器热交换器(316L)第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 应力腐蚀应力腐蚀p奥氏体不

52、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-环环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应力腐蚀易在含力腐蚀易在含Cl的介质中发生，裂纹为树枝状。的介质中发生，裂纹为树枝状。 发生应力腐蚀奥氏体发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 性能要求性能要求1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性：p指钢在高温下对氧指钢在高温下对氧化作用的抗力。化作用的抗力。p钢中加入钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高进一步扩散，提高抗氧化性。抗氧化性。二、耐热钢二、耐热钢气轮机叶片气轮机叶片第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢飞机发动机飞机发动机p蠕变指金属在高温蠕变指金属在高温低于低于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.2、高的热强性、高的热强性p热强性是指金属在高温下的强度。指标为蠕热强性是指金属在高温下的强度。指标为蠕变强度和持久强度。变强度和持久强度。第六节第六节 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢p提高高温强度的途径提高高温强度的途径: 固溶强化；固溶强化； 析出