合金钢全部课件

1、2022-7-11Alloy Steel2022-7-12合金钢：合金钢：为了改善钢的力学性能、工艺性能或 理化性能，有意往钢中加入一些合金元素，这种 钢称为合金钢。2022-7-13 长长 江江 上上 的的 三三 座座 桥桥 武汉大桥 50年代 碳素结构钢 强度低强度低 主跨128米 南京大桥 60年代 主跨160米 16Mn 较碳钢节约较碳钢节约2020 九江大桥九江大桥 8080年代年代 主跨216米 15MnVN 较较16Mn16Mn节约节约2020 合金钢的发展，促进了工业技术的进步2022-7-14武汉长江大桥2022-7-15南京长江大桥 2022-7-16九江长江大桥2022-

2、7-17各个国家都投入大量的人力、物力，用于高性能材料的研究开发，抢占材料研究的制高点。我国的863、973科研计划，材料学科都占据了重要的位置。 合金钢用量占钢铁材料的比例，反映 了 一个国家工业技术的水平。2022-7-18Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱强 钢 中 的 合 金 元 素2022-7-19 一是溶解碳钢原有相中；二是形成新相。一是溶解碳钢原有相中；二是形成新相。 存在形式决定于元素与碳的亲和力、数量和性质。溶入溶入F(相）相）：非碳化物元素和部分弱碳化物非碳化物元素和部分弱碳化物元素；元素；例如：例如：Mn Mn 、NiNi、CoCo、SiSi、AlAl、B B

3、产生固溶强化 1、溶入原有相： 合金元素对钢基本相的影响2022-7-110合金元素对铁素体相性能的影响 2022-7-111 多是碳化物形成元素，与碳的亲合力比较强，形成合金碳化物。多是碳化物形成元素，与碳的亲合力比较强，形成合金碳化物。 它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。它们具有比渗碳体更高的熔点和更高的硬度。 这些元素提高钢的强硬度、耐磨性，降低塑、韧性。 2、形、形 成成 合合 金金 碳碳 化物：化物：几种化合物的性能化合物化合物NbCTiCZrCVCFe3C熔点37703410380530231227硬度(HV)20502850284020108002022-7-112非碳化物

4、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渗形成合金渗碳体碳体较硬，耐磨，比较硬，耐磨，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碳形成特殊碳化物化物高熔点，硬，耐磨，高熔点，硬，耐磨，最稳定最稳定2022-7-113扩大奥氏体区缩小奥氏体区改变共晶点和共析点的参数作用作用: : 使A3线温度下降, A4线温度上升。例如：例如：ZGMn13 ZGMn13 含含 Mn 13% Mn 13% ， 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9 含含 Ni Ni9% 9% 得到单相得到单相A A组织组织与与-Fe-Fe形成无限固溶体形成无限固溶

5、体 Mn Ni Co Mn Ni Co与与-Fe-Fe形成有限固溶体形成有限固溶体 N Cu N Cu 1、扩大奥氏体区：、扩大奥氏体区：Mn 元素对奥氏体区的影响 四、合金元素对铁碳相图的影响 2022-7-114Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等。作用作用: : 使使A A3 3线温度上升线温度上升, , A A4 4线温度下降。线温度下降。与-Fe形成无限固溶体 Cr、V与-Fe形成有限固溶体 Mo、W、 Ti、Al、Si例如例如：1Cr1Cr1717 含含 Cr Cr17% 17% 得到单相得到单相F F 2、缩小奥氏体区：、缩小奥氏体区： Cr Cr 对奥氏体区的影响对奥氏体区的影响

6、2022-7-115v 几乎所有的合金元素。几乎所有的合金元素。v 作用作用: : S S点和点和E E点的成分向左移。点的成分向左移。 使使A A1 1线的温度变化。线的温度变化。例如：例如：3Cr3Cr2 2W8V 0.3%C W8V 0.3%C 出现二次渗碳体出现二次渗碳体 WW1818CrCr4 4V 0.7-0.8%C V 0.7-0.8%C 出现共晶莱氏体出现共晶莱氏体 3、使、使 S. E 点点 左左 移：移： 元素对元素对 S S 点成分的影响点成分的影响2022-7-116 Cr Cr 元素对元素对S S、E E点的影响点的影响 Mn Mn 元素对元素对S S、E E点的影响

7、点的影响 2022-7-117 合合 金金 钢钢 的的 分分 类类 及及 牌牌 号号按用途分类：按用途分类： 合金结构钢合金结构钢 合金工具钢合金工具钢 特殊性能钢特殊性能钢按按合金合金元素含量分类元素含量分类：低合金钢低合金钢 高合金钢高合金钢2022-7-118数字数字+化学元素化学元素+数字数字1、前面(两位）数字表示钢平均含碳量的万分数；2、后面的数字表示合金元素含量。 合金元素含量小于1.5%时，不标含量； 等于或大于1.5%、2.5%时，以2、3表示。4、特殊标注：特殊标注： 滚珠轴承钢，滚珠轴承钢，注明“G”，铬含量千分数为单位；3、S、P量较低的高级优质钢，加A 结结 构构 钢

8、钢 编编 号号 原原 则则 2022-7-119合金结构钢合金结构钢( Alloy Constructional Steel ) 普普 通通 低低 合合 金金 钢钢 合合 金金 渗渗 碳碳 钢钢 合合 金金 调调 质质 钢钢 弹弹 簧簧 钢钢 滚滚 动动 轴轴 承承 钢钢 易易 切切 削削 钢钢材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-120一一. .普通低合金钢普通低合金钢( common low alloyed steel )又称又称“低合金高强度钢低合金高强度钢”用途：用途：工程结构件，如车辆、 船舶、压力容器、桥梁。 1、用途及性能：、用途及性能：材料科学与工程学院材料科学与

9、工程学院 2022-7-121性能要求：性能要求： 1 1）高强度，）高强度，300Mpa300Mpa以上；省料和减少自重以上；省料和减少自重； 2 2）高的塑性和韧性，）高的塑性和韧性， 2020，4040时，时，a ak k24J24J； 3 3）好的焊接性和冷变形性，有利于成型。 1 1）低碳，低碳，WWC C0.20%Wt0.20%Wt，以保证足够的韧性；，以保证足够的韧性； 2 2）以Mn为主强化元素，价格较廉； 3 3）加入少量加入少量NbNb、V V强碳化物元素，达到细化晶粒的效果；强碳化物元素，达到细化晶粒的效果； 4 4）针对特殊用途，可加入Cu、P，提高钢的抗腐蚀能力。 2

10、、成分特点：、成分特点：低碳细化晶粒、弥散强化元素材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-122质量等级质量等级345 MPa345 MPa屈服强度屈服强度牌号牌号: Q 345 C 300MPa 12Mn350MPa 16Mn450MPa 15MnVN供货状态：热轧空冷供货状态：热轧空冷 一般不单独热处理一般不单独热处理 3、热处理及典型钢种：、热处理及典型钢种：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-123二、渗碳钢二、渗碳钢 用途：用途：承受强的磨擦、磨损及交变应 力，一定冲击载荷。 例如：汽车中传递动力的齿轮。 性能：性能： 1 1）心部足够的强度及优良的韧性；

11、 2 2）良好的淬透性；良好的淬透性； 3 3）表面处理后，有高的硬度；表面处理后，有高的硬度； 4 4）能适应高温渗碳工艺。 1、用途及性能：、用途及性能：活塞销活塞销( 20Cr )( 20Cr )材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-124 1 1）低碳，0.100.20%C，保证足够塑性和韧性； 2 2）加入提高淬透性的元素，加入提高淬透性的元素，Cr、Mn、Ni、B 等； 3 3）加入少量强碳化物形成元素，加入少量强碳化物形成元素，如Ti、V、Mo等， 阻止奥氏体的晶粒长大。 渗碳淬火低温回火 低淬透性：低淬透性：15Cr15Cr、20Cr20Cr、20Mn20Mn2

12、2中淬透性：20CrMnTi、20CrMnMo高淬透性：高淬透性：12CrNi12CrNi4 4A A、18Cr2Ni18Cr2Ni4 4WAWA 低碳提高淬透性元素强碳化物元素 2、成分特点：、成分特点： 3、热处理及典型钢种：、热处理及典型钢种：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-125零件零件渗碳剂渗碳剂试棒试棒盖盖泥封泥封渗碳箱渗碳箱气体渗碳示意图固体渗碳示意图材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-126渗碳后的组织渗碳后的组织: :0.2%C F + P少少表面表面中心中心 1.0%CP+Fe3C零零 件件PP+F渗层厚度：渗层厚度：表层到1/2过渡层的

13、厚度。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-127渗碳后的热处理渗碳后的热处理930850时间温度方案方案1方案方案2渗渗 碳碳淬火淬火加热加热工艺：工艺：渗碳渗碳 淬火淬火 低温回火低温回火 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-128方法：方法：直接淬火、一次淬火、二次淬火直接淬火、一次淬火、二次淬火材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-129热处理后的组织热处理后的组织钢种钢种表层组织表层组织心部组织心部组织低碳钢低碳钢M回回+Fe3C+A残残F+P合金钢合金钢M回回+Cm+A残残M回回+F材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-13

14、0三、调质钢三、调质钢 用途：用途：齿轮、轴、连杆、高强度螺栓。 性能：性能：1）高的强韧性配合； 2）好的淬透性。 1 1）中碳，0.3-0.50%C之间，强韧性的合理配合； 2 2）提高淬透性元素，提高淬透性元素，CrCr、MnMn、NiNi、Si Si、B B等；等； 3 3）加入W、Mo，防止回火脆性。 2、成分特点：、成分特点：中碳提高淬透性元素防止回火脆性元素 1、用途及性能：、用途及性能：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-131 淬火高温回火（调质）低淬透性 40MnMnB、40Cr中淬透性 42CrMo、40CrNiMo高淬透性 34CrNi3Mo 3、热处理

15、及典型钢种：、热处理及典型钢种：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-132回火温度b(MPa) (%)ak(J/mm2)60085012550.92001500830-材料科学与工程学院材料科学与工程学院 根据强韧要求不同，采用不同的回火温度。 例： 40CrNiMo 850油淬后： 回火温度对40CrNiMo力学性能的影响2022-7-133材料科学与工程学院材料科学与工程学院 4、调质钢与渗碳钢的比较：、调质钢与渗碳钢的比较：（1 1）合金化原则：）合金化原则： 渗C钢：低C+提高淬透性元素+防止A晶粒长大元素。 调质钢：中C+提高淬透性元素+防止第二类回火脆性元素 （2

16、2）获得优良综合性能的途径：）获得优良综合性能的途径：组织获得高强度途径获得好的塑.韧性的途径提高表面硬度途径表心调质钢S回S回提高C%0350.5%CHT 高温回火表面淬火渗N渗C钢M回M回或F+P淬火+低温回火低保证0.10.25%c渗高HT得到高C的M回2022-7-134材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-135材料科学与工程学院材料科学与工程学院 （3 3）性能：）性能： 钢号及热处理b(MPa)s(MPa) (%)ak(J/mm2)表面HRC20CrMnTi 渗C淬火+200 0C110085010450.7586040Cr 8500C淬火 5000C回火10008

17、009450.655 渗渗C C钢：钢： 用于承受冲击载荷，且耐磨的零件。 例：汽车后桥主动轮齿轮。 调质钢：调质钢：用于运转平稳，要求好的综合性能的零件。 例： 一般的齿轮、轴、连杆等。（4 4）用途：）用途： 2022-7-136四、弹簧钢四、弹簧钢 用途：用途：制造各类弹簧。 弹簧的作用是吸收和释放能量。 性能：性能： 1 1）高的比例极限， 即s/b值（屈强比）高； 2 2） -1 -1大，有较高的疲劳抗力；大，有较高的疲劳抗力； 3 3）足够的韧性，硬度适中， 3950HRC。 热卷大弹簧热卷大弹簧 1、用途及性能：、用途及性能：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-1

18、37 1）偏高的含碳量，0.450.70%C之间； 2）Si可以有效提高钢的比例极限 Cr、Si、Mn 可提高淬透性； 3）Si、V的使用可以提高 回火稳定性。淬火中温回火1 1）热成型弹簧 65Mn、60Si2Mn。 2 2）冷成型弹簧 T10等大型热卷弹簧大型热卷弹簧 2、成分特点：、成分特点： 3、热处理及典型钢种：、热处理及典型钢种：高碳提高淬透性元素提高回火稳定性元素材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-138材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-139五、滚动轴承钢五、滚动轴承钢 用途：用途：制造滚动轴承制造滚动轴承 性能：性能： 1）高强度和硬度，HR

19、C6062，承受高的压应力 ； 2）高的接触疲劳抗力，接触应力可达3000-3500MPa； 3）高的耐磨损能力。 高碳提高淬透性元素 0.951.15%C Cr、 Si、Mn 2、成分特点：、成分特点： 1、用途及性能：、用途及性能：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-140球化退火淬火低温回火GCr9 小轴承GCr15 多数轴承GCr15SiMn 壁厚14的大轴承极细回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体 3、热处理及典型钢种：、热处理及典型钢种：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-141六、其他合金结构钢六、其他合金结构钢 微合金非调质钢：微合金非调质钢

20、：在碳素结构钢或低合金钢中加入微量合金元素使之无须经调质处理便可达到性能要求的专用结构钢，简称非调质钢非调质钢。一般在热锻后直接使用，应用对象范围同调质钢。低淬透性钢：低淬透性钢：含Ti优质碳素结构钢，碳量中偏高，如55Ti、60Ti、70Ti等。用于感应加热达到表面高硬度，心部不能淬透而保持强韧状态。部分代替渗碳钢。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-142易切削钢：易切削钢：在钢中加入某些合金元素，使其切削加工性能得到明显改善的结构钢，可简称为易切削钢易切削钢。 常用的合金元素有Pb、S、Ca等，切削摩擦力小，易断屑，但力学性能并不高，用于用于受力不大、批量生产、精密构件。

21、 例如：Y40Mn、 Y20Cr等。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-143七、超级钢七、超级钢 新一代钢铁材料 “新一代钢铁材料”，就是使用现有的设备（或略加改造），用一种便宜的办法（不是加入合金元素，增加成本的办法），也不是大变形量，低温扎制的办法，在比较高的温度下轧制钢材，在轧制过程钢材产生相变，“形变诱导铁素体相变”，通过改变钢材物理性能和显微组织，得到超细显微组织，提高钢材的力学性能，在性能价格比提高和经济性优良的情况下，保持钢材韧性和塑性的同时，把现在钢材的强度提高一倍，使用寿命提高一倍，现在钢材的强度提高一倍，使用寿命提高一倍，从而得到良好的经济效益和社会效益材

22、料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-144 国家973973项目“新一代钢铁材料”重大基础研究首席科学家翁宇庆教授。项目目国家家金工业业局一组织，参加加项目的有有五大专院校（北京科技大学、 清华大学、东北大学等），四五研究院所 （钢铁研究总院、中科院沈阳金属所等）， 九五钢铁企业（宝钢、首钢、鞍钢、武钢、 攀钢、唐钢、淮钢、珠江钢厂、大连钢厂） 三五汽车厂。涉及的品种有：螺纹钢、薄 板、中厚板、薄板坯、特殊钢等（还未见 钢管品种的报导）。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-145 项目的设想是把占全国钢材总产量 70%70%的三类钢，即碳素、低合金、合金结构钢的

23、强度或使用寿命提高一倍。在前期研究的基础上，研究人员提出了碳素结构钢的屈服强度目目前的200200MPa提高到400400MPa，低合金结构钢的屈服强度目目前的400400MPa提高到800800MPa，合金结构钢抗拉强度目800800MPa提高到15001500MPa。新一代钢铁材料性能的提高，还有望降低目前约占全国总能耗十分之一的钢铁工业对能源、资源的消耗。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-146本项目主要内容如下： 1.1.钢的高洁净度基础理论研究。钢的高洁净度基础理论研究。研究低浓度杂质条件 组元的行为、杂质去除反应的动力学限制性环节。研究高 洁净钢的凝固规律； 2.

24、2.微米、亚微米组织的形成理论。微米、亚微米组织的形成理论。研究获得超细相组织 的变形机理、变形控制技术和性能特征； 3.3.非平衡态的物理金属学问题。非平衡态的物理金属学问题。研究非平衡态转变规 律、元素的溶解和析出规律； 4. 4. 高洁净度钢的微合金化基础理论。高洁净度钢的微合金化基础理论。研究凝固、热加 工和相变过程中微合金化元素的溶解和析出规律； 5. 5. 相关技术的基础理论。相关技术的基础理论。用计算机技术模拟组织形成和 性能变化过程。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-147经过有年研究，预期实现下列目标： 1. 提供钢的高洁净度基础理论、微米亚微米组织的形成理

25、论、非平衡态的物理金属学问题、高洁净度钢的微合金化理论等四五理论基础。建立相关技术的基础理论。2.2.产生出新一代钢铁材料的原型。碳素结构钢的屈服强度提高到400Mpa400Mpa级，低合金钢的屈服强度提高到800MpaMpa级，合金结构钢的抗拉强度提高到1500MPa1500MPa，钢材的使用寿命提高一倍。3.3.培养出一批2121世纪钢铁材料科学的学科带头人。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-148 新一代钢铁材料具有超细晶、高洁净、高均匀性的特征。 该材料用于汽车钢板，使车身超轻，强度提高8080，自重下降2525；用于铁路，铁轨自重减少10102525，称为瘦身工程；

26、用于建筑，在不使用合金元素的情况下达到三级即400MPa400MPa建筑用钢强度，如果少用合金元素可达到四级即500M Pa500M Pa建筑用钢强度；用于机械制造，具有抗延迟断裂、高疲劳寿命的特点，是高强（1300MPa1300MPa）合金结构钢。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-149 我国超細晶粒、质地純凈均勻、強度翻番的 “新一代钢铁材料”已目宝钢、鞍钢、攀钢、首钢、本钢等1515家钢铁企业生产了約200200万吨。汽車和建筑是主要用戶。从20042004年起，年使用量有望超过100100万吨。本材料科学国家研究所、钢铁研究中心心表所研 发的具有 “双倍強度”和“双倍

27、寿命”，又具有“易回收性”的“超級钢”，目标是建筑和城市工程。南南等等发的适用 2121世紀新环境的 “新概念钢”。這种钢具有更高的韧性、良好的焊接性，更好的耐海洋气候性能，以及回收简便等特点。意大大研发了高性能 X100X100X120X120管线钢。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-150材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-151合金工具钢第 三 节Alloy Tool Steel2022-7-152数字数字+ +化学元素化学元素+ +数字数字1、前面(一位）数字表示钢平均含碳量的千分数； 含碳量1时，不写数字。2、后面的数字表示合金元素含量。 合金元素含

28、量小于1.5%时，不标含量； 等于或大于1.5%、2.5%时，以2、3表示。4、特殊标注：特殊标注： 高速钢，例如：高速钢，例如：W W1818CrCr4 4V V； 3、S、P量较低的高级优质钢，加A 工工 具具 钢钢 编编 号号 原原 则则材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-153一、合金刃具钢一、合金刃具钢alloy cutting tool steel材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-154 什么是合金刃具钢？什么是合金刃具钢？ 用途：车刀、刨刀、铣刀、钻头等。用途：车刀、刨刀、铣刀、钻头等。 用于制造各类切削刀具的合金钢。用于制造各类切削刀具的合金钢

29、。 （alloy cutting tool steel） 低合金低合金 刃具钢刃具钢 高合金高合金 刃具钢刃具钢材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-155刃具钢刃具钢 主要用途主要用途 车刀端面铣刀钻头丝锥板牙盘型铣刀齿轮滚刀材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-156 目的与要求目的与要求 学习两个知识 培养一种能力 合理合理设计合金刃具钢的成分；正确正确制定刃具的热处理工艺。 通过全面全面分析刃具的工作特点，合理合理确定合金刃具钢的性能要求。 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-157 本节课的内容本节课的内容 1 1、刃具的工作特点分析、刃具

30、的工作特点分析 3 3、合金刃具钢的成分设计、合金刃具钢的成分设计 2 2、刃具钢的性能要求刃具钢的性能要求 4 4、刃具钢的热处理工艺、刃具钢的热处理工艺 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-15821弹性变形弹性变形 塑性变形塑性变形 挤裂挤裂2金金 属属 的的 切切 削削 过过 程程 1. 刃具的工作特点刃具的工作特点材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-159材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-160 工工 作作 特特 点点与工件发生剧烈的摩擦与工件发生剧烈的摩擦 要求刃具钢有高的硬度、高的耐磨性要求刃具钢有高的硬度、高的耐磨性 承受一定的

31、冲击和弯曲应力承受一定的冲击和弯曲应力 要求刃具钢有足够的塑性、韧性要求刃具钢有足够的塑性、韧性 刃部有很高工作温度刃部有很高工作温度 要求刃具钢有高的耐热性要求刃具钢有高的耐热性三三个个特特点点材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-161 2. 2.性能要求性能要求（properties) （1）高硬度 (hardness) 一般刃具钢60HRC，部分刃具钢70HRC （2）高的耐磨性（wearability) 决定了刀具的耐用度； 耐用度：耐用度：刀具目等始切削到磨钝的时间。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-162 63 60 HRC 降降30 大量大量VC

32、 VC 70 70 HRC 刃具的耐磨性刃具的耐磨性 材料的硬度材料的硬度 碳化物性质碳化物性质 成分VCWCFe3C硬度/HV20101730800三种碳化三种碳化物的硬度物的硬度材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-163 (3)高的热硬性 （hot hardness) 热硬性热硬性： 材料在高温下保持高硬度的性能， 取决于钢的回火稳定性回火稳定性和碳化物的性质碳化物的性质。 意大大有轴数控铣床意大大有轴数控铣床 德国数控铣床德国数控铣床 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-164刃具材料的耐热性是影响机械切削速度刃具材料的耐热性是影响机械切削速度的关键因素；

33、的关键因素；国际生产工程学会国际生产工程学会的一份的一份报告指出：报告指出：“正是由于刃具材料的进步，正是由于刃具材料的进步，允许切削速度每隔十年几乎提高一倍允许切削速度每隔十年几乎提高一倍”。 对刃具材料的热硬性提出了更高的要求对刃具材料的热硬性提出了更高的要求 刃具温度升高刃具温度升高 切削速度提升切削速度提升材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-165 1865 低合金刃具钢低合金刃具钢 300 10 m/min 英国英国 罗伯特罗伯特刃具材料与切削速度进展刃具材料与切削速度进展 1898 高速钢高速钢 (锋钢锋钢) 600 30 m/min 美国美国 泰勒泰勒 怀特怀特

34、现在现在 Si3N4 1500 2000 m/min 1865 前前 碳素刃具钢碳素刃具钢 200 8 m/min 1926 硬质合金硬质合金 1000 100 m/min材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-166各个国家对高性能刃具材料的研究都投各个国家对高性能刃具材料的研究都投入极大的热情，解放后，我国研制了几入极大的热情，解放后，我国研制了几十种高速钢，建设了株洲和自贡硬质合十种高速钢，建设了株洲和自贡硬质合金厂，提升了我国刀具材料的水平。金厂，提升了我国刀具材料的水平。 切削技术的发展史，就是刃具材料的进步史切削技术的发展史，就是刃具材料的进步史 刃具材料的进步，刃具材

35、料的进步，拓宽了可切削材料的范围；拓宽了可切削材料的范围； 实现了制造技术的重大突破实现了制造技术的重大突破 。 新一代航空发动机的研制新一代航空发动机的研制材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-167 （4）足够的塑性和韧性 （plasticity and toughness) 材料塑韧性低材料塑韧性低 刃具崩刃、断裂刃具崩刃、断裂 高速钢刃具高速钢刃具5050，硬质合金刃具，硬质合金刃具4545，其它材料刃具，其它材料刃具5 5。 主要原因：高速钢的韧性好。主要原因：高速钢的韧性好。材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-168 成分特点：成分特点： 高碳高碳+

36、+提高淬透性元素提高淬透性元素+ +提高回火稳定性元素提高回火稳定性元素 1)高碳，0.851.05%C之间； 2)提高淬透性的元素：Cr Mn； 3)提高回火稳定性的元素：V Si典型钢种及热处理典型钢种及热处理： 9SiCr CrWMn9SiCr CrWMn 淬火低温回火淬火低温回火 3 3、低合金刃具钢：、低合金刃具钢：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-169 4.4.高合金刃具钢高合金刃具钢(high-alloy cutting tool steel) “高速钢高速钢 ” ” (high speed tool steel) W：17.5-19.0 保证热硬性保证热硬性

37、以以WW1818CrCr4 4V V为例为例(1)(1)化化 学学成成分分及及元元素素作作用用 形成碳化物，约0.2； 保证M中的碳含量，约0.5-.-0.6。 形成WC； 提高回火稳定性。 C ：0.7-0.8 保证高硬度保证高硬度材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-170 V：1.01.4 提高硬度和耐磨性提高硬度和耐磨性 Cr：3.84.4 提高淬透性提高淬透性 “风钢风钢” 发展发展 减少减少W W含量，增加含量，增加MOMO、V V 例例 W W6 6MoMo5 5CrCr4 4V V2 2 趋势：趋势：提高硬度，发展超硬高速钢提高硬度，发展超硬高速钢化化 学学成成分

38、分及及元元素素作作用用 增加过冷A稳定性，增加残余A的量形成VC 13.5V，60HRC70HRC材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-171塑性差；锻造温度间隔小 （2）锻造及热处理锻造及热处理（forging and heat treatment) 几几 种种 钢钢 的的 锻锻 造造 温温 度度95095011501150W18Cr4V80080012001200454570070012501250A3A3终锻温度终锻温度/始锻温度始锻温度/钢号钢号 必须锻造必须锻造 非常困难非常困难锻锻造造退火组织 铸态组织材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-172 热热

39、处处 理理 工工 艺艺 加加 热热 800-840预热预热 1270-1280A化化 组织组织：A+C 冷冷 却却 组织组织:M+C+A残残 油冷油冷. 580-620分级分级 回回 火火 减减A残残.析出析出C 550-570三次三次 高速钢高速钢的热处理的热处理 （heat treatment) 热处理工艺曲线热处理工艺曲线 材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-17360-63HRC 60-63HRC 原因原因：大量：大量A A残63-66HRC 组织组织：M回回+C+A残W18Cr4V回火温度与硬度回回火火与与硬硬度度淬火后淬火后回火后回火后材料科学与工程学院材料科学与工

40、程学院 2022-7-174二、模具钢二、模具钢Die steel材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-175用途：用途：在室温下对金属进行变形的模具；在室温下对金属进行变形的模具； 如冷冲模、冷挤压、拉丝、滚丝轮、搓丝板等。 性能：性能：1）高硬度； 2）高的耐磨性； 3）足够的韧性和疲劳抗力。 汽车冲压模具汽车冲压模具 冷冷 作作 模模 钢钢 ( cold-working die steel ) 1、用途及性能：、用途及性能：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-176 1）高碳，1.0%C，有的甚至可达到2； 2）提高淬透性元素 Cr W Mn; 3）碳化物元

41、素，Mo、W、V等。 淬火低温回火 尺寸较小、轻载的模具 T10A、9SiCr、9Mn2V； 尺寸较大、重载、热处理变 形小的模具 Cr12、Cr12MoV。 成分特点：成分特点：高碳提高淬透性元素碳化物元素 热处理及典型钢种：热处理及典型钢种：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-177热作模钢热作模钢 ( hot-working die steel )用途：用途： 高温下对金属进行变形的模具； 如热锻模、热挤压模等。 性能性能: : 1）高强度和韧性的配合； 2）高的回火稳定性； 3）高的抗热疲劳能力； 4）好的淬透性。 1、用途及性能：、用途及性能：材料科学与工程学院材料科

42、学与工程学院 2022-7-178材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-179 1）中碳 0.3-0.5%C； 2）提高淬透性元素 Cr Mn Ni Si; 3）提高回火稳定性元素 Mo、W 4) 防止第二类回火脆性元素 W Mo 成分特点：成分特点：中碳提高淬透性元素提高回火稳定性元素 防止第二类回火脆性元素材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-180 5CrMnMo 一般模具 5CrNiMo 各种模具，淬透性好 3Cr2W8V 重载大型模具 热处理及典型钢种：热处理及典型钢种：淬火高温回火汽车锻模汽车锻模材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-181

43、用途：用途：制造卡尺，量规、塞规等；制造卡尺，量规、塞规等； 三、量三、量 具具 钢钢 1、用途及性能：、用途及性能：卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-182高碳: 0.91.5 %;合金元素: Cr、 Mn、W。淬火 冷处理 低温回火 时效处理简单量具：简单量具：T10A、T12A、65Mn等。形状复杂、高精度：形状复杂、高精度：CrWMn、GCr15。性能性能: : 1）高硬度和耐磨性，HRC56； 2）热处理变形小，尺寸稳定； 3）好的加工工艺性。 4）良好的耐蚀性; 3、热处理及典型钢种：、热处理及典型钢种： 2、 成分特点：成分特点：

44、材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-183特殊性能钢第 四 节Special Property Steel2022-7-184 一一. .不锈钢不锈钢 ( stainless steel ) 在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。*在空气中的年腐蚀量为0.01mm以内； *在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内。 2、 耐蚀的概念：耐蚀的概念： 1、 定义：定义：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-185金属腐蚀的种类金属腐蚀的种类: :1) 1) 化学腐蚀化学腐蚀: : 金属与介质 ( 干燥气体和非电解质溶液)发生 化学反应而产生的腐蚀。 例如:高温氧化

45、、脱碳等。2) 2) 电化学腐蚀电化学腐蚀: :金属与介质 (电解质溶液,即酸、碱、 盐溶液)发生电化学反而 产生的腐蚀。 3、 腐蚀的机理：腐蚀的机理：电化学腐蚀过程示意图电化学腐蚀过程示意图材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-186 珠光体电化学腐蚀示意图珠光体电化学腐蚀示意图材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-187 1) 1)防化学腐蚀：防化学腐蚀： 形成保护膜: 加入合金元素Cr、Al、Si 等, 形成 Cr2O3、SiO2、Al2O3氧化膜。 2) 2)防电化学腐蚀：防电化学腐蚀： 尽可能得到单相组织； 尽可能使两相的电位相等； 提高基体的电极电位。

46、 4、 防腐蚀的途径：防腐蚀的途径：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-188 尽可能得到单相组织尽可能得到单相组织* * 低碳低碳: : 耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。* * 合金元素合金元素: : Ni、Mn 得到单相A Cr 得到单相F 尽可能提高基体的尽可能提高基体的 电极电位电极电位Cr12Cr含量与电位的关系 5、成分特点：、成分特点：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-1891)1)马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 - - CrCr1313型钢型钢化学成分特点: Wc = 0.10.4 % WCr = 13 %热处理特点: 淬火回火 组织：组织：回火索氏

47、体 结构件 回火马氏体 刀具牌号: 1Cr134Cr13 6、 常用不锈钢：常用不锈钢：材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-1902) 2)铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢化学成分特点化学成分特点: : Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 %热处理特点热处理特点: : 750-780 空冷 不能进行热处理强化。牌号牌号: 1Cr: 1Cr1717、1Cr1Cr2828等等。用途用途: :化工设备中要求耐蚀性高、塑 性好、强度低的容器、管道等。硝酸生产装置硝酸生产装置材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-1913)3)奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢化学成分特点化学成分特点: : Wc = 0.080.14% WCr=1719% WNi=811% Cu、Ti、Mo等牌号牌号: : 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti热处理特点热处理特点: :固溶处理;稳定化处理; 消除应力退火，不能进行热处理强化用途用途: : 化工容器、管道等。管板换热器管板换热器大型化工储罐大型化工储罐材料科学与工程学院材料科学与工程学院 2022-7-192二二. .耐热钢耐热钢在高温下