第4章-1铸铁2合金钢

1、碳钢合金钢铝合金铜合金钛合金钢铁有色金属塑料橡胶陶瓷聚合物聚合物基复合材料金属基复合材料合金结构钢合金工具钢合金结构钢合金工具钢碳素结构钢碳素工具钢2001 1碳钢在性能方面的不足碳钢在性能方面的不足（1 1）淬透性低）淬透性低水淬最大淬透直径水淬最大淬透直径 151520mm20mm（2 2）强度低）强度低: Q275 : Q275 s s =275MN/m =275MN/m2 2（直径（直径16mm16mm） 16Mn 16Mn s s =350MN/m =350MN/m2 2（直径（直径16mm16mm）（3 3）屈强比小）屈强比小: 40: 40钢钢 s s/b b=0.43=0.43

2、 35CrNi3Mo 35CrNi3Mos s/b b=0.74=0.74（4 4）回火稳定性差）回火稳定性差 例如碳钢在调质处理时要保证高强度，则韧性不例如碳钢在调质处理时要保证高强度，则韧性不 足；要保证韧性，则强度不足。足；要保证韧性，则强度不足。（5 5）不能满足某些特殊性能的要求）不能满足某些特殊性能的要求 如抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨、耐低温等。如抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐磨、耐低温等。2 2合金钢的分类合金钢的分类低合金钢（合金元素总量低合金钢（合金元素总量 5%5%）中合金钢（合金元素总量中合金钢（合金元素总量5 510%10%）高合金钢（合金元素总量高合金钢（合金元素总量 10

3、%10%）按合金元素含量分按合金元素含量分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合金专用钢合金专用钢按用途分按用途分1 1 概述概述注：注： 结构钢的含碳量以两位数字用万分数标出，工具钢、特殊性能钢结构钢的含碳量以两位数字用万分数标出，工具钢、特殊性能钢的含碳量以一位数字用千分数标出，碳含量超过的含碳量以一位数字用千分数标出，碳含量超过1%1%时不标出；时不标出； 合金元素低于合金元素低于1.5%1.5%时不标出，大于等于时不标出，大于等于1.51.5时，按百分数标出；时，按百分数标出； 专用钢在编号前冠以其名称首字的第一个汉语拼音字母。如：专用钢在编号前冠以其名称首字的

4、第一个汉语拼音字母。如：GCr15GCr15、Y40MnY40Mn、PCrNiMoPCrNiMo、S20S20、D60D60等。等。规则规则碳含量碳含量+ +合金元素及含量合金元素及含量+ +质量等级符号质量等级符号例如：例如：18 Cr2 Ni4 W A18 Cr2 Ni4 W A高级优质钢高级优质钢含钨量为含钨量为1.5%1.5%含镍量为含镍量为4%4%左右左右含镍量为含镍量为4%4%左右左右含碳量约含碳量约0.18%0.18%3.3.合金钢的编号合金钢的编号1 1 概述概述典型牌号：典型牌号：Q295Q295、Q345Q345、Q390Q390、Q420Q420、Q460Q460用途举例

5、：桥梁、船舶、车辆、锅炉等大型工程构件用途举例：桥梁、船舶、车辆、锅炉等大型工程构件 工作条件：工作条件： 高的复合应力（拉、压、弯）高的复合应力（拉、压、弯） 较高的冲击载荷较高的冲击载荷性能要求：性能要求： 高强度、高韧性高强度、高韧性 良好的焊接性和冷成型性良好的焊接性和冷成型性成分特点：成分特点： 低碳低碳( 0.08( 0.080.20%C )0.20%C ) 提高强度：提高强度：MnMn 细化晶粒：细化晶粒：V V、TiTi、NbNb最终热处理：在热轧空冷状态下使用最终热处理：在热轧空冷状态下使用 正火（以改善焊接区性能）正火（以改善焊接区性能）使用状态组织：铁素体使用状态组织：铁

6、素体+ +珠光体珠光体2 合金结构钢合金结构钢典型牌号：典型牌号：20Cr20Cr、20CrMnTi20CrMnTi、18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA、用途举例：变速齿轮、凸轮轴、活塞销等用途举例：变速齿轮、凸轮轴、活塞销等工作条件：工作条件： 强烈的摩擦磨损强烈的摩擦磨损 较高的交变载荷较高的交变载荷 特别是冲击载荷特别是冲击载荷性能要求：表层高硬度、性能要求：表层高硬度、高耐磨性，心部高韧性、高强度，足够的淬透高耐磨性，心部高韧性、高强度，足够的淬透性。性。最终热处理：渗碳最终热处理：渗碳+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火使用状态组织：使用状态组织： 表层：高碳回火马氏体（表层：

7、高碳回火马氏体（+ +碳化物）碳化物）+A+A 心部：低碳回火马氏体（心部：低碳回火马氏体（+F+T+F+T） f 30f 82f 71.2n最终热处理：最终热处理：n 调质处理调质处理:淬火淬火+高温回火高温回火 回火索氏体回火索氏体n 调质调质+表面淬火表面淬火+低温回火低温回火 心部：回火索氏体心部：回火索氏体 表层：回火马氏体表层：回火马氏体n最终热处理最终热处理:牌号牌号淬火淬火()回火回火()可淬透可淬透直径直径(mm)b (MPo)s(MPa)()ak(Jcm2)主要用途主要用途40Cr850油油500油水油水251000800960机床主轴、连杆、机床主轴、连杆、螺柱、齿轮螺柱

8、、齿轮40MnB850油油2510008001060代代40Cr20CrMnSiA880900油油520油油250301100170085013001085040起落架、发动机架、起落架、发动机架、重要螺栓重要螺栓38CrMoAlA940油油640油油3010008501590氮化件，如气缸套氮化件，如气缸套40CrNiMoA850油油850油油640油油250油油751000170085012910040涡轮轴、曲轴、联涡轮轴、曲轴、联杆杆30CrMnSiNi2A900油油2305017001400960机翼大梁等受力大机翼大梁等受力大的主要结构件的主要结构件40CrMnSiMnVA940油

9、油260空空19001175代代30CrMnSiNi2A典型牌号：典型牌号：55MnSi55MnSi、60Si2Mn60Si2Mn、50CrMnVA50CrMnVA、65Si2MnWA65Si2MnWA用途举例：各种弹簧、弹性零件用途举例：各种弹簧、弹性零件工作条件：利用弹性变形吸收能量，缓和震动和冲击工作条件：利用弹性变形吸收能量，缓和震动和冲击性能要求：性能要求： 高的弹性极限高的弹性极限e e 高的疲劳极限高的疲劳极限r r 足够的塑性和韧性足够的塑性和韧性成分特点：成分特点： 中高碳中高碳( 0.45( 0.450.85%C )0.85%C ) 提高淬透性：提高淬透性：SiSi、MnM

10、n 提高屈强比：提高屈强比：SiSi预防脱碳、过热：预防脱碳、过热：CrCr、V V最终热处理：淬火最终热处理：淬火+ +中温回火中温回火使用状态组织：回火屈氏体使用状态组织：回火屈氏体3 3合金弹簧钢合金弹簧钢n最终热处理最终热处理: 用于制造各种刀具、模具、量具等工具的合金用于制造各种刀具、模具、量具等工具的合金钢称为合金工具钢。钢称为合金工具钢。含碳量高：一般在含碳量高：一般在0.6-1.3%之间，之间，合金元素：多为强碳化物形成元素。如合金元素：多为强碳化物形成元素。如Cr、Mo、V等，提高钢的硬度和耐磨性；等，提高钢的硬度和耐磨性；Si、Mn增加钢的淬透性增加钢的淬透性, 提高钢的强

11、度和回火稳定性。提高钢的强度和回火稳定性。最终热处理：最终热处理： 各种刀具、量具和冷变形模具的采用淬火各种刀具、量具和冷变形模具的采用淬火与低温回火。与低温回火。铸模、热锻模等，采用淬火、高温回火。铸模、热锻模等，采用淬火、高温回火。典型牌号：典型牌号：9Mn2V9Mn2V、9SiCr9SiCr、CrWMnCrWMn、CrCr用途举例：丝锥、板牙、钻头、铣刀等金属切削刀具用途举例：丝锥、板牙、钻头、铣刀等金属切削刀具工作条件：工件压力，强烈摩擦，工作温度在工作条件：工件压力，强烈摩擦，工作温度在 300300以下，一定的震动和冲击以下，一定的震动和冲击性能要求：高硬度、高耐磨性，性能要求：高

12、硬度、高耐磨性， 60HRC60HRC以上以上 高热硬性高热硬性 足够的塑性和韧性足够的塑性和韧性成分特点：高碳成分特点：高碳( 0.70( 0.701.5%C )1.5%C ) 提高淬透性：提高淬透性：CrCr、MnMn、SiSi 提高硬度耐磨性：提高硬度耐磨性：W W、V V 提高热硬性：提高热硬性：W W、MoMo最终热处理：淬火最终热处理：淬火+ +低温回火低温回火使用状态组织：回火马氏体组织使用状态组织：回火马氏体组织3 3 合金工具钢合金工具钢低合金刃具钢低合金刃具钢合金刃具钢的组织特点合金刃具钢的组织特点3 3 合金工具钢合金工具钢低合金刃具钢低合金刃具钢2. 高合金工具钢含有大

13、量的含有大量的Cr,W等碳化物形成元素，具有等碳化物形成元素，具有更高的淬透性和回火抗力。更高的淬透性和回火抗力。主要用途是制造冷、热变形模具和压铸模主要用途是制造冷、热变形模具和压铸模具。具。Cr12钢制造大型复杂冷冲模具。钢制造大型复杂冷冲模具。3Cr2W8制造压铸模的热作模具。制造压铸模的热作模具。n热压模钢热压模钢: 3 Cr2W8V n 热处理工艺热处理工艺: 淬火淬火 + 600三次回火三次回火n 热处理后的组织热处理后的组织: M回回 + Cm粒状粒状1.性能要求性能要求:高的硬度高的硬度,HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;足够高的韧性与疲劳抗力足够高的韧性与疲劳抗力;热处理变形

14、小热处理变形小;2.化学成分特点化学成分特点:高碳高碳 12 %;合金元素合金元素:Cr, Mo、W、V。汽车冲压模具汽车冲压模具3.热处理特点热处理特点: *一次硬化法一次硬化法: 淬火淬火 + 低温回火低温回火 ( 9501000 ) ( 150180 ) *二次硬化法二次硬化法: 淬火淬火 + 三次回火三次回火 ( 11001000 ) ( 510520 )热处理后的组织热处理后的组织: M回回 + Cm + A残残牌号牌号: Cr12、Cr12MoV1.性能要求性能要求:高的硬度高的硬度, HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;高的尺寸稳定性高的尺寸稳定性;足够高的心部韧性足够高的心部韧性

15、;热处理变形小热处理变形小; 尺寸稳定尺寸稳定;良好的耐蚀性良好的耐蚀性;卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺3.热处理特点热处理特点:4.热处理后的组织热处理后的组织: M回回 + Cm淬火淬火 冷处理冷处理 ( - 70 - 80 ) 低温回火低温回火 时效处理时效处理 ( 120130,几十小时几十小时 ) 5.牌号牌号: CrWMn、4Cr13、GCr15、 9SiCr、T12A、60等。等。2.化学成分特点化学成分特点:高碳高碳 0.91.5 %;合金元素合金元素:Cr, Mn、W。650820840油冷油冷3h-70-80 冷处理冷处理1401603h11012036h时效处理时效处理

16、精磨精磨3h研磨研磨温度时间3. 高速钢n在高温（600左右）下仍能保持其高硬度、高耐磨性。即高的红硬性。n主加元素：、Mo、Cr、V、Co、Al（大量）n热 加 工：反复锻造。将粗大的碳化物“破碎” 并使其分布均匀。典型牌号：典型牌号：W18Cr4VW18Cr4V、W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2用途举例：高速切削刀具用途举例：高速切削刀具工作条件：比低合金刃具钢承受更高的切削温度工作条件：比低合金刃具钢承受更高的切削温度 可达可达500500600600性能要求：比低合金刃具要求更高的热硬性性能要求：比低合金刃具要求更高的热硬性 成分特点：成分特点： 高碳高碳( 0.70( 0.7

17、01.5%C )1.5%C ) 提高淬透性：提高淬透性：CrCr（4%4%） 提高硬度耐磨性：提高硬度耐磨性：W W、V V 提高热硬性：提高热硬性：W W、MoMo 高速钢的热处理特点高速钢的热处理特点高速钢中大量合金元素的高速钢中大量合金元素的存在使其铸态含有大量存在使其铸态含有大量共晶莱氏体，共晶碳化共晶莱氏体，共晶碳化物呈鱼骨状，脆性大，物呈鱼骨状，脆性大，用热处理方法是不能消用热处理方法是不能消除的。一般通过反复锻除的。一般通过反复锻造打碎，并使之均匀。造打碎，并使之均匀。 高速钢的热处理特点高速钢的热处理特点高速钢锻后必须缓冷，高速钢锻后必须缓冷，并进行球化退火，以并进行球化退火，

18、以消除了内应力，获得消除了内应力，获得的索氏体的索氏体+粒状碳化物粒状碳化物组织，硬度为组织，硬度为HB (207255)，可以进行，可以进行机械加工。机械加工。高速钢的淬火温度高达高速钢的淬火温度高达1250125013001300，以保证有足够碳，以保证有足够碳化物溶入奥氏体，使奥氏体中固溶碳和合金元素含量高，化物溶入奥氏体，使奥氏体中固溶碳和合金元素含量高，淬透性非常好。淬透性非常好。高速钢合金元素较多，导高速钢合金元素较多，导热性差，传热速率低，为热性差，传热速率低，为了降低内应力，淬火加热了降低内应力，淬火加热时必须有中间预热；冷却时必须有中间预热；冷却时常常进行预冷淬火或分时常常进行预冷淬火或分级淬火。级淬火。高速钢的热处理特点高速钢的热处理特点 高速钢的正常淬火组织为隐晶马氏体高速钢的正常淬火组织为隐晶马氏体+ +粒状碳化粒状碳化物物+(20+(