工程材料第七章 讲

1．合金钢的分类：按含合金元素多少分为：

低合金钢＜5％

中合金钢5％～l0％

高合金钢＞l0％按所含主要合金元素种类可分为：铬钢、铬镍钢、锰钢、硅锰钢等按用途可分为：结构钢工具钢特殊性能钢上一页

结束放映下一页本章首页教程首页2．合金钢的编号数字＋元素＋数字＋质量级别碳的质量分数：结构钢—用两位数表示含碳万分之几工具钢—＜1％时，用一位数表示含碳干分之几，

＞1％时，不标含碳量。（但高速钢含碳多少都不标，它含钨高。）特殊性能钢—用一位数表示含碳干分之几，

（不锈钢）但当含碳少时：≤0、08%C用0表示；≤0、03%C用00表示.合金元素的质量分数：（除滚动轴承钢中的Cr表示干分之几外）都表示含百分之几≤1.5％时，不标；

1.5％-2.49％—标2；

2.5％-3.49％—标3……碳的质量分数合金元素质量分数合金元素上一页

结束放映下一页本章首页教程首页其它专用钢按其用途的汉语拼音字首来标明。例如：

GCr15表示滚动轴承钢，

Y40Mn表示易切削钢，碳的质量分数约为0.40％、锰的质量分数＜1．5％。例：20Cr2Ni4A末尾加“A”字表明高级优质钢耐磨钢ZGMn13上一页

结束放映下一页本章首页教程首页二、工程结构用钢这种钢含合金元素较低，在3％以下，属于低合金高强度钢(称：低合金结构钢)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。用它来代替普通碳素结构钢，可大大减轻结构自重，保证使用可靠、耐久。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页工程结构用钢有以下特点：(1)高强度；

(2)高韧度；(3)良好的焊接性能和冷成形性能。

化学成分特点：(1)低碳:≤0.20％，韧度、焊接和冷成形性能要求高。(2)加入Mn（资源丰富），强、韧↑。(3)加入少量Nb、Ti或V等附加元素。细化晶粒。使用：热轧、空冷状态下使用（组织：F+P）

，强度现己达800MPa。

常用材料：16Mn、15MnTi、15MnNb上一页

结束放映下一页本章首页教程首页三、合金渗碳钢合金渗碳钢主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等。工作中它们遭受强烈的摩擦和磨损，同时承受较高的交变载荷特别是冲击载荷。

力学

表面:高硬度、高耐磨、高（接触、弯曲）强度。性能:心部:较高强度、适当塑，韧性。良好的热处理工艺性能。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页加Cr、Mn、Ni、淬↑，强↑韧↑；另外Cr形成碳化物，耐磨性↑。加入强碳化物形成元素V、W、Mo，细化晶粒。最终热处理：渗C+淬火+低温回火，保证性能。表面组织：M回+K（碳化物）+少A残，HRC60～62

成分：低碳：0.10～0.25%C，保证心部足够塑、韧性；渗C后表面高碳(0.85～1.05%C)。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页常用渗碳钢：⑴低淬，低强---用于尺寸小、载荷轻、表面耐磨件；

15、20、20Cr、20Mn小齿轮，小轴。⑵中淬，中强--用于尺寸大、交变载荷、表面高硬高耐磨的重要件；

20CrMn、20CrMnTi—汽车、拖拉机的变速齿轮。⑶高淬，高强—用于尺寸大、高载、高磨、高强韧的极重要件。

18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4WA

内燃机的主动牵引齿轮，坦克上的齿轮和轴。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页四、调质钢1、经调质（淬火+高温回火）处理后使用的钢称为调质钢。

2、用于受复杂应力作用的零件，如柴油机连杆螺栓、汽车底盘上的半轴、机床主轴…最常见的失效形式为疲劳断裂。结束放映下一页上一页

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结束放映下一页本章首页教程首页性能：①具有良好综合力学性能，有些工件表面和局部还要求一定的耐磨性（需：调质+氮化或表面淬火处理）；②良好淬透性（否则屈服强度、疲劳强度会明显下降）；③避免高温回火脆性。3、调质钢成分：0.25～0.5%C；加合金元素：Cr、Ni、Mn、Si、B

。主要：淬↑，基体强度↑，且韧↑，配合使用效果↑↑。加V—细化晶粒；W、Mo—防止或减轻回火脆性4、常用钢：45、40Cr、38CrMoAlA…结束放映下一页上一页

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教程首页对于精密机床主轴：38CrMoAlA调质+渗碳；

对于航空发动机曲轴：重要件—还…氮化5、预先热处理：正火、退火

最终热处理：淬+高温回火；得到组织：S回上一页

结束放映下一页本章首页教程首页五、弹簧钢弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性零件。弹簧利用弹性变形来传递力，储存能量和减缓震动和冲击。弹簧钢应有以下性能

(1)高的弹性极限，高屈强比（σs／σb），保证有足够弹性变形，并能承受大的载荷。

(2)高的疲劳极限，足够的塑、韧性。

(3)有些工件，还要求有耐蚀性。结束放映下一页上一页

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结束放映下一页本章首页教程首页合金弹簧钢的化学成分有以下特点：(1)中、高碳：0.5％-0.75％，目的提高弹性极限和疲劳极限。(2)加入以Si、Mn、Cr、V为主的合金元素，提高淬透性和回火稳定性，强化F和细化晶粒。质量要求严（即，S和P少），否则会成为疲劳源，造成疲劳破坏。结束放映下一页上一页

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教程首页合金弹簧钢大致分为两类：(1)以Si、Mn元素合金化的弹簧钢：有65Mn、60Si2Mn

(2)含Cr、v等的弹簧钢：50CrVA等。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页弹簧钢按加工和热处理分为2类：

(1)热成形弹簧：用热轧的钢丝或钢板制成，然后热处理，这类弹簧一般是用于较大型弹簧的制作。

(2)冷成形弹簧：用于小尺寸弹簧的制作，一般用冷拔弹簧钢丝(片)卷成。热处理：淬火+中温回火，获得:T回组织。

HRC达38-50，具有很高的屈服强度σs，高的弹性极限σe，并有一定的塑、韧性。结束放映下一页上一页

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结束放映下一页本章首页教程首页六、滚动轴承钢:轴承钢主要用来制造滚动轴承的滚动体(滚珠、滚柱、滚针)、内外套圈等。成分特点是，含碳高。所以也用于制造—要求耐磨性好的其它工件。性能要求：(1)高的接触疲劳强度—防止产生麻点或硬化层剥落；(2)高的硬度和耐磨性—HRC达62～64，要有碳化物；(3)足够的韧性和淬透性。此外，在大气和润滑介质中有一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页成分特点：(1)高碳：一般为0.95％～1.10％C；(2)Cr为基本的合金元素：0.40％-1.65％Cr提高淬透性、组织细小、均匀分布。(3)大型轴承为进一步提高淬透性，还要加入Si、Mn；加入V，形成VC，耐磨性↑，并防止过热。(4)纯度要求极高（S、P少）。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页轴承钢的热处理：

(1)球化退火——预先热处理。硬度↓，以利于切削加工；更重要的是形成了P粒和细粒状碳化物，为零件的最终热处理作组织准备。(2)淬火和低温回火

——作为最终热处理。

使用态组织：M回＋碳化物＋微量A’(3)常用轴承钢:GCr6、GCr9、GCrl5，GCr9SiMn和GCr15SiMn

（用于制造大型轴承）。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页低合金结构钢含低碳:

≤0.20％合金元素？高强、高韧、好的焊接和冷成形性.热轧、空冷状态下使用（相当正火处理）使用状态组织：T(S)+F常用钢:16Mn、15MnTi、15MnNb渗碳钢含低碳：0.10～0.25%C,渗C后表面达0.85～1.05%C表面:高硬、耐磨、高强心部:较高强度适当塑，韧性。最终热处理：渗C+淬火+低回。表面组织：M回+K+少A’20、20Cr、20Mn、20CrMn20CrMnTi18Cr2Ni4WA调质钢含碳：0.25～0.5%C综合力学性能好最终热处理：淬+高回S回45、40Cr、38CrMoAlA弹簧钢含碳：

0.5-0.70％C高σe、σs／σb、σ-1足够塑和韧最终热处理淬火+中回T回65Mn、60Si2Mn、

50CrVA滚动轴承钢含高碳：0.95～1.1％C高接触σ-1、硬、耐磨性、足够的韧度和淬透性最终热处理：淬火+低回预先热处理：球化退火M回＋ｋ＋微量A’GCr6、GCr9、GCrl5和GCr9SiMnGCr15SiMn七、刃具钢（工具钢有：刃、模、量）

主要用于制造车刀、铣刀、钻头等金属切削工具。刃具切削时受工件的压力，刃部与铁屑之间发生强烈的摩擦，由于切削发热，刃部温度可达500-600℃。此外，还承受一定的冲击和震动。因此对刃具钢性能提出如下基本要求。刃具钢性能要求:

⑴高硬度达60-65HRC.⑵高耐磨⑶高热（红）硬性⑷足够塑、韧性。各种工具钢都可制作刃具钢上一页

结束放映下一页本章首页教程首页T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13T7A、T8A……T13A

含C量依次增加↑，硬度变化不大，而耐磨性依次↑，塑韧性依次↓。1.碳素工具钢：

碳素工具钢缺点：淬透性低：水中能淬透直径20mm；红硬性差：使用温度200℃以下。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页只能做低速、小进刀量、形状简单、小尺寸的工具或手用工具。2.低合金工具钢：

是在碳素工具钢的基础上添加合金元素而成的。成分特点：

①高C，②加入Cr,Mn,Si提高淬透性③加入Si提高回火稳定性④加入W,V细化晶粒、提高耐磨性。性能特点：①高硬度:HRC＞60②高耐磨性③热硬性④足够塑性和韧性

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结束放映下一页本章首页教程首页典型钢号及其应用：

①9SiCr,如:板牙,丝锥,冷冲模,木工工具,低速切削刃具；②Cr06,如:样板,铰刀,插刀,剃刀,刀片,刮刀,锉刀等；③CrWMn，如拉刀,冲模,样板,量规。热处理：最终：淬火+低温回火预先：球化退火上一页

结束放映下一页本章首页教程首页使用态组织：

M回＋合金碳化物ｋ＋少量A，

3.高速钢：制造高速切削或形状复杂的刃具。

在高速切削过程中，刀具的刃部温度可达600℃以上，硬度仍保持60HRC以上。高速钢刀具的切削速度可增加1～3倍（比碳素工具钢和合金工具钢刀具），而耐用性增加7～14倍，因此，高速钢在机械制造工业中被广泛地采用。例：

W18Cr4V车刀、铣刀、刨刀、钻头、拉刀、

W6Mo5Cr4V2丝锥、铰刀、钻头等耐磨性和韧性好上一页

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①性能—和其它工具钢比，有高淬透性、高红硬性（高温下HRC＞60）、高耐磨性；足够塑性和韧性。

②成分—0.7～1.4%C;

加入的合金元素，要全部溶入γ中

:

Cr—主要淬透性↑

W、Mo—主要红硬性↑∵回火稳定性↑。

V—细化晶粒，弥散细小K.耐磨性↑；红硬性↑.

上一页

结束放映

③锻造：击碎铸态中粗大鱼骨状碳化物，呈均匀细小颗粒分布.

④热处理特点：

退火组织：S+细粒状K

淬火—T加在1200～1300℃，

使合金元素全部溶入γ中，各性能才能保证。

回火—T加在550～570℃，保1h冷到室温，重复至少三次（使γ残发生转变）。析出弥散碳化物WC、VC--二次硬化；残γ→M二次硬化。

回火组织：M回+粒状碳化物+少量A残7丝锥机铰刀手铰刀上一页

结束放映下一页本章首页教程首页8高速钢钻头上一页

结束放映下一页本章首页教程首页9高速钢铣刀板牙上一页

结束放映下一页本章首页教程首页八、合金模具钢：冷作模具钢和热作模具钢两大类。冷模具钢用于制造使金属在冷态下成型的各种模具用钢。如：冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200-300℃。热作模具钢用于制造对加热金属或液态金属成型的各种模具用钢。如：热锻模、热压模（压铸模）、热挤压模，工作时型腔表面温度可达600℃上。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页冷、热模具钢性能：冷作模具钢性能：(1)高硬度和红硬性，一般为58—62HRC；(2)高耐磨性；(3)足够的韧度与疲劳抗力(4)热处理形变小。热模具钢性能：(1)高温下足够的硬度(35-52HRC)、耐磨性、强，韧度(2)高的热疲劳抗力，以防止龟裂破坏。(3)有高的淬透性和导热性。（由于热模具一般较大）结束放映下一页上一页

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结束放映下一页本章首页教程首页1．冷模具钢：成分特点：典型钢号及其应用：①高C:②加入大量Cr提高耐磨性和淬透性③加入W、Mo、V，细化晶粒，提高耐磨性。冷作模具钢中国Cr12Cr12MoVCrWMn9SiCr主要用途小动载、高耐磨、简单形状冲裁模下料模、冲头、滚丝轮、冷镦模、剪刀片等下料模、冲头、成型模、搓丝板及小型塑料模下料模、搓丝板、压印模、顶出杆、刀片等上一页

结束放映下一页本章首页教程首页常用冷作模具钢有：

Cr12、Cr12MoV、

T10A、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15和W18Cr4V。热处理：※

球化退火＋950～1000℃淬火＋低温回火耐磨性和韧性好，用于重载模具※

球化退火＋1100～1150℃淬火＋510～520℃回火（3次）耐磨性和红硬性好，400～450℃下工作的模具。组织：M回+碳化物K+残余A。上一页

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工作条件—大的冲击载荷、强烈的摩擦、剧烈的冷热循环所引起的热应变和热应力，以及高温氧化。2.热作模具钢

用以制造在高温下，使金属材料塑性成形的一类模具。如热锻模、热挤压模、热冲裁模和金属压铸模。成分特点：

①中C:0.3～0.6%C，以保证高强度、韧性、热疲劳抗力和较高的硬度。②加入Cr、Ni、Mn、Si

：淬↑、回火稳定性和热疲劳抗力③加入W,Mo、V提高热硬性和热强性.热处理：淬火+高（中）温回火．组织：S回（或T回）上一页

结束放映下一页本章首页教程首页典型钢号及其应用：1、5CrMnMo：用于制造形状简单，厚度小于250毫米的小型热锤锻模。2、5CrNiMo：

用于制造形状简单，工作温度一般，厚度在250-350毫米之间的中型热锤锻模块。3、3Cr2W8V：

用于制造工作温度≥550℃并承受较高的静载荷，而冲击载荷较低的锻造压力机模或热挤压模具。4、5CrNiMoV：

用于制造厚度＞350毫米，型腔复杂，受力载荷较大的大型锤锻模或锻造压力机热锻模上一页

结束放映下一页本章首页教程首页九、合金量具钢2.性能要求：

①高硬度和高耐磨性②高尺寸稳定性，热处理变形小。1.用途：各种测量工具，如卡尺、千分尺、量块、塞规等。3.成分特点：高碳0.9％～1.5％C；

加入Cr、W、

Mn等提高淬透性。4.量具用钢10、20或50、55、60、60Mn、65Mn——样板或卡规T10A、T12A、9SiCr——一般量规和量块Cr、CrMn、GCr15——高精度量规和量块CrWMn——高精度形状复杂的量规和量块抗蚀量具4Cr13、9Cr18——5.热处理：淬火后进行深冷处理（-50到～-80℃）+低回上一页

结束放映下一页本章首页教程首页卡尺千分尺塞规上一页

结束放映下一页本章首页教程首页十、特殊性能钢：1、不锈钢不锈钢是指在大气和一般腐蚀介质中具有很高耐蚀性的钢种。从下面这几个方面介绍：

腐蚀现象、腐蚀概念（化学腐蚀、电化学腐蚀）、腐蚀特点（化学腐蚀-氧化膜或钝化膜；电化学腐蚀-有3）、提高耐蚀性途径、常用钢。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页㈡、耐磨钢（高锰钢）：

在强烈冲击载荷和严重磨损条件下工作，要求具有良好韧性和耐磨性的钢。1.成分特点

1.0％～1.3％C

11％～14％Mn

2.性能特点有强烈的加工硬化现象，机加工困难，只能铸造成型。但铸态硬而脆。需作水韧处理。水韧处理:将高锰钢加热到1000℃～1100℃，保温，使碳化物全部溶入A中，然后快速水冷，获得均匀的A组织。

A组织，塑、韧性好，硬度低，但受到强烈冲击、严重摩擦和强大的压力时，表层A发生塑变产生强烈的加工硬化，而且还有马氏体产生，硬化效果非常强烈。可达52～56HRC，使耐磨性显著提高，而心部仍保持良好塑性，韧性的A状态。ZGMn13、ZGMn12Cr2、ZGMn12Mo2应用:坦克、拖拉机履带板；防弹板，保险箱钢板。上一页

结束放映下一页本章首页教程首页练习题1、碳钢有哪些不足？合金元素在钢中有哪些作用？2、合金渗碳钢、调质钢、弹簧钢、滚珠轴承钢、刃具钢的成分特点、性能要求、热处理特点、最终热处理组织（使用状态组织）、典型牌号和用途？3、不锈钢抗腐蚀的途径？4、不锈钢和耐磨钢种类、典型牌号和用途？5、说明下列钢的类别，使用状态组织、性能特点、用途及做何热处理？38CrMoAl、20CrMnTi、60Si2Mn、GCr15、CrWMn

、W18Cr4VCr12MoV、5C