金属热处理课件7

工业用钢1钢的基础知识结构钢工具钢特殊性能钢基本内容2了解碳钢、合金钢种类，牌号以及常存杂质对钢力学性能影响；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。基本要求3

按化学成份分碳素钢低碳钢（<0.25%C）中碳钢（0.25~0.6%C）高碳钢（>0.6%C）合金钢低合金钢（合金元素总量<5%）中合金钢（合金元素总量5~10%）高合金钢（合金元素总量>10%）按用途分结构钢（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）特殊性能钢（不锈钢、耐热钢、耐磨钢等）

按品质分普通质量钢（0.045%P，0.05%S）优质钢（0.035%P，0.035%S）高级优质钢（0.025%P，0.025%S）第一节：概述（钢的分类）4

第二节：工业用钢中的合金元素的作用一.合金元素对钢的组织和性能的影响杂质及合金元素与铁和碳的作用。合金元素对Fe-Fe3C相图的影响。

合金元素对钢的热处理的影响。5

基本元素：Fe、C

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残留元素：为去除杂质元素而加入的元素钢中的元素:非合金钢中的常存元素:

冷脆性——有害矿石中P

热脆性——有害矿石中S

溶入F→固溶强化——有益炼钢时残留Mn

溶入F→固溶强化——有益炼钢时残留Si作用来源6合金元素在钢中的作用1.主加元素:对提高钢的性能起主要作用。

Si、Mn、Cr、Ni、B。2.辅加元素:配合主加元素进一步提高钢的性能,弥补主加元素不足与缺陷。

W、Mo、V、Ti、Nb。7常见的合金元素TiZrNbVWMo

CrMn

Fe

CoNiCuSiAl弱碳化物形成元素强碳化物形成元素非碳化物形成元素强合金元素对基本相的影响：非碳化物形成元素溶入F固溶强化弱碳化物形成元素形成合金渗碳体较硬，耐磨，比Fe3C更稳定强碳化物形成元素形成特殊碳化物高熔点，硬，耐磨，最稳定与C的亲和力弱8合金元素对硬度和断裂韧性的影响9合金元素对铁碳相图的影响1.改变A相区扩大A相区元素缩小A相区元素——使A1，A3，Acm线↓——使A1，A3，Acm线↑

2.改变相图临界点S和E点的位置多数元素使S点左移——<0.77%C的钢中可能出现过共析组织多数元素使E点左移——<2.11%C的钢中可能出现莱氏体组织10合金元素对热处理的影响1对加热的影响

多数元素减缓A形成，阻碍晶粒长大合金钢需要加热温度，保温时间——保证A均匀化↑

↑

对冷却的影响

多数元素溶入A后→

过冷A稳定性→Vc→

淬透性

Ms点→

残余A量↑↓↑↑↓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

①回火稳定性→抗回火软化的能力②产生二次硬化↑↑11合金元素对加热时奥氏体形成的影响除Mn

元素外,所有合金元素的加入,均使奥氏体的形成速度减慢。强碳化物形成元素能强烈的阻止奥氏体晶粒长大(

Ti、V、Zr、Nb

等)。非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大(

Si、Ni、Cu、Co

等)。12合金元素对过冷奥氏体转变的影响

除

Co元素外,所有的合金元素均使钢的

TTT曲线向右移。

除

Co、Al元素外,所有的合金元素都使马氏体转变温度下降。

提高钢的淬透性,常用的元素有:

Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。13合金元素对回火转变的影响回火抗力的增加二次硬化的产生产生回火脆性14非合金钢（碳素钢）1碳素结构钢

①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、…）②一般不热处理，热轧状态使用③牌号：Q235AF屈σs品质：只保证力学性能及Si,S,P成分脱氧方式：沸腾钢2优质碳素结构钢①用于较重要的机械零件②一般热处理后使用③牌号：08F（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

45Mn---Wc=0.45%;WMn=0.7%～1.2%153碳素工具钢

①用于形状简单、尺寸小的手用工、模、量具②热处理：预备：最终：③牌号：T8AT10T12A球化退火→球状P淬火+低温回火→回火M+Fe3C+残A碳平均含碳量的千分数0.8%C高级优质钢16合金钢为什么要开发合金钢？①非合金钢的不足：淬透性低（碳钢）强度低无特殊性能回火稳定性↑→同一回火温度下，合金钢硬度、强度同一回火硬度时，合金钢回火℃，韧性

↑↑↑↑机械性能高→省料、减重②合金钢的主要优点：

淬透性好→可制造大型零件合金钢：在碳素钢的基础上加入合金元素，性能得到提高的以铁为基的合金17合金钢编号1

结构钢：二位数字+元素符号+数字（60Si2Mn,09Mn2)平均含碳量的万分数合金元素含量百分数（<1.5%不注，1.5-2.5%注2，…）工具钢

特殊钢一位数字+元素符号+数字（CrWMn,9SiCr)平均含碳量的千分数（≥1%时不注，高速钢不注）

合金元素含量的百分数<1.5%不注，1.5-2.5%注2，…3高级优质钢：牌号后加“A”特殊用途钢：滚动轴承钢——牌号前加“G”（滚）

（GCr15——含Cr量的千分数）18合金钢的种类低合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢弹簧钢滚珠轴承钢合金工具钢特殊性能钢和合金合金刃具钢合金模具钢合金量具钢193成分：0.1~0.2%C，合金元素2~3%主加元素：Mn——固溶强化辅加元素：Ti,Cr,Nb——弥散强化4使用状态：热轧或正火，不需最终热处理组织：F+P5常用钢号:Q345(16Mn):综合性能好，用于船舶、桥梁等大型钢结构Q460:钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。低合金结构钢1用途：工程结构——桥梁，船舶，车辆外壳、支架2性能：较高的σs，塑韧性，焊接性，抗蚀性，良好的冷脆性压力容器南京长江大桥204最终热处理：渗碳+淬火+低温回火表层：高碳回火M+Fe3C或碳化物+残A心部：淬透：低碳回火M未淬透：F+P渗碳钢1用途：受冲击和摩擦的零件（各类齿轮、凸轮）2性能：表面硬、耐磨，心部塑韧3成分：0.1~0.25%C——低碳钢主加元素：Cr,Ni,Mn,B——↑淬透性，强化基体辅加元素：W,Mo,V,Ti——细化晶粒5常用钢号：20,20Cr,20CrMnTi,18Cr2Ni4W淬透性：低中高适用：一般齿轮中载变速齿轮重载重要大齿轮（举例：

机床汽车飞机）柴油机凸轮轴活塞销21预备：正火——S——改善组织，消除锻造应力，便于切削加工最终：调质——回火S——获得良好的综合机械性能调质钢1用途：受复合应力的重要结构件（齿轮、连杆、机床主轴）2性能：良好的综合机械性能3成分：0.25~0.5%C——中碳钢主加元素：Cr,Ni,Mn,Si——↑淬透性，强化基体辅加元素：W,Mo,V,Ti——细化晶粒,↑回火稳定性4热处理：消除淬火应力，防止磨削裂纹如对表面要求高硬度、耐磨、↑σs，增加热处理：表面淬火（细M）+低温回火（回火M）5常用钢号：45，40Cr22大弹簧：热成型钢——在A化时成型弹簧淬火+中温回火——（回火T）小弹簧：冷拉钢——冷绕成型弹簧→低温回火（加工硬化）（消除内应力，尺寸定型）

热处理后：喷丸——↑σs

弹簧钢1用途：弹性元件2性能：高的σs、σb、σe，一定的塑、韧性3成分：0.45~0.7%C（碳钢0.6~0.9%C）主加元素：Mn,Si,Cr——↑淬透性，强化基体,↑σe辅加元素：Mo,W,V——防脱碳，细化,↑σs，↑σe4热处理：常用钢号：65，65Mn，60Si2Mn

适用：小尺寸的沙发弹簧大尺寸的汽车板簧23汽车板簧大型热卷弹簧热卷大弹簧簧弹丝24滚珠轴承钢1用途：滚珠轴承元件，冷冲模，量具（滚珠、滚柱、轴承套）2性能：硬、耐磨，↑σe，一定的韧性3成分：0.95~1.1%C——硬、耐磨主加元素：Cr——↑淬透性，硬，耐磨4热处理：

预备：球化退火——球状P——↓HRC，改善切削加工性最终：淬火+低温回火——回火M+细小均布碳化物+残A常用钢号：GCr15滚珠轴承滚柱轴承25合金工具钢—量具刃具钢1性能：刃具：高硬度、耐磨性，红硬性（热硬性），足够的强度、韧性量具：高硬度、耐磨性、尺寸稳定性2成分：0.75~1.5%C——硬、耐磨Cr,W,Mn,V——↑淬透性、回火稳定性，强化，细化，HRC，耐磨一定温度下保持高硬度的能力预备：球化退火——球状P——↓HRC，改善切削加工性最终：淬火+低温回火——回火M+细小均布碳化物+残A——↑HRC、耐磨性量具：淬火+冷处理+低回→人工时效

(消除残A)（稳定组织、尺寸）4常用钢号：9SiCr,CrWMn,9Mn2V,GCr15（量具）3热处理：26合金工具钢—高速钢性能特点：红硬性高，淬透性好成分特点：含碳量高（0.7~1.5%C）

合金元素含量高热处理：预备：球化退火——S+细粒状碳化物

——改善切削加工性（HB210~250）

最终：淬火+三次高温回火回火M+粒状碳化物+少量残A隐晶M+粒状碳化物+残A常用钢号：W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2适用于：车刀，铣刀，钻头等高速切削刀具27合金工具钢—冷作模具钢1性能：高硬度、耐磨性，足够的强度、韧性2成分：（与刃具钢相近）3热处理：（与刃具钢相近）4常用钢号：T10，GCr15——尺寸小、形状简单的模具9SiCr,9Mn2V,CrWMn——形状复杂模具Cr12,Cr12MoV——大型复杂模具

（冷冲模，冷挤压模，冷镦模）28性能：高温足够的强韧性、耐磨性，良好的抗疲劳性、导热性、淬透性成分：

0.3~0.6%C——中碳钢

Cr,Mn,Ni,Si——↑淬透性、强度

Mo,W,V——↑回火稳定性，↓回火脆性热处理：预备：退火最终：淬火+高温回火——回火S

（中温回火）（回火T）4常用钢号：5CrNiMo——中小型热锻模