金属学与热处理工业用钢演示文稿

金属学与热处理工业用钢演示文稿当前第1页\共有113页\编于星期一\15点（优选）金属学与热处理工业用钢当前第2页\共有113页\编于星期一\15点一）杂质和气体的影响

Mn

—

脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。

Si—

有很强的固溶强化作用,能脱氧。1.有益元素当前第3页\共有113页\编于星期一\15点2.有害元素:

P

—

有很强的固溶强化作用,低温韧性差(冷脆

)。

S

—

能引起钢在热加工时或高温工作下开裂(热裂

)。当前第4页\共有113页\编于星期一\15点3.气体元素:

N：钢中过饱和N在常温放置过程中会发生时效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除时效倾向。

O：钢中的氧化物易成为疲劳裂纹源。

H：原子态的过饱和氢时将降低韧性,引起氢脆。当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，

称白点或发裂。钢中白点当前第5页\共有113页\编于星期一\15点二)合金元素与铁和碳的作用1.溶于基体中形成合金F或合金A。2.与碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。3.单独形成特殊碳化物

TiC、VC。当前第6页\共有113页\编于星期一\15点1.溶于基体中形成合金F或合金A当前第7页\共有113页\编于星期一\15点1.溶于基体中形成合金F或合金A当前第8页\共有113页\编于星期一\15点2.与碳作用形成合金碳化物Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱强

弱碳化物元素:Fe、Mn。

中强碳化物元素:Cr、Mo、W。

强碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。当前第9页\共有113页\编于星期一\15点

碳化物形成元素在周期表中都是位于铁元素的左边的过渡族金属元素,它们都有一个未填满的d电子亚层,当形成碳化物时,碳原子首先将其价电子填入金属原子未填满的d电子亚层,使形成的碳化物具有金属键结合的性质,金属原子的d电子亚层愈不满(周期表中,在铁左边离铁愈远),则其与碳的亲和力愈强,形成碳化物的能力愈大,愈当前第10页\共有113页\编于星期一\15点3.单独形成特殊碳化物

熔点、硬度、耐磨性最高。

稳定性最高。TiC、NbC、VC。当前第11页\共有113页\编于星期一\15点三)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响扩大奥氏体区缩小奥氏体区改变共晶点和共析点的参数当前第12页\共有113页\编于星期一\15点1.扩大奥氏体区的合金元素Mn、Ni、Co等元素。作用:

使A3线温度下降,A4线温度上升。当前第13页\共有113页\编于星期一\15点

Mn元素对奥氏体区的影响当前第14页\共有113页\编于星期一\15点2.缩小奥氏体区的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素。作用:

使A3线温度上升,A4线温度下降。当前第15页\共有113页\编于星期一\15点

Cr

元素对奥氏体区的影响当前第16页\共有113页\编于星期一\15点3.改变共晶点和共析点参数的元素几乎所有的合金元素。作用:使S点和E点的成分向左移。

使A1线的温度变化。当前第17页\共有113页\编于星期一\15点

合金元素对S点成分的影响当前第18页\共有113页\编于星期一\15点合金元素对A1线的影响当前第19页\共有113页\编于星期一\15点四)合金元素对钢的热处理的影响加热时对奥氏体形成的影响对过冷奥氏体转变的影响对回火转变的影响当前第20页\共有113页\编于星期一\15点1.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)。当前第21页\共有113页\编于星期一\15点2.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当前第22页\共有113页\编于星期一\15点3.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

当前第23页\共有113页\编于星期一\15点

W、Mo、V等碳化物在550℃时,使钢达到最高硬度,产生二次硬化。当前第24页\共有113页\编于星期一\15点

Cr-Ni钢的回火脆性示意图当前第25页\共有113页\编于星期一\15点

防止第二类回火脆性的产生的方法:在500～600℃快速冷却。加入合金元素W、Mo。当前第26页\共有113页\编于星期一\15点二.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,弥补主加元素的不足与缺陷。

W、Mo、V、Ti、Nb。当前第27页\共有113页\编于星期一\15点三、碳素钢的编号及用途

1.碳素结构钢:

Q

235

—

A

·

F沸腾钢A等级235MPa屈服强度当前第28页\共有113页\编于星期一\15点2.优质碳素结构钢*

45---Wc=45%00*

较高锰质量分数的优质碳素结构钢

45Mn---Wc=45%00;WMn=0.7%～1.0%当前第29页\共有113页\编于星期一\15点3.碳素工具钢T

12

A高级优质

Wc=12%0碳素工具钢当前第30页\共有113页\编于星期一\15点4.铸造碳钢ZG

200-400σb

≥400MPaσs≥200MPa铸钢当前第31页\共有113页\编于星期一\15点第二节合金结构钢

(AlloyConstructionalSteel)普通低合金钢合金渗碳钢合金调质钢弹簧钢滚动轴承钢易切削钢当前第32页\共有113页\编于星期一\15点一.普通低合金钢

(commonlow–alloyedsteel)1.化学成分:碳素结构钢+

合金元素主加合金元素:Mn1.8%以内。辅加合金元素:V、Ti、Nb、B。当前第33页\共有113页\编于星期一\15点一.普通低合金钢2.牌号:

Q

345

C

质量等级345MPa屈服强度当前第34页\共有113页\编于星期一\15点一.普通低合金钢Q460钢含Mo、B，正火组织为B，强度高，用于石化中温高压容器。压力容器南京长江大桥

Q345钢(16Mn)综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆等大型钢结构。

Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力的容器。万吨远洋轮当前第35页\共有113页\编于星期一\15点二.碳素渗碳钢及合金渗碳钢1.对渗碳钢的性能要求:2.对渗碳钢的含碳量的要求:低碳3.渗碳钢的热处理特点:渗碳

淬火

+

低温回火(180～200℃)表硬里韧当前第36页\共有113页\编于星期一\15点Wc≤0.25%Wc=0.15～0.25%合金元素:Cr、Mn、

Ni、B、V、W、

Mo、Ti等。表层:M回+Fe3C+A残心部:F+P表层:M回+Cm+A残心部:低碳M回

+F碳素渗碳钢合金渗碳钢化学成分热处理后的组织当前第37页\共有113页\编于星期一\15点4.合金渗碳钢的牌号20

Mn2

Ti

A等级:高级优质含钛量WTi≤1.5%含锰量WMn2%含碳量WC20%00当前第38页\共有113页\编于星期一\15点5.典型合金渗碳钢种介绍

低淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量＜3%15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油机的活塞销、凸轮轴等。中淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在4%左右。20CrMn、20CrMnTi、

20Mn2TiB。用于中等载荷的耐磨件，如变速箱齿轮。柴油机凸轮轴活塞销(20Cr)当前第39页\共有113页\编于星期一\15点5.典型合金渗碳钢种介绍高淬透性合金渗碳钢钢含合金元素总量在

4%～6%。18Cr2NiWA、

20Cr2Ni4A等。用于大载荷的耐磨件，如柴油机曲轴。

柴油机曲轴当前第40页\共有113页\编于星期一\15点

20CrMnTi钢制造齿轮的热处理工艺曲线当前第41页\共有113页\编于星期一\15点三.碳素调质钢及合金调质钢1.对调质钢的性能要求:既强又韧2.对调质钢的含碳量的要求:中碳3.调质钢的热处理特点:淬火+

高温回火(500～650℃)当前第42页\共有113页\编于星期一\15点Wc=0.25～0.6%Wc=0.25～0.5%合金元素:

Cr、Mn、

Ni、B、Si、V、

W、Mo、Ti等。表层:S回碳素调质钢合金调质钢化学成分热处理后的组织心部:P+F表层:S回心部:S回当前第43页\共有113页\编于星期一\15点4.合金调质钢的牌号40Cr40Mn40MnB35CrMo38CrMoAlA25Cr2Ni4WA当前第44页\共有113页\编于星期一\15点5.典型合金调质钢种介绍

低淬透性调质钢钢含合金元素总量＜3%。40Cr、40MnB等。

中淬透性调质钢钢含合金元素总量在4%左右。38CrSi、35CrMo等。圆锥齿轮柴油机凸轮轴常用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。当前第45页\共有113页\编于星期一\15点5.典型合金调质钢种介绍

高淬透性调质钢钢含合金元素总量在4%～10%。

制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的零件等。38CrMoAlA、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA等。当前第46页\共有113页\编于星期一\15点

40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线当前第47页\共有113页\编于星期一\15点四.碳素弹簧钢及合金弹簧钢1.对弹簧钢的性能要求:高的σe、高的σs/σb、高的σ-1、良好的韧。2.对弹簧钢含碳量的要求:中、高碳。3.热成型弹簧钢的热处理特点:淬火+

中温回火(450～550℃)当前第48页\共有113页\编于星期一\15点碳素弹簧钢合金弹簧钢化学成分热处理后的组织Wc=0.6～0.9

%Wc=0.5～0.7%合金元素:

Si、Mn、Cr、V、W、Mo等。T回制造尺寸小于Φ8～15mm的小型弹簧。T回制造尺寸在Φ20～25mm左右的弹簧。当前第49页\共有113页\编于星期一\15点4.合金弹簧钢的牌号6565Mn55Si2Mn60Si2Mn50CrVA50CrMnA55SiMnMoVNb当前第50页\共有113页\编于星期一\15点5.冷成形弹簧生产工艺特点

用于生产尺寸小于Φ8～15mm的小型弹簧,常用弹簧钢丝(片)冷绕成形,其制造方法有:T组织冷成型+200～300℃去应力退火。60、75、85、65Mn。

T回组织冷成型+去应力退火。退火组织冷成型+淬火+中温回火。

55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。当前第51页\共有113页\编于星期一\15点汽车板簧大型热卷弹簧热卷大弹簧簧弹丝当前第52页\共有113页\编于星期一\15点五.滚动轴承钢(bearingsteel)1.性能要求:高的硬度强度和耐磨性;高的接触疲劳强度;足够的韧性和耐蚀性;高的纯净度;滚珠轴承滚针轴承滚柱轴承当前第53页\共有113页\编于星期一\15点五.滚动轴承钢(bearingsteel)2.化学成分特点:高碳,Wc=0.9～1.1%。主加Cr,0.4～1.65%

辅加Si、Mn。优质钢材。当前第54页\共有113页\编于星期一\15点五.滚动轴承钢(bearingsteel)3.热处理特点:球化退火+淬火+低温回火极细回火马氏体+细粒状碳化物+少量残余奥氏体当前第55页\共有113页\编于星期一\15点4.滚动轴承钢的牌号G

Cr9

Si

Mn

含Mn量WMn≤1.5

%

含Si量WSi≤1.5%

含Cr量WCr≈0.9%

滚动轴承钢当前第56页\共有113页\编于星期一\15点5.铬轴承钢制造轴承的工艺路线锻造球化退火机加工淬火+冷处理(–60～–80℃;1h)

低温回火磨削加工稳定化处理(120～130℃；5～10h)当前第57页\共有113页\编于星期一\15点

六.易切削钢(fee–cuttingsteel)2.性能要求:降低切削力和切削热,减少刀具磨损,延长刀具寿命,改屑性能,提高切削速度。3.化学成分特点:1.用途:适用于高速切削和在自动加工机床上加工的材料。S:Ws=0.08～0.3%Pb:WPb=0.15～0.25%Ca:微量当前第58页\共有113页\编于星期一\15点4.易切削钢的牌号Y

40

Mn

含锰量WMn≤1.5

%

含碳量WC0.4

%

易切削钢当前第59页\共有113页\编于星期一\15点5.易切削钢的热处理工艺特点

低碳易切削钢(Y12、Y15、Y20)

渗碳或淬火成低碳马氏体。

中碳易切削钢(Y40)

调质及表面淬火。当前第60页\共有113页\编于星期一\15点第三节合金工具钢

合金刃具钢(alloycuttingsteel)合金模具钢(alloydiesteel)合金量具钢(alloymeasuringsteel)当前第61页\共有113页\编于星期一\15点量具刃具模具当前第62页\共有113页\编于星期一\15点一.碳素刃具钢1.性能要求:高硬度、高耐磨性,有一定的强度和韧性。2.化学成分特点:高碳。3.热处理特点:淬火+低温回火4.组织:

M回

+Fe3C+A残当前第63页\共有113页\编于星期一\15点5.用途:用于低速、低温(＜200℃）、低冲击、硬度在HRC62左右的刃具。一.碳素刃具钢锉刀手锤当前第64页\共有113页\编于星期一\15点二.合金刃具钢种类:低合金刃具钢;高速钢。牌号:合金元素及含量千分之几的含碳量

9

SiCrW18Cr4V当前第65页\共有113页\编于星期一\15点1.低合金刃具钢1.性能要求:高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性、强度和韧性,工作温度不超过300℃。2.化学成分特点:*高碳*加入Cr、Mn、Si、

W、V

等合金元素。3.热处理特点:球化退火淬火+低温回火

当前第66页\共有113页\编于星期一\15点

9SiCr钢板牙热处理工艺曲线板牙当前第67页\共有113页\编于星期一\15点2.高速钢(high–speedsteel)(1)性能要求:高硬度、高耐磨性、高的红硬性(600℃时,HRC63以上)、有一定的强度和韧性。高速钢---锋钢、风钢;18–4–1

钢车刀铣刀钻头当前第68页\共有113页\编于星期一\15点(2)化学成分特点:高碳0.7～1.5%:钨18%:钼5%:铬4%:钒1.5%:

保证高硬度退火状态下形成M6C碳化物,在560℃左右回火时,弥散析出W2C,造成二次硬化,提高钢的红硬性。1%Mo的作用等同于2%W。形成Cr23C6碳化物;提高钢的淬透性。形成VC,硬度极高,提高钢的硬度和耐磨性,产生二次硬化。当前第69页\共有113页\编于星期一\15点(3)W18Cr4V钢的生产工艺及热处理特点铸造锻造球化退火机加工淬火+三次570℃回火磨削加工

铸造:高速钢属于莱氏体钢,铸态组织中含有大量呈鱼骨状分布的粗大共晶碳化物M6C,钢的韧性大幅下降。当前第70页\共有113页\编于星期一\15点

W18Cr4V钢的铸态组织W18Cr4V铸造组织130当前第71页\共有113页\编于星期一\15点

W18Cr4V钢的铸态组织W18Cr4V铸态组织420当前第72页\共有113页\编于星期一\15点锻造:鱼骨状碳化物不能用热处理来消除,只能依靠反复多次锻打来击碎。W18Cr4V锻造组织210当前第73页\共有113页\编于星期一\15点球化退火:消除应力,调整组织,便于机加工,

为淬火作好组织准备。球化退火后的组织:

S+粒状

Cm

W18Cr4V球化退火组织420当前第74页\共有113页\编于星期一\15点

W18Cr4V钢的热处理过程示意图当前第75页\共有113页\编于星期一\15点淬火:1280℃;

淬火后的组织:M+Cm+A残(20～25%)当前第76页\共有113页\编于星期一\15点

W18Cr4V钢淬火组织

W18Cr4V淬火组织300当前第77页\共有113页\编于星期一\15点三次570℃回火在570℃回火时,产生二次硬化。当前第78页\共有113页\编于星期一\15点三次570℃回火*淬火后A残约20～25%。*第一次回火后A残约剩15～18

%。*第二次回火后A残约剩3～5

%。*第三次回火后A残约剩1～2

%。回火后的组织:

M回+Cm+A残(1～2%)组织硬度为65HRC以上。当前第79页\共有113页\编于星期一\15点

W18Cr4V淬火+一次回火组织W18Cr4V淬火+一次回火组织105当前第80页\共有113页\编于星期一\15点

W18Cr4V淬火+三次回火组织W18Cr4V淬火+三次回火组织420

当前第81页\共有113页\编于星期一\15点三.合金模具钢(alloydiesteel)热作模钢:工作温度为600℃以上。冷作模钢:工作温度为200～300℃。当前第82页\共有113页\编于星期一\15点一)热作模钢(hotdiesteel)1.性能要求:高的热硬性、高温耐磨性;高的抗氧化能力;高的热强性和足够高的韧性;高的热疲劳抗力(防止龟裂);高的淬透性和导热性;2.化学成分特点:中碳0.3～0.6%;合金元素:Cr、Ni、Mn、

Si、Mo、W、V。曲轴模具当前第83页\共有113页\编于星期一\15点3.热处理特点:

*热锻模钢:5CrMnMo

热处理工艺:淬火+550℃回火热处理后的组织:S回或T回

温度时间～500℃820～850℃预冷油冷530～550℃回火当前第84页\共有113页\编于星期一\15点3.热处理特点:

*热压模钢:3Cr2W8V

热处理工艺:淬火+600℃三次回火热处理后的组织:M回+Cm粒状汽车四缸压铸模当前第85页\共有113页\编于星期一\15点二)冷作模钢(colddiesteel)1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;足够高的韧性与疲劳抗力;热处理变形小;2.化学成分特点:高碳1～2%;合金元素:Cr,Mo、W、V。汽车冲压模具当前第86页\共有113页\编于星期一\15点3.热处理特点:

*一次硬化法:

淬火+低温回火

(950～1000℃)(150～180℃)

*二次硬化法:

淬火+三次回火

(1100～1000℃)(510～520℃)热处理后的组织:

M回+Cm+A残牌号:

Cr12、Cr12MoV当前第87页\共有113页\编于星期一\15点四.合金量具钢1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;高的尺寸稳定性;足够高的心部韧性;热处理变形小;尺寸稳定;良好的耐蚀性;卡尺量规千分尺当前第88页\共有113页\编于星期一\15点3.热处理特点:4.热处理后的组织:M回+

Cm淬火冷处理(-70～-80℃)低温回火时效处理(120～130℃,几十小时)5.牌号:

CrWMn、4Cr13、GCr15、

9SiCr、T12A、60等。2.化学成分特点:高碳0.9～1.5%;合金元素:Cr,Mn、W。当前第89页\共有113页\编于星期一\15点

CrWMn钢制造块规退火后的热处理工艺～650℃820～840℃油冷3h-70～-80℃

冷处理140～160℃3h110～120℃36h时效处理精磨3h研磨温度时间当前第90页\共有113页\编于星期一\15点第四节特殊性能钢

不锈钢(stainlesssteel)耐热钢(heat–resistantsteel)耐磨钢(wear–resistantsteel)当前第91页\共有113页\编于星期一\15点

一.不锈钢(stainlesssteel)1.定义:

在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。2.概念:*在空气中的年腐蚀量为0.01mm

以内的钢,称为在空气中使用的不锈钢。

*在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内的钢,称为在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。当前第92页\共有113页\编于星期一\15点3金属腐蚀的机理.金属腐蚀的种类:1)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、脱碳等。2)电化学腐蚀:金属与介质(电解质溶液,即酸、碱、盐溶液)发生电化学反应而产生当前第93页\共有113页\编于星期一\15点

电化学腐蚀过程示意图当前第94页\共有113页\编于星期一\15点

珠光体电化学腐蚀示意图当前第95页\共有113页\编于星期一\15点4.金属的防腐措施:1)覆盖层保护:涂漆、电镀、发蓝、磷化等工艺。2)形成氧化层:加入合金元素Cr、Al、Si等,形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。3)提高金属的电极电位:加入合金元素Cr、Ni、Si等,提高金属基体的电极电位。当前第96页\共有113页\编于星期一\15点4)使钢在室温下呈单相组织:加入合金元素Mn、Ni、Co等能扩大

γ区,可在室温获得奥氏体钢。加入合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、

Si等能扩大α区,可在室温获得铁素体钢。5)减少与消除钢中的各种不均匀现象:

偏析、应力、组织等。6)牺牲阳极保护阴极:

镶嵌一些比金属或合金基体电极电位更低的金属块。当前第97页\共有113页\编于星期一\15点5.化学成分特点:

*

低碳:耐蚀性要求愈高,碳含量愈低。

*合金元素:主加Cr。

辅加Ni、Mo、Cu、Ti、

Nb、Mn等。6.常用的不锈钢:

*马氏体型不锈钢

*铁素体型不锈钢

*奥氏体型不锈钢当前第98页\共有113页\编于星期一\15点1)马氏体型不锈钢---Cr13型钢化学成分特点:

Wc=0.1～0.4%

WCr=13%热处理特点:正火后的组体是马氏体。牌号:1Cr13～4Cr13用途:医疗器械医用镊子当前第99页\共有113页\编于星期一\15点

1Cr13金相组织图1Cr13供货状态组织(化染)580

当前第100页\共有113页\编于星期一\15点2)铁素体型不锈钢化学成分特点:

Wc=0.1%左右

WCr=17%热处理特点:不能进行热处理强化。牌号:1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。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。当前第101页\共有113页\编于星期一\15点铁素体型不锈钢的用途硝酸生产装置合成氨生产装置当前第102页\共有113页\编于星期一\15点3)奥氏体型不锈钢---18–8型钢化学成分特点:

Wc=0.08～0.14%

WCr=17～19%