《工业用钢北大》PPT课件.ppt

第6章 工业用钢,1.理解并掌握工业用钢的分类和编号方法，基本能由钢号推断出它属于哪一类钢种、大概化学成分和主要用途。2.了解钢中常存杂质元素及合金元素对钢性能影响。3.掌握常用结构钢（重点渗碳钢和调质钢）、工具钢（重点高速钢）的工作条件、性能特点、化学成分、常规热处理、典型钢种及其主要用途。4.熟悉特殊性能钢的基本知识。5.结合实例，初步具备合理选择材料、正确确定加工方法、妥善安排加工工艺路线的能力。,特点：强度、塑性、韧性较好，又具有良好的工艺性能和 较低的价格，因而得到广泛应用（80%）。,工业用钢只要指：,碳钢：含碳量低于2.11%的铁碳合金。,合金钢：为了提高钢的性能，在碳钢基础上有意加入一定量合金元素而得到的钢种。,主要内容,6.1 钢的分类及编号6.2 钢中常存杂质与合金元素6.3 结构钢6.4 工具钢6.5 特殊性能钢,6.1.1 钢的分类1.按化学成分分,6.1 钢的分类及编号,2按冶金质量分,3按使用加工方法分,4按用途分,6.1.2 钢的编号,1.碳钢的编号,Q+屈服强度值+质量等级符号+脱氧方法符号。,（1）碳素结构钢,脱氧方法符号:沸腾钢F；镇静钢Z；半镇静钢b；特殊镇静钢TZ。,质量等级A、B、C、D，P、S含量依次下降，质量提高。,镇静钢脱氧完全钢。组织致密，成分均匀，力学性能好。,如Q235-AF,沸腾钢脱氧不完全钢。凝固前产生大量CO气泡，引起沸腾。其成分组织不均匀，强度较低，不适于制造重要零件。,（2）优质碳素结构钢,牌号用两位数字，表示钢中平均含碳量万分之几。,如45钢平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。,*说明：,含Mn量为0.7-1.0%时，在两位数字后加元素符号“Mn”，如60Mn。,对于沸腾钢和半镇静钢,在钢号后分别加字母F和b，如08F、10b。,高级优质钢在钢号后加字母A，如20A。,（3）碳素工具钢,锉刀,板牙,丝锥,牌号由T+数字组成，其数字表示平均含碳量的千分之几。,如T8其平均含碳量为 0.8%。,*说明：碳素工具钢都是优质以上质量的钢。高级优质钢在钢号后加“A”，如T8A。,（4）铸钢,牌号由ZG+组成。,ZG表示铸钢，其后数字分别表示最低屈服强度和抗拉强度。,如ZG200-400，表示屈服点s（或0.2）200Mpa且抗拉强度b400MPa的铸造碳钢。铸钢主要用于制作受力不大且要求一定韧性的各种机械零件，如机座、变速箱壳等。,2.合金钢的编号,牌号由Q+屈服强度值+质量等级符号三部分组成。,（1）低合金高强结构钢 如Q345C。,*说明：s300MPa时为低合金高强度钢。,（2）合金结构钢,牌号由两位数字+元素符号+数字组成。,合金元素平均含量的百分数，小于1.5时，不标数字。,钢中碳含量的万分数。,若为易切削钢，则在牌号前标Y，如Y40Mn。,若为高级优质钢，则在牌号后加字母A，如60Si2MnA。,如40Cr表示平均含碳量为0.4且铬含量小于1.5合金结构钢。,若为滚动轴承钢，则在牌号前标G，注意数字表示铬含量的数。例如，GCrl5表示平均含铬量为1.5的滚动轴承钢。,（3）合金工具钢,NOTE：高速钢含碳量无论多少均不标注。,牌号由数字+元素符号+数字组成。,合金元素的平均含量的百分数，小于1.5时，不标数字。,用一位数字表示平均含碳量的千分数，超过1.0时不标。,例如9SiCr表示平均含碳量为0.9且平均含硅量、含铬量均1.5的合金工具钢。,如Crl2MoV表示平均含碳量不小于1.0、铬平均含量为12且钼和钒平均含量均小于1.5的合金工具钢。,（4）特殊性能钢,其牌号表示方法与合金工具钢牌号表示方法原则相同。,合金元素的平均含量的百分数，小于1.5时，不标数字。,用一位数字表示平均含碳量的千分数，wc0.08时，用“0”表示；如0Cr18Ni9。wc 0.03时，用“00”表示，如00Cr18Ni11。,由数字+元素符号+数字,例如，3Crl3钢表示平均含碳量为0.3，平均含铬量为13的特殊性能钢。,6.2 钢中常存杂质与合金元素,1.Mn,来源：炼钢时由锰铁脱氧而残留在钢中。MnF起固溶强化作用，引起钢的强度和硬度；Mn+SMnS，降低硫的有害作用，改善钢的热加工性能。,2.Si,一般认为，锰和硅为钢中的有益元素。,来源：炼钢时用硅铁脱氧而残留在钢中。SiF起固溶强化作用，引起钢的强度。,6.2.1 钢中常存杂质对其性能影响,3.S,来源：炼钢时由矿石和燃料带到钢中。,以FeS的形式存在，FeS+Fe低熔点共晶体；在压力加工时熔化导致钢材沿晶界开裂“热脆”。,措施：钢中要限硫含量：0.05%。Mn与S形成MnS(1620）,粒状分布在晶内。,钢中的MnS夹杂,合金晶界的低熔点硫化物共晶,比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性，于1938年冬发生断裂坠入河中。,4.P,来源：炼钢时由矿石和燃料带到钢中。,钢中控制P含量：0.045%。,PF，导致钢材强、硬度，塑、韧性，特别是使钢在低温时脆性急剧增加冷脆。,*应用：P多，脆性大，可制作炮弹钢（增加杀伤力）、易切削钢（改善切削加工性）。,激光制导炮弹,5.气体元素,N：以FeN、TiN形式存在，使钢的塑性下降，脆性增大,俗称蓝脆。,O：以氧化物的形式存在，使强度、塑性、疲劳强度下降，易成为疲劳裂纹源。,钢中TiN夹杂,钢中氧化物夹杂,H：,以原子态溶解于钢中，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，俗称白点。,钢中白点,钢的氢脆断口,1.合金元素在钢中的存在形式1）合金铁素体合金元素溶于铁素体，形成合金铁素体，起固溶强化作用。其中，Si、Mn、Ni强化效果较显著；Cr、W、Mo相对较弱。,6.2.2 合金元素在钢中的作用,合金元素对铁素体性能的影响,2）合金渗碳体弱碳化物形成元素或较低含量中强碳化物形成元素，能置换渗碳体中铁原子，形成合金渗碳体。如(FeMn)3C、Mn3C等。,3）特殊碳化物,强碳化物形成元素或较高含量的中强碳化物形成元素，能够与 碳化合，形成特殊碳化物，如VC、TiC等。NOTE：合金渗碳体和特殊碳化物具有较高的熔点和稳定性，当它们弥散分布在钢中时，可大大提高钢的强度、硬度和耐磨性，且不降低韧性，这对提高工件的使用性能极为有利。,合金元素溶入奥氏体后，A区的温度范围就会扩大（A3下降，A4上升）或缩小（A3上升，A4下降）。因此，相应地使Fe-Fe3C相图中的A相区也就扩大或缩小。,2.合金元素对Fe-Fe3C相图的影响,1）改变了A区的范围,合金元素对Fe-Fe3C相图中奥氏体影响,2）改变S点、E点位置,凡能扩大奥氏体区的元素，均使S、E点向左下方移动；凡能缩小奥氏体区的元素，均使S、E点向左上方移动。因此，大多数合金元素均使S点、E点左移。S点向左移动，意味着减低了共析点的含碳量，使含碳量相同的碳钢与合金钢具有不同的显微组织。E点左移，使莱氏体含碳量降低，如W18Cr4V中wC2.11%，但在铸态组织中也出现合金莱氏体，俗称莱氏体钢。,3）可能形成单相A钢或单相F钢可能形成单相A钢Ni、Mn等扩大A区，使A1、A3点，S、E点。,当Mn13%或Ni9%时，S点降到室温以下，得到稳定单相A，俗称奥氏体钢，如含wMn13%的ZGMn13。,锰元素对奥氏体区的影响,可能形成单相F钢,Cr、W、Mo等缩小A区，使A1、A3点，S、E点。,铬元素对奥氏体区的影响,当Cr13%时，A相区可能完全消失，钢在室温时组织为单相F，俗称F钢，如含wCr17%的1Cr17。,3.合金元素对钢性能的影响1）合金元素改善钢的热处理性能细化奥氏体晶粒所有合金元素都阻碍钢在加热时奥氏体晶粒长大，从而使钢热处理后组织细化。提高淬透性除Co以外的合金元素均固溶于奥氏体，增加奥氏体的稳定性，减慢过冷奥氏体的分解速度，降低钢在淬火时的临界冷却速度，从而提高淬透性。,提高回火抗力（回火稳定性）回火抗力：淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力。硬度下降越慢，则回火抗力越高。这是因为合金元素推迟了马氏体的分解，抵抗硬度下降，因而提高了回火抗力。,与同等含碳量的碳钢相比，在同一温度回火，合金钢有较高的强度和硬度。而回火至同一硬度，合金钢的回火温度高，保温时间长，内应力消除比较彻底，因而其塑性和韧性比碳钢好。,产生二次硬化二次硬化：淬火钢在较高温度回火时硬度不降低反而升高现象。原因：当钢中Cr、W、Mo、V等碳化物形成元素的含量超过一定量时，在400C以上会形成细小弥散分布的特殊碳化物，从而使硬度升高。,防止回火脆性回火脆性：淬火钢回火后出现韧性下降的现象，如图所示。第一类回火脆性：在250400C出现冲击韧性下降现象。目前，尚无有效方法消除，只能避免在此温度范围回火。第二类回火脆性：在500600C回火后缓慢冷却时出现的冲击韧性下降现象。防止第二类回火脆性措施：对较小零件可用回火后快冷方法；对大型零件可选用含W、Mo的合金钢制造。,2）合金元素提高钢的使用性能（1）合金元素使钢的性能得到强化由塑性变形理论知：塑性变形是位错在滑移面上运动的结果。,钢中的溶质原子、第二相粒子及晶界等都阻碍位错运动，因而会产生固溶强化、第二相强化及细晶强化，从而使钢的强度、硬度升高。,固溶强化合金元素溶入钢后形成的合金铁素体，引起晶格畸变，增加位错运动阻力，产生固溶强化。,第二相强化 合金渗碳体和特殊碳化物在钢中加热形成奥氏体时，难以溶于奥氏体，也难以聚集长大。当它们以细小质点分布在钢中时，会阻碍位错运动，从而有效地提高钢的强度和硬度。细晶强化大多数合金元素都能细化铁素体和奥氏体晶粒及马氏体针条，且晶粒越细小，位错运动阻力越大，强化效果越显著。,（2）合金元素使钢获得特殊性能 合金元素加入钢中可以使钢形成稳定的单相组织或形成致密的氧化膜和金属间化合物，从而使钢获得耐腐蚀、耐热等特殊性能。,NOTE：细晶强化不仅可以提高钢的强度和硬度，而且还能同时提高钢的塑性和韧性，这是其它强化方法不可能做到的。,6.3.1 碳素结构钢,特点：含碳量低，硫磷含量高，其塑性高、可焊性好。,热处理：一般不用热处理，常轧制成棒、板、型钢或以钢锭供应；在某些场合可进行正火、调质、渗碳等处理，以提高其使用性能。碳素结构钢牌号、化学成分、力学性能如表6-1、表6-2所示。,6.3 结构钢,碳素结构钢是目前产量最大、使用最多的钢种，约占钢材70%。,常用普通碳素结构钢的牌号、化学成分),常用普通碳素结构钢的机械性能及应用,Q195、Q215、Q235A、Q235B等钢塑性较好，有一定强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管等，可用于桥梁、建筑物等构件，也可用做普通螺钉、螺帽、铆钉及垫圈等。Q235C、Q235D可用于重要焊接结构，如锅炉、容器等。Q255、Q275强度较高，可轧制成型钢、钢板等，用于承受中等载荷的零件，如转轴、链轮及螺纹钢筋等。,常用牌号及用途：,优质碳素结构钢在供应时既保证化学成分又要保证力学性能。成分特点：S、P含量均小于0.035%，且表面质量、组织均匀性好的碳素结构钢。使用前一般都要进行热处理，以改善材料性能。主要用于制造重要的机械零件。优质碳素结构钢牌号、化学成分及力学性能如表6-3、6-4所示。,6.3.2 优质碳素结构钢,机械工程材料,08F、10F、15F、15、20、25等属于低碳钢，强度、硬度低，塑性、韧性好，具有良好的锻压性能和焊接性能。08F、10F主要用于制造冲压件和焊接件，如壳、盖、罩等；15F主要用于钣金件。15、20钢属于渗碳钢，常用于制造齿轮、销钉、小轴、螺钉、螺母等。其中，20钢用量最大。,优质碳素结构钢常用牌号及用途：,齿轮,曲轴,常用牌号及用途：,30、35、40、45、50及55等属于中碳钢，经调质处理后，可获得良好综合机械性能，且具有良好的切削加工性。主要用于制造轴类、齿轮等零件，如曲轴、传动轴、连杆等。其中，45钢应用最广泛。,60、65、70、75等属于高碳钢，经淬火、中温回火后具有较高的强度、弹性、硬度和耐磨性，但塑性韧性较差，其焊接性、可切削加工性及冷变形塑性低。主要用于制造弹簧、轧辊、凸轮等耐磨工件与钢丝绳等。其中，65钢是最常用的弹簧钢。,1.性能特点,6.3.3 低合金高强度结构钢,高强度，可减轻结构重量，节约钢材。（比采用普通碳结构钢节约15%钢材）足够的塑性、韧性及良好的焊接性能。良好的耐蚀性及低的韧脆转变温度。,在碳素结构钢基础上加入少量的合金元素而得到的钢种，其含wS、wP均0.045。主要用来制造强度要求较高的工程结构，如桥梁、船舶、压力容器、机车车辆、房屋、输油管道、锅炉等。,南京长江大桥,2.成分特点 低碳：wC0.2%，以保证良好塑性、韧性和焊接性能。合金元素：Mn：强化铁素体；降低冷脆转变温度；增加珠光体的量，提高强度。V、Ti、Nb等主要起细晶强化作用。RE可提高韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。低合金高强度结构钢牌号、化学成分及性能如表6-5所示。,3.热处理 大多数在热轧空冷状态下使用，其组织为F+S。4.常用牌号及用途 Q345钢综合性能好，用于船舶、桥梁、车辆及建筑结构等。Q390钢含V、Ti、Nb，强度高，用于中等压力压力容器。Q460钢含Mo、B，正火组织为贝氏体，强度高，用于石化中温高压容器、大型船舶及重要桥梁。,船舶,桥梁,储气罐,车辆,1.性能特点 表硬里韧。具有高的淬透性和渗碳能力。2.成分特点 低碳：0.100.25%。合金元素：提高淬透性：Cr、Mn、Ni、B 细化晶粒：W、Mo、Ti、V,6.3.4 渗碳钢,指经渗碳、淬火、低温回火后使用的钢种。,3.热处理特点 渗碳件一般的工艺路线为：下料锻造正火机加工渗碳淬火+低温回火磨削 正火：改善锻造组织，调整硬度，便于切削加工；渗碳：增加表面含碳量；淬火：提高硬度和耐磨性；低温回火：保持高硬度，降低脆性。,使用状态下组织：表层：高碳回火马氏体+粒状碳化物+少量残余奥氏体；硬度为5864HRC。心部：低碳回火马氏体、少量铁素体与屈氏体；硬度为3545HRC。,4.常用牌号及用途低淬透性合金钢 如20Cr、20Mn2等，其淬透性差，渗碳淬火后，心部强 韧性较低。只要用于受力尺寸较小耐磨件，如活塞销、凸轮轴等。,活塞销,凸轮轴,中淬透性合金钢如20CrMnTi、20SiMnVB等，其淬透性较好。主要用于制造承受中等载荷、要求足够冲击韧性和耐磨性的零件，如汽车、拖拉机的变速齿轮、离合器轴等。,齿轮,高淬透性合金钢：,如20Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA等，其淬透性好，主要用于制造大截面、承受高负荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴、齿轮等。,增压柴油机曲轴,1.性能特点 良好的综合力学性能。良好的淬透性。2.成分特点 中碳：0.250.5%。合金元素：强化铁素体，提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni、B细化晶粒，防止第二类回火脆性:W、Mo、V,6.3.5 调质钢,指经过调质处理（淬火+高温回火）后使用的钢种。,主要用于制造受力复杂、要求综合力学性能好的重要零件，如 精密机床的主轴、汽车的后桥半轴、发动机曲轴、连杆等。,表6-7 常用调质钢的调制处理规范及其力学性能,3.热处理特点 调质件一般的工艺路线为：下料锻造退火粗加工调质精加工装配 退火：调整硬度，改善锻件组织、性能，消除缺陷，为切 削加工和淬火作好组织上的准备。调质：获得良好综合力学性能。使用状态下的组织为：S回。为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。常用渗碳钢的牌号、热处理及力学性能如表6-6所示。,4.常用钢号及用途 低淬透性钢：常用40Cr、40MnB等，用于制造截面尺寸 较小的齿轮、轴、螺栓等。中淬透性钢：常用35CrMo、40CrNi等，用于制作截面尺寸较大、承受较大载荷零件，如大型发动机曲轴、连杆等。高淬透性钢：常用40CrNiMo、37CrNi3等，用于制造大截面承受重载荷零件，如航空发动机曲轴、汽轮机主轴等。,连杆,曲轴,螺杆,1.性能特点 高的s、s/b，以保证承受大的弹性变形和较高载荷。高的-1，以避免产生疲劳破坏。足够的塑性、韧性。,6.3.6 弹簧钢,弹簧作用：利用弹性变形储存能量，传递力与缓和冲击和振动；或与其他零件相配合控制某一工作过程，如钟表中发条。,指用于制造弹簧或其他弹性零件所使用的钢种。,2.成分特点含碳量较高：碳钢0.60.9%C；合金钢0.450.7%C。合金元素：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si细化晶粒，减小脱碳和过热敏感性：Cr、W、V常用弹簧钢的牌号、热处理、性能和用途如表6-8所示。,3.热处理特点 冷成型弹簧冷拉淬火+中温回火冷卷成形去应力退火成品。用于截面尺寸10mm大型弹簧，如汽车板簧、火车螺旋弹簧。,汽车板簧,火车螺旋弹簧,4.常用钢号及用途Si、Mn弹簧钢如65Mn、60Si2Mn，用于制造截面尺寸25mm的弹簧，如汽车、拖拉机、火车的板簧和螺旋弹簧等。Cr、V弹簧钢如50CrV，用于制造在350400C下工作大截面(30mm)、大载荷的耐热弹簧，如高速柴油机的气门弹簧、阀门弹簧等。,6.3.7 滚动轴承钢,1.性能特点 高硬度和高耐磨性；高的弹性极限和接触疲劳强度；足够的韧性、淬透性和抗耐蚀性。,滚动轴承钢是指用来制造各种滚动轴承的滚动体及内外套圈的专用钢种，也可用于制作形状复杂的工具、冷冲模具、精密量具以及要求硬度高、耐磨性高的结构零件。,推力球轴承,滚针轴承,2.成分特点 高碳：0.951.15%C。合金元素：Cr：提高淬透性，接触疲劳强度、耐磨性和耐腐蚀性；Si、Mn、V：进一步提高钢的淬透性和强度。NOTE：当wCr1.65%时，会因残余奥氏体量的增加而使硬度和稳定性下降。,滚动轴承钢牌号、化学成分、热处理及用途如表6-9所示。,3.热处理特点 球化退火 获得球状珠光体，降低硬度，改善切削加工性并为淬火做好组织上的准备。淬火+低温回火 这是决定轴承钢性能的关键。最终得到细针状的回火马氏体、颗粒状碳化物与少量残余奥氏体组织，硬度为6266HBC。淬火后冷处理(-60-80)进一步减少残余奥氏体和消除内应力，稳定尺寸。,4.常用钢号及用途 含铬轴承钢 GCr9、GCr15的淬透性较低，主要用于制作中、小型滚动轴承及冷、冲模、量具、丝杠等。GCr9SiMn、GCr15 SiMn的淬透性较高，主要用于制作大型滚动轴承。无铬轴承钢 如GMnMoVRE等。,向心球轴承,圆柱滚子轴承,自动调心球轴承,6.3.8 易切削钢,易切削钢是指为改善钢的切削加工性而特意加入一定量的硫、磷、铅及钙等附加元素的钢种。热处理特点：一般不用热处理，经冷镦、冷轧等冷压力加工和切削加工制成零件。主要用于制造受力较小、尺寸精度高、表面粗糙度低的仪器、仪表中的零件、标准件及普通机床丝杠等。常用的易切削钢的牌号和化学成分如表6-10所示。,易切削钢的成分和力学性能,6.3.9 超高强度钢,超高强度钢是指屈服强度大于1400Mpa或抗拉强度大于1500Mpa且同时兼有优良韧性的合金钢。它是近20年来为适应航天和航空技术的需要而发展起来的一种新型钢种，具有更高的比强度和屈强比，足够的塑性、韧性及尽可能小的缺口敏感性、良好的加工工艺性能等。主要用于航天飞机、火箭、导弹的结构材料，如飞机的起落架和机翼大梁等。,6.4 工具钢,工具钢是用于制造刃具、量具和模具的钢种。,刃具,量具,模具,1.成分特点高碳(0.651.35%C)，硬度和耐磨性；但wC，韧性。,6.4.1 碳素工具钢,优点：锻造和切削加工性能好，价格便宜。缺点：淬透性低，回火稳定性差。用途：主要用于制造尺寸不大、形状简单的手动或低速运动的机用工具。,2.热处理特点 球化退火 降低硬度，改善组织，为切削加工和淬火作组织准备。淬火+低温回火 获得回火马氏体、粒状渗碳体及少量残余奥氏体组织，以达到工具所要求的高硬度(60HRC左右)和高耐磨性。,T12钢球化退火前显微组织,T12钢淬火后的显微组织,3.常用牌号及用途由于碳素工具钢热硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手动工具和低速刃具。T7、T8：用于制造要求具有较高韧性的工具，如木工用的冲子、凿子、锤子等。,木工凿,T9、T10、T11钢用于制造要求较低韧性、较高硬度的工具，如小钻头、冲模、手丝锥等。,丝锥,钻头,木工钻,T12、T13钢用于制造要求具有高硬度和耐磨性的工具，如锉刀、锯条、量规等。,锉刀,手锯条,量规,碳素工具钢的牌号、化学成分及热处理如表6-11所示。,光面量规,6.4.1 量具刃具钢,1.性能特点,高硬度和高耐磨性,足够的强度和韧性,较高的淬透性,量具刃具钢是指用于制造一般量具（如千分尺、塞规）和切削速度较低的刃具（如铰刀、丝锥）等所使用的钢种。,千分尺,卡尺,矩形花键环规、塞规,2.成分特点,1）高碳0.81.10，以保证高硬度和高耐磨性要求。2）低合金含量小于5，主要作用是提高淬透性和回火稳定性。,3.热处理特点,1）球化退火2）淬火+低温回火最终获得回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体组织，硬度为60 62HRC。与碳素工具钢相比，淬透性明显提高，可采用油淬，且淬火变形、开裂倾向性小。,4.常用钢号及用途,板牙,9SiCr：用于制造形状复杂、淬火变形小的低速切削工具，如板牙、丝锥、铰刀等,扳手,丝锥,Cr12：常用于制造精度较低的量具，如塞规、平尺、量柱等,塞规,常用量具刃具钢牌号9SiCr、GCr15。,6.4.3 冷作模具钢用于制造金属在冷态下变形模具，如冷冲模、冷镦模等。1.成分特点高碳、高合金2.性能特点 高硬度和耐磨性，60HRC。高的强度、疲劳强度和一定的韧性。良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）。热处理变形小，保证尺寸精度。,常用冷作模具钢牌号Cr12、Cr12MoV,3.热处理 淬火+低温回火或碳氮共渗 使用状态下的组织:M回+粒状碳化物+A(少量)4.常用牌号及用途 9Mn2V钢常用于制造截面尺寸较大、形状较复杂的冷作模具。Cr12MoV用于制造承受重负荷、形状复杂大型的冷作模具。,冷镦模具,冷冲模具,1.性能特点 较高的强度、韧性及足够耐磨性和硬度（4050HRC）良好的抗热疲劳性、导热性回火稳定性及淬透性。,热作模具钢是指利用热锻模、热挤压模及压铸模等使热态金属成形的模具钢，通常工作温度600C。,6.4.4 热作模具钢,2.成分特点1）中碳：0.300.6，保证良好的强度、韧性。2）合金元素：10%提高淬透性:Mn、Si、Cr、Ni 提高回火稳定性，减少第二类回火脆性:W、Mo、V 提高抗热疲劳性能：高Cr、高W。,汽车四缸压铸模,热作模具钢 调质处理：回火索氏体或回火屈氏体组织。热压模具钢 淬火后在略高于二次硬化峰值温度（600C左右）回火 最终组织：回火马氏体、粒状碳化物和少量残余奥氏体。,3.热处理,常用热作模具钢牌号5CRMnMo、5CrNiMo、4Cr5MoSiV,4.常用牌号及用途 热锻模具钢 5CrNiMo主要用于制造形状复杂、承受重载荷大型热锻模。5CrMnMo主要用于制造中小型热锻模。,普通热锻模具,热压模具钢,压铸模,4Cr5MoSiV、4Cr5MoSiVl、4Cr5W2VSi等钢具有高的淬透性和回火稳定性，在400500C温度下工作仍具有良好的强韧性，主要用于制造热压模具。,1.耐冲击工具钢用于制造如剪刀片和切边模等所使用的钢种。由于在工作过程中承受较大的冲击，因此要求钢既具有较高的硬度又具有良好的韧性，以防止工具崩刃或断裂。常用钢种：5CrW2Si。经淬火+低温回火后，得回火马氏体组织，硬度为5055HRC。主要用于制造承受较大冲击的薄刃刀具和模具，如切锻件毛边用的切边模、剪切钢板用的剪刀片、风动凿子等。,6.4.5 耐冲击工具钢、无磁模具钢、塑料模具钢,2.无磁模具钢随电子工业的发展，在要求无磁模具情况下使用的由我国自行研制的新钢种。常用牌号：7Mnl5Cr2Al3V2WMo钢。属于高碳高锰的奥氏体无磁模具钢，经高温退火（860900C、6 8h保温）后，具有较好的切削加工性；经固溶处理（1180 1200C、1 2h保温后水淬），得到单相奥氏体组织，然后再进行时效强化（650 700C、1520h保温），使钒的碳化物在奥氏体基体上弥散析出，硬度可达4547HRC。,3塑料模具钢用于制造塑料模具所使用的钢种。该钢用量大，约占模具钢总产量的39.8。常用牌号是3Cr2Mo钢，具有良好的切削加工性，较好的镜面加工性和耐蚀性，但淬透性、耐磨性、200400C下的强度均较差。3Cr2Mo钢以调质状态供应，其硬度为30HRC，经切削加工制成模具后，一般不进行热处理，可直接使用。,6.4.6 高速钢（俗称风钢）制造高速切削刃具的高合金工具钢。1.性能特点高热硬性 600时硬度仍保持在5560HRC。高淬透性 空冷即可淬火，俗称“风钢”。2.成分特点 高碳:0.701.5%C 高合金：10%提高淬透性及回火稳定性：Cr提高热硬性、耐磨性:W、Mo、V,3.铸态组织与锻造高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为粗大的鱼骨状合金碳化物，脆性大且不能用热处理来消除，只能进行反复轧制或锻造，才能击碎，使之均匀分布在基体上。,W18Cr4V钢铸态组织鱼骨状Ld与树枝状M+T,W18Cr4V钢退火组织S+粒状或小块碳化物,W18Cr4V钢淬火组织M+粒状碳化物+A,4.热处理 球化退火 降低硬度，改善组织，消除应力，为切削加工和淬火做好组 织上准备。退火后组织：S+粒状或小块碳化物淬火 获得高硬度和高耐磨性。淬火后组织：M+粒状碳化物+A,高温回火（560三次回火）消除内应力，稳定组织。回火后的组织：M回+粒状碳化物+A。,W18Cr4V钢淬火、回火后的组织,W18Cr4V插齿刀的热处理工艺如图所示,W18Cr4V钢：其热硬性较高、过热敏感性较小，磨削加工性较好；但热塑性差、碳化物粗大，适用于制造一般的高速切削用车刀、刨刀、钻头及铣刀等。,5.常用牌号及用途,车刀,铣刀,钻头,W6Mo5Cr4V2钢，其热塑性良好，碳化物分布比较均匀，耐磨性高，但热硬性较差，易脱碳和过热，广泛用于制造轮铣刀、插齿刀、麻花钻头等刃具。,齿轮滚刀,插齿刀,轮铣刀,麻花钻,W9Mo3Cr4V：近几年研制的新钢种，既保留了W18Cr4V钢良好的热塑性，又克服了 W6Mo5Cr4V2钢脱碳倾向性大的缺点，且硬度比较高，是很有发展前途的钢种，用于制作各种切削刀具和冷、热模具。,5.常用牌号及用途,切削刀具,冷镦模具,6.5 特殊性能钢,特殊性能钢是指具有某些特殊的物理、化学性能，用来制造在特殊环境及工作条件下所使用的钢种。,6.5.1 不锈钢,在自然环境或一定工业介质中具有耐腐蚀性能钢。,1.金属的腐蚀,1）化学腐蚀金属与外界介质直接产生化学反应的腐蚀。,2）电化学腐蚀金属与电解质溶液接触发生作用而引起的腐蚀。,化工管道的腐蚀,防止电化学腐蚀的措施：获得均匀的单相组织，减少原电池形成的可能性。提高阳极的电极电位，减少两极的电极电位差。加入Cr、Al等，使表面形成致密的钝化膜。,电化学腐蚀的主要原因：由于不同电极电位的金属在电解质溶液中形成原电池，使低电极电位的阳极被腐蚀，高电极电位的阴极被保护，从而导致金属的电化学腐蚀。,2.成分特点含碳量 耐腐蚀性要求越高，含碳量越低。合金元素 Cr：决定耐蚀性好坏的最主要元素。Ni：与Cr配合提高耐腐蚀性同时可提高强度。Mo：提高钢在非氧化性酸中的耐腐蚀能力。Ti、Nb:防止钢的晶间腐蚀。,晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大。这是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，从而在介质作用下发生强烈腐蚀。加Ti、Nb会优先与C形成稳定的碳化物,避免晶界贫Cr。,奥氏体不锈钢晶界的Cr23C6析出,晶间腐蚀,3.常用不锈钢（1）马氏体不锈钢 1Cr13、2Cr13 热处理:调质处理，其组织:S回。具有良好的综合力学性能，常用于制作塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。,不锈钢制涡轮叶片,4Cr13热处理：淬火+低温回火。使用状态下的组织：M回。主要用于制作高硬度高耐磨的医疗器械、餐具及量具等。,手术剪,量具,（2）铁素体不锈钢典型钢号如1Cr17、1Cr17Ti等。成分：低碳高铬只能正火或退火，不能淬火强化。组织：单相铁素体性能特点：强度较低，耐酸蚀性及塑性很好。主要用于制造耐蚀性要求很高而强度要求不高的构件，如化工设备、容器和管道、食品工厂等。,（3）奥氏体不锈钢主要是Cr18Ni9型钢（18-8）。,成分特点：低碳高铬高镍。组织：单相奥氏体。性能特点：高的耐蚀性、塑性和韧性、良好的冷加工性能及焊接性能。用途：广泛用于制造化工设备中的构件和零件、抗磁仪表、医疗器械等。,奥氏体不锈钢热处理：固溶处理将钢加热到10501150使碳化物充分溶解后水冷，获得单相奥氏体组织，提高耐蚀性。,稳定化处理加热到850880，使铬中碳化物溶解，然后缓冷，使碳与钛形成碳化钛，避免铬同碳形成碳化物，以消除晶界贫铬的可能，避免了晶间腐蚀的产生。去应力退火将钢加热到300350，消除冷加工应力；加热到850以上，消除焊接残余应力。,4.其他类型不锈钢（1）双相不锈钢 典型钢号如0Cr26Ni5Mo2、03Cr18Ni5Mo3Si2等。特点：这类钢的组织由奥氏体和铁素体两相组成，其晶间腐蚀和应力腐蚀倾向小，强韧性和可焊性较好。应用：可用于制造化工、化肥设备及管道，海水冷却的热交换设备等。,（2）沉淀硬化不锈钢典型钢号：0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al。经固溶、二次加热及时效处理后，组织为在奥氏体马氏体基体上分布着弥散的金属间化合物。应用：主要用做高强度、高硬度且耐腐蚀的化工机械和航天用的设备、零件等。,1.性能要求高的抗氧化性指钢在高温下对氧化作用的稳定性。钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高抗氧化性。,6.5.2 耐热钢,耐热钢是指在高温下具有良好的抗氧化性能并具有足够强度的钢种，主要用于制造高压锅炉、汽轮机、内燃机及航空发动机等在高温下工作的机械零件或构件。,高的热强性热强性是指金属长时间在高温和负荷作用下抵抗变形或断裂的能力。其性能指标为：1）蠕变极限指材料在一定温度下、经一定时间后，产生一定变形量时的最大应力值。其值越高，塑性变形抗力越大，热强性越高。2）持久强度指材料在一定温度下、经一定时间后发生断裂的应力值，表征了材料抵抗断裂的能力。,2.常用耐热钢 珠光体耐热钢 15CrMo、12Cr1MoV，是低合金钢。热处理：正火+高温回火 组织:F+P 用途：600以下锅炉及管道、压力容器、热交换器等。,压力容器,热交换器,2.马氏体耐热钢常用钢号为Cr12型、Cr13型和 4Cr9Si2。热处理：调质处理。组织：S回。用途：多用于制造工作温度在600C以下、承受较大载荷的零件，如汽轮机叶片、汽车阀门等。,汽车阀门,汽轮机叶片,3.奥氏体耐热钢典型牌号0Crl8Ni9、0Crl8Nil0Ti、4Crl4Nil4W2Mo。特点：具有高的热强性和抗氧化性，高的塑性和冲击韧性及良好的可焊性和冷成形性。主要用于制造工作温度在600850C间的高压锅炉过热器、汽轮机叶片、发动机气阀及管道等。,常用耐热钢的牌号和力学性能,在冲击和摩擦条件下产生加工硬化而具有高耐磨性高锰钢。1.成分特点 高碳：1.01.3%C，以保持高耐磨性。高锰：1114%Mn，以保证形成奥氏体组织。2.热处理及组织铸态组织：奥氏体+碳化物，性能硬而脆。热处理：水韧处理将钢加热到10001100保温，使碳化物溶入奥氏体，然后进行水淬冷却。室温组织：单相奥氏体。,6.5.3 耐磨钢,热处理后性能：强度、硬度不高，但塑性、韧性好。工作时，在压力及冲击作用下，表层奥氏体产生加工硬化，并有马氏体和碳化物析出，使表层硬度迅速提高到450550HBS，以获得高耐磨性；而心部仍为奥氏体组织，具有高的耐冲击能力。,挖掘机斗齿,履带,主要用于制造抗冲击而又耐磨的零件，如拖拉机的履带板、球磨机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等。,球磨机衬板,铁路辙岔,破碎机颚板,3.常用牌号,典型牌号ZGMn13。,The End,of Chapter 6,