第五章工业用钢及铸铁PPT课件.ppt

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1、,第五章 工业用钢及铸铁,第五章 工业用钢及铸铁,第一节 钢中常存元素与合金元素第二节 钢的分类与编号第三节 结构钢第四节 工具钢第五节 不锈钢、耐热钢及耐磨钢第六节 铸 铁,第一节 钢中常存元素与合金元素,一、钢中常存元素对钢性能的 影响二、钢中合金元素的作用,一、钢中常存元素对钢性能的影响：,1.有益元素： Si 有很强的固溶强化作用,能脱氧。 Mn脱氧、去硫,提高钢的强度和硬度。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 )。3.气体元素:,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、

2、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。,二、钢中合金元素的作用,一）合金元素与铁和碳的作用二）合金元素对Fe-Fe3C相图的影响三）合金元素对钢的热处理的影响,一)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 A2.与碳作用形成合金碳化物 (Fe,Cr)3C3.单独形成特殊碳化物: TiC、VC等,二)合金元素对Fe-Fe3C相图的影响,1.扩大奥氏体区: Mn、Ni、Co、Cu、Zn、N等元素，扩大奥氏体区。 2.缩小

3、奥氏体区： Cr、Mo、W、V、Ti、Si 、Al、B等元素，缩小奥氏体区。 3.改变共晶点和共析点的参数：几乎所有的合金元素。使S点和E点的成分向左移， 使A1线的温度变化。,三)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,进入第二节,The End of This Part,第二节 钢的分类与编号,一、钢的分类二、钢的编号方法 一）国标（GB）钢产品牌号表示 方法 二）钢铁及合金牌号统一数字代号 体系,一、钢的分类,1.按用途分类；2.按化学成分分类；3.按质量等级分类；4.按冶炼方法分类；5.按金相组织分类；6.按工艺方法（脱氧程度）分类

4、；,1.按用途分类（1）结构钢 可分为工程构件用钢（如建筑工程用钢、桥梁工程用钢、船舶工程用钢、车辆工程用钢）和机器零件用钢（如调质钢、渗碳钢、弹簧钢、轴承钢等）。（2）工具钢 根据用途不同可分为刃具钢、模具钢、量具钢等。（3）特殊性能钢 可分为不锈钢、 耐热钢、耐磨钢等。,2.按化学成分分类 按化学成分分为非合金钢、低合金钢和合金钢。 非合金钢是指WC2.11% ，并含有少量Si 、Mn 、S 、P等杂质元素的铁碳合金，在施行新的钢分类标准以前称为碳素钢(简称碳钢)。按其含碳量又分为低碳钢(0.0218%WC0.25%)、中碳钢(0.25%WC0.60%)和高碳钢(WC 0.60%)。 低合

5、金钢与合金钢是指在非合金钢基础上有目的的加入了某些元素所形成的钢种,加入钢中的元素称为合金元素。,3.按质量分类 主要按钢中的有害杂质磷、硫含量来分类。可分为 普通钢(WS、 WP0.045%)； 优质钢(WS、 WP0.035%)； 高级优质钢(WS0.020%、 WP0.030%)； 特级优质钢(WS0.015% 、 WP0.025%)等。,4.按冶炼方法分类 可按炉别分为平炉钢、转炉钢、电炉钢。 平炉钢是靠燃料（煤气或重油）的燃烧来熔化炉料和提高钢水温度，靠炉气中的氧气和加入铁矿石进行氧化反应，由于平炉钢消耗大量燃料在我国已被淘汰。 转炉钢是把空气或氧气吹入铁水中，使铁水中的C、Mn、S

6、i、 P、S等迅速氧化、靠氧化时放出的热量来升温，而不靠燃料供热的炼钢方法。转炉钢由于节省燃料是目前主要炼钢设备。 电炉钢是利用电能作为热源的炼钢方法。电炉钢主要生产高质量和高合金钢。,5.按金相组织分类 钢的金相组织随处理方法不同而已。 按退火组织分： 亚共析钢、共析钢、过共析钢。 按正火组织分： 珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢及 奥氏体钢等。,6.按工艺方法（脱氧程度）分类 按脱氧程度不同分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。 沸腾钢是指只用Mn铁（价格低、脱氧效果差）脱氧，所以钢中含氧较多，浇注时，钢中氧与碳发生作用析出大量CO，因此钢水在钢模内呈沸腾现象，称沸腾钢。沸腾钢成材率高，成本低，但化学

7、成份不均匀、偏析、杂质多。沸腾钢钢号最后用“F”表示。 镇静钢是指除用Mn铁，还用Si铁（有时用Al）脱氧，钢中氧已很少，浇注时没有沸腾现象。镇静钢化学成分均匀，机械性能较好，但有缩孔，成本高。镇静钢钢号后加“Z”。 半镇静钢的脱氧程度在镇静钢与沸腾之间，性能也介于之间，钢号后加“b”。半镇静钢应用较少。,一）国标钢产品牌号表示 方法,1.非合金钢的编号方法2.合金钢的编号方法,1.非合金钢的编号方法,（1）普通碳素结构钢 （2）优质碳素结构钢 （3）碳素工具钢（4）铸造碳钢,（1）普通碳素结构钢 该类钢牌号表示方法由代表屈服点“屈”字的汉语拼音字首（Q）、屈服点数值、质量等级符号(A 、B

8、、C 、D 、E)及脱氧方法符号(F、b、Z 、TZ)等四个部分按顺序组成。例如Q235-AF，即表示屈服点为S235MPa 、A等级质量的沸腾钢。 F 、b、Z 、TZ 依次表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢，一般情况下符号Z与TZ在牌号表示中可省略。 质量等级符号反映碳素结构钢中磷、硫含量的多少，A、B、C、D质量等级依次增加。,（2）优质碳素结构钢 其牌号用两位数字表示，两位数字表示钢中平均碳的质量分数的万倍。例如 45钢,表示平均WC0.45%；08钢表示平均WC0.08%。 优质碳素结构钢按锰的质量分数不同,分为普通锰(WMn0.25%0.80%)与较高锰(WMn0.70%1.

9、2%)两组。较高锰的优质碳素结构钢牌号数字后加“Mn”,如 65Mn。 沸腾钢、半镇静钢以及专门用途的优质碳素结构钢，应在牌号后特别标出，如08F即指平均含碳量为0.08%的沸腾钢；15g即指平均碳质量分数为0.15%的锅炉钢。,（3）碳素工具钢 其牌号冠以“T”(“T”为“碳”字的汉语拼音字首)，后面的数字表示平均碳的质量分数的千倍。碳素工具钢分优质和高级优质两类。若为高级优质钢，则在数字后面加“”字。 例如T8A钢，表示平均W0.8% 高级优质碳素工具钢。 对含较高锰(WMn0.40%0.60%)的碳素工具钢，则在数字后加“Mn”。如T8Mn 、T8MnA 等。,（4）铸造碳钢 其牌号用“

10、ZG”代表铸钢二字汉语拼音字首，后面第一组数字为屈服点数值(单位MPa)，第二组数字为抗拉强度(单位MPa )。 例如ZG200400 ，表示屈服点(或0.2 )200MPa，抗拉强度b400MPa 的铸造碳钢件。,2.合金钢的编号方法,（1）低合金高强度结构钢 （2）合金结构钢 （3）滚动轴承钢 （4）易切削钢（5）合金工具钢 （6）不锈钢与耐热钢 （7）铸造合金钢（8）塑料模具钢,（1）低合金高强度结构钢,通用结构钢采用代表屈服点的拼音字母“Q”。屈服点数值(单位为MPa)和表5.2中规定的质量等级、脱氧方法等符号，按顺序组成牌号。例如： Q345C，Q345D。低合金高强度结构钢有镇静钢

11、和特殊镇静钢，但牌号尾部不加写表示脱氧方法的符号。 专用结构钢一般采用代表钢屈服点的符号“Q”、屈服点数值和教材中表5.2规定的代表产品用途的符号等表示，例如：压力容器用钢牌号表示为“Q345R”；耐候钢其牌号表示为：Q340NH。 根据需要，通用低合金高强度结构钢的牌号也可以采用两位阿拉伯数字(以万分之几计平均含碳量)和标准的元素符号组成，如16Mn。专用低合金高强度结构钢的牌号，除一般组成外，尚应加写表5.2中规定代表产品用途的符号，如16MnL。,（2）合金结构钢,牌号为“两位数字十元素符号十数字” ，前面两位数字代表钢中平均碳的质量分数的万倍，元素符号表示钢中所含的合金元素，元素符号后

12、面数字表示该元素的平均质量分数的百倍。合金元素的平均质量分数WMe1.5%时，一般只标明元素而不标明数值；平均质量分数1.5%、2.5%、3.5%,时，则在合金元素后面相应地标出2 、3 、4 。例如40Cr ，其平均碳的质量分数WC0.40%，平均铬的质量分数WCr1.5 %。 如果是高级优质钢，则在牌号的末尾加“A”，例如 38CrMoAIA钢。如果是特级优质钢(S0.015%、P0.025%)，在牌号尾部加符号“E”，例如：“30CrMnSiE”。 专用合金结构钢牌号尚应在牌号头部(或尾部)加教材中表5.2规定代表产品用途的符号。,（3）滚动轴承钢,高碳铬轴承钢，在牌号头部加符号“G”，

13、但不标明含碳量。铬含量以千分之几计，其他合金元素按合金结构钢的合金含量表示。例如：平均含铬量为1.5%的轴承钢，其牌号表示 为“GCr15”。渗碳轴承钢，采用合金结构钢的牌号表示方法，另在牌号头部加符号“G”。例如：“G20 CrNiMo”。高级优质渗碳轴承钢，在牌号尾部加“A”。例如：“G20CrNiMoA”。高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢，采用不锈钢和耐热钢的牌号表示方法，牌号头部不加符号“G”。例如：高碳铬不锈轴承钢“9Cr18”和高温轴承钢“10Cr14Mo”。,（4）易切削钢,加硫易切削钢和加硫、磷易切削钢，在符号“Y”和阿拉伯数字后不加易切削元素符号。例如：平均含碳量为0.15%的易

14、切削钢，其牌号表示为“Y15”。 较高含锰量的加硫或加硫、磷易切削钢，在符号“Y”和阿拉伯数字后加锰元素符号。例如：平均含碳量为0.40%，含锰量为1.20%1.55%的易切削钢，其牌号表示为“Y40Mn”。 含钙、铅等易切削元素的易切削钢，在符号“Y”和阿拉伯数字后加易切削元素符号。例 如：“Y15Pb”、“Y45Ca”。,（5）合金工具钢,牌号为“数字十元素符号十数字”，当WC1%时，用一位数字表示碳的质量分数的千倍；当碳的质量分数l%时，则不予标出。合金元素含量表示方法同合金结构钢，例如Crl2MoV 钢，、9SiCr 钢, 在含铬量(以千分之几计)前加数字“0”。例如：平均含铬量为0.

15、60%的合金工具钢，其牌号表示为“Cr06”。 高速工具钢例外，其平均碳的质量分数无论多少均不标出，牌号前冠以“C”时，表示其平均碳含量高于通用牌号的平均碳含量。 因合金工具钢及高速工具钢都是高级优质钢，所以它的牌号后面也不必再标“A”。,（6）不锈钢与耐热钢,其牌号常采用标准规定的合金元素符号和阿拉伯数字表示，若为易切削不锈钢和易切削耐热钢，则在牌号头部加“Y”。一般用一位阿拉伯数字表示平均含碳量(以千分之几计)；当平均含碳量1.00%时，用两位阿拉伯数字表示；当含碳量上限0.10%时，以“0”表示含碳量；当含碳量上限0.03%，0.01%时(超低碳)，以“03”表示含碳量；当含碳量上限0.

16、01%时(极低碳)，以“01”表示含碳量。含碳量没有规定下限时，采用阿拉伯数字表示含碳量的上限数字。合金元素含量表示方法同合金结构钢。例如：平均含碳量为0.20%，含铬量为13%的不锈钢，其牌号表示为“2Cr13”；含碳量上限为0.08%，平均含铬量为18%，含镍量为9%的铬镍不锈钢，其牌号表示为“0Cr18Ni9”；含碳量上限为0.12%，平均含铬量为17%的加硫易切削铬不锈钢，其牌号表示为“Y1Cr17”；平均含碳量为1.10%，含铬量为17%的高碳铬不锈钢，其牌号表示为“11Cr7”；含碳量上限为0.03%，平均含铬量为19%，含镍量为10%的超低碳不锈钢，其牌号表示为“03Cr19Ni

17、10”；含碳量上限为0.01%，平均含铬量为19%，含镍量为11%的极低碳不锈钢，其牌号表示为“01Cr19Ni11”。,（7）铸造合金钢,其牌号由“ZG（“铸”“钢”的汉语拼音字首）+数字+元素符号+数字”构成，第一组数字表示钢中平均碳含量的万分之几，符号表示钢中的合金元素，符号后的数字表示其平均百分含量。 如ZG20Cr13等，Cr为铬元素符号，20为平均碳含量为0.2%，13为铬平均含量为13。,（8）塑料模具钢,其牌号表示为除在头部加符号“SM”外，其余表示方法与优质碳素结构钢和合金工具钢牌号表示方法相同。例如：平均含碳量为0.45%的碳素塑料模具钢，其牌号表示为“SM45”；平均含碳

18、量为0.34%，含铬量为1.70%，含钼量为0.42%的合金塑料模具钢，其牌号表示为“SM3Cr2Mo”。,二）钢铁及合金牌号统一数字代号体系,2.钢铁及合金的类型与统一数字代号 钢铁及合金的类型与统一数字代号见教材表5.3。,进入第三节,The End of This Part,第三节 结构钢,一、一般工程结构用钢 1.普通碳素结构钢 2.优质碳素结构钢 3.低合金高强度结构钢二、机械零件用钢 一）碳素铸钢 二）渗碳钢 三）调质钢 四）弹簧钢 五）滚动轴承钢,1.普通碳素结构钢,（1）主要用途 适用于一般工程用各种热轧钢板、钢带、型钢等，可供焊接、铆接、连接构件使用。（2）性能要求 具有一定

19、的强度和良好的塑性与韧性，同时具有良好的工艺性能（如焊接性和冷变形成形性），以及较小的冷脆倾向和一定的耐大气腐蚀性。,（3）成分和热处理特点 普通碳素结构钢的S、P含量较高，平均含碳量为0.060.38。该类钢一般在供应状态（热轧）下使用，不再进行热处理，但也可根据需要在使用前对其进行热加工或热处理，以调整其力学性能。（4）常用钢种 常用普通碳素结构钢的牌号、成分、力学性能及其应用如表5-4所示。 Q195钢碳含量较低，塑性好，常作铁钉、铁丝及各种薄板等，Q275钢属于中碳钢，强度较高，能代替30、40钢制造零件，Q235-C，Q235-D质量较好，可用于制作一些较重要的焊接构件及机件。,2.

20、优质碳素结构钢,常用的有05F、08F、10、15、20和25钢。一般碳素工程构件钢强度低，其屈服强度较低，因此用于力学性能要求不高的工程构件。,3.低合金高强度结构钢,(1)主要用途： 主要用于制造各种要求强度较高的工程结构，如桥梁、船舶、车辆、锅炉、高压容器、输油输气管道、大型钢结构等。（2）性能要求： 1) 高强度：一般屈服强度在300 MPa以上； 2) 足够的塑性和韧性； 3) 良好的焊接性能和冷成型性能； 4) 良好的耐蚀性；（3）成分特点： 1）含碳量：一般不超过0.2； 2）合金元素：主加元素：Mn；附加元素：Nb、Ti、V、Cu等。,（4）热处理特点： 一般在热轧空冷状态下使

21、用，不需要进行专门的热处理。若为改善焊接区性能，可进行正火。（5）常用钢种： Q345 （16Mn） 是我国低合金高强钢中用量最多、产量最大的钢种。强度比普通碳素结构钢Q235高约20%30%，耐大气腐蚀性能高20%38%。 Q420 （15MnVN） 中等级别强度钢中使用最多的钢种。强度较高，且韧性、焊接性及低温韧性也较好，被广泛用于制造桥梁、锅炉、船舶等大型结构。,一）碳素铸钢,1.主要用途：适用于形状复杂且韧性、强度要求较高的零件，包括韧性、强度要求较高的大型零件。2.成分特点：含碳量一般在0.150.6之间。3.热处理特点：退火、正火回火或淬火回火。,二）渗碳钢,1.主要用途：渗碳钢主

22、要用于制造要求高耐磨，并承受动载荷的零件，如汽车、拖拉机上的变速齿轮、内燃机上的凸轮、活塞销等，通常尺寸小的、受力小的，采用低碳钢，而尺寸大的、受力大的则采用低碳合金钢。2.性能要求： 1) 表面渗碳层硬度高； 2) 心部具有高的韧性和足够高的强度； 3) 有良好的热处理工艺性能 ；,3.成分特点： 1) 低碳：碳质量分数一般为0.10%0.25%，使零件心部有足够的塑性和韧性。 2) 加入提高淬透性的合金元素：常加入Cr、Ni、Mn、B等。 3) 加入细化晶粒的元素：主要加入Ti、V、W、Mo等，4.热处理特点： （1）预备热处理：一般采用正火处理，对高淬透性的渗碳钢，则采用空冷淬火+高温回

23、火，以获得回火索氏体组织，改善切削加工性能。 （2）最终热处理：一般采用渗碳后直接淬火或渗碳后二次淬火加低温回火的热处理。,5.常用钢种： （1）碳素渗碳钢：如15、20钢，主要用于制造承受载荷较低、形状简单、不太重要但要求耐磨的小型零件。 （2）合金渗碳钢：按照渗碳钢的淬透性大小，可分为三类： 1）低淬透性渗碳钢。典型钢种为20Cr，这类钢水淬临界直径100mm，主要用于制造大截面、高载荷的重要耐磨件，如飞机、坦克中的曲轴、大模数齿轮等。,6.典型零件加工工艺路线举例零件名称：载重汽车变速箱中间轴的三挡齿 轮。材 料：20CrMnTi钢。技术要求：要求渗碳层深度为1.21.6，表 面硬度为5

24、662HRC。工艺路线： 下料锻造正火车削加工加工齿形渗碳（930）预冷淬火（830）低温回火（200）磨削加工磨齿成品。,三）调质钢,1.主要用途： 广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。2.性能要求：要求具有高的综合机械性能 。3.成分特点： 1) 中碳：碳质量分数一般在0.25%0.50%之间； 2) 加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si等： 3) 加入防止第二类回火脆性的元素：在钢中加入 Mo、W可以防止第二类回火脆性，4.热处理特点： 1）预备热处理：一般采用正火处理，对高淬透性的调质钢，则采用空冷淬火+高温回火，以获得回火索氏

25、体组织，改善切削加工性能。 2）最终热处理：一般采用调质处理。,5.常用钢种：（1）碳素调质钢：一般为中碳优质碳素结构钢，如35、45、40钢，适宜制造载荷较低，小而简单的调质工件。（2）合金调质钢： 按淬透性的高低，调质钢大致可以分为三类： 1）低淬透性调质钢。典型钢种是40Cr，广泛用于制造一般尺寸的重要零件，如轴、齿轮、连杆螺栓等。35SiMn、40MnB是为节约铬而发展的代用钢种。 2）中淬透性调质钢。典型钢种为40CrNi，用于制造截面较大、承受较重载荷的零件，如曲轴、连杆等。 3）高淬透性调质钢。典型钢种为40CrNiMoA，用于制造大截面、承受重负荷的重要零件，如汽轮机主轴、压力

26、机曲轴、航空发动机曲轴等。,6.典型零件加工工艺路线举例零件名称：捷达轿车的半轴。材 料：40Cr技术要求：整体调质，硬度为2832HRC，表 面感应淬火层为46，硬度为 5055HRC。工艺路线：下料锻造退火粗机加工调质处理半精机加工表面淬火+低温回火精加工成品。,四）弹簧钢,1.主要用途：主要用于制造各种弹簧和弹性元件。2.性能要求： 1）高的弹性极限，高的屈强比； 2）高的疲劳极限； 3）足够的塑性和韧性； 4）较好的热处理和加工工艺性；3.成分特点：1) 中、高碳，碳的质量分数一般为0.50%0.70%。2）加入以Si、Mn为主的提高淬透性的元素，重要用途的弹簧钢还必须加入Cr、V、W

27、等元素。,4.热处理特点： 弹簧按加工和热处理可分为两类： 1)热成形弹簧 用热轧钢丝或钢板制成，然后淬火和中温（450 550 ）回火，获得回火屈氏体组织，一般用来制作为较大型的弹簧。 2)冷成形弹簧 小尺寸弹簧一般用冷拔弹簧钢丝（片）卷成。冷卷后的弹簧不必进行淬火处理，只需要进行一次消除内应力和稳定尺寸的定型处理，5.常用钢种： 1）碳素弹簧钢 如65Mn、85、65等，适于作直径较小的不太重要的弹簧。 2）合金弹簧钢 如60Si2Mn、50CrVA等，前者适于作截面尺寸较大的板簧和螺旋弹簧，后者适于作承受重载、较大型的耐热弹簧。,6.典型零件加工工艺路线举例零件名称：载重汽车板簧。材 料

28、：60Si2CrVA技术要求：要求经淬火回火后硬度为 415495HB。工艺路线： 扁钢下料加热压弯成形淬火（油）中温回火喷丸成品。,五）滚动轴承钢,1.主要用途：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，属专用结构钢。也可用于制造精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。2.性能要求： 1) 高的接触疲劳强度； 2) 高的硬度和耐磨性：硬度一般为62HRC64HRC； 3) 足够的韧性和淬透性； 4）一定的耐蚀能力和良好的尺寸稳定性；,3.成分特点： 1)高碳 碳质量分数一般为0.95%1.10%，以保证其高硬度、高耐磨性和高强度。2)铬为基本合金元素 铬提高淬透性；适宜的铬质

29、量分数为0.40%1.65%。3)加入硅、锰、钒等 Si、Mn进一步提高淬透性，便于制造大型轴承。 4)高的冶金质量 轴承钢一般采用电炉冶炼和真空去气处理。 4.热处理特点： 预先热处理：球化退伙； 最终热处理：淬火低温回火； 精密轴承，淬火后应立即进行“冷处理” ，在回火和磨削加工后，进行低温时效处理。,5.常用钢种： 1) 铬轴承钢 最常用的是GCr15。使用量占轴承钢的绝大部分，多用于制造中、小型轴承，也可用于制造冷冲模、量具、丝锥等。 2) 添加Mn、Si、Mo、V的轴承钢 如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等，用于制造大型轴承。加入Mo、V可得到无铬轴承钢, 如GSiMn

30、MoV、GSiMnMoVRE等，其性能与GCr15相近。 3）对于承受很大冲击载荷的轴承，常采用渗碳轴承钢制造，如G20Cr2Ni4等，对于要求耐蚀的不锈轴承，常采用9Cr18钢制造。,进入第四节,The End of This Part,第四节 工具钢,一、刃具钢二、模具钢 三、量具钢,模 具,量 具,刃 具,一、刃具钢,1.主要用途： 主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等，也可用于制造一些手动工具、木工工具等。 2.性能要求: 1)高强度（特别是抗弯、抗压）； 2)高硬度、高耐磨性； 3) 高热硬性 热硬性是指钢在高温下保持高硬度的能力（亦称红硬性）； 4) 足够的塑性和韧性

31、；,3.成分特点： 1）碳素工具钢均为高碳钢。 2）低合金工具钢：最高工作温度不超过300 。 高碳：碳质量分数为0.9%1.1%，以保证高硬度和高耐磨性。 加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素。 3）高速钢：高碳、高合金4.热处理特点： (1)碳素工具钢和低合金工具钢 预先热处理：球化退火； 最终热处理：淬火低温回火,高速钢的化学成分特点:,(2)高速钢的生产工艺及热处理特点：,1） 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。2）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。锻造后组织较细小。3）热处理：

32、预先热处理：球化退火； 最终热处理：淬火三次560 回火；,W18Cr4V钢的铸态组织,W18Cr4V铸态组织 420 ,W18Cr4V锻造组织 210 ,高速钢锻造后组织,预先热处理：球化退火目的：消除应力,调整组织,便于机加工, 为淬火作好组织准备。组织：S + 粒状 Cm,W18Cr4V球化退火组织 420 ,最终热处理：淬火三次560 回火 1）淬火 : 1280; 淬火后的组织:M+Cm+A残(2025%) 2）三次560回火： 在560回火时 , 产生二次硬化，三次回火可减少A残的量。 回火后的组织:M回 + Cm + A残 ( 1 2 % )，组织硬度为65HRC以上。,W18C

33、r4V钢淬火组织,W18Cr4V淬火组织 300 ,W18Cr4V淬火+ 三次回火组织,W18Cr4V淬火+ 三次回火组织 420 ,5.常用钢种：1）碳素工具钢碳素工具钢以成本低、具有一般较好的性能，在钳工、木工和形状简单受力不大的刃具、模具中得到广泛应用。 常用碳素工具钢的牌号、成分及用途详见教材表5-9。2）低合金工具钢 低合金工具钢中常用的有9SiCr、CrWMn等。9SiCr可用于制作丝锥、板牙等。 CrWMn钢热处理后变形小，故称微变形钢。主要用来制造较精密的低速刀具，如长铰刀、拉刀等。详见教材表5-10。,3）高速钢在我国最常用的高速钢是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，通常

34、简称18-4-1和6-5-4-2。前者的过热敏感性小，磨削性好，但由于热塑性差，通常适于制造一般高速切削刀具，如车刀、铣刀、绞刀等；由于后者的耐磨性、韧性和热塑性较好些，适于制造耐磨性和韧性很好配合的高速刀具，如丝锥、齿轮铣刀、插齿刀等。,6.典型零件加工工艺路线举例（1）零件名称：圆板牙。 材 料：9SiCr钢 技术要求：硬度为6063HRC，螺纹中径控制在要求范围之内。 工艺路线： 下料锻造球化退火机械加工淬火低温回火磨平面开槽开口成品。（2）零件名称：高速切削刀具（如铣刀） 材 料：W18Cr4V钢 工艺路线： 下料锻造等温球化退火加工成形淬火560三次回火磨削表面强化处理成品。,二、模

35、具钢,热作模钢:工作温度为600以上。,冷作模钢:工作温度为200300。,塑料模具钢:,一) 冷作模具钢,1.应用：主要用于制造各种冷冲模、冷镦模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200300。,汽车冲压模具,4.热处理特点: 冷作模具钢的热处理与低合金刃具钢类似。高碳高铬冷模具钢的最终热处理方案有两种： *一次硬化法: 淬火 + 低温回火 ( 9501000 ) ( 150180 ) *二次硬化法: 淬火 + 三次回火 ( 11001000 ) ( 510520 ),热处理后的组织: M回 + Cm + A残,5.常用钢种及牌号： 1）碳素工具钢和低合金工具钢 对于尺寸小、形状简单、工作

36、负荷不大的模具采用这类钢，钢种有T8A、T10A；T12A、Cr2、9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr6WV等。 2）高碳高铬模具钢广泛地用于制造负荷大、尺寸大、形状复杂的模具。钢号有Cr12、Cr12MoV等。,二) 热作模钢,1.应用：用于制造各种热锻模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达600以上。,4.热处理特点: 对热模钢，要反复锻造，其目的是使碳化物均匀分布。 锻造后的预备热处理一般是完全退火，其目的是消除锻造应力、降低硬度，以便于切削加工。 最终热处理根据其用途有所不同：热锻模是淬火后模面中温回火、模尾高温回火；压铸模是淬火后在略高于二次硬化峰值的温度多次回火，以保

37、证热硬性。,5.典型钢种及牌号： 对于中小尺寸（截面尺寸300mm）的模具，一般采用5CrMnMo； 对于大尺寸（截面尺寸）400mm）的模具，一般采用5CrNiMo； 对于压铸模，常采用3Cr2W8；,三）橡塑模具钢,1.用途： 橡塑模具钢用于制造各种橡胶、塑料制品成型模具的钢种。2.性能要求: 要求模具材料应具有一定的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和耐热性能等，同时也要求模具材料应具备良好的工艺性能，其中包括切削加工性能、抛光性能、焊接性能、表面饰纹加工性能、尺寸稳定性和热处理变形小等。3.成分和热处理特点: 由于橡塑模具的使用条件不同，对橡塑模具材料的选择也不尽相同，因此其成分和热处理的特点

38、也相应不尽相同。4.常用的钢种:,三、量具钢,1.应用：制作各种量具，如卡尺，量规等。,5.常用钢种: 最常用的量具用钢为碳素工具钢和低合金工具钢。 碳素工具钢常用于制作尺寸小，形状简单，精度要求低的量具。 复杂的精密量具一般选用低合金刃具钢；精度要求高的量具选用CrMn、CrWMn、GCr15等制造。 用渗碳钢经渗碳淬火或氮化处理后制作精度不高、耐冲击的量具； 有时也用冷作模具钢制作要求精密的量具； 在腐蚀介质中使用的量具则用不锈钢制作。,进入第五节,The End of This Part,第五节 特殊性能钢,不锈钢 耐热钢耐磨钢,一.不锈钢,1.定义: 在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的

39、钢。2.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的腐蚀。,3.主要用途： 主要用于制造在各种腐蚀介质中工作的零件或构件。4.性能要求： 对不锈钢的性能要求最主要的是耐蚀性。此外，制作工具的不锈钢还要求高硬度、高耐磨性；制作重要结构零件时，要求高强度；某些不锈钢则要求有较好的加工性能。,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、 N

40、b、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,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: 1Cr134Cr13,用途: 医疗器械,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。,3)奥氏体型不锈钢-18 8型钢,化学成分特点: Wc = 0.08 0.14 %

41、WCr = 1719 % WNi = 811 % Cu、Ti、Mo等。,加工特点:不能进行热处理强化,只能冷塑性变 形强化。热处理特点:固溶处理;稳定化处理;消除应力退 火。牌号: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、 1Cr18Ni9Ti。用途: 化工容器、管道等。,二.耐热钢,1.定义: 在高温下具有抗氧化性和高温强度的 特殊钢。2.用途：用于制造加热炉、锅炉、燃气轮机等高温装置中的零部件。,4.成分特点：耐热钢的碳质量分数一般都不高。其不可缺少的合金元素是Cr、Si或Al，特别是Cr。它们提高钢的抗氧化性，Cr还有利于热强性。Mo、W、V、Ti等元素加入钢中，提高室

42、温和高温强度。,三.耐磨钢,1.定义:在强烈冲击载荷作用下发生冲击形变硬化的高锰钢。,2.性能要求:高硬度、耐磨性、韧性。,5.应用：高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。,水韧处理的工艺特征,铸态组织高锰钢,A,A,表层MHB500,心部AHB220,A + Cm,进入第六节,The End of This Part,第六节 铸 铁,铸铁是碳含量大于2.11%、并常含有较多硅、锰、硫、磷等元素的铁碳合金。铸铁的生产设备和工艺简单，价格便宜，并具有许多优良的使用性能和工艺性能，所以应用非常广泛，是工程上最常用的金属

43、材料之一。 它可用于制造各种机器零件，如机床的床身、床头箱；发动机的汽缸体、缸套、活塞环、曲轴、凸轮轴；轧机的轧辊及机器的底座等。,一、 铸铁的石墨化,1.铸铁中碳的存在形式 在铁碳合金中，碳可以以三种形式存在：一是固溶在F、A中，二是化合物态的渗碳体(Fe3C)，三是游离态石墨（G）。 渗碳体为亚稳相，在一定条件下能分解为铁和石墨（Fe3C3Fe+C）。石墨为稳定相，其强度、硬度和塑性都很差。 铸铁中碳原子析出并形成石墨的过程称为石墨化。石墨既可以从液体和奥氏体中析出，也可以通过渗碳体分解来获得。根据石墨的形态，铸铁可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁等。,2.石墨化过程 (分为三个阶

44、段）,(2)冷却速度 冷却速度愈低，愈有利于石墨化过程。 二、铸铁的性能特点 灰口铸铁的抗拉强度和塑性都很低，这是石墨对基体的严重割裂所致。石墨强度、韧性极低，相当于钢基体上的裂纹或空洞，它减小基体的有效截面，并引起应力集中。石墨越多，越大，对基体的割裂作用越严重，其抗拉强度越低。 变质处理可细化石墨片，减轻其对基体的割裂作用，因而提高铸铁的强度，但塑性无明显改善。,另一方面，由于石墨的存在，使铸铁具备某些特殊性能： 因石墨的存在，造成脆性切削，铸铁的切削加工性能优异。 铸铁的铸造性能良好，铸件凝固时形成石墨产生的膨胀，减少了铸件体积的收缩，降低了铸件中的内应力。 石墨有良好的润滑作用，并能储

45、存润滑油，使铸件有很好的耐磨性能。 石墨对振动的传递起削弱作用，使铸铁有很好的抗振性能。 大量石墨的割裂作用，使铸铁对缺口不敏感。,三、常用铸铁,1、灰铸铁：石墨为片状成分: C：2.54.0%，Si：1.02.5%，少量 Mn ,S ,P 等。组织：F + G （片）； F + P + G(片)；P + G (片)；性能：抗压不抗拉； 耐磨、消振性好；缺口敏 感性低； 牌号：HT + 数字 表示最低抗拉强度。应用：机床床座，床身、工作台；汽车拖拉机 的汽缸、汽缸套等。,2、球墨铸铁：石墨为球状； 成分： C： 3.84.0%，Si ：2.02.8%， Re: 0.030.05%组织：F +

46、G （球）； F + P + G (球)； P+ G (球)； 性能：良好的抗拉强度，弯曲疲劳强度，塑性、 韧性；优异的铸造性，可切削加工性及 低的缺口敏感性。 （可热处理或合金化 ）；,应用： F + G :汽车拖拉机底盘零件；阀体、阀盖； F + P + G :机油泵齿轮； P + G :代替中碳钢制造柴油机、汽油机曲轴、连杆、车床主轴。,3、可锻铸件： 石墨为团絮状不可锻造） 成分：C：2.42.8%；Si：1.22.0%；少量 Mn , S , P等元素。生产：（不同其它几类铸铁） 将亚共晶白口铸铁进行石墨化退火，Fe3C在固态下分解形成团絮状石墨。（9000C-9800C 保温15小

47、时左右。）组织： F + G；P + G,性能：介于灰铸铁和球墨铸铁之间 （相对于片状石墨，团絮状石墨对基体的 切割作用小）。应用：形状复杂、承受冲击载荷的薄壁零件。 （汽车的前后轮壳，减速器的外壳等）,4、蠕墨铸铁：石墨呈蠕虫状和球状 （少量）成分：C：3.53.9%；Si：2.22.8%； 少量 Mn ,P ,S 等；,组织： F + G （蠕虫状、球状）； F + P + G （蠕虫状、球状） ； P + G （蠕虫状、球状）性能：蠕虫状石墨长宽比小，尖端圆钝对基体 切割作用小。 抗拉强度、塑性、疲劳强度 灰铸铁 导热性、铸造性、可切削性 球墨铸铁 应用：热循环载荷条件下的钢锭模，玻璃模具，柴油机汽缸、气缸盖、排气管、刹车件等。,四、合金铸铁 向铸铁中添加一些合金元素可获得一些合金铸铁，满足高强度、耐热、耐蚀、耐磨等特殊性能要求。 高强度合金铸铁：加入Cr ,Ni ,Cu ,Mo 等；（制造曲轴、连杆等） 耐热铸铁：加入AL ,Cr ,Si等；（制造加热炉的炉底板、烟道挡板等） 耐蚀铸铁：加入Si ,AL ,Cr ,Mo ,Cu ,Ni等；（制造化工行业管道、阀门等） 耐磨合金铸铁：加入Cr,V ,Mo ,Ti ，Re等；（制造大型球磨机衬板等 ）,再见，请预习下一章,