06第六章工業(yè)用鋼1.ppt

1、第六章 工業(yè)用鋼,工業(yè)用鋼按化學成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。,碳素鋼是指含碳量低于2.11%的鐵碳合金。 合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎上有意加入一定量合金元素所獲得的鐵基合金。,碳鋼成本低、冶煉工藝簡單，加工工藝性能好，易加工成型，不能制造高強度大尺寸零件， 但合金鋼由于合金元素的加入，價格昂貴、而且使它的冶煉及熱處理工藝往往比較復雜，此外，合金鋼的加工工藝性能如鑄、鍛、焊、切削加工較差。,碳鋼不能完全滿足科學技術和工業(yè)的發(fā)展要求。 為了提高鋼的性能，在鐵碳合金中特意加入合金元素。所獲得的鋼種，稱為合金鋼。,合金鋼概述 隨著科學技術和工業(yè)的發(fā)展，對材料提出了更高的要求，如更高的強度

2、，抗高溫、高壓、低溫，耐腐蝕、磨損以及其它特殊物理、化學性能的要求，碳鋼已不能完全滿足要求。 碳鋼的在性能上主要有以下幾方面的不足： (1) 淬透性低 一般情況下，碳鋼水淬的最大淬透直徑只有10 mm20 mm。(2) 強度和屈強比較低 如普通碳鋼Q235鋼的s為235 MPa，而低合金結構鋼Q345（16Mn）的s則為360 MPa以上。40鋼的 s /b僅為0.43, 而合金鋼35CrNi3Mo的s /b高達0.74。(3) 回火穩(wěn)定性差 碳鋼在進行調質處理時，為了保證較高的強度需采用較低的回火溫度，這樣鋼的韌性就偏低；為了保證較好的韌性，采用高的回火溫度時強度又偏低，所以碳鋼的綜合機械性

3、能水平不高。(4) 不能滿足特殊性能的要求 碳鋼在抗氧化、耐蝕、耐熱、耐低溫、耐磨損以及特殊電磁性等方面往往較差，不能滿足特殊使用性能的需求。為了提高鋼的性能，在鐵碳合金中特意加入合金元素。所獲得的鋼種，稱為合金鋼。,第一節(jié) 鋼的分類及編號 第二節(jié)鋼中的雜質及合金元素 第三節(jié) 結構鋼 第四節(jié) 工具鋼 第五節(jié) 特殊性能鋼,學習重點,1、掌握鋼的分類、編號方法及合金元素對鋼的組織、性能影響的規(guī)律。 2、對每一類鋼要求掌握12個典型牌號，從鋼的牌號推斷出鋼的類別(按用途分類)、碳的含量、主要合金元素的含量。明確典型鋼號中主要合金元素的作用、鋼的性能特點，常用的熱處理工藝及工藝路線、使用狀態(tài)下的組織及

4、主要用途。,第一節(jié) 鋼的分類及編號,一、鋼的分類 1、按化學成分分,2、按質量分 鋼的質量是以磷、硫的含量來劃分的。 分普通質量鋼、優(yōu)質鋼、高級優(yōu)質鋼和特級優(yōu)質鋼. 根據現行標準，各質量等級鋼的磷、硫含量如下：,3、按冶煉方法分,爐溫高無氧化氣氛,硅鐵、錳鐵、鋁脫氧劑 Fe,煉鐵還原煉鋼氧化,4、按金相組織分,電弧爐煉鋼,5、按用途分,二、鋼的編號 我國鋼材的編號是采用漢語拼音字母、化學元素符號和阿拉伯數字相結合的方法。 采用漢語拼音字母表示鋼產品的名稱、用途、特性和工藝方法時，一般從代表鋼產品名稱的漢字的漢語拼音中選取第一個字母.,常用鋼產品的名稱、用途、特性和工藝方法表示符號（GB/T 2

5、212000）,鋼號的讀法 根據其編號方法和習慣確定。我國的鋼號一般有 3部分組成： 漢語拼音、數字、元素符號。漢語拼音可以直讀其表示的漢字、數字直讀單個數字、元素符號直讀漢語元素名稱。T8A：碳八阿類鋼，習慣讀法：碳八愛類鋼 45：四五鋼， 習慣讀法：四十五號鋼Q235-A.F：屈二三五阿類沸騰鋼 （Q、A、F讀漢語）， 習慣讀法：屈二三五愛類沸騰鋼ZG45：鑄鋼四五， 習慣讀法：鑄鋼四十五16Mn：十六錳,1、碳素結構鋼和低合金高強度鋼 Q+最低屈服強度值+質量等級符號+脫氧方法符號 Q表示“屈服強度”；屈服強度值單位是MPa； 質量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次

6、下降，質量提高。,脫氧方法符號: 沸騰鋼F；鎮(zhèn)靜鋼Z；半鎮(zhèn)靜鋼b；特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ。 如碳素結構鋼牌號表示為Q235AF、Q235BZ。,鋼板,鍍鋅薄鋼板也稱白鐵皮。 鋼板的牌號根據用途在Q195-Q235號鋼范圍內選擇，其化學成分應符合GB700的規(guī)定。鍍錫薄鋼板和鋼帶鍍錫薄鋼板俗稱馬口鐵，是在厚度0.1-0.5mm的冷軋低碳鋼(08F、Q195BF、Q215BF等)薄鋼板上鍍有純錫(用1號、2號錫錠)的制品。以平板狀供貨的稱為鋼板，以卷狀供貨的稱為鋼帶。 “馬口鐵”一詞的來歷有多種說法：其一，有人認為制造罐頭用的薄鋼板是最先從廣東省澳門(澳門的英文名Macao可讀作馬口)進口的，所以叫馬口鐵

7、；其二，我國過去用它制作煤油燈的燈頭，其形狀如馬口，所以叫馬口鐵。 鍍錫薄鋼板按生產方法的不同分為兩種：熱鍍錫：將鋼板浸入熔融的錫液內進行鍍錫的方法；電鍍錫：通過電流的作用，使電鍍液中的錫均勻地附著在鋼板表面進行鍍錫的方法。,低合金高強度結構鋼都是鎮(zhèn)靜鋼或特殊鎮(zhèn)靜鋼，其牌號中沒有表示脫氧方法的符號。如Q345C。 根據需要，低合金高強度結構鋼的牌號也可以采用兩位阿拉伯數字 (表示平均含碳量的萬分之幾) 和化學元素符號，按順序表示，如16Mn。,說明: 通常情況下, 屈服強度值小于300(295)MPa時為碳素結構鋼，大于等于300(295)MPa時為 低合金高強度鋼。,熱連軋鋼板,2、優(yōu)質碳素

8、結構鋼 牌號用兩位數字表示。 這兩位數字表示鋼平均含碳量的萬分之幾。 如45鋼平均含碳量為萬分之四十五(即0.45%) 的優(yōu)質碳素結構鋼。,鋼帶,* 說明： 含Mn量為0.71.0%時，在兩位數字后加元素符號“Mn”，如40Mn。, 對于沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼, 在鋼號后分別加字母F和b，如08F、10b。 高級優(yōu)質鋼在鋼號后加字母A，如20A。,鋼管,3、合金結構鋼和合金彈簧鋼 兩位數字（表示平均含碳量的萬分之幾）+合金元素符號+該元素百分含量數字+ 當合金元素的平均含量小于1.50%時，只標元素符號，不標含量；,當合金元素的平均含量為1.502.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、

9、4.505.49%、時，在相應的合金元素符號后標2、3、4、5 等數字。如20CrNi3。 高級優(yōu)質鋼在牌號后加字母A，如60Si2MnA。 特級優(yōu)質鋼在牌號后加字母E，如30CrMnSiE。,不銹鋼制管板式換熱器,所有合金鋼的合金元素量標法相同,4、工具鋼 碳素工具鋼 T + 數字 T表示“碳素工具鋼” ； 數字表示平均含碳量的千分之幾. 如T8其平均含碳量為千分之八(0.8%C)。 * 說明：碳素工具鋼都是優(yōu)質以上質量的。高級優(yōu)質鋼在鋼號后加“A”，如T8A。,絲錐,銼刀, 合金工具鋼 含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+ 當含碳量小于1.00%時，含碳量用一位數字標明，這一位數字表示平

10、均含碳量的千分之幾，如8MnSi. 當含碳量大于1.00%時，不標含碳量。,* 高速鋼不標含碳量，如W6Mo5Cr4V2(含0.85%C). * 含鉻量小于1%時，在含鉻量(以千分之一為單位)前加數字“0”，如Cr06。,銑刀,5、軸承鋼 G+Cr +鉻含量(不標含碳量) “G”表示“滾動軸承鋼”。 * 鉻含量以千分之一為單位. 如“GCr15”的平均含鉻量為1.5%。 滲碳軸承鋼牌號的表示方法與合金結構鋼相同，僅在牌號頭部加字母“G”，如“G20CrNiMo”。,6、不銹鋼和耐熱鋼 含碳量+合金元素符號+該元素百分含量+ 含碳量以千分之一為單位。,含碳量的表示方法為： 當平均含碳量1.00%

11、時，用兩位數字表示，如11Cr17(平均含碳量為1.10%)；,渦輪葉片, 當1.0%平均含碳量0.1%時, 用一位數字表示,如2Cr13（平均含碳量為0.20%） 當0.1%含碳量上限 0.03%時, 以“0”表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限為0.08%） 當0.03%含碳量上限0.01%時（超低碳）, 以“03”表示，如03Cr19Ni10(含碳量上限為0.03%）, 當含碳量上限0. 01%時(極低碳)，以“01”表示，如01Cr19Ni11（含碳量上限為0.01%）。,汽輪機葉片,* 珠光體耐熱鋼含碳量的標注同結構鋼。如15CrMo 注：舊標準含碳量表示方法為： 當含碳量0.08%

12、時，以“0”表示，如0Cr18. 當含碳量0.03%時，以“00”表示，如00Cr18Ni10.,7、鑄鋼 ZG + 兩位數字 ZG表示“鑄鋼”； 兩位數字表示平均含碳量的萬分之幾, 如ZG25.,碳素鑄鋼牌號： 在生產中使用最多的三種是 ZG230-450(ZG25) ZG270-500(ZG35) ZG310-570(ZG45) ZG表示鑄鋼，數字分別表示屈服強度和抗拉強度。,碳素鑄鋼屈服強度為200MPa340MPa， 抗拉強度為400MPa640MPa。,7、鑄鋼,第二節(jié)鋼中的雜質及合金元素,1、Mn: 0.8%時為雜質, 是有益元素。作用為： 強化鐵素體； 消除硫的有害作用。,一、雜

13、質元素對性能的影響,鋼中的雜質一般是指Mn、Si、P、S。是由原料帶入或脫氧殘留的元素。, 強化鐵素體； 增加鋼液流動性。 3、S：是有害元素。 常以FeS形式存在。易與Fe在晶界上形成低熔點共晶(985)，熱加工時(11501200)，由于其熔化而導致開裂，稱熱脆性. 鋼中的硫應控制在0.045%以下.,2、Si：0.5%時為雜質，是有益元素。作用為：,合金晶界的低熔點硫化物共晶,Mn可消除硫的有害作用, FeS + Mn Fe + MnS， MnS熔點高(1600)。 4、P：也是有害元素。 能全部溶入鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高，塑性、韌性急劇下降， 稱冷脆性。 P一般控制在0.045

14、%以下.,5、氣體元素 N：室溫下N在鐵素體中溶解度很低，鋼中過飽和N在常溫放置過程中以FeN、Fe4N形式析出使鋼變脆, 稱時效脆化. 加Ti、V、Al等元素可使N固定，消除時效傾向。 O：氧在鋼中以氧化物的形式存在，其與基體結合力弱，不易變形，易成為疲勞裂紋源., H：常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當氫在鋼中以原子態(tài)溶解時，降低韌性，引起氫脆。 當氫在缺陷處以分子態(tài)析出時，會產生很高內壓，形成微裂紋，其內壁為白色，稱白點或發(fā)裂。, 對鋼中基本相的影響 1、溶于鐵素體, 起固溶強化作用 非碳化物形成元素及過剩的碳化物形成元素都溶于鐵素體，形成合金鐵素體. 與碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)

15、3C、 (Fe,Mn)3C 。 Si、Mn對強度、硬度提高顯著。Cr、Ni在適當范圍內提高韌性。,二、合金元素在鋼中的作用,對鐵素體沖擊韌性影響,2、形成碳化物，起強化相作用 合金元素與碳的親和力從大到小的順序為： Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。, Ti、Zr、 Nb、V 為強碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性高，如TiC、VC等。,鋼中碳化物, W、Mo、Cr為中強碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性較高，如W2C等。 Mn、Fe為弱碳化物形成元素，碳化物的穩(wěn)定性、熔點、硬度、耐磨性較低，如Fe3C等。, 對Fe - Fe3C相圖的影響 1、

16、對奧氏體相區(qū)的影響 Ni、Mn、Co、C、N 等是擴大奧氏體相區(qū)的元素，使A1、A3點下降，A4JN點上升。,當Mn13%或Ni9%時，S點降到0以下，室溫下為單相奧氏體組織，稱奧氏體鋼。 ZGMn13 1Cr18Ni9,錳對奧氏體相區(qū)的影響, Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是縮小奧氏體相區(qū)的元素，使A1、A3點上升，A4點下降。 當Cr17%時，奧氏體相區(qū)消失，室溫下為單相鐵素體組織，稱鐵素體鋼. 1Cr17、1Cr17Ti,鉻對奧氏體相區(qū)的影響,2、對E點和S點位置的影響 所有合金元素均使E點和S點左移，即這兩點的含碳量下降，使碳含量比較低的鋼出現過共析組織(如4Cr13、3Cr2W8

17、V是過共析鋼）或共晶組織（如W18Cr4V萊氏體鋼）C%1.0%鑄態(tài)下出現萊氏體。, 對鋼中相變過程的影響 1、對奧氏體化的影響 對奧氏體形成速度的影響： 除Ni、Co增大碳擴散速度外, 都減緩奧氏體化過程.與碳親和力強， 形成難溶于奧氏體的碳化物顯著阻礙 碳的擴散，大大減慢奧氏體形成速度。 為加速碳化物的溶解和奧氏體的均勻化必須提高加熱溫度并延長保溫時間。, 對奧氏體晶粒長大傾向的影響： 碳、氮化物形成元素阻礙奧氏體晶粒長大。 Ti、Zr、Nb、V 、Al高熔點AlN Al2O3強阻, W Mo Cr中阻 Mn、P溶于奧氏體后使鐵擴散加速，促進長大。錳鋼的加熱與保溫,2、對過冷奧氏體轉變的影

18、響 對C曲線和淬透性的影響：除Co外，凡溶入奧氏體的合金元素均使C曲線右移，淬透性提高。 常用提高淬透性的元素為Mn、Si、Cr、Ni、B。 0.0005%-0.003%B明顯提高淬透性。Mo太貴。, 對Ms、Mf點的影響：除Co、 Al外,所有元素都 使Ms、Mf點下降。Mn最強,合金元素對鋼淬透性的影響,淬火碳鋼 回火 時的 硬度變化,3、對回火轉變的影響 提高耐回火性： 淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力稱耐回火性?？管浕哪芰Α?合金元素溶入馬氏體，使原子擴散速度減慢，能阻礙馬氏體分解及碳化物的析出與聚集。,當回火硬度相同時，合金鋼比同含碳量碳鋼回火溫度高。如果同溫度回火，合金鋼硬度

19、比碳鋼高。, 產生二次硬化 含高W、Mo、Cr、V鋼淬火后回火時，由于析出細小彌散的特殊碳化物及回火冷卻時A轉變?yōu)镸回,使硬度不僅不下降，反而升高的現象稱二次硬化。 防止第二類回火脆性 加W、Mo可防止第二類回火脆性。,高速鋼,第三節(jié) 結構鋼,對結構鋼的性能要求為： 使用性能以強韌性為主。 工藝性能以可焊性、淬透性為主。 合金結構鋼除少量為中高合金鋼外，都是低合金鋼.,銅陵長江公路大橋,1、成分：0.4%C, P、S量及非金屬夾雜較多. 2、性能：可焊性、塑性好。 3、熱處理：不進行專門熱處理，熱軋空冷態(tài)下使用。 4、使用狀態(tài)下組織： F+P,一、碳素結構鋼,常以熱軋板、帶、棒及型鋼使用，用量

20、約占鋼材總量的70%。 用于建筑結構，適合焊接、鉚接、栓接等。,5、用途,Q195鐵釘鐵絲及各種薄板如鍍鋅白鐵皮、鍍錫薄板馬口鐵、 Q215以薄板鋼筋供應可制螺釘、螺帽、地腳螺栓、鉚釘等. Q235AB Q255螺栓螺母拉桿銷子吊鉤建筑中的螺紋鋼、型鋼等 Q235CD重要焊接件 Q275中碳鋼代替30、40制造稍重要的零件如齒輪鏈輪以降低原材料成本。,1、性能要求 高強度及足夠韌性。 良好的焊接性能。 良好的耐蝕性及低 的韌脆轉變溫度。 2、成分特點 低碳：0.2%C. 合金元素：主要是Mn，還有少量V、Ti、Nb等。,二、低合金高強度結構鋼,3、熱處理： 大多數熱軋空冷后使用。少數可用正火處

21、理。 4、使用狀態(tài)下組織：F+P（S）,低合金高強鋼合金元素細化晶粒作用, Mn的作用是強化鐵素體；增加珠光體的量。S左移 V、Ti、Nb等起細化晶粒和彌散強化作用。 另外加Cu、P可提高耐蝕性；加RE稀土可提高韌性去硫、疲勞極限，降低冷脆轉變溫度。,5、用途： Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結構。 Q390鋼含V、Ti、Nb，強度高，用于中等壓力的壓力容器。 Q460鋼含Cr、Mn、Mo、B，阻礙A轉變，使C曲線珠光體轉變區(qū)右移，而貝氏體轉變區(qū)變化不大，有利于正火條件下得到貝氏體，強度高,塑性好，焊接性也好。用于大型船舶、橋梁、石化中溫高壓容器.,南京長江大橋

22、,5、用途： Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結構。 Q390鋼含V、Ti、Nb，強度高，用于船舶、橋梁、中等壓力的壓力容器、鍋爐。 Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強度高,用于大型船舶、橋梁、石化中溫高壓容器、鍋爐。,南京長江大橋,制造滲碳零件的鋼種。 1、性能要求 表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強度，即表硬里韌。 良好的熱處理性能,如淬透性和滲碳能力。,三、滲碳鋼,2、成分特點 低碳：0.10.25%C 合金元素作用： 提高淬透性： Cr、Mn、Ni、B 強化鐵素體： Cr、Mn、Ni 細化晶粒： W、Mo、Ti、V,滲碳淬火后的表層組

23、織,3、熱處理特點 滲碳件的加工工藝路線為： 下料鍛造正火機加工滲碳淬火+低溫回火 磨削,正火目的為調整硬度，便于切削加工。 淬火溫度一般為 Ac1+30-50。 4、使用狀態(tài)下組織 心部：M回+F 表層：M回+顆粒狀碳化物+A(少量)；F+T(未淬透),5、常用鋼號及用途 低淬透性鋼： 20、20Cr。,用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。,中淬透性鋼：20CrMnTi。 用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。 高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA. 用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。,調質件（螺桿）,調質后使用的鋼種。 1、性能要求 良好的綜合力學性能. 良好的淬透性。,四、調質鋼,

24、2、成分特點 中碳：0.30.5%C 合金元素作用： 提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B 強化鐵素體: Mn、Si、Cr、Ni 細化晶粒: Ti、V 防止第二類回火脆性: W、Mo,3、熱處理及組織特點 調質件的加工工藝路線為：下料鍛造退火粗加工調質精加工裝配 調質目的：獲得良好綜合力學性能 使用狀態(tài)下的組織為：S回,為提高表面耐磨性，調質后可進行表面淬火或氮化。,回火索氏體,調質處理車間,柴油機凸輪軸,4、常用鋼號及用途 低淬透性鋼： D0油3040mm, 常用 45、40Cr, 用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等。 中淬透性鋼： D0油4060mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。

25、,高淬透性鋼：D0油60mm, 常用40CrNiMo, 用于制造大截面重載荷零件，如曲軸等。,制造彈簧或類似性能零件的鋼種。 1、性能要求 彈簧是利用彈性變形儲存能量或緩和沖擊的零件。 高的s，s/b； 高的-1；足夠的韌性 高的淬透性。,五、彈簧鋼,2、成分特點 中高碳： 碳素彈簧鋼為0.60.9%C 合金彈簧鋼為0.450.7%C 合金元素作用： 提高淬透性、強化鐵素體：Mn、Si、Cr 提高s/b：Si 細化晶粒：V,3、熱處理及組織特點 冷成型彈簧：冷拔 冷成型定型處理(250300)。 用于10mm),4、彈簧的表面質量 彈簧的表面質量對其壽命影響很大。 提高表面質量的方法: 防止表

26、面脫碳；, 避免表面缺陷； 進行噴丸處理，使表 面產生壓應力。,板簧噴丸處理示意圖,5、常用鋼號及用途 Si、Mn彈簧鋼，如65Mn、60Si2Mn，用于制造較大截面彈簧。 Cr、V彈簧鋼，如50CrV，用于大截面、大載荷、耐熱的彈簧。,載荷(頻率達數萬次/分)和摩擦。 高而均勻的硬度和耐磨性。 高的b和接觸疲勞強度。 足夠的韌性、淬透性和耐蝕性.,六、滾動軸承鋼,用于制造軸承套和滾動體的專用鋼種。 1、性能要求 軸承工作時, 承受接觸應力(達30003500MPa)、周期性交變,2、成分特點 高碳：0.951.10%C 合金元素：以Cr為主,加入Mn、Si。 Cr、Mn、Si的主要作用是提高

27、淬透性,Cr還提高耐磨性（形成合金滲碳體）和耐蝕性。 當1.65%Cr時,會因A增加而使硬度和穩(wěn)定性下降。,3 、熱處理和組織特點 滾動軸承鋼是過共析鋼。 熱處理： 球化退火+淬火+低溫回火 組織：,M回+顆粒狀碳化物+A(少量) 淬火后進行冷處理(-60 -80), 可以減少A、穩(wěn)定尺寸.,軸承生產車間,4、常用鋼號及用途 應用最廣的是GCr15，大量用于大中型軸承； 大型軸承用GCr15SiMn。 這類鋼還可用于制造模具、量具等.,向心球軸承,是指在沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼. 只有ZGMn13一個鋼號. 1、成分特點 高碳：1.01.3%C 以保持高耐磨性。 高錳：1114%Mn

28、 以保證形成奧氏體組織.,七、耐磨鋼,2、熱處理及組織 鑄態(tài)組織為奧氏體+碳化物, 性能硬而脆. 熱處理采用水韌處理。即將鋼加熱到1100，使碳化物溶入奧氏體，并進行水淬。 室溫組織為過飽和單相奧氏體。,3、使用及用途 水韌處理后，韌性高，硬度低.使用時必須伴隨著壓力和沖擊作用。 在壓力及沖擊作用下，表面奧氏體迅速加工硬化，形成馬氏體并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500550，獲得高耐磨性。而心部仍為奧氏體組織,具有高耐沖擊能力。,高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機的履帶板、球磨機襯板、破碎,機牙板、挖掘機鏟齒和鐵路轍岔等.,第四節(jié) 工具鋼,按用途分為: 刃具鋼 模具鋼

29、量具鋼,用來制造各種切削刀具的鋼種。,一、刃具鋼,切削加工, 性能要求 1、高硬度 (60HRC),主要取決于含碳量。 2、高耐磨性 靠高硬度和析出細小均勻硬碳化物來達到。 3、高熱硬性 即高溫下保持高硬度的能力。 4、足夠的韌性 以防止脆斷和崩刃。,切削加工的基本形式, 碳素工具鋼 共有七個牌號：T7T13 1、成分特點：,高碳(0.651.35%C) 隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。,2、熱處理及組織 熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火 球化退火目的： 降低硬度, 便于加工; 為淬火作組織準備。 使用狀態(tài)下的組織： M回+顆粒狀碳化物+A(少量),3、用途 由于碳工

30、鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。 T7T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。,T10T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。 T12T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。, 低合金工具鋼 由碳素工具鋼基礎上加入少量合金元素(35)形成. 1、成分特點： 高碳：0.751.5%C 合金元素作用, 提高淬透性: Cr、Mn、Si 提高耐回火性：Si 提高耐磨性、細化晶粒: W、V,2、熱處理及組織 同碳素工具鋼, 只是淬火介質為油(碳素工具鋼為水). 使用狀態(tài)下的組織為: M回+顆粒狀碳化物+ A (少量) 3、常用鋼號及用途 應用最多的是9S

31、iCr。用于制造形狀復雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐、板牙等., 高速鋼（俗稱風鋼） 制造高速切削刃具用鋼. 1、性能特點: 高熱硬性(600)、高淬透性 2、成分特點 高碳: 0.701.5%C 合金元素作用 提高淬透性：Cr,提高熱硬性、耐磨性: W、Mo、V,W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織,3、加工與熱處理 加工工藝路線：下料鍛造退火機加工淬火回火磨削,高速鋼是萊氏體鋼，其鑄態(tài)組織為亞共晶組織，由魚骨狀萊氏體與樹枝狀M+T組成，脆性大且無法熱處理改善。, 退火目的： 降低硬度，便于切削加工； 為淬火作組織準備。 退火后的組織： S+顆粒狀碳化物, 鍛造目的：打碎粗大的魚骨狀共晶碳化物，使其

32、均勻地分布于基體中。,W18Cr4V鋼的退火組織, 淬火目的: 獲得高合金元素含量的馬氏體。因此淬火溫度高(1200)。,淬火后組織： M+未溶碳化物(10%)+A (20%),回火時的組織變化： 析出W、Mo、V的碳化物，產生二次硬化。 碳及合金元素含量下降，Ms點上升，回火冷卻時，A轉變?yōu)镸。 每次回火加熱都使前一次的淬火馬氏體回火。, 回火目的：主要為減少A。消除內應力、穩(wěn)定組織。 常用560三次回火.,高速鋼硬度與回火溫度關系,W18Cr4V鋼熱處理工藝示意圖,W18Cr4V鋼淬火、回火后的組織,4、使用狀態(tài)下組織 M回+顆粒狀碳化物+A（少量）,不同狀態(tài)下W18Cr4V的組織,常用鋼

33、號及用途 常用鋼號為W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。 用于高速切削刃具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。,高速鋼銑刀,汽車沖壓模具,用以制造冷熱模具的鋼種. 冷作模具鋼 制造金屬冷成型模具鋼種. 1、性能要求 高硬度和耐磨性。 足夠的強度和韌性。 良好的工藝性能（淬透性、切削加工性等）,二、模具鋼,2、常用鋼種 小尺寸、形狀簡單、受力不大的模具, 可用碳素工具鋼和低合金工具鋼制造. 截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具鋼制造., 成分特點: 高碳(1.42.3%C); 高鉻(11.513%Cr) 合金元素作用： Cr 提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，

34、細化晶粒。, 加工及熱處理: Cr12型模具鋼也是萊氏體鋼，需進行鍛造、退火, 目的同高速鋼。 最終熱處理為: 淬火+低溫回火 使用狀態(tài)下的組織: M回+顆粒狀碳化物+A(少量), 常用鋼號為Cr12和Cr12MoV。用于制造冷沖模、擠壓模等。,汽車外板冷沖模, 熱作模具鋼 制造使加熱金屬或液態(tài)金屬成型模具鋼種. 1、性能要求 高溫下良好的綜合力學性能。 抗熱疲勞性能。 高的淬透性和良好的導熱性。,2、常用鋼種 熱鍛模鋼 5CrNiMo、5CrMnMo 前者用于大型熱鍛模，后者用于中小型熱鍛模. 成分特點、合金元素作用及熱處理同調質鋼。 使用狀態(tài)下的組織: S回,b) 壓鑄模鋼 典型鋼號是3C

35、r2W8V, 為過共析鋼。 中碳(0.30.4%C), 合金元素作用同高速鋼。W、Cr提高抗熱疲勞性能。 淬火+回火后組織：M回+顆粒狀碳化物+A(少量),型板壓鑄模,汽車四缸壓鑄模,制造各種量具用鋼。如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。,三、量具鋼,1、性能要求 量具在使用過程中與被測零件接觸，承受摩擦和沖擊。 高硬度和耐磨性。 高的尺寸穩(wěn)定性。 足夠的韌性。,2、量具用鋼 低碳鋼滲碳、 中碳鋼表面淬火 碳素工具鋼、低合金工具鋼 兩者用于尺寸小、形狀簡單、精度要求不高的量具。, 滾動軸承鋼、冷作模具鋼。用于制造精密量具. 不銹鋼用于制造接觸腐蝕介質的量具。,3、量具鋼的熱處理特點 淬火前預備熱處理

36、采用球化退火或調質處理。, 下限溫度淬火及冷處理。目的是減少A。 長時間低溫時效，以消除內應力，降低馬氏體的正方度。,量規(guī),第五節(jié) 特殊性能鋼,特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學性能的鋼。本節(jié)只介紹不銹鋼和耐熱鋼。,化學腐蝕是指金屬在非電解質中的腐蝕。 電化學腐蝕是指金屬在電解質溶液中的腐蝕，是有電流參與作用的腐蝕。,一、不銹鋼,在腐蝕介質中具有耐蝕性能的鋼。 金屬的腐蝕 金屬的腐蝕分化學腐蝕和電化學腐蝕。,不同組織、成分、應力區(qū)域之間都可構成微電池。,防止電化學腐蝕的措施： 獲得均勻的單相組織。 提高合金的電極電位。 使表面形成致密的鈍化膜.,工業(yè)發(fā)達國家每年金屬腐蝕造成的直接經濟損失占GNP

37、的4%左右。中國每年腐蝕的損失至少達400億元以上., 不銹鋼中合金元素的作用 1、低碳：碳高，則降低耐蝕性。 2、Cr：是提高耐蝕性的主要元素 形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜., Cr含量大于13%時，形成單相鐵素體組織。 提高基體電極電位(n/8規(guī)律) 3、Ni：獲得單相奧氏體組織。 4、Mo：耐有機酸腐蝕。 5、Ti, Nb: 防止奧氏體鋼晶間腐蝕.,晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生腐蝕的現象，危害很大. 它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到12%以下，在介質作用下發(fā)生強烈腐蝕。 加 Ti、Nb則先于Cr與C形成不易溶于奧氏體的碳化物, 避免晶界貧Cr。,晶間腐蝕破壞, 常用不銹鋼