第4講金屬材料01

1、 第四章第四章 常用常用金屬材料金屬材料1.1.教學(xué)要求教學(xué)要求： 本講是課程的重點(diǎn)，要求掌握：本講是課程的重點(diǎn)，要求掌握： 鋼和鑄鐵的分類，牌號(hào)表示，各類鋼的性能特點(diǎn)，熱處理特鋼和鑄鐵的分類，牌號(hào)表示，各類鋼的性能特點(diǎn)，熱處理特點(diǎn)及應(yīng)用。點(diǎn)及應(yīng)用。 鋁及其合金，銅及其合金，滑鋁及其合金，銅及其合金，滑動(dòng)軸承合金的分類，性能特點(diǎn)及其應(yīng)動(dòng)軸承合金的分類，性能特點(diǎn)及其應(yīng)用；用；能根據(jù)零件的性能要求，合理能根據(jù)零件的性能要求，合理選擇相應(yīng)的金屬材料選擇相應(yīng)的金屬材料.2.教學(xué)時(shí)數(shù)教學(xué)時(shí)數(shù)：10 4 4.1 .1 工業(yè)用鋼概述工業(yè)用鋼概述 碳鋼碳鋼（含碳量（含碳量 2.112.11 FeFeC C合金

2、合金) ) 鋼鋼 合金鋼合金鋼（碳鋼碳鋼+ +合金元素熔煉而成的鋼）合金元素熔煉而成的鋼） 4.1.1.4.1.1.鋼中雜質(zhì)鋼中雜質(zhì) 合金元素合金元素（Metalelements,Me）:為改善性能而有為改善性能而有目的加入的化學(xué)目的加入的化學(xué)元素。元素。雜質(zhì)：雜質(zhì)：不是人為加入和期不是人為加入和期望而存在于鋼鐵中的元素或望而存在于鋼鐵中的元素或化合物化合物 鋼中常見的雜質(zhì)有錳、硅、鋼中常見的雜質(zhì)有錳、硅、硫、磷硫、磷 等。等。1.1.硫的影響硫的影響 S S以以FeSFeS的形式存在于鋼中，的形式存在于鋼中，F(xiàn)eSFeS與與FeFe形成形成（Fe+FeSFe+FeS）共晶，其熔點(diǎn)僅）共晶，其

3、熔點(diǎn)僅985985， 在鍛造過程（加熱溫度在在鍛造過程（加熱溫度在1050105012001200）（ Fe+FeSFe+FeS）共晶熔化而產(chǎn)生熱裂（稱為）共晶熔化而產(chǎn)生熱裂（稱為熱脆熱脆性性），因此，），因此， 鋼中含硫量均鋼中含硫量均0.050.05合金晶界的低熔點(diǎn)硫化物共晶合金晶界的低熔點(diǎn)硫化物共晶 2. 2.磷的影響磷的影響：磷磷 在鋼中能溶于鐵在鋼中能溶于鐵素體，固溶強(qiáng)化效果很素體，固溶強(qiáng)化效果很強(qiáng)，而使塑韌性急劇降強(qiáng)，而使塑韌性急劇降低，低，在冷塑性變形（如板在冷塑性變形（如板沖壓）產(chǎn)生脆裂沖壓）產(chǎn)生脆裂（冷脆（冷脆性）性）鋼中含磷量均鋼中含磷量均0.0450.045比利時(shí)阿爾伯特

4、運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生比利時(shí)阿爾伯特運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆性于冷脆性于19381938年冬發(fā)生斷裂墜入河中年冬發(fā)生斷裂墜入河中 3 3、氣體元素、氣體元素 N N：室溫下室溫下N N在鐵素體中溶在鐵素體中溶解度很低，鋼中過飽和解度很低，鋼中過飽和N N在常溫在常溫放置過程中以放置過程中以FeNFeN、FeFe4 4N N形式析形式析出使鋼變脆出使鋼變脆, , 稱稱時(shí)效脆化時(shí)效脆化. . 加加TiTi、V V、AlAl等元素可使等元素可使N N固定，固定，消除時(shí)效傾向。消除時(shí)效傾向。 O O：氧在鋼中以氧化物的形氧在鋼中以氧化物的形式存在，其與基體結(jié)合力弱，式存在，其與基體結(jié)合力弱，不易變形，易成為

5、疲勞裂紋源不易變形，易成為疲勞裂紋源. .鋼中鋼中TiN夾雜夾雜鋼中氧化物夾雜鋼中氧化物夾雜H：常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當(dāng)氫在鋼中以原常溫下氫在鋼中的溶解度也很低。當(dāng)氫在鋼中以原子態(tài)溶解時(shí)，降低韌性，引起子態(tài)溶解時(shí)，降低韌性，引起氫脆氫脆。當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱裂紋，其內(nèi)壁為白色，稱白點(diǎn)或發(fā)裂白點(diǎn)或發(fā)裂。4.1.2.4.1.2.合金元素改善鋼的力學(xué)性能合金元素改善鋼的力學(xué)性能 圖、合金元素對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響圖、合金元素對(duì)鋼的力學(xué)性能的影響 合金元素在鋼中的分布形式合金元素在鋼中的分布形式

6、 碳化物形成元素碳化物形成元素 非碳化物形成元素非碳化物形成元素 Ti.V.W.Mo.Cr.MnTi.V.W.Mo.Cr.Mn. . Si.Al.Ni.BSi.Al.Ni.B作用作用 26Fe 3d64S形成合金形成合金碳化物碳化物形成合金形成合金鐵素體鐵素體合金鋼強(qiáng)化的原因合金鋼強(qiáng)化的原因： a.a.固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化 b.b.第二相強(qiáng)化第二相強(qiáng)化 c.c.細(xì)化晶化細(xì)化晶化 （碳化物阻礙奧氏體晶粒（碳化物阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大）長(zhǎng)大） 提高鋼的強(qiáng)韌性提高鋼的強(qiáng)韌性4.1.3.鋼的分類及牌號(hào)表示鋼的分類及牌號(hào)表示u按用途分按用途分: : 工程用鋼工程用鋼建筑、橋梁、船舶、車輛用鋼建筑、橋梁、船舶、車

7、輛用鋼滲滲碳碳鋼鋼調(diào)調(diào)質(zhì)質(zhì)鋼鋼彈彈簧簧鋼鋼滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼易切削鋼易切削鋼機(jī)器用鋼機(jī)器用鋼結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 鋼鋼刃具鋼刃具鋼模具鋼模具鋼量具鋼量具鋼工工 具具 鋼鋼不銹鋼不銹鋼耐熱鋼耐熱鋼特特 殊殊 鋼鋼擠壓模具擠壓模具鋼鋼 類類碳碳 素素 鋼鋼合合 金金 鋼鋼P(yáng) PS SP PS S普通質(zhì)量鋼普通質(zhì)量鋼0.0450.0450.0450.0450.0450.0450.0450.045優(yōu)優(yōu) 質(zhì)質(zhì) 鋼鋼0.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼0.0300.0300.0300.0300.0250.0250.0250.025特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼

8、0.0250.0250.0200.0200.0250.0250.0150.015u按冶金質(zhì)量分按冶金質(zhì)量分: :鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來劃分的。鋼的質(zhì)量是以磷、硫的含量來劃分的。分為分為普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼普通質(zhì)量鋼、優(yōu)質(zhì)鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼、特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼. .根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級(jí)鋼的磷、硫含量如下：根據(jù)現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，各質(zhì)量等級(jí)鋼的磷、硫含量如下：4.1.3. 4.1.3. 鋼的分類及牌號(hào)表示鋼的分類及牌號(hào)表示2.2.牌號(hào)表示：牌號(hào)表示： （1 1）結(jié)構(gòu)鋼）結(jié)構(gòu)鋼 a. a. 碳鋼碳鋼 以以“鋼中平均含碳量的萬倍鋼中平均含碳量的萬倍”編號(hào)編號(hào) 例：例： 0.400.40C C的

9、鋼，的鋼， 牌號(hào)為牌號(hào)為 4040鋼鋼 b.b.合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 “鋼中平均含碳量的萬倍鋼中平均含碳量的萬倍 + Me+ Me符號(hào)及含量的百倍符號(hào)及含量的百倍 + + ” Me Me含量的標(biāo)注：含量的標(biāo)注： 1.51.5 不標(biāo)出，不標(biāo)出， 1.51.52.42.4標(biāo)標(biāo)2 2，（2 2）工具鋼和不銹鋼）工具鋼和不銹鋼 a a、碳素工具鋼、碳素工具鋼 T+T+鋼中平均含碳量的千倍鋼中平均含碳量的千倍（高級(jí)優(yōu)質(zhì)（高級(jí)優(yōu)質(zhì)+A)+A) 例：例：T12 T12 b b、合金工具鋼和不銹鋼、合金工具鋼和不銹鋼 鋼中平均含碳量的千倍鋼中平均含碳量的千倍+Me+Me符號(hào)及含量的百倍符號(hào)及含量的百倍+ +

10、其中，鋼中含碳量其中，鋼中含碳量1.01.0不標(biāo)含碳量，不標(biāo)含碳量， 高速鋼高速鋼（1010MeMe的高合金鋼且的高合金鋼且CrCr：4 4）不標(biāo)含碳量不標(biāo)含碳量。例：例：9SiCrCrWMn.W18Cr4V（高速鋼，（高速鋼，4Cr）4Cr13（不銹鋼，含（不銹鋼，含Cr量量13）。 SummarySummary 鋼號(hào)前有兩個(gè)位數(shù)為結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)前有兩個(gè)位數(shù)為結(jié)構(gòu)鋼， 如如 40Cr40Cr， 鋼號(hào)前有一個(gè)位數(shù)和沒有數(shù)的，鋼號(hào)前有一個(gè)位數(shù)和沒有數(shù)的， 如如 9SiCr,CrWMn,W18Cr4V.9SiCr,CrWMn,W18Cr4V. 如如 2Cr13,1Cr18Ni92Cr13,1Cr18N

11、i9 4.2結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼4.2 4.2 結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼4.2.1.4.2.1.工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼 1 1、性能特點(diǎn)：、性能特點(diǎn)： 強(qiáng)度低強(qiáng)度低 主要用于靜載主要用于靜載 塑性高塑性高 便于成型，便于成型， C C和和MeMe含量越低，塑性越高含量越低，塑性越高 焊接性好焊接性好 便于施焊，便于施焊， C C和和MeMe含量越低，含量越低， 可焊性越高可焊性越高 南京長(zhǎng)江大橋南京長(zhǎng)江大橋壓力容器壓力容器(1)(1)普通結(jié)構(gòu)鋼普通結(jié)構(gòu)鋼 牌號(hào)：牌號(hào)： Q+Q+鋼的屈服極限（鋼的屈服極限（MPaMPa）+ +質(zhì)量等級(jí)（質(zhì)量等級(jí)（A-DA-D） Q195 Q275Q195 Q275（共五種）（共五種）

12、 進(jìn)一號(hào)逢 20桁架結(jié)構(gòu)桁架結(jié)構(gòu)4.2結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼4.2.1.工程結(jié)構(gòu)鋼工程結(jié)構(gòu)鋼2、成分特點(diǎn)：、成分特點(diǎn)：低碳、低碳、低合金含量低合金含量(2)(2)低合金結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼普通結(jié)構(gòu)鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼普通結(jié)構(gòu)鋼(Q235)+Me(Q235)+Me（3.03.0 常用合金元素：常用合金元素：MnMn、V V、TiTi。 合金元素的作用合金元素的作用： 強(qiáng)化鐵素體，細(xì)化晶粒，增加碳化物相對(duì)量強(qiáng)化鐵素體，細(xì)化晶粒，增加碳化物相對(duì)量。 因此，因此，低合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度比低合金結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度比Q235Q235高高4040至一倍至一倍。3、主要應(yīng)用、主要應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)，壓力容器等框架結(jié)構(gòu)，

13、建筑結(jié)構(gòu)，壓力容器等使用狀態(tài)使用狀態(tài)：不熱處理或正火，或去應(yīng)：不熱處理或正火，或去應(yīng)力退火，對(duì)特殊要求的零件可進(jìn)行淬火力退火，對(duì)特殊要求的零件可進(jìn)行淬火4.2.2 4.2.2 優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼： 1,1,滲碳鋼滲碳鋼 (1)(1)性能特點(diǎn)性能特點(diǎn)（以齒輪為例） 通過滲碳-淬火實(shí)現(xiàn) c.c.高沖擊韌性高沖擊韌性 d.d.高淬透性高淬透性 * *表層高硬度，高耐磨性表層高硬度，高耐磨性, ,心部高韌性心部高韌性 高接觸疲勞強(qiáng)度高硬度，高耐磨性.ba(1)(1)成分特點(diǎn)成分特點(diǎn) 低碳，低碳，0.150.150.200.20C C 保證零件心部高韌性保證零件心部高韌性 CrCr、MoMo、W W、

14、V V、TiTi 形成合金碳化物，保證形成合金碳化物，保證 滲碳過程細(xì)化晶粒滲碳過程細(xì)化晶粒 MnMn、NiNi、B B 提高淬透性。提高淬透性。 (2)(2)常用鋼常用鋼： 20 20 、20Cr20Cr（一般要求（一般要求) ) 20MnVB( 20MnVB(代用鋼）代用鋼） 20CrMnTi20CrMnTi、 20CrMnMo 20CrMnMo 等等柴油機(jī)柴油機(jī)凸輪軸凸輪軸（3 3）應(yīng)用：）應(yīng)用：齒輪、凸輪、活塞銷等。齒輪、凸輪、活塞銷等。 滲碳零件的工藝流程：滲碳零件的工藝流程： 毛坯鍛造毛坯鍛造正火正火機(jī)加工機(jī)加工滲碳滲碳淬火淬火+ +低溫低溫回火回火精加工精加工 增壓柴油機(jī)曲軸增壓

15、柴油機(jī)曲軸表層表層：高碳回火：高碳回火M + M + 碳化物碳化物 + Ar + Ar 硬度：硬度：606062HRC62HRC心部心部：淬透時(shí)淬透時(shí) 低碳低碳M M回回 硬度：硬度： 40HRC 40HRC ； 未淬透時(shí)未淬透時(shí) F + S F + S 硬度：硬度： 20HRC20HRC 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理：正火：正火最終熱處理最終熱處理：滲碳滲碳+ +淬火淬火+ +低溫回火低溫回火 熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)2 2、調(diào)質(zhì)鋼、調(diào)質(zhì)鋼（1 1）性能特點(diǎn)）性能特點(diǎn) a a 高強(qiáng)度高強(qiáng)度以抵抗扭轉(zhuǎn)和彎曲變以抵抗扭轉(zhuǎn)和彎曲變 b b 高韌性高韌性以抵抗振動(dòng)和沖擊以抵抗振動(dòng)和沖擊要求：要求：具有具有高的綜

16、合力學(xué)性能高的綜合力學(xué)性能單缸汽車曲軸單缸汽車曲軸（2）成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)中碳：中碳：0.250.250.50.5C -C -高的綜合力學(xué)性能高的綜合力學(xué)性能 SiSi、MnMn、CrCr、NiNi、B B提高淬透性提高淬透性 CrCr、V V細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒（3）常用鋼）常用鋼一般要求一般要求 4040，4545，40Cr40Cr 較高要求較高要求 35CrMo 42CrMo 40CrNi 40CrNiMo35CrMo 42CrMo 40CrNi 40CrNiMo 無無Cr,NiCr,Ni代用鋼代用鋼: 40MnB 40MnVB 42Mn2V: 40MnB 40MnVB 42Mn2V （4 4

17、）熱處理特點(diǎn)）熱處理特點(diǎn) 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 組織：組織：回火索氏體回火索氏體 硬度硬度 HRC25-32HRC25-32調(diào)質(zhì)鋼加工工藝流程調(diào)質(zhì)鋼加工工藝流程： a a、軸桿類零件、軸桿類零件：如連桿，曲軸，連桿螺栓等如連桿，曲軸，連桿螺栓等 鍛造鍛造正火正火機(jī)加工機(jī)加工調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工檢驗(yàn)檢驗(yàn) 組織：組織：回火索氏體（回火索氏體（HRC25-32HRC25-32）調(diào)質(zhì)件（螺桿）調(diào)質(zhì)件（螺桿）b b、齒輪，軸頸等要求表面耐磨零件、齒輪，軸頸等要求表面耐磨零件 鍛造鍛造-正火正火-機(jī)加工機(jī)加工-調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)-精加工精加工 - -表面淬火表面淬火+ +低溫回火低溫回火-檢驗(yàn)檢驗(yàn) 組織組織：表層：回火

18、馬氏體（表層：回火馬氏體（HRC54-58HRC54-58） 心部：回火索氏體（心部：回火索氏體（HRC25-32HRC25-32） 柴油機(jī)凸輪軸柴油機(jī)凸輪軸3 3、彈簧鋼、彈簧鋼（1 1）性能特點(diǎn)）性能特點(diǎn) 高彈性極限，高疲勞極限高彈性極限，高疲勞極限（2 2）成分特點(diǎn)）成分特點(diǎn)： 中高碳中高碳 0.50.50.70.7（合金鋼），（合金鋼）， 0.60.60.90.9（碳鋼）（碳鋼） SiSi強(qiáng)化鐵素體，提高彈性極限強(qiáng)化鐵素體，提高彈性極限 SiSi、MnMn提高淬透性提高淬透性 CrCr、MoMo、W W提高高溫強(qiáng)度提高高溫強(qiáng)度 （高溫彈簧高溫彈簧所必須）所必須） 3 3、彈簧鋼、彈簧鋼

19、（3 3）常用鋼）常用鋼： 一般有求一般有求 6565，7575，65Mn, 65Mn, 較高要求較高要求 55Si2Mn, 60Si2Mn.55Si2Mn, 60Si2Mn. 高溫彈簧鋼高溫彈簧鋼 50CrMo, 50CrV50CrMo, 50CrV（4）熱處理特點(diǎn)）熱處理特點(diǎn)：淬火淬火+中溫回火。中溫回火。組織組織：回火托氏體（：回火托氏體（HRC40-50）（5）應(yīng)用）應(yīng)用：彈性元件，彈性元件，要求高韌性、高耐磨性的零件、要求高韌性、高耐磨性的零件、工具，如鏟刀，刀剪等。工具，如鏟刀，刀剪等。汽車彈簧汽車彈簧汽車板簧汽車板簧大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧熱卷大彈簧彈簧絲彈簧絲60Si

20、2Mn 60Si2Mn 制汽車板簧工藝路線：制汽車板簧工藝路線：扁鋼剪斷扁鋼剪斷機(jī)械加工機(jī)械加工( (倒角鉆孔等倒角鉆孔等)加熱壓彎加熱壓彎淬火中溫回火淬火中溫回火噴丸噴丸軸承鋼主要制造滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體軸承鋼主要制造滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體( (滾珠、滾柱、滾針滾珠、滾柱、滾針) )、內(nèi)外套圈等，屬內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構(gòu)鋼專用結(jié)構(gòu)鋼?；瘜W(xué)成分上屬于化學(xué)成分上屬于高碳合金鋼高碳合金鋼，也用于制造精密量具、冷，也用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。滾珠軸承滾珠軸承滾針軸承滾針軸承滾柱軸承滾柱軸承4 4、滾動(dòng)軸承鋼、滾動(dòng)軸承鋼l軸承工作時(shí)軸承工作時(shí), , 承受接觸應(yīng)力承受接觸應(yīng)力

21、( (達(dá)達(dá)3000-3000-3500MPa)3500MPa)、周期性交變載荷、周期性交變載荷( (頻率達(dá)數(shù)萬頻率達(dá)數(shù)萬次次/ /分分) )和摩擦。和摩擦。 l 高的接觸疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度；高的接觸疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度；l 高硬度和耐磨性；高硬度和耐磨性；l 足夠的彈性極限及沖擊韌性；足夠的彈性極限及沖擊韌性；l 高的淬透性；高的淬透性；l 高的耐蝕性；高的耐蝕性；（1）性能要求性能要求圓柱滾圓柱滾子軸承子軸承自動(dòng)調(diào)自動(dòng)調(diào)心球軸承心球軸承(2)(2)成分特點(diǎn)和常用牌號(hào)成分特點(diǎn)和常用牌號(hào) 高硬度，高耐磨性高硬度，高耐磨性高碳高碳0.95-1.100.95-1.10C C 高耐蝕性高耐蝕性0.4-1

22、.650.4-1.65CrCr 高接觸疲勞強(qiáng)度高接觸疲勞強(qiáng)度嚴(yán)格控制有害元素和夾雜物嚴(yán)格控制有害元素和夾雜物。： GCr15 GCr15 (G +(G +含含 CrCr量的千倍量的千倍) ) GCr15SiMnGCr15SiMn (Si(Si、MnMn提高淬透性，提高淬透性， 用于大型軸承用于大型軸承) )推力球軸承推力球軸承滾針滾針軸承軸承(3)(3)應(yīng)用應(yīng)用： 滾動(dòng)軸承、刀具、模具、量具滾動(dòng)軸承、刀具、模具、量具 工藝路線工藝路線 組織與性能組織與性能 (1)(1) 球狀珠光體球狀珠光體 180180220HBS 220HBS (2) (2) 回火馬氏體回火馬氏體+ +碳化物碳化物 HRC

23、60HRC6064 64 球狀珠光體球狀珠光體 正常淬火組織正常淬火組織5 5、易切削鋼、易切削鋼( fee ( fee cutting steel ) cutting steel )牌號(hào)表示：牌號(hào)表示： Y+Y+平均含碳的萬倍平均含碳的萬倍 如如Y20 Y40Ca Y20 Y40Ca 成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)：S:Ws=0.080.3%切屑易斷；減摩、潤(rùn)滑切屑易斷；減摩、潤(rùn)滑Pb:WPb=0.150.25%破壞連續(xù)性，減摩破壞連續(xù)性，減摩P:0.15%溶于溶于F使之變脆使之變脆切屑易斷切屑易斷Ca:微量微量減摩減摩潤(rùn)滑潤(rùn)滑 應(yīng)用：應(yīng)用：切削量大、力學(xué)性能要求不高切削量大、力學(xué)性能要求不高的工件，的工

24、件，在碳鋼中加入合金元素，使在碳鋼中加入合金元素，使之成為切削加工性能良好的鋼，之成為切削加工性能良好的鋼，稱為易切削結(jié)構(gòu)鋼。稱為易切削結(jié)構(gòu)鋼。高切削性能的特征高切削性能的特征：切削抗力小，：切削抗力小，排屑（斷屑）容易，刀具壽命長(zhǎng)，排屑（斷屑）容易，刀具壽命長(zhǎng)，工件表面粗糙度低。工件表面粗糙度低。鑄鋼鑄鋼件件5 5噸大齒輪鑄件噸大齒輪鑄件 6 6、鑄造碳鋼、鑄造碳鋼 ZG + ZG + 兩組數(shù)字兩組數(shù)字 例：例：ZG200-400ZG200-400 第一組數(shù)字為屈服強(qiáng)度第一組數(shù)字為屈服強(qiáng)度200 MPa200 MPa，第二組數(shù)字為抗拉強(qiáng)度第二組數(shù)字為抗拉強(qiáng)度400MPa400MPa。4.3

25、4.3 工具鋼工具鋼按用途分為按用途分為: : 刃具鋼刃具鋼 模具鋼模具鋼 量具鋼量具鋼模具模具4.34.3工具鋼工具鋼4.3.1.4.3.1.工具鋼的特點(diǎn)工具鋼的特點(diǎn)（除熱作模具鋼外）（除熱作模具鋼外）1 1、性能特點(diǎn)、性能特點(diǎn) 高硬度，高耐磨性高硬度，高耐磨性 HRC60HRC60 合金工具鋼制品合金工具鋼制品碳化物越多，越細(xì)，分布碳化物越多，越細(xì)，分布越均勻，硬度、耐磨性越越均勻，硬度、耐磨性越高高因此，工具鋼均高碳，因此，工具鋼均高碳，高碳化物形成元素，高碳化物形成元素，CrCr、MoMo、W W、V V等等高熱硬性高熱硬性 熱硬性：熱硬性：工具鋼經(jīng)適當(dāng)熱處理后，在達(dá)到紅熱溫度時(shí)仍工具

26、鋼經(jīng)適當(dāng)熱處理后，在達(dá)到紅熱溫度時(shí)仍 能保持高硬度的特性能保持高硬度的特性 . . 如加入如加入MoMo、W W、V V、CoCo可提高鋼的熱硬性可提高鋼的熱硬性一定強(qiáng)韌性一定強(qiáng)韌性：細(xì)化晶粒細(xì)化晶粒高淬透性高淬透性：如加入如加入CrCr、MnMn、SiSi。2 2、成分特點(diǎn)、成分特點(diǎn)：三高：三高：含碳量高含碳量高（0.70.7C C，），）合金元素含量高合金元素含量高純度高純度高 S S、P P均均0.030.030.020.02 均屬均屬。切削加工切削加工3 3、鍛造及熱處理特點(diǎn)、鍛造及熱處理特點(diǎn) 工具生產(chǎn)工藝流程；工具生產(chǎn)工藝流程； 鍛造鍛造球化退火球化退火機(jī)加工機(jī)加工淬火淬火+ +低溫

27、回火低溫回火精加工精加工*鍛造比鍛造比鐓粗鐓粗Y=拔長(zhǎng)拔長(zhǎng)Y= Y= 鍛前截面積鍛后截面積鍛后截面積鍛前截面積W18Cr4VW18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織鋼的鑄態(tài)組織（1）鍛造）鍛造目的：成型，細(xì)化碳化細(xì)（打目的：成型，細(xì)化碳化細(xì)（打碎）碎）要求：低合金工具鋼：要求：低合金工具鋼：鍛造比鍛造比（Y）4高合金工具鋼：高合金工具鋼：Y6（2 2）球化退火球化退火 目目 的：的： 消除應(yīng)力，降低硬度，改善切削消除應(yīng)力，降低硬度，改善切削 性能，為淬火作好組織準(zhǔn)備性能，為淬火作好組織準(zhǔn)備 工工 藝藝： AcAc1 1+20+203030保溫保溫 A A1 120203030等溫等溫 組組 織織: : 球狀

28、珠光體球狀珠光體 硬硬 度度 200200250HBS250HBS 平衡組織平衡組織球化組織球化組織含含1.4%C1.4%C鋼的組織鋼的組織 a.a.淬火淬火+ +低溫回火低溫回火(180(180200200回火回火) )， 組織組織: :回火馬氏體回火馬氏體+ +碳化物碳化物+A+A， b.b.淬火淬火+ +高溫回火高溫回火（510510550550回火）：回火）： 組織組織: :回火馬氏體回火馬氏體+ +碳化物碳化物+A+A， （3）淬火）淬火+回火回火4.3.2.4.3.2.常用工具鋼常用工具鋼 1 1、碳素工具鋼、碳素工具鋼 T7T7T13 T13 用于工作溫度用于工作溫度250250

29、的工具的工具T7-T9T7-T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。木工鑿木工鑿木工鉆木工鉆 T10T11T10T11：制造低速切削工具，如鉆頭、鋸條、車刀等。：制造低速切削工具，如鉆頭、鋸條、車刀等。 T12T13T12T13：制造耐磨工具，如銼刀、絲錐等。：制造耐磨工具，如銼刀、絲錐等。絲錐絲錐銼刀銼刀手鋸條手鋸條鉆頭鉆頭4.3.2.4.3.2.常用工具鋼常用工具鋼 2 2、低合金工具鋼、低合金工具鋼：9SiCr, 9Mn2V, 9SiCr, 9Mn2V, CrWMnCrWMn 用于工作溫度用于工作溫度350350的工具

30、的工具 3 3、高速鋼、高速鋼：W18Cr4V W6Mo5Cr4V2W18Cr4V W6Mo5Cr4V2等等 用于工作溫度用于工作溫度550550的工具的工具車刀車刀銑刀銑刀鉆頭鉆頭板牙板牙預(yù)熱預(yù)熱分級(jí)淬火分級(jí)淬火低溫回火低溫回火9SiCr9SiCr鋼板牙熱處理工藝曲線鋼板牙熱處理工藝曲線低合金工具鋼的淬透性和耐磨性明顯高于碳素工具鋼，變形小，主低合金工具鋼的淬透性和耐磨性明顯高于碳素工具鋼，變形小，主要用于制造截面尺寸較大、幾何形狀較復(fù)雜、加工精度要求較高、要用于制造截面尺寸較大、幾何形狀較復(fù)雜、加工精度要求較高、切削速度不太高的薄刃刀具。切削速度不太高的薄刃刀具。高速鋼的熱處理高速鋼的熱處

31、理W18Cr4VW18Cr4V鋼淬火、回火后的組織鋼淬火、回火后的組織高速鋼銑高速鋼銑刀刀4 4、冷作模具鋼、冷作模具鋼工作條件工作條件 工作時(shí)承受很大的壓力、工作時(shí)承受很大的壓力、彎曲力、沖擊載荷和摩彎曲力、沖擊載荷和摩擦。主要失效形式是磨擦。主要失效形式是磨損損常用鋼常用鋼 Cr12 Cr12MoV Cr12 Cr12MoV 等。用等。用于制造大型模具于制造大型模具。汽車沖壓模具汽車沖壓模具冷作模具鋼冷作模具鋼5 5、熱作模具鋼、熱作模具鋼 5CrNiMo 5CrMnMo 5CrNiMo 5CrMnMo 用于用于制造熱鍛模制造熱鍛模. . 熱處理熱處理 組織組織 性能性能 熱模鍛曲軸毛坯熱

32、模鍛曲軸毛坯熱作模具鋼熱作模具鋼5 5、熱作模具鋼、熱作模具鋼 3Cr2W8V3Cr2W8V 用于制造壓鑄模具用于制造壓鑄模具. . 熱處理熱處理 組織組織 性能性能 高錳鋼水韌處理組織高錳鋼水韌處理組織澆鑄鑄件澆鑄鑄件4.4 4.4 特殊性能鋼特殊性能鋼 不銹鋼不銹鋼( stainless steel ) ( stainless steel ) 1Cr13 1Cr13 、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti 耐熱鋼耐熱鋼( heat ( heat resistant steel ) resistant steel ) 4Cr9Si24Cr9Si2 耐磨鋼耐磨鋼( wear ( wear

33、resistant steel ) resistant steel ) ZGMn13ZGMn13特殊性能鋼是指具有特殊物理化學(xué)性能并可在特殊環(huán)境下特殊性能鋼是指具有特殊物理化學(xué)性能并可在特殊環(huán)境下工作的鋼，工作的鋼，如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼及低溫用鋼等。如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼及低溫用鋼等。4.4.14.4.1不銹鋼不銹鋼 1 1、金屬腐蝕的概念、金屬腐蝕的概念 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕 金屬腐蝕金屬腐蝕 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕 實(shí)驗(yàn)得出：實(shí)驗(yàn)得出：兩電池電位差越兩電池電位差越大，微電池?cái)?shù)目越多，金屬大，微電池?cái)?shù)目越多，金屬腐蝕速度越快。腐蝕速度越快。 ZnZnZn-CuZn-Cu原電池示意圖原電池示意

34、圖珠光體腐蝕示意圖珠光體腐蝕示意圖電解液電解液2 2、金屬抗腐蝕的途徑、金屬抗腐蝕的途徑 (1) (1) 獲得單相組織獲得單相組織降低碳含量，降低碳含量，減少形成碳化物，盡量消除微電池。減少形成碳化物，盡量消除微電池。 (2) (2) 提高陽極的電極電位提高陽極的電極電位，縮小兩縮小兩電極電位差。加入電極電位差。加入1313Cr,Cr,鋼的陽極的電極鋼的陽極的電極電位可由電位可由-0.56V-0.56V提高到提高到0.12V0.12V。 因此，因此，不銹鋼含鉻量均不銹鋼含鉻量均1313。 (3) (3) 形成致密保護(hù)性氧化膜形成致密保護(hù)性氧化膜, ,如如AlAl2 2O O3 3 Cr Cr2

35、 2O O3 3 3 3、常用不銹鋼、常用不銹鋼（1 1）馬氏體型（）馬氏體型（Cr13Cr13型）不銹鋼型）不銹鋼 1Cr13. 2Cr13. 1Cr13. 2Cr13. 代替結(jié)構(gòu)鋼代替結(jié)構(gòu)鋼熱處理：熱處理：10501050油淬油淬 + 600+ 600780780回火回火組織組織：回火索氏體。：回火索氏體。 3Cr13. 4Cr13.3Cr13. 4Cr13.代替工具鋼代替工具鋼熱處理：熱處理：10501050油淬油淬 + 200+ 200300300回火回火組織組織：回火馬氏體：回火馬氏體 HRC50HRC50左右。左右。應(yīng)用應(yīng)用：工具，彈簧，軸承，醫(yī)療器械：工具，彈簧，軸承，醫(yī)療器械

36、不銹鋼刀不銹鋼刀（2 2）奧氏體不銹鋼）奧氏體不銹鋼 （ CrCrNiNi不銹鋼不銹鋼 18188 8型）型） 1818CrCr鈍化鈍化 9 9NiNi擴(kuò)大奧氏體區(qū)擴(kuò)大奧氏體區(qū) 空冷室溫組織：空冷室溫組織：?jiǎn)蜗鄪W氏體單相奧氏體 a.a.常用鋼常用鋼 OCr18Ni9 1Cr18Ni9 OCr18Ni9Ti OCr18Ni9 1Cr18Ni9 OCr18Ni9Ti （加（加TiTi抑制（抑制（Fe,CrFe,Cr）4 4C C的析出的析出 大型化工儲(chǔ)罐大型化工儲(chǔ)罐b.熱處理熱處理：固溶處理固溶處理：10501150水水冷，抑制碳化物析出冷，抑制碳化物析出消除應(yīng)力回火消除應(yīng)力回火：冷加工后冷加工后

37、300350回火，減小應(yīng)力腐蝕回火，減小應(yīng)力腐蝕傾向。傾向。（3 3）鐵素體不銹鋼）鐵素體不銹鋼加入加入 17173030Cr. CrCr. Cr縮小奧氏體區(qū)，縮小奧氏體區(qū)，鈍化，含鈍化，含CrCr量越高，耐蝕性越高。量越高，耐蝕性越高。 常用鋼常用鋼： Cr17-Cr30Cr17-Cr30型型. . 主要應(yīng)用于食品機(jī)械，主要應(yīng)用于食品機(jī)械，化工機(jī)械化工機(jī)械 硝酸生產(chǎn)裝置硝酸生產(chǎn)裝置鐵素體不鐵素體不銹鋼制品銹鋼制品4.4.2耐熱鋼耐熱鋼1.1.定義定義: :在高溫下具有抗氧化性和高溫強(qiáng)度的特殊鋼。在高溫下具有抗氧化性和高溫強(qiáng)度的特殊鋼。如制造高壓鍋爐、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等的構(gòu)件。如制造高壓鍋爐、汽

38、輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)等的構(gòu)件。2、性能要求、性能要求 抗氧化性抗氧化性 ( ( 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 ) ) 高溫強(qiáng)度高溫強(qiáng)度 ( ( 熱強(qiáng)性）熱強(qiáng)性）蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度持久強(qiáng)度持久強(qiáng)度 2 2、 性能要求性能要求（1 1）高的抗氧化性）高的抗氧化性 鋼中鋼中加入加入CrCr、SiSi、AlAl可形可形成致密穩(wěn)定的氧化膜，阻成致密穩(wěn)定的氧化膜，阻礙氧進(jìn)一步擴(kuò)散，提高抗礙氧進(jìn)一步擴(kuò)散，提高抗氧化性氧化性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)（2）高的熱強(qiáng)性）高的熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性是指金屬在高溫?zé)釓?qiáng)性是指金屬在高溫下的強(qiáng)度下的強(qiáng)度.指標(biāo)為指標(biāo)為蠕變強(qiáng)度蠕變強(qiáng)度和和持久持久強(qiáng)度強(qiáng)度。蠕變（蠕變（Creep）指金屬指金屬在高溫低于在高溫

39、低于s的應(yīng)力下的應(yīng)力下所發(fā)生的極其緩慢的塑所發(fā)生的極其緩慢的塑性變形性變形. 提高高溫強(qiáng)度的途徑提高高溫強(qiáng)度的途徑: : 固溶強(qiáng)化；固溶強(qiáng)化； 析出強(qiáng)化；析出強(qiáng)化； 晶界強(qiáng)化晶界強(qiáng)化高溫合金中高溫合金中的的 析出相析出相高溫合金中高溫合金中的彎曲晶界的彎曲晶界裂紋中止于裂紋中止于晶界顆粒狀析出物晶界顆粒狀析出物3.熱強(qiáng)鋼：熱強(qiáng)鋼：（1）珠光體熱強(qiáng)鋼）珠光體熱強(qiáng)鋼（工作溫度（工作溫度500)12CrMo.12Cr1MoV.正正火、用于管道、容器等火、用于管道、容器等35CrMo.25Cr2MoV.調(diào)質(zhì)、用于緊固件、軸調(diào)質(zhì)、用于緊固件、軸類、葉輪等。類、葉輪等。渦輪機(jī)機(jī)殼渦輪機(jī)機(jī)殼鋼制法蘭鋼制法蘭

40、3.3.熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼：（2 2）馬氏體型熱強(qiáng)鋼）馬氏體型熱強(qiáng)鋼（工作溫度（工作溫度600600） Cr13Cr13型基礎(chǔ)上添加型基礎(chǔ)上添加 Mo.V.Si.Mo.V.Si. 常用鋼常用鋼 4Cr9Si2. 4Cr10Si2Mo4Cr9Si2. 4Cr10Si2Mo. . 熱處理熱處理：98098010801080淬淬火火 + 650+ 650700700回火回火 應(yīng)用應(yīng)用：發(fā)動(dòng)機(jī)氣閥，氣門：發(fā)動(dòng)機(jī)氣閥，氣門彈簧彈簧有氣閥鋼之稱有氣閥鋼之稱 航空發(fā)動(dòng)機(jī)航空發(fā)動(dòng)機(jī)汽車汽車閥門閥門3.熱強(qiáng)鋼熱強(qiáng)鋼（3 3）奧氏體不銹鋼）奧氏體不銹鋼 （ CrCrNiNi不銹鋼不銹鋼 18188 8型）型） 1Cr1

41、8Ni9 OCr18Ni9Ti 1Cr18Ni9 OCr18Ni9Ti 氣輪機(jī)葉片氣輪機(jī)葉片過熱器管排過熱器管排過熱器集箱過熱器集箱4.4.3 4.4.3 耐磨鋼耐磨鋼 -高錳鋼高錳鋼 成分成分：11111414Mn(MnMn(Mn擴(kuò)大奧擴(kuò)大奧氏體區(qū)，降低氏體區(qū)，降低MsMs點(diǎn)點(diǎn)),0.9),0.91.31.3C C，（Mnc= 10Mnc= 101212） 常用鋼常用鋼 ZGMn13.ZGMn13. 球磨機(jī)襯球磨機(jī)襯板板挖掘機(jī)鏟齒挖掘機(jī)鏟齒鐵路轍岔鐵路轍岔破碎機(jī)牙板破碎機(jī)牙板4.4.3 4.4.3 耐磨鋼耐磨鋼 -高錳鋼高錳鋼鑄造組織鑄造組織： + + +（FeFe，MnMn）3 3C C 熱處理熱處理：100010001100 1100 （單相（單相 區(qū)）區(qū)）加熱水淬加熱水淬 ，稱水韌處理，稱水韌處理 組織組織：硬度約：硬度約 200HBS200HBS， 耐磨機(jī)理耐磨機(jī)理：（奧氏體）受沖擊變形，：