第六章 合金鋼(課件)課件

1、分類及編號分類及編號合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的作用合金結構鋼合金結構鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊鋼特殊鋼一、合金鋼介紹一、合金鋼介紹1、什么叫合金鋼、什么叫合金鋼 為了提高鋼的力學性能，在冶煉時特意加入一些合金元素為了提高鋼的力學性能，在冶煉時特意加入一些合金元素（主要是過渡族元素主要是過渡族元素）所得到的鋼稱為）所得到的鋼稱為合金鋼合金鋼。 合金元素的作用：合金元素的作用：提高強度，塑韌性；提高強度，塑韌性；提高淬透性提高淬透性提高高溫強度、熱硬性提高高溫強度、熱硬性提高抗氧化、耐腐蝕、提高抗氧化、耐腐蝕、耐熱、耐熱、耐磨、電磁等特殊性能耐磨、電磁等特殊性能碳鋼的缺點碳鋼的缺點：1.

2、 基本相基本相 ( F、 Fe3C ) 性能不夠好；性能不夠好；2. 淬透性低；淬透性低；3. 使用溫度不能超過使用溫度不能超過200；4. 沒有特殊性能，如耐腐蝕、抗氧沒有特殊性能，如耐腐蝕、抗氧 化、化、 高耐磨高耐磨。2、為什么添加合金元素？、為什么添加合金元素？合金鋼中除合金鋼中除FeFe、C C 外，一般還包括：外，一般還包括： 常存合金元素常存合金元素 SiSi、Mn Mn （冶煉時冶煉時帶入帶入）未清除凈的雜質未清除凈的雜質 S S、P P、H H、O O 主要合金元素主要合金元素( (含含量較高量較高) ) CrCr、NiNi、W W、Mo Mo 強碳化物元素強碳化物元素（少量

3、）（少量） V V、NbNb、TaTa、ZrZr、B B 其他元素（少量）其他元素（少量） Re(Re(稀土稀土) )1 1按用途分類按用途分類 2 2按成分分類按成分分類 為達到某種性能要求，人為加入了必要的合金元素。為達到某種性能要求，人為加入了必要的合金元素。 按合金總量分為按合金總量分為低、中、高合金鋼低、中、高合金鋼。 10%合金結構鋼合金結構鋼合金鋼合金鋼合金工具鋼合金工具鋼特殊性能鋼特殊性能鋼機械零件機械零件工程構件工程構件刀刀 具具量量 具具模模 具具耐蝕鋼耐蝕鋼耐熱鋼耐熱鋼不銹鋼不銹鋼低溫鋼低溫鋼合金結構鋼合金結構鋼 例：例： 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA 181

4、8Cr2Cr2Ni4Ni4W WA A 牌號的組成為：牌號的組成為：兩位兩位數(shù)字數(shù)字元素符號和數(shù)字元素符號和數(shù)字字母字母。如：如：18Cr2Ni4WA 18Cr2Ni4WA 其中第一部分兩位數(shù)字其中第一部分兩位數(shù)字：碳含量的萬分之幾；碳含量的萬分之幾； C C0.18 wt0.18 wt 第二部分第二部分的的元素符號表示主要或關鍵合金元素，元素含量超過元素符號表示主要或關鍵合金元素，元素含量超過1.51.5， 則則標注在元素符號的后面標注在元素符號的后面。 如：如：CrCr2 2，NiNi4 4，W1.5W1.5 第三部分的字母第三部分的字母表示表示級別級別， 如：如：AA優(yōu)質鋼優(yōu)質鋼合金工具

5、鋼合金工具鋼 例：例：9SiCr 9SiCr 9 9 SiSiCrCr 牌號的組成和牌號的組成和合金結構合金結構鋼基本相同，僅第一部分用鋼基本相同，僅第一部分用一位數(shù)字表示一位數(shù)字表示含碳含碳量的千分之幾，量的千分之幾，若若含碳量含碳量大于大于1.01.0的將這部分數(shù)字略去的將這部分數(shù)字略去。 如如：9SiCr 9SiCr 表示表示C C0.90.9，Si1.5Si1.5，Cr1.5Cr11，CrCr、W W、Mn 1.5Mn 1%, GC1%, G：滾動滾動） 一、對鋼中基本相的影響一、對鋼中基本相的影響 1 1、弱（非）碳化物形成元素、弱（非）碳化物形成元素： MnMn， CoCo ，Ni

6、Ni， AlAl， SiSi等，基本上能溶入等，基本上能溶入鐵素體鐵素體使鋼的強度和硬度提高（使鋼的強度和硬度提高（固溶強化固溶強化），）， 但韌性降低但韌性降低。 作用作用：1 1）固溶強化固溶強化 2 2）提高）提高淬透性淬透性 2 2、強、強碳化物碳化物形成元素：形成元素：Cr，Mo，W，V，Nb，Ti （前過渡族）等元素與（前過渡族）等元素與碳的碳的親合力比鐵強親合力比鐵強，一部分能溶入，一部分能溶入Fe3C形形成成合金滲碳體合金滲碳體(Fe,M)(Fe,M)3 3C C ，另一部分則，另一部分則形成特殊碳化物，如：形成特殊碳化物，如：Cr23C6，WC，NbC，TiC等，這些碳化物等

7、，這些碳化物比滲碳體比滲碳體更高的熔點和更高的硬度更高的熔點和更高的硬度 （彌散強（彌散強化化），并阻礙），并阻礙A體晶粒長大體晶粒長大（細化晶（細化晶粒）粒） 作用：作用： （1）細化晶粒）細化晶粒 （2）彌散強化）彌散強化 擴大擴大相區(qū)相區(qū)：元素元素 NiNi，MnMn，W W等促進等促進奧氏體化，擴大奧氏體化，擴大區(qū)。區(qū)。 原因是這些合原因是這些合金元素使金元素使 A3 A3 線降低。線降低。這類元素也稱這類元素也稱為為相穩(wěn)定化元素相穩(wěn)定化元素。如。如1Cr181Cr18Ni9Ni9TiTi不不銹鋼就是銹鋼就是奧氏體類型鋼奧氏體類型鋼。擴大擴大區(qū)：區(qū)：元素元素SiSi，Cr Cr 等使等

8、使A3A3線升高，線升高，擴大擴大區(qū)。如：加入一定量的區(qū)。如：加入一定量的CrCr，SiSi可可使使區(qū)消失，得到全部鐵素體組織，如區(qū)消失，得到全部鐵素體組織，如Cr17Cr17，Cr25Cr25，屬于鐵素體不銹鋼。屬于鐵素體不銹鋼。對對S S點（共析點）和點（共析點）和E E點（點（A A最大最大C C濃度）濃度）影響影響： 一些添加元素（如：一些添加元素（如： CrCr、MnMn）使使S S、E E點左移，使共析鋼中的碳含量點左移，使共析鋼中的碳含量減少。如：減少。如：4Cr134Cr13不銹鋼，其不銹鋼，其C C0.40.4， 但為過共析鋼。但為過共析鋼。 LFe3C Mn, Cr Mn,

9、 Cr使使S S點左移點左移, , Mn Mn使使A3A3線降低，線降低， CrCr使使A3A3線升高線升高1 1對對奧氏體奧氏體化及晶粒度的影響（化及晶粒度的影響（升溫升溫過程）過程） （1 1）奧氏體化：）奧氏體化： Co Co 可加速奧氏體化，大部分強碳化物合金元素（如可加速奧氏體化，大部分強碳化物合金元素（如CrCr，MoMo，W W，V V，TiTi）都延緩奧氏體化過程。）都延緩奧氏體化過程。 原因原因：這些強碳化物形成元素阻止：這些強碳化物形成元素阻止Fe, C Fe, C 的遷移，減緩奧氏體的形成。的遷移，減緩奧氏體的形成。（2 2）奧氏體的晶粒度奧氏體的晶粒度： 強碳化物形成元

10、素，如強碳化物形成元素，如V V、TiTi、NbNb、ZrZr可以強烈阻止奧氏體晶粒生長；可以強烈阻止奧氏體晶粒生長； 原因：原因：合金碳化物彌散分布在合金碳化物彌散分布在 A A 上，阻礙晶界遷移。上，阻礙晶界遷移。2 2對對過冷奧氏體過冷奧氏體轉變的影響（降溫過程）轉變的影響（降溫過程） 合金元素對過冷奧氏體分解的影響主要反映在對合金元素對過冷奧氏體分解的影響主要反映在對TTTTTT曲線（曲線（C C 曲線）的影響。曲線）的影響。C C曲線移動：曲線移動：lCoCo使使C C曲線左移，曲線左移，即：即：降低降低淬透性淬透性；lNiNi，SiSi，MnMn，Al CuAl Cu等（等（均均為

11、弱或非碳化物形成元為弱或非碳化物形成元素素）, , 使使C C曲線右移，即：曲線右移，即：提高淬透性提高淬透性。原因：原因：穩(wěn)定奧氏體穩(wěn)定奧氏體 所以，大多數(shù)合金鋼均使用所以，大多數(shù)合金鋼均使用油淬油淬，降低工件熱應力，降低工件熱應力2 2、C C曲線的曲線的形狀：形狀： C C曲線分解為兩個曲線分解為兩個C C曲曲線，一個對應線，一個對應珠光體珠光體轉變轉變曲線，另一個對曲線，另一個對應應貝氏體轉變貝氏體轉變曲線。曲線。嚴重的造成這兩個轉嚴重的造成這兩個轉變曲線分離，中間出變曲線分離，中間出現(xiàn)一亞穩(wěn)區(qū)現(xiàn)一亞穩(wěn)區(qū) 。 一些合金鋼在連續(xù)冷一些合金鋼在連續(xù)冷卻過程中也能獲得卻過程中也能獲得貝貝氏體

12、。氏體。P P轉轉變變B B轉轉變變1 1提高鋼的回火穩(wěn)定性提高鋼的回火穩(wěn)定性 所謂回火穩(wěn)定性是指鋼在回火時發(fā)生所謂回火穩(wěn)定性是指鋼在回火時發(fā)生軟化的軟化的抵抗能力抵抗能力。幾乎。幾乎所有的合金元素都能提高回所有的合金元素都能提高回火穩(wěn)定性?；鸱€(wěn)定性。 原因原因：合金元素能阻止：合金元素能阻止C C的擴散（的擴散（特別是強特別是強碳化物形成元素碳化物形成元素），從而推遲或減緩），從而推遲或減緩馬氏體馬氏體的分解，提高耐回火性。如的分解，提高耐回火性。如: :W18Cr4V鋼的鋼的紅硬性紅硬性好好 2 2產(chǎn)生二次硬化產(chǎn)生二次硬化 一些含一些含W W、MoMo、V V較高的鋼中，回火溫度升高到一定

13、程度后，出現(xiàn)硬度上升較高的鋼中，回火溫度升高到一定程度后，出現(xiàn)硬度上升（如右上圖所示）（如右上圖所示），這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為“二次硬化二次硬化”。原因原因： （1 1）殘余奧氏體殘余奧氏體馬氏體：馬氏體： 在添加了合金元素后，在添加了合金元素后，殘余奧氏體很穩(wěn)殘余奧氏體很穩(wěn) 定，在回火時并未發(fā)生轉變，而在冷卻時定，在回火時并未發(fā)生轉變，而在冷卻時發(fā)生馬氏體轉變發(fā)生馬氏體轉變，使材，使材 料的硬度得到提高料的硬度得到提高 （相變強化相變強化）；）； （2 2）析出碳化物：析出碳化物：在在500500600600下，馬氏體才出現(xiàn)分解，析出的高硬下，馬氏體才出現(xiàn)分解，析出的高硬 度的度的碳化物

14、碳化物彌散細小，自身硬度高，同時強化了鐵素體的基體。彌散細小，自身硬度高，同時強化了鐵素體的基體。 （彌散強化）（彌散強化）碳鋼力學性能隨退火溫度上午變化碳鋼力學性能隨退火溫度上午變化一、低合金高強度鋼一、低合金高強度鋼 結構鋼主要用來制造結構鋼主要用來制造工程構件工程構件，是機械、交通、石化、建筑用金屬，是機械、交通、石化、建筑用金屬材料的主體，在構件中主要是材料的主體，在構件中主要是承受力的作用。承受力的作用。 用途：用途：制造制造橋梁、船舶橋梁、船舶、大型鋼架、農(nóng)業(yè)機械等等、大型鋼架、農(nóng)業(yè)機械等等。性能：性能：強度高，塑、韌性好。強度高，塑、韌性好。成分：成分：C C0.250.25 主

15、要合金元素：主要合金元素： MnMn： W合金元素合金元素 3%, 固溶于鐵素體（固溶于鐵素體（固溶強化固溶強化） 輔助合金元素：輔助合金元素： V V，TiTi，NbNb， 作用：形成作用：形成VCVC，TiCTiC，NbCNbC等（等（彌散強化，細化晶粒彌散強化，細化晶粒） 熱處理：熱處理：熱軋熱軋+ +空冷空冷 ( (相當于正火相當于正火) )組織：組織： 鉄素體珠光體（或索氏體鉄素體珠光體（或索氏體），（），（F+PF+P）或（）或（F+S)F+S) 牌號：牌號： 16Mn16Mn（舊），（舊）， 兩位數(shù)字：兩位數(shù)字：C C含量的萬分之幾；合金元素含量表示同前。含量的萬分之幾；合金元素

16、含量表示同前。 Q345C Q345C （新）（新） Q: Q: 屈服，屈服，345345：屈服強度，：屈服強度， C C：等級：等級 武漢長江大橋武漢長江大橋 19551955年年9 9月月- 1957- 1957年年1010月月16Mn16Mn用途：用途：適用于適用于表硬內(nèi)韌表硬內(nèi)韌的的工件。工件。 如：如：齒輪齒輪、活塞、活塞等等。 熱處理及組織熱處理及組織： 熱處理熱處理表面滲碳直接淬火低溫回火表面滲碳直接淬火低溫回火（P.171)。 組組 織織 表面為過共析鋼：表面為過共析鋼： M 回回+ 碳化物碳化物+A ，約，約HRC60； 心部為亞共析鋼：心部為亞共析鋼： M M 回回+ A

17、+ A ，HRC3050。 成分：成分：低碳合金鋼低碳合金鋼 C C： 0.10-0.250.10-0.25：保證淬火后，心部保證淬火后，心部形成形成板條馬氏體板條馬氏體，心部有好的韌性心部有好的韌性 主要合金元素主要合金元素： MnMn，NiNi，CrCr，B B等，等，保證好的淬透性保證好的淬透性 輔助合金元素輔助合金元素： TiTi，V V，W W 等，用于形成穩(wěn)定化合物，細化晶粒，提等，用于形成穩(wěn)定化合物，細化晶粒，提 高回火穩(wěn)定性。高回火穩(wěn)定性。性能：性能： 心部韌性好心部韌性好 表面硬度高表面硬度高 常用的牌號：常用的牌號：低淬透性滲碳鋼低淬透性滲碳鋼 15Cr15Cr、20Cr2

18、0Cr、16Mn216Mn2、20Mn220Mn2等，淬透性不高，用等，淬透性不高，用于受力不大的耐磨零件，如滑塊、活塞銷等。于受力不大的耐磨零件，如滑塊、活塞銷等。中淬透性滲碳鋼中淬透性滲碳鋼 20CrMnTi20CrMnTi、12CrNi3A12CrNi3A、20CrMnMo20CrMnMo、20MnVB20MnVB，這類，這類鋼中合金元素總量較高鋼中合金元素總量較高( (但，但，44) )，淬透性和韌性均較高，用于，淬透性和韌性均較高，用于變速變速箱齒輪箱齒輪、十字軸等零件。、十字軸等零件。高淬透性滲碳鋼高淬透性滲碳鋼 12Cr2Ni4A12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W18Cr2N

19、i4W等，這類鋼中含有的合金等，這類鋼中含有的合金元素總量更高元素總量更高( (但但7.57.5) )，淬透性很大，強韌性配合好，可承受重載，淬透性很大，強韌性配合好，可承受重載，用于用于尺寸大尺寸大的重要零件，如大馬力內(nèi)燃機的主動牽引齒輪。的重要零件，如大馬力內(nèi)燃機的主動牽引齒輪。 淬透性高低取決于合金元素的多少淬透性高低取決于合金元素的多少第三節(jié)第三節(jié) 合金結構鋼合金結構鋼 常用的鋼號常用的鋼號：20CrMnTi20CrMnTi用途：用途：軸、連桿軸、連桿、低速齒輪低速齒輪， 高強度螺栓。高強度螺栓。 性能：性能：高強度和高韌性高強度和高韌性的配合。的配合。 成分：成分： C C：0.35

20、-0.500.35-0.50 屬于屬于中碳鋼中碳鋼，主要合金元素：主要合金元素： CrCr，MnMn，NiNi，SiSi，B B（弱碳化物元素），（弱碳化物元素），提高淬透性，提高淬透性，固溶強化固溶強化，輔助合金元素：輔助合金元素： MoMo，W W，V V（強碳化物元素），提高回火穩(wěn)定性（強碳化物元素），提高回火穩(wěn)定性。 熱處理：熱處理：調質調質處理處理，即，即: : 淬火高溫回火淬火高溫回火。 組織：組織： 回火回火索氏體索氏體；牌號牌號 低淬透性低淬透性 40Cr40Cr， 中淬透性中淬透性 40CrMn40CrMn、40CrNi40CrNi， 高淬透性高淬透性 40CrMnSi40C

21、rMnSi、40CrNiMo40CrNiMo、40CrMnMo40CrMnMo等等 第三節(jié)第三節(jié) 合金結構鋼合金結構鋼 常用的鋼號常用的鋼號：軸、軸、連桿連桿40Cr 40Cr 40CrMn40CrMn性能性能：高彈性極限，高屈強（高彈性極限，高屈強（S S/b b）比；）比； 硬度適中，硬度適中，404050 HRC50 HRC。 熱處理：熱處理： 熱成形彈簧熱成形彈簧，材料加熱到奧氏體進行成型，再進行材料加熱到奧氏體進行成型，再進行 淬火淬火 +中溫回火中溫回火 回火回火溫度：溫度：450-550450-550。 組織：組織：回火屈氏體回火屈氏體 （T回回），）， HRC4050 冷成形彈

22、簧冷成形彈簧，材料加熱到奧氏體化，然后在，材料加熱到奧氏體化，然后在500-550500-550等溫，形成索氏體，等溫，形成索氏體， 冷加工產(chǎn)生加工硬化后冷成形，再在冷加工產(chǎn)生加工硬化后冷成形，再在200-300200-300去應力退火。去應力退火。 組織：組織：索氏體索氏體牌號：牌號： 6565、7070、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn、50CrMo50CrMo、55SiMnMoV55SiMnMoV等等成分成分：W WC C0.5-0.90.5-0.9 高高C C以保證高的以保證高的彈性極限彈性極限。 主要合金元素主要合金元素 MnMn，Si Si 提高淬透性，提高提高淬透性

23、，提高S S/ /b b比，固溶比，固溶強化。強化。 輔助元素輔助元素 CrCr，MoMo，W W，V V 提高耐回火性和沖擊韌性。提高耐回火性和沖擊韌性。用途：用途：用來制造用來制造各種彈簧和彈性元件各種彈簧和彈性元件。 第三節(jié)第三節(jié) 合金結構鋼合金結構鋼 常用的鋼號常用的鋼號：汽車板簧汽車板簧60Si2Mn60Si2Mn用途：用途：用來制造滾動軸承，簡稱軸承鋼用來制造滾動軸承，簡稱軸承鋼。 性能要求：性能要求：高強度高強度，高，高硬度硬度（HRC60HRC60）； 高的接觸疲勞抗力；高的接觸疲勞抗力； 高的耐磨損能力。高的耐磨損能力。 成分特點：成分特點： 高碳高碳：C C0.950.95

24、1.15%C1.15%C，確保淬火后的硬度；，確保淬火后的硬度； 主合金元素主合金元素：CrCr，提高淬透性提高淬透性，形成細小的合金滲碳體形成細小的合金滲碳體，提高耐磨性和，提高耐磨性和接觸疲勞性能接觸疲勞性能（彌散強化）（彌散強化）； 輔助元素：輔助元素：MnMn、MoMo、V V，形成碳化物，形成碳化物，細化晶粒，彌散強化細化晶粒，彌散強化，以進一步以進一步提高耐磨性；提高耐磨性；鋼號：鋼號：GCr6GCr6、GCr9GCr9、GCr9SiMnGCr9SiMn、GCr15GCr15、GCr15SiMnGCr15SiMn等。等。 第一個字母第一個字母G G表示滾動軸承，碳含量通常在表示滾動

25、軸承，碳含量通常在1.01.0左右左右，不用標注，不用標注， 元素符號元素符號CrCr后的數(shù)字為其含量的后的數(shù)字為其含量的千分數(shù)千分數(shù)（針對常用滾動軸承鋼（針對常用滾動軸承鋼）。 熱處理：熱處理：球化退火球化退火機械加工機械加工淬火、淬火、低溫回火低溫回火磨削精加工產(chǎn)磨削精加工產(chǎn)品。品。 淬火淬火：一般在一般在840840860860加熱，用加熱，用油冷淬火油冷淬火， 回火回火：低溫回火，低溫回火，180 x 2 h180 x 2 h。 對于精密軸承，為保證尺寸和形狀穩(wěn)定性，需進行對于精密軸承，為保證尺寸和形狀穩(wěn)定性，需進行冷處理冷處理。 冷處理冷處理：淬火時在淬火時在130130180180

26、進行等溫分級進行等溫分級回火回火，在冷卻到室溫后繼，在冷卻到室溫后繼續(xù)冷凍到續(xù)冷凍到-60 -60 -80-80以下以下( (用干冰或工業(yè)冷凍機用干冰或工業(yè)冷凍機) )，取出后回升到，取出后回升到室溫再回火室溫再回火。熱處理舉例：熱處理舉例：組織：組織：回火回火 M M 細小碳化物細小碳化物AA（少）（少）常用的鋼號常用的鋼號：微合金非調質鋼：微合金非調質鋼：在碳素結構鋼或低合金鋼中加入微量合金元素在碳素結構鋼或低合金鋼中加入微量合金元素（MnMn， V V）使之無須經(jīng)調質處理便可達到性能要求的專用結使之無須經(jīng)調質處理便可達到性能要求的專用結構鋼，稱為非調質機械結構鋼構鋼，稱為非調質機械結構鋼

27、（組織可為（組織可為B B下下），簡稱，簡稱非調質非調質鋼鋼。易切削鋼：易切削鋼：在鋼中加入某些合金元素，使其切削加工性能得到明在鋼中加入某些合金元素，使其切削加工性能得到明顯改善的結構鋼，可簡稱微顯改善的結構鋼，可簡稱微易切削鋼易切削鋼。常用的合金元素有。常用的合金元素有S S、CaCa等，切削摩擦力小，易斷屑，但力學性能并不高，用于用等，切削摩擦力小，易斷屑，但力學性能并不高，用于用于受力不大、批量生產(chǎn)、精密構件。于受力不大、批量生產(chǎn)、精密構件。低淬透性鋼：低淬透性鋼：含含TiTi優(yōu)質碳素結構鋼，碳量中偏高，如優(yōu)質碳素結構鋼，碳量中偏高，如55Ti55Ti、60Ti60Ti、70Ti70T

28、i等。用于感應加熱達到表面高硬度，心部因不能淬透而等。用于感應加熱達到表面高硬度，心部因不能淬透而保持強韌狀態(tài)。部分保持強韌狀態(tài)。部分代替滲碳鋼代替滲碳鋼。一、刃具鋼一、刃具鋼 工具：工具：刃刃具、模具、量具具、模具、量具，用于制備這些用于制備這些工具的工具的合金合金鋼鋼統(tǒng)統(tǒng)稱為稱為合金合金工具鋼。工具鋼。 1 1、用途、用途 車刀、銑刀、鉆頭等。車刀、銑刀、鉆頭等。2 2、性能要求：、性能要求： 高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨性一般都在一般都在HRC60HRC60以上；以上； 高的紅硬性，高的紅硬性，指刃部受熱升溫后，刃具鋼仍能維持高硬度；指刃部受熱升溫后，刃具鋼仍能維持高硬度； 一定的韌性

29、和塑性，一定的韌性和塑性，防止崩刃。防止崩刃。 3 3、成分：成分：（1）低合金鋼）低合金鋼 C0.9-1.100.9-1.10， 高高C量，保證硬度量，保證硬度 主要合金元素主要合金元素 Cr，MnMn，Si Si 提高淬透性提高淬透性（2 2）高速鋼高速鋼 特殊鋼特殊鋼 C C0.7-1.30.7-1.3，高，高C量，保證硬度量，保證硬度 主要合金元素：主要合金元素： Cr Cr 提高淬透性；提高淬透性； 輔助合金元素：輔助合金元素：W W，MoMo，V V（強碳化物形成元素強碳化物形成元素）提高紅硬性提高紅硬性 4 4、牌號、牌號：（1）低合金鋼：）低合金鋼：9SiCr，CrWMn （一

30、位數(shù)字或一位數(shù)字或無數(shù)字，無數(shù)字，C1%)） 9SiCr 熱硬性好，熱硬性好， 適合用于適合用于薄刃刀具薄刃刀具和和冷沖模具冷沖模具。 CrWMn，工件變形小，適合用于大截面工件，如長，工件變形小，適合用于大截面工件，如長絲錐絲錐，拉刀。，拉刀。（2 2）高速鋼：高速鋼：W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 （特殊鋼）（特殊鋼） W18Cr4V (C:0.7-0.8) 的熱硬性高，過熱傾向小，的熱硬性高，過熱傾向小，適合于制作車刀；適合于制作車刀； W6Mo5Cr4V2 (C:0.95-1.95) 的熱塑性和韌性較好，適合于的熱塑性和韌性較好，適合于 制作麻花鉆頭制作麻花鉆頭。5 5、熱處理、

31、熱處理：（1）低合金鋼：）低合金鋼： 以以9CrSi9CrSi為例，為例，600600650650預熱、預熱、850850870870加熱加熱奧氏體化奧氏體化、油淬、油淬(200(200硝鹽浴分級硝鹽浴分級) )、190190低溫回火。該低溫回火。該鋼鋼的的回火脆性回火脆性溫度區(qū)在溫度區(qū)在250250左右，回火溫度不許超過左右，回火溫度不許超過200200，硬度可以達到，硬度可以達到HRC60HRC606363。（2 2）高速鋼：高速鋼： 典型工藝過程為：典型工藝過程為：鍛造鍛造球化退火球化退火機械加工機械加工 淬火、多次高溫回火淬火、多次高溫回火噴砂噴砂磨刃磨刃成品。成品。預先熱處理（預先熱

32、處理（鍛造鍛造球化退火球化退火）：）： 高速鋼的鑄錠中碳化物粗大，極不均高速鋼的鑄錠中碳化物粗大，極不均勻，必需經(jīng)過良好的鍛造。鍛造后進勻，必需經(jīng)過良好的鍛造。鍛造后進行行球化退火球化退火，工藝如，工藝如右右圖。達到消除圖。達到消除應力，為最終熱處理作好組織準備。應力，為最終熱處理作好組織準備。 最終熱處理最終熱處理( (高溫高溫淬火多次回火淬火多次回火) )：淬火淬火 （1 1）850850預熱，發(fā)生奧氏體轉變預熱，發(fā)生奧氏體轉變；（2 2）1200120012801280高溫加熱，高溫加熱，合金碳化合金碳化物充分溶解物充分溶解，保證奧氏體的含碳量在，保證奧氏體的含碳量在0.7%0.7%以上

33、。以上。（3 3） 600600分級分級淬火淬火，再，再空冷空冷。W18Cr4VW18Cr4V，W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 回火回火： 在在540540560560多次高溫回火（至少多次高溫回火（至少3 3次）；次）； 目的：獲得二次硬化，提高硬度和耐磨性。目的：獲得二次硬化，提高硬度和耐磨性。 原因：原因： （1 1） 回火過程中回火過程中析出細小的碳化物析出細小的碳化物， 組織依然為組織依然為回火馬氏體，回火馬氏體，彌散強化彌散強化。 （2 2）在回火后的冷卻中，）在回火后的冷卻中，殘余奧氏體轉變殘余奧氏體轉變 馬氏體馬氏體，使硬度進一步提高，使硬度進一步提高，相變強化相變強

34、化?；鼗鸷蟮慕M織：回火后的組織：回火馬氏體回火馬氏體( (黑色基體黑色基體) ) 碳化物碳化物( (白色白色) ) 少量殘余奧氏體。少量殘余奧氏體。一般硬度可以保證在一般硬度可以保證在 HRC62HRC626464。第四節(jié)第四節(jié) 合金結構鋼合金結構鋼 3 3高速鋼高速鋼 專門用來制造各種模具的鋼材稱為模具鋼，分為專門用來制造各種模具的鋼材稱為模具鋼，分為冷作模具鋼冷作模具鋼和和熱作模熱作模具鋼具鋼兩大類。兩大類。1. 1. 冷作模具鋼冷作模具鋼用途：用途：在接近室溫狀態(tài)對金屬進行變形的模具，如冷沖模、冷鐓、冷擠壓、在接近室溫狀態(tài)對金屬進行變形的模具，如冷沖模、冷鐓、冷擠壓、拉絲等。拉絲等。 性

35、能要求：性能要求：高硬度高硬度；高的耐磨性高的耐磨性；足夠的韌性和耐疲勞抗力足夠的韌性和耐疲勞抗力。 常用的鋼號常用的鋼號： T10AT10A，T12AT12A，9SiCr9SiCr（適用于尺寸較小、輕載的模具）。（適用于尺寸較小、輕載的模具）。 Cr12Cr12、Cr12MoVCr12MoV 適用于尺寸較大、重載的和要求較精密的模具。適用于尺寸較大、重載的和要求較精密的模具。成分：成分： 高高 C C，C C1.0-2.01.0-2.0，保證熱處理后的硬度在保證熱處理后的硬度在 HRC60 HRC60 以上以上； 主要合金元素：主要合金元素： CrCr，MoMo，W W，VV提高淬透性；形成

36、難溶提高淬透性；形成難溶C C化物化物， 提高耐磨性。提高耐磨性。熱處理：熱處理： 加工工序：鍛造加工工序：鍛造球化退火球化退火加工加工淬火淬火回火回火粗磨粗磨成品成品 熱處理工藝熱處理工藝：以：以Cr12MoVCr12MoV鋼為例，熱處理工藝有兩種：鋼為例，熱處理工藝有兩種： 其一稱是其一稱是低淬低回低淬低回（一次硬化法一次硬化法），），1000100010501050加熱，油淬，加熱，油淬，180180240240回火，硬度回火，硬度585860HRC60HRC； 其二稱是其二稱是高淬高回高淬高回（二次硬化法二次硬化法），），1100110011201120加熱加熱, ,油淬，油淬，510

37、510回火回火三次，硬度三次，硬度585860HRC60HRC。后者為了提高使用溫度。后者為了提高使用溫度。組織組織：回火馬氏體顆粒狀碳化物殘余奧氏體回火馬氏體顆粒狀碳化物殘余奧氏體 1. 1. 冷作模具鋼冷作模具鋼用途用途：熱鍛模，熱擠壓模等，工作溫度為：熱鍛模，熱擠壓模等，工作溫度為600600左右左右。 性能要求性能要求： 高的高的熱硬度熱硬度和和高溫耐磨性高溫耐磨性（硬度硬度40-50HRC40-50HRC）； 高的高的熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性； 高高應力應力疲勞抗力疲勞抗力和和熱疲勞抗力熱疲勞抗力。 成分特點：成分特點：C C0.4-0.60.4-0.6（中中C C） ，保證強韌性最佳配合保

38、證強韌性最佳配合，HRC35HRC355252之間之間； 主合金元素：主合金元素：CrCr，MnMn，NiNi提高淬透性；提高淬透性； 輔合金元素：輔合金元素：MoMo，W W，VV產(chǎn)生二次硬化產(chǎn)生二次硬化 。 常用的鋼號：常用的鋼號：5CrMnMo5CrMnMo、5CrNiMo5CrNiMo、5Cr2NiMoVSi5Cr2NiMoVSi等。第等。第1 1、2 2種種用于普通模具，用于普通模具，第第3 3種用于要求較高的模具，后者性能更優(yōu)。種用于要求較高的模具，后者性能更優(yōu)。 熱處理：熱處理：鍛造鍛造粗加工成形粗加工成形淬火淬火高溫回火高溫回火精加工精加工 。 工藝：工藝：以以5CrMnMo5

39、CrMnMo為例，為例，加熱到加熱到820820850850奧氏體化，出爐預冷至奧氏體化，出爐預冷至750750780780（防止開裂防止開裂），油冷到，油冷到210(210(馬氏體點附近馬氏體點附近）取出，立即進行回火取出，立即進行回火（以防開裂以防開裂），回火溫度為，回火溫度為500500540540。組織組織： 回火屈氏體或回火索氏體回火屈氏體或回火索氏體，硬度為，硬度為HRC41HRC414444。 第四節(jié)第四節(jié) 合金結構鋼合金結構鋼 用途：用途： 制造各種測量工具，如卡尺、千分尺、塞規(guī)、螺旋測微儀等等。制造各種測量工具，如卡尺、千分尺、塞規(guī)、螺旋測微儀等等。 性能要求：性能要求： 必

40、須保證尺寸的穩(wěn)定性必須保證尺寸的穩(wěn)定性（組織需穩(wěn)定）（組織需穩(wěn)定） 高硬度高硬度（62HRC62HRC）；高耐磨性；耐腐蝕）；高耐磨性；耐腐蝕常用的鋼號：常用的鋼號：簡單量具可用簡單量具可用T10AT10A、T12AT12A等。等。 復雜、高精度量具采用低合金刃具鋼復雜、高精度量具采用低合金刃具鋼 CrWMnCrWMn。 熱處理：熱處理： 鍛造鍛造球化退火球化退火機械加工機械加工淬火淬火冷處理冷處理低溫回火低溫回火粗磨粗磨低溫人工時效低溫人工時效精磨精磨去應力回火去應力回火研磨。研磨。 冷處理冷處理：降溫至降溫至-70-70 -80-80消除殘余奧氏體的影響，硬度可達消除殘余奧氏體的影響，硬度

41、可達HRC66HRC66。 回火回火：140140160 x 3hr160 x 3hr，減小淬火的應力，回火后硬度在，減小淬火的應力，回火后硬度在HRC62HRC626565。 人工時效人工時效：120 X 36hr120 X 36hr，用來消除粗磨產(chǎn)生的應力。，用來消除粗磨產(chǎn)生的應力。 去應力回火去應力回火 120 X 3hr120 X 3hr。 成分特點成分特點：高：高C C，C0.9-1.50.9-1.5（與高（與高C C低合金刃具鋼類似），保證淬火硬度。低合金刃具鋼類似），保證淬火硬度。主要合金元素主要合金元素 CrCr，W W，MnMn提高淬透性提高淬透性 （不希望殘余奧氏體）（不希

42、望殘余奧氏體） 工藝舉例：工藝舉例： 一、不銹鋼一、不銹鋼什么是特殊性能鋼？什么是特殊性能鋼？具有特殊具有特殊物理物理、化學化學性能的專用鋼。如不性能的專用鋼。如不銹鋼、耐熱鋼、低溫用鋼、電工鋼等。這些鋼往往用在特殊工銹鋼、耐熱鋼、低溫用鋼、電工鋼等。這些鋼往往用在特殊工況條件下，故應具有某些特殊的性能。況條件下，故應具有某些特殊的性能。1 1金屬的腐蝕金屬的腐蝕 腐蝕介質：腐蝕介質： 大氣大氣 化學介質化學介質腐蝕：腐蝕：金屬表面和金屬表面和周圍介質周圍介質發(fā)生發(fā)生化學或電化學反應化學或電化學反應引起的損壞現(xiàn)象叫做腐引起的損壞現(xiàn)象叫做腐 蝕。腐蝕時有化學反應的叫做蝕。腐蝕時有化學反應的叫做化

43、學腐蝕化學腐蝕. . 如如: :氧化。氧化。 腐蝕時有電流產(chǎn)生的叫做腐蝕時有電流產(chǎn)生的叫做電化學腐蝕電化學腐蝕。 耐氧化耐氧化不銹鋼不銹鋼 兩類兩類 耐腐蝕耐腐蝕不銹鋼不銹鋼化學腐蝕：化學腐蝕：化學腐蝕主要是化學腐蝕主要是氧化氧化。電化學腐蝕電化學腐蝕：是由于金屬在電解質是由于金屬在電解質溶液中形成溶液中形成原電池原電池或或微電池微電池。當不同的材料當不同的材料，或同一材料不，或同一材料不同相同相處于同一電解質中時，它處于同一電解質中時，它們之間存在們之間存在電勢差電勢差。在電解質。在電解質中兩電極之間可以形成通路，中兩電極之間可以形成通路，有電流通過，電極有電流通過，電極電位較低的電位較低的

44、陽極陽極上金屬原子失去電子，變上金屬原子失去電子，變成離子溶如電解質中，即造成成離子溶如電解質中，即造成腐蝕。腐蝕。右圖為珠光體在電解質右圖為珠光體在電解質中的電化學腐蝕過程。中的電化學腐蝕過程。 產(chǎn)生電化學腐蝕必須具備三個條件：產(chǎn)生電化學腐蝕必須具備三個條件： （1 1）要構成陽極和陰極要構成陽極和陰極； （2 2）有電解質存在有電解質存在； （3 3）陽極和陰極形成通路陽極和陰極形成通路。 防腐就是阻止其中的某一個環(huán)節(jié)。防腐就是阻止其中的某一個環(huán)節(jié)。防防電化學電化學腐蝕措施：腐蝕措施： 盡量為單相組織，減少自己內(nèi)部構成原電池的可能性；盡量為單相組織，減少自己內(nèi)部構成原電池的可能性； 加入合

45、金元素，使兩相的電極電位相近，減少電勢差；加入合金元素，使兩相的電極電位相近，減少電勢差； 添加元素在表面形成致密的鈍化膜；添加元素在表面形成致密的鈍化膜； 犧牲陽極。在鋼的表面鍍上一層比鋼的電極電位更低的金屬層，使金犧牲陽極。在鋼的表面鍍上一層比鋼的電極電位更低的金屬層，使金屬鍍層成為陽極被腐蝕，而鋼得到保護。如：鋼表面鍍鋅。屬鍍層成為陽極被腐蝕，而鋼得到保護。如：鋼表面鍍鋅。 按成分分為按成分分為：CrCr不銹鋼和不銹鋼和 Ni-CrNi-Cr不銹鋼不銹鋼。 按組織分為：按組織分為： 馬氏體馬氏體不銹鋼不銹鋼 鉄素體鉄素體不銹鋼不銹鋼 奧氏體奧氏體不銹鋼不銹鋼低碳含量低碳含量，減少珠光體數(shù)

46、量。，減少珠光體數(shù)量。高高Cr含量含量，元素，元素Cr主要作用是主要作用是提高材料的電極電位提高材料的電極電位及及鈍化能力鈍化能力，特別是，特別是含量達到含量達到12處，電極電位突然增加，所以一般不銹鋼中的處，電極電位突然增加，所以一般不銹鋼中的Cr含量都大于含量都大于12含有足夠含有足夠Cr或或Ni，擴大奧氏體區(qū)使鋼成為，擴大奧氏體區(qū)使鋼成為單相組織單相組織，避免形成雙相組織。，避免形成雙相組織。 加入加入Ti、V，與碳優(yōu)先形成化合物，避免在晶界上生成，與碳優(yōu)先形成化合物，避免在晶界上生成Cr的碳化物而出現(xiàn)的碳化物而出現(xiàn)貧鉻，減輕了材料晶間腐蝕傾向。貧鉻，減輕了材料晶間腐蝕傾向。 Cr13C

47、r13系列，包括系列，包括1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr133Cr13、4Cr134Cr13，其中，其中CrCr的含量一般在的含量一般在1313左右，充分利用左右，充分利用CrCr對電極電位提高的作用。第一位數(shù)字表示鋼的含碳量對電極電位提高的作用。第一位數(shù)字表示鋼的含碳量從從0.1%0.1%0.4%0.4%。 1Cr131Cr13、2Cr132Cr13不銹鋼主要用來制造耐腐蝕構件，如汽輪機葉片、水壓不銹鋼主要用來制造耐腐蝕構件，如汽輪機葉片、水壓機的閥、結構架等。機的閥、結構架等。 3Cr133Cr13、4Cr134Cr13淬火后能保證一定的硬度，廣泛用在醫(yī)療器械上。淬火后

48、能保證一定的硬度，廣泛用在醫(yī)療器械上。3Cr133Cr13的彈性好的彈性好，可以旨在，可以旨在醫(yī)療用鉗子、鑷子醫(yī)療用鉗子、鑷子等。等。4Cr134Cr13的回火馬氏體有相當?shù)挠驳幕鼗瘃R氏體有相當?shù)挠捕?，常用來制造手術剪子、手術刀等。度，常用來制造手術剪子、手術刀等。 主要有主要有Cr17Cr17系列，常用牌號是系列，常用牌號是1Cr17Mo1Cr17Mo。當。當CrCr的含量大于的含量大于1717后，在加后，在加熱過程中熱過程中沒有奧氏體化轉變沒有奧氏體化轉變，始終保持單相的鐵素體，故成為鐵素體不銹，始終保持單相的鐵素體，故成為鐵素體不銹鋼。鐵素體型可以用來制造化工設備中的容器、管道等。鋼。鐵

49、素體型可以用來制造化工設備中的容器、管道等。 常稱為常稱為18188 8型，常用牌號型，常用牌號0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti。這類鋼為單相奧氏體組織，故稱。這類鋼為單相奧氏體組織，故稱為奧氏體不銹鋼。為奧氏體不銹鋼。 當當CrCr的含量大于的含量大于18.5%18.5%后能產(chǎn)生自鈍化，阻礙陽極反應；含后能產(chǎn)生自鈍化，阻礙陽極反應；含NiNi達到達到9 9主要是擴大主要是擴大相區(qū)，相區(qū)，F(xiàn)eFeC C相圖中的相圖中的 S S 點降低到室溫點降低到室溫以下以下。 TiTi的主要

50、作用是為了抑制的主要作用是為了抑制(Cr,Fe)(Cr,Fe)2323C C6 6在晶界上的析出，消除在晶界上的析出，消除晶間腐蝕。晶間腐蝕。 固溶處理固溶處理 將鋼加熱到將鋼加熱到10501100，讓碳化物全部溶解，讓碳化物全部溶解，水淬得到過飽和（來不及析出）的固溶體，達到組織均勻，水淬得到過飽和（來不及析出）的固溶體，達到組織均勻，提高耐腐蝕性。提高耐腐蝕性。穩(wěn)定化處理穩(wěn)定化處理 含含Ti、Nb的的188鋼需要進行穩(wěn)定化處理。目鋼需要進行穩(wěn)定化處理。目的是使溶入奧氏體中的碳充分以碳化鈦形式析出，得到的是使溶入奧氏體中的碳充分以碳化鈦形式析出，得到消除消除晶間腐蝕晶間腐蝕的目的。的目的。

51、常規(guī)工藝：常規(guī)工藝：850880，保溫，保溫6小時，小時，空冷或爐冷空冷或爐冷。消除應力處理消除應力處理 為消除應力腐蝕，需進行消除應力退火。為消除應力腐蝕，需進行消除應力退火。 300350退火消除加工應力，退火消除加工應力， 850850退火消除殘余應力。退火消除殘余應力。 用途：用途：多用來制造爐用零件，如燃氣輪機燃燒室、鍋爐吊鉤、多用來制造爐用零件，如燃氣輪機燃燒室、鍋爐吊鉤、加熱爐底版、輥道以及爐管、連接螺栓等。加熱爐底版、輥道以及爐管、連接螺栓等。 性能要求：性能要求：熱穩(wěn)定鋼在高溫下具有熱穩(wěn)定鋼在高溫下具有較好的抗氧化性較好的抗氧化性，而有一定強，而有一定強度的鋼種，也稱為度的鋼種，也稱為抗氧化鋼抗氧化鋼。典型牌號：典型牌號：早期用早期用3 3Cr18Cr18Ni25Ni25Si2Si2，現(xiàn)在主要用，現(xiàn)在主要用3 3Cr18Cr18Mn12Mn12Si2Si2N N、2 2Cr20Cr20Mn9Ni2Mn9