合金鋼全部課件

1、2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu1 什么是合金刃具鋼？什么是合金刃具鋼？ 用途：車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。用途：車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。 用于制造各類切削刀具的合金鋼。用于制造各類切削刀具的合金鋼。 （alloy cutting tool steel） 低合金低合金 刃具鋼刃具鋼 高合金高合金 刃具鋼刃具鋼材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu2 目的與要求目的與要求 學(xué)習(xí)兩個知識 培養(yǎng)一種能力 合理合理設(shè)計合金刃具鋼的成分；正確正確制定刃具的熱處理工藝。 通過全面全面分析刃具的工作特

2、點，合理合理確定合金刃具鋼的性能要求。 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu3 本節(jié)課的內(nèi)容本節(jié)課的內(nèi)容 1 1、刃具的工作特點分析、刃具的工作特點分析 3 3、合金刃具鋼的成分設(shè)計、合金刃具鋼的成分設(shè)計 2 2、刃具鋼的性能要求刃具鋼的性能要求 4 4、刃具鋼的熱處理工藝、刃具鋼的熱處理工藝 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu4 工工 作作 特特 點點與工件發(fā)生劇烈的摩擦與工件發(fā)生劇烈的摩擦 要求刃具鋼有高的硬度、高的耐磨性要求刃具鋼有高的硬度、高

3、的耐磨性 承受一定的沖擊和彎曲應(yīng)力承受一定的沖擊和彎曲應(yīng)力 要求刃具鋼有足夠的塑性、韌性要求刃具鋼有足夠的塑性、韌性 刃部有很高工作溫度刃部有很高工作溫度 要求刃具鋼有高的耐熱性要求刃具鋼有高的耐熱性三三個個特特點點材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu5 2. 2.性能要求性能要求（properties) （1）高硬度 (hardness) 一般刃具鋼60HRC，部分刃具鋼70HRC （2）高的耐磨性（wearability) 決定了刀具的耐用度； 耐用度：耐用度：刀具由開始切削到磨鈍的時間。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工

4、程學(xué)院 2022-5-306 63 60 HRC 降降30 大量大量VC VC 70 70 HRC 刃具的耐磨性刃具的耐磨性 材料的硬度材料的硬度 碳化物性質(zhì)碳化物性質(zhì) 成分VCWCFe3C硬度/HV20101730800三種碳化三種碳化物的硬度物的硬度材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-307 (3)高的熱硬性 （hot hardness) 熱硬性熱硬性： 材料在高溫下保持高硬度的性能， 取決于鋼的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性和碳化物的性質(zhì)碳化物的性質(zhì)。 意大利五軸數(shù)控銑床意大利五軸數(shù)控銑床 德國數(shù)控銑床德國數(shù)控銑床 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anmin

5、g Li, Dept of MSE,hpu8刃具材料的耐熱性是影響機械切削速度刃具材料的耐熱性是影響機械切削速度的關(guān)鍵因素；的關(guān)鍵因素；國際生產(chǎn)工程學(xué)會國際生產(chǎn)工程學(xué)會的一份的一份報告指出：報告指出：“正是由于刃具材料的進步，正是由于刃具材料的進步，允許切削速度每隔十年幾乎提高一倍允許切削速度每隔十年幾乎提高一倍”。 對刃具材料的熱硬性提出了更高的要求對刃具材料的熱硬性提出了更高的要求 刃具溫度升高刃具溫度升高 切削速度提升切削速度提升材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu9 1865 低合金刃具鋼低合金刃具鋼 300 10

6、 m/min 英國英國 羅伯特羅伯特刃具材料與切削速度進展刃具材料與切削速度進展 1898 高速鋼高速鋼 (鋒鋼鋒鋼) 600 30 m/min 美國美國 泰勒泰勒 懷特懷特 現(xiàn)在現(xiàn)在 Si3N4 1500 2000 m/min 1865 前前 碳素刃具鋼碳素刃具鋼 200 8 m/min 1926 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 1000 100 m/min材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu10各個國家對高性能刃具材料的研究都投各個國家對高性能刃具材料的研究都投入極大的熱情，解放后，我國研制了幾入極大的熱情，解放后，我國研制了幾十種

7、高速鋼，建設(shè)了株洲和自貢硬質(zhì)合十種高速鋼，建設(shè)了株洲和自貢硬質(zhì)合金廠，提升了我國刀具材料的水平。金廠，提升了我國刀具材料的水平。 切削技術(shù)的發(fā)展史，就是刃具材料的進步史切削技術(shù)的發(fā)展史，就是刃具材料的進步史 刃具材料的進步，刃具材料的進步，拓寬了可切削材料的范圍；拓寬了可切削材料的范圍； 實現(xiàn)了制造技術(shù)的重大突破實現(xiàn)了制造技術(shù)的重大突破 。 新一代航空發(fā)動機的研制新一代航空發(fā)動機的研制材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu11 （4）足夠的塑性和韌性 （plasticity and toughness) 材料塑韌性低材料塑韌

8、性低 刃具崩刃、斷裂刃具崩刃、斷裂 高速鋼刃具高速鋼刃具5050，硬質(zhì)合金刃具，硬質(zhì)合金刃具4545，其它材料刃具，其它材料刃具5 5。 主要原因：高速鋼的韌性好。主要原因：高速鋼的韌性好。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu12 成分特點：成分特點： 高碳高碳+ +提高淬透性元素提高淬透性元素+ +提高回火穩(wěn)定性元素提高回火穩(wěn)定性元素 1)高碳，0.851.05%C之間； 2)提高淬透性的元素：Cr Mn； 3)提高回火穩(wěn)定性的元素：V Si典型鋼種及熱處理典型鋼種及熱處理： 9SiCr CrWMn9SiCr CrWMn

9、 淬火低溫回火淬火低溫回火 3 3、低合金刃具鋼：、低合金刃具鋼：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu13 4.4.高合金刃具鋼高合金刃具鋼(high-alloy cutting tool steel) “高速鋼高速鋼 ” ” (high speed tool steel) W：17.5-19.0 保證熱硬性保證熱硬性以以WW1818CrCr4 4V V為例為例(1)(1)化化 學(xué)學(xué)成成分分及及元元素素作作用用 形成碳化物，約0.2； 保證M中的碳含量，約0.5-.-0.6。 形成WC； 提高回火穩(wěn)定性。 C ：0.7-0

10、.8 保證高硬度保證高硬度材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu14 V：1.01.4 提高硬度和耐磨性提高硬度和耐磨性 Cr：3.84.4 提高淬透性提高淬透性 “風(fēng)鋼風(fēng)鋼” 發(fā)展發(fā)展 減少減少W W含量，增加含量，增加MOMO、V V 例例 W W6 6MoMo5 5CrCr4 4V V2 2 趨勢：趨勢：提高硬度，發(fā)展超硬高速鋼提高硬度，發(fā)展超硬高速鋼化化 學(xué)學(xué)成成分分及及元元素素作作用用 增加過冷A穩(wěn)定性，增加殘余A的量形成VC 13.5V，60HRC70HRC材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30

11、15塑性差；鍛造溫度間隔小 （2）鍛造及熱處理鍛造及熱處理（forging and heat treatment) 幾幾 種種 鋼鋼 的的 鍛鍛 造造 溫溫 度度95095011501150W18Cr4V80080012001200454570070012501250A3A3終鍛溫度終鍛溫度/始鍛溫度始鍛溫度/鋼號鋼號 必須鍛造必須鍛造 非常困難非常困難鍛鍛造造退火組織 鑄態(tài)組織材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-3016 熱熱 處處 理理 工工 藝藝 加加 熱熱 800-840預(yù)熱預(yù)熱 1270-1280A化化 組織組織：A+C 冷冷 卻卻 組織組織:M+C+A殘殘 油冷油冷

12、. 580-620分級分級 回回 火火 減減A殘殘.析出析出C 550-570三次三次 高速鋼高速鋼的熱處理的熱處理 （heat treatment) 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-301760-63HRC 60-63HRC 原因原因：大量：大量A A殘63-66HRC 組織組織：M回回+C+A殘W18Cr4V回火溫度與硬度回回火火與與硬硬度度淬火后淬火后回火后回火后材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu18用途：用途：在室溫下對金屬進行變形的模具；在室溫下對金屬進行變形的

13、模具； 如冷沖模、冷擠壓、拉絲、滾絲輪、搓絲板等。 性能：性能：1）高硬度； 2）高的耐磨性； 3）足夠的韌性和疲勞抗力。 汽車沖壓模具汽車沖壓模具 冷冷 作作 模模 鋼鋼 ( cold-working die steel ) 1、用途及性能：、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu19 1）高碳，1.0%C，有的甚至可達到2； 2）提高淬透性元素 Cr W Mn; 3）碳化物元素，Mo、W、V等。 淬火低溫回火 尺寸較小、輕載的模具 T10A、9SiCr、9Mn2V； 尺寸較大、重載、熱處理變 形小的模具 Cr

14、12、Cr12MoV。 成分特點：成分特點：高碳提高淬透性元素碳化物元素 熱處理及典型鋼種：熱處理及典型鋼種：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu20熱作模鋼熱作模鋼 ( hot-working die steel )用途：用途： 高溫下對金屬進行變形的模具； 如熱鍛模、熱擠壓模等。 性能性能: : 1）高強度和韌性的配合；2）高的回火穩(wěn)定性； 3）高的抗熱疲勞能力； 4）好的淬透性。 1、用途及性能：、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu

15、211）中碳 0.3-0.5%C；2）提高淬透性元素 Cr Mn Ni Si;3）提高回火穩(wěn)定性元素 Mo、W4) 防止第二類回火脆性元素 W Mo 成分特點：成分特點：中碳提高淬透性元素提高回火穩(wěn)定性元素 防止第二類回火脆性元素材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 熱處理及典型鋼種熱處理及典型鋼種： 5CrMnMo 一般模具 5CrNiMo 各種模具，淬透性好 3Cr2W8V 重載大型模具淬火高溫回火2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu22高碳: 0.91.5 %;合金元素: Cr、 Mn、W。淬火 冷處理 低溫回火 時效處理簡單量具：簡單量具：T10A、T

16、12A、65Mn等。形狀復(fù)雜、高精度：形狀復(fù)雜、高精度：CrWMn、GCr15。性能性能: : 1）高硬度和耐磨性，HRC56；2）熱處理變形小，尺寸穩(wěn)定；3）好的加工工藝性4）良好的耐蝕性; 3、熱處理及典型鋼種：、熱處理及典型鋼種： 2、 成分特點：成分特點：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 1、用途及性能：、用途及性能：用途：制造卡尺，量規(guī)、塞規(guī)等用途：制造卡尺，量規(guī)、塞規(guī)等2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu23 一一. .不銹鋼不銹鋼 ( stainless steel ) 在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐蝕能力的鋼。*在空氣中的年腐蝕量為0.01mm

17、以內(nèi)； *在強酸、強堿介質(zhì)中的年腐蝕量為0.1mm以內(nèi)。 2、 耐蝕的概念：耐蝕的概念： 1、 定義：定義：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu24金屬腐蝕的種類金屬腐蝕的種類: :1) 1) 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕: : 金屬與介質(zhì) ( 干燥氣體和非電解質(zhì)溶液)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。例如:高溫氧化、脫碳等。2) 2) 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕: :金屬與介質(zhì)(電解質(zhì)溶液,即酸、堿、 鹽溶液)發(fā)生電化學(xué)反而 產(chǎn)生的腐蝕。 3、 腐蝕的機理：腐蝕的機理：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li,

18、Dept of MSE,hpu25 1) 1)防化學(xué)腐蝕：防化學(xué)腐蝕： 形成保護膜: 加入合金元素Cr、Al、Si 等, 形成 Cr2O3、SiO2、Al2O3氧化膜。 2) 2)防電化學(xué)腐蝕：防電化學(xué)腐蝕： 盡可能得到單相組織； 盡可能使兩相的電位相等； 提高基體的電極電位。 4、 防腐蝕的途徑：防腐蝕的途徑：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu26 盡可能得到單相組織盡可能得到單相組織* * 低碳低碳: : 耐蝕性要求愈高,碳含量愈低。* * 合金元素合金元素: : Ni、Mn 得到單相A Cr 得到單相F 盡可能提高

19、基體的盡可能提高基體的 電極電位電極電位Cr12Cr含量與電位的關(guān)系 5、成分特點：、成分特點：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu271)1)馬氏體型不銹鋼馬氏體型不銹鋼 - - CrCr1313型鋼型鋼化學(xué)成分特點: Wc = 0.10.4 % WCr = 13 %熱處理特點: 淬火回火 組織：組織：回火索氏體 結(jié)構(gòu)件 回火馬氏體 刀具牌號: 1Cr134Cr13 6、 常用不銹鋼：常用不銹鋼：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu282) 2)鐵素

20、體型不銹鋼鐵素體型不銹鋼化學(xué)成分特點化學(xué)成分特點: : Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 %熱處理特點熱處理特點: : 750-780 空冷 不能進行熱處理強化。牌號牌號: 1Cr: 1Cr1717、1Cr1Cr2828等等。用途用途: :化工設(shè)備中要求耐蝕性高、塑 性好、強度低的容器、管道等。硝酸生產(chǎn)裝置硝酸生產(chǎn)裝置材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu293)3)奧氏體型不銹鋼奧氏體型不銹鋼化學(xué)成分特點化學(xué)成分特點: : Wc = 0.080.14% WCr=1719% WNi=811% Cu、Ti、Mo等牌號

21、牌號: : 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti熱處理特點熱處理特點: :固溶處理;穩(wěn)定化處理; 消除應(yīng)力退火，不能進行熱處理強化用途用途: : 化工容器、管道等。管板換熱器管板換熱器大型化工儲罐大型化工儲罐材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu30二二. .耐熱鋼耐熱鋼在高溫下具有抗氧化性和高溫強度的特殊鋼在高溫下具有抗氧化性和高溫強度的特殊鋼抗氧化性抗氧化性 ( 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 )高溫強度高溫強度( 熱強性熱強性 )蠕變強度蠕變強度持久強度持久強度 1、 定義：定義： 2、

22、性能：性能：汽車氣門汽車氣門材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu31蠕變：蠕變：恒定應(yīng)力下，隨tt， 蠕變 應(yīng)力一定t例：塑料雨衣掛一段時間后破洞。：表示測試溫度() ：表示在給定的時間內(nèi)產(chǎn)生的蠕變應(yīng)變?yōu)?例如：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu32持久強度：持久強度：固定，隨tt，斷裂，斷裂材料在一定的溫度下和規(guī)定的時間內(nèi)，不發(fā)生蠕變斷裂的最大應(yīng)力。 例如：表示材料在600下工作的持久強度為 若200或試件不發(fā)生蠕變斷裂 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu33 1 1）抗氧化性：）抗氧化性： 加入合金元素Cr、 Si、Al等, 在 鋼的表面形成穩(wěn) 定、致密的氧化膜。 3、提高耐熱、提高耐熱 性途徑：性途徑：2 2）提高熱強性：）提高熱強性： 晶體結(jié)構(gòu)：晶體結(jié)構(gòu)： 晶體結(jié)構(gòu)不同，持久強度不同；Tbccfcc550材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-5-30Anming Li, Dept of MSE,hpu34 固溶強化固溶強化: : 加入W、Mo、 Nb、Ti、V 等元素強化基體；提高再結(jié)晶溫度。