第10章鋼鐵材料

1、1Chapter 10 鋼鐵材料鋼鐵材料材料科學(xué)基礎(chǔ)材料科學(xué)基礎(chǔ)2Chapter Outline o 10.1鋼的分類(lèi)與編號(hào)鋼的分類(lèi)與編號(hào) o 10.2合金元素在鋼中的主要作用合金元素在鋼中的主要作用 o 10.3 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼o 10.4 合金工具鋼合金工具鋼o 10.5 特殊性能鋼特殊性能鋼o 10.6 鑄鐵鑄鐵310.1 鋼的分類(lèi)與編號(hào)鋼的分類(lèi)與編號(hào)10.1.1 鋼的分類(lèi)鋼的分類(lèi) . 按按用途用途分分工具鋼（主要用于刀具、量具、模具）工具鋼（主要用于刀具、量具、模具）結(jié)構(gòu)鋼（主要用于工程構(gòu)件、機(jī)器零件）結(jié)構(gòu)鋼（主要用于工程構(gòu)件、機(jī)器零件） 特殊性能鋼特殊性能鋼410.1.1 鋼的

2、分類(lèi)鋼的分類(lèi)按按化學(xué)成分化學(xué)成分分分碳素鋼碳素鋼合金鋼合金鋼低碳鋼（低碳鋼（Wc 0.25%）中碳鋼（中碳鋼（Wc 0.25 0.60%）高碳鋼（高碳鋼（Wc 0.60%）低合金鋼（低合金鋼（WMe 5%）中合金鋼（中合金鋼（WMe 510%）高合金鋼（高合金鋼（WMe 5%）5按按金相組織金相組織分類(lèi)分類(lèi)（1）根據(jù)平衡態(tài)或退火態(tài)組織）根據(jù)平衡態(tài)或退火態(tài)組織 亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼和萊氏體鋼亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼和萊氏體鋼（2）按正火組織，）按正火組織， 珠光體鋼、馬氏體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼等珠光體鋼、馬氏體鋼、貝氏體鋼、奧氏體鋼等。（3）根據(jù)室溫時(shí)的組織分，）根據(jù)室溫時(shí)的組織分，

3、鐵素體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼和雙相鋼。鐵素體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼和雙相鋼。10.1.1 鋼的分類(lèi)鋼的分類(lèi)按按質(zhì)量質(zhì)量分分優(yōu)質(zhì)質(zhì)量鋼（優(yōu)質(zhì)質(zhì)量鋼（Ws 0.040%，Wp 0.040%）普通質(zhì)量鋼（普通質(zhì)量鋼（Ws 0.055%，Wp 0.045%）高優(yōu)質(zhì)量鋼（高優(yōu)質(zhì)量鋼（Ws 0.030%，Wp 0.035%）610.1.2 鋼的編號(hào)鋼的編號(hào)1.普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（1） 甲類(lèi)鋼：按力學(xué)性能供應(yīng)甲類(lèi)鋼：按力學(xué)性能供應(yīng)表示方法：表示方法：甲甲1（A1）、甲）、甲2（A2）甲甲7（A7） 強(qiáng)度（強(qiáng)度（ s、 b） 升高升高 塑性（塑性（ 、 ） 下降下降注意：由于不保證化學(xué)成分，所以熱處

4、理時(shí)不能注意：由于不保證化學(xué)成分，所以熱處理時(shí)不能依甲類(lèi)鋼來(lái)選材，應(yīng)依乙類(lèi)鋼選，才能根據(jù)相圖依甲類(lèi)鋼來(lái)選材，應(yīng)依乙類(lèi)鋼選，才能根據(jù)相圖制定熱處理工藝。制定熱處理工藝。7（2 2） 乙類(lèi)鋼：按化學(xué)成分供應(yīng)乙類(lèi)鋼：按化學(xué)成分供應(yīng) 表示方法：表示方法： 乙乙1（B1）、乙）、乙2（B2）、）、乙、乙7（B7）C% 升高升高注意：可以熱處理，但屬于普碳鋼，性能改善不大。注意：可以熱處理，但屬于普碳鋼，性能改善不大。（3） 特類(lèi)鋼：根據(jù)要求供貨，保證化學(xué)成分和特類(lèi)鋼：根據(jù)要求供貨，保證化學(xué)成分和 力學(xué)性能。力學(xué)性能。表示方法：表示方法： C2、C3、C4、C5C% 升高升高強(qiáng)度（強(qiáng)度（ s、 b） 升高

5、升高10.1.2 鋼的編號(hào)鋼的編號(hào)8新編號(hào)新編號(hào)沸騰鋼沸騰鋼質(zhì)量等級(jí)（質(zhì)量等級(jí)（A級(jí)）級(jí)）235為屈服強(qiáng)度（為屈服強(qiáng)度（MPa）鋼的屈服點(diǎn)鋼的屈服點(diǎn)Q 235 A F 質(zhì)量等級(jí)：質(zhì)量等級(jí)：A級(jí)、級(jí)、B級(jí)、級(jí)、C級(jí)、級(jí)、D級(jí)級(jí)S%、P% 下降，質(zhì)量提高下降，質(zhì)量提高F沸騰鋼、沸騰鋼、Z鎮(zhèn)靜鋼、鎮(zhèn)靜鋼、b半鎮(zhèn)靜鋼半鎮(zhèn)靜鋼10.1.2 鋼的編號(hào)鋼的編號(hào)92.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 （1）普通錳含量鋼：）普通錳含量鋼：碳含量用兩位數(shù)字表示，以碳含量用兩位數(shù)字表示，以0.01為單位，如為單位，如45鋼，含鋼，含C量為量為 45 / 10000 = 0.45 % 。（2）較高錳含量鋼：）較高錳含量鋼

6、：碳含量用兩位數(shù)字表示，以碳含量用兩位數(shù)字表示，以0.01%為單位，后面為單位，后面加漢字加漢字“錳錳”或化學(xué)符號(hào)或化學(xué)符號(hào)“Mn”，如，如45錳或錳或45Mn鋼。鋼。分為分為普通錳含量鋼普通錳含量鋼和和較高錳含量鋼較高錳含量鋼。10.1.2 鋼的編號(hào)鋼的編號(hào)10較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等。較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等。 熱處理：滲碳、淬火、回火等。熱處理：滲碳、淬火、回火等。40Mn鋼鋼WMn0.7 1.0%平均平均Wc0.40%平均平均Wc0.40%鋼牌號(hào)：鋼牌號(hào)：40鋼鋼10.1.2 鋼的編號(hào)鋼的編號(hào)11汽車(chē)曲軸汽車(chē)曲軸彈簧彈簧齒輪齒輪123.碳素工具鋼碳素工具鋼

7、牌號(hào)牌號(hào) : “碳碳”或或T碳含量（碳含量（千分之幾表示千分之幾表示)+ 符號(hào)符號(hào)用途：用途：制造各種刃具、模具、量具。制造各種刃具、模具、量具。例如沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等。例如沖頭、鑿子、鉆頭、銼刀、量規(guī)等。 T10A鋼鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)高級(jí)優(yōu)質(zhì)wS 0.020 % ，wP 0.030 % 平均平均Wc1.0%“碳碳”熱處理：球化退火、淬火熱處理：球化退火、淬火 + 低溫回火低溫回火組織：組織： P球狀球狀、回火、回火M Fe3C粒狀粒狀+ A 10.1.2 鋼的編號(hào)鋼的編號(hào)134.合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 原則：原則：字母字母 數(shù)字?jǐn)?shù)字化學(xué)元素符號(hào)化學(xué)元素符號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)字符號(hào)（符號(hào)（A）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼

8、高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼Me平均含量平均含量（百倍）（百倍）合金元素（合金元素（Me）的名稱）的名稱鋼的平均碳含量鋼的平均碳含量（實(shí)際碳含量的一萬(wàn)倍表示）（實(shí)際碳含量的一萬(wàn)倍表示）表示鋼的用途表示鋼的用途10.1.2 鋼的編號(hào)鋼的編號(hào)145.合金工具鋼合金工具鋼 原則：原則： 鋼中平均含碳量鋼中平均含碳量Wc 1.0%時(shí)不標(biāo)，時(shí)不標(biāo)， Wc 1% 時(shí)以千分之幾表示時(shí)以千分之幾表示。合金元素含量為百分之幾。合金元素含量為百分之幾。例例1： 9 Si Cr9硅鉻（低合金工具）鋼硅鉻（低合金工具）鋼鋼中鋼中Si、Cr平均含量均小于平均含量均小于1.5鋼中碳平均含量為鋼中碳平均含量為Wc 0.910.1.2 鋼的編

9、號(hào)鋼的編號(hào)156.不銹鋼與耐熱鋼不銹鋼與耐熱鋼 原則原則：鋼中平均含碳量：鋼中平均含碳量 Wc 以千分之幾表示以千分之幾表示。 合金元素平均含量合金元素平均含量WMe以百分之幾表示以百分之幾表示。例例1： 1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼鋼中平均鋼中平均WCr=18%, WNi9,WTi 1.5鋼中碳平均含量鋼中碳平均含量WC 0.12例例2： 3Cr18 Ni25 Si2耐熱不起皮鋼耐熱不起皮鋼鋼中平均鋼中平均WCr=18%, WNi25,WSi=2鋼中碳平均含量鋼中碳平均含量WC = 0.3 0.410.1.2 鋼的編號(hào)鋼的編號(hào)1610.2 合金元素在鋼中的主要作用合金元素在鋼

10、中的主要作用10.2.1 合金元素在鋼中的存在形式合金元素在鋼中的存在形式四種存在形式：四種存在形式：o 溶入鐵素體、奧氏體和馬氏體中，以固溶體的溶入鐵素體、奧氏體和馬氏體中，以固溶體的溶質(zhì)形式存在。溶質(zhì)形式存在。o 形成強(qiáng)化相，如溶入滲碳體形成合金滲碳體、形成強(qiáng)化相，如溶入滲碳體形成合金滲碳體、形成特殊碳化物或金屬間化合物等。形成特殊碳化物或金屬間化合物等。o 形成非金屬夾雜物，如與形成非金屬夾雜物，如與O、N、S作用形成氧作用形成氧化物、氮化物和硫化物等?；?、氮化物和硫化物等。o 有些元素如有些元素如Pb、Cu等既不溶于鐵，也不形成化等既不溶于鐵，也不形成化合物，而是在鋼中以游離狀態(tài)存在

11、。在高碳鋼合物，而是在鋼中以游離狀態(tài)存在。在高碳鋼中碳有時(shí)也以自由狀態(tài)中碳有時(shí)也以自由狀態(tài)(石墨石墨)存在。存在。1710.2.2 合金元素與鐵和碳的相互作用合金元素與鐵和碳的相互作用（1）無(wú)限擴(kuò)大）無(wú)限擴(kuò)大區(qū)型區(qū)型 ： Mn、Ni、Co等。等。（2）有限擴(kuò)大）有限擴(kuò)大區(qū)型區(qū)型 ： C、N、Cu、Zn等。等。 （3）封閉）封閉區(qū)、無(wú)限擴(kuò)大區(qū)、無(wú)限擴(kuò)大區(qū)型區(qū)型 ：Si、Cr、W、Mo、P、V、Ti、Al、Be （4）縮?。┛s小區(qū)，但不使區(qū)，但不使區(qū)封閉型：區(qū)封閉型：B、Nb、Ta、Zr等。等。1.合金元素與鐵的相互作用合金元素與鐵的相互作用182. 合金元素與碳的相互作用合金元素與碳的相互作用

12、（1）非碳化物形成元素非碳化物形成元素： Ni、Si、Co、Al、Cu等，以溶入等，以溶入-Fe或或-Fe中中的形式存在。的形式存在。 （2）碳化物形成元素碳化物形成元素 ： 合金元素形成碳化物的穩(wěn)定程度由強(qiáng)到弱的排合金元素形成碳化物的穩(wěn)定程度由強(qiáng)到弱的排列次序?yàn)椋毫写涡驗(yàn)椋篢i、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn、Fe，其中的，其中的Ti、Zr、V、Nb為強(qiáng)碳化物為強(qiáng)碳化物形成元素，形成元素， 10.2.2 合金元素與鐵和碳的相互作用合金元素與鐵和碳的相互作用1910.2.3 合金元素對(duì)相變的影響合金元素對(duì)相變的影響 1.合金元素對(duì)合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響相圖的影響（1）對(duì)奧氏體

13、相區(qū)的影響）對(duì)奧氏體相區(qū)的影響 擴(kuò)大擴(kuò)大 相區(qū)的元素，均使相區(qū)的元素，均使S點(diǎn)左移、點(diǎn)左移、A3線下降；線下降；凡是縮小凡是縮小相區(qū)的元素，均使相區(qū)的元素，均使A3線上升，線上升， 圖圖10-2 Mn對(duì)對(duì)相區(qū)的影響相區(qū)的影響圖圖10-3 Cr對(duì)對(duì)相區(qū)的影響相區(qū)的影響20（2）對(duì)）對(duì)S點(diǎn)（共析）和點(diǎn)（共析）和 E點(diǎn)（共晶）的影響點(diǎn)（共晶）的影響 幾乎所有的合金元素都使幾乎所有的合金元素都使S點(diǎn)和點(diǎn)和 E點(diǎn)向左移點(diǎn)向左移，即移，即移向低碳方向。向低碳方向。 （3）對(duì)）對(duì)A1、A3、Acm溫度的影響溫度的影響一般來(lái)說(shuō)，除了一般來(lái)說(shuō)，除了Mn、Ni以外，其余合金元素均使以外，其余合金元素均使A1溫度上

14、升，溫度上升，并且加入合金元素后，鋼的共析轉(zhuǎn)變并且加入合金元素后，鋼的共析轉(zhuǎn)變一般不再在恒溫進(jìn)行，而是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)一般不再在恒溫進(jìn)行，而是在一定的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。行。10.2.3 合金元素對(duì)相變的影響合金元素對(duì)相變的影響 212. 合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)鋼加熱轉(zhuǎn)變的影響 o 對(duì)奧氏體化，晶粒度影響對(duì)奧氏體化，晶粒度影響3.合金元素對(duì)奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)奧氏體冷卻轉(zhuǎn)變的影響（1）合金元素對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響）合金元素對(duì)珠光體轉(zhuǎn)變的影響 只要合金元素只要合金元素(Co、A1除外除外)能夠溶入奧氏體，就會(huì)或多能夠溶入奧氏體，就會(huì)或多或少地推遲奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，從而降

15、低鋼的臨界或少地推遲奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變，從而降低鋼的臨界冷卻速度，增加鋼的淬透性。冷卻速度，增加鋼的淬透性。 （2）合金元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響）合金元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變的影響 C、Mn、Ni等元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變有較大的推遲作用。等元素對(duì)貝氏體轉(zhuǎn)變有較大的推遲作用。 10.2.3 合金元素對(duì)相變的影響合金元素對(duì)相變的影響 22（3）合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響）合金元素對(duì)馬氏體轉(zhuǎn)變的影響o 除除Co、Al之外，大多數(shù)固溶于奧氏體的合金元之外，大多數(shù)固溶于奧氏體的合金元素均使素均使MS溫度下降，并增加殘余奧氏體量，溫度下降，并增加殘余奧氏體量，其其中碳的作用最強(qiáng)烈，其次是中碳的作用最強(qiáng)烈，其次是Mn、C

16、r、Ni，再，再次為次為Mo、W、Si。 10.2.3 合金元素對(duì)相變的影響合金元素對(duì)相變的影響 234.合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響合金元素對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響o （1）對(duì)馬氏體分解的影響）對(duì)馬氏體分解的影響 o （2）對(duì)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的影響）對(duì)殘余奧氏體轉(zhuǎn)變的影響 o （3）對(duì)碳化物的形成、聚集和長(zhǎng)大的影響）對(duì)碳化物的形成、聚集和長(zhǎng)大的影響 o （4）對(duì)鐵素體回復(fù)再結(jié)晶的影響）對(duì)鐵素體回復(fù)再結(jié)晶的影響o （5）對(duì)回火脆性的影響）對(duì)回火脆性的影響10.2.3 合金元素對(duì)相變的影響合金元素對(duì)相變的影響 24合金元素對(duì)鐵素體硬合金元素對(duì)鐵素體硬 度的影響（退火態(tài)）度的影響（退火態(tài)）合金元素對(duì)

17、鐵素體合金元素對(duì)鐵素體沖擊韌性的影響沖擊韌性的影響2510.2 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼（alloy structural steel） 10.2.1 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼 （普通低合金結(jié)構(gòu)鋼）（普通低合金結(jié)構(gòu)鋼）(1)工作條件與性能要求工作條件與性能要求 不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，承受長(zhǎng)期靜載荷不作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，承受長(zhǎng)期靜載荷高強(qiáng)度高強(qiáng)度 有一定使用溫度要求有一定使用溫度要求良好的低溫韌性良好的低溫韌性（低的韌（低的韌-脆轉(zhuǎn)變溫度）。脆轉(zhuǎn)變溫度）。 制造過(guò)程中要進(jìn)行冷變形加工制造過(guò)程中要進(jìn)行冷變形加工良好的工藝性能良好的工藝性能 許多大型工程結(jié)構(gòu)在潮濕大氣（橋梁）、特別是在許多大型工程結(jié)構(gòu)在潮濕大氣（橋

18、梁）、特別是在海洋氣氛環(huán)境中（船舶）工作海洋氣氛環(huán)境中（船舶）工作良好的耐蝕性良好的耐蝕性。 262. 成分特點(diǎn)成分特點(diǎn) o 含碳量含碳量含碳量一般低于含碳量一般低于0.2%，以保證良好的焊接性、，以保證良好的焊接性、冷成型性和低溫韌性。冷成型性和低溫韌性。o 合金元素合金元素主加元素主加元素：Mn（國(guó)外以（國(guó)外以Cr、Ni為主），最高含為主），最高含錳量可達(dá)錳量可達(dá)1.8%。主要作用是強(qiáng)化鐵素體，提。主要作用是強(qiáng)化鐵素體，提高強(qiáng)度和韌性。高強(qiáng)度和韌性。輔加元素輔加元素： V、Ti、Mo、Nb、B等元素（少等元素（少量）。細(xì)化鐵素體晶粒，第二相強(qiáng)化，使鋼的量）。細(xì)化鐵素體晶粒，第二相強(qiáng)化，使鋼

19、的強(qiáng)度與韌性都得到改善。強(qiáng)度與韌性都得到改善。 P、Cu：提高鋼的耐大氣腐蝕能力。：提高鋼的耐大氣腐蝕能力。10.2.1 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼273. 熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)o 通常在熱軋退火（或正火）狀態(tài)下使用。在進(jìn)行焊接工序通常在熱軋退火（或正火）狀態(tài)下使用。在進(jìn)行焊接工序后，一般不再熱處理。后，一般不再熱處理。組織為組織為F少量少量P（或（或S）。）。（四）牌號(hào)（四）牌號(hào) 典型鋼號(hào)：典型鋼號(hào)：Q34516Mn，Q42015MnVN，14MnVTiRE 大型焊接結(jié)構(gòu)，如鐵路、大型巨輪用鋼大型焊接結(jié)構(gòu)，如鐵路、大型巨輪用鋼 10.2.1 低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼2810.3.2易切

20、削鋼易切削鋼1.工作條件與性能要求工作條件與性能要求 易切削鋼的好壞反映材料被加工的難易程度。易切削鋼的好壞反映材料被加工的難易程度。性能要求很單一，就是要具有良好的切削加工性能要求很單一，就是要具有良好的切削加工性能。希望在高速切削下，切屑易斷，刀具磨性能。希望在高速切削下，切屑易斷，刀具磨損小，并能提高表面加工質(zhì)量。損小，并能提高表面加工質(zhì)量。2.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)o 碳和錳的含量是兩個(gè)影響很大的因素，在一定碳和錳的含量是兩個(gè)影響很大的因素，在一定硬度下，增加碳錳含量將改善切削性；超過(guò)一硬度下，增加碳錳含量將改善切削性；超過(guò)一定硬度時(shí)，繼續(xù)增加碳錳含量，切削加工性反定硬度時(shí)，繼續(xù)增加碳錳含量

21、，切削加工性反而變差。而變差。o 加入加入S、Pb、Ca、P等元素可使鋼的切削性能得等元素可使鋼的切削性能得到改善。到改善。293.常見(jiàn)的易切削結(jié)構(gòu)鋼常見(jiàn)的易切削結(jié)構(gòu)鋼o Y12、Y15、Y20：用于在自動(dòng)機(jī)床上加工制造：用于在自動(dòng)機(jī)床上加工制造標(biāo)準(zhǔn)件螺釘、螺帽、銷(xiāo)子等。標(biāo)準(zhǔn)件螺釘、螺帽、銷(xiāo)子等。o Y30 、Y40Mn用于制造不易加工的承受負(fù)荷較用于制造不易加工的承受負(fù)荷較高的零件，可進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，如高強(qiáng)度螺栓。高的零件，可進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，如高強(qiáng)度螺栓。10.3.2易切削鋼易切削鋼3010.3.3 滲碳鋼滲碳鋼1.工作條件與性能要求工作條件與性能要求 以汽車(chē)、拖拉機(jī)上的變速齒輪為例。受力情況很

22、以汽車(chē)、拖拉機(jī)上的變速齒輪為例。受力情況很復(fù)雜。復(fù)雜。o 齒根部承受交變的彎曲應(yīng)力，會(huì)沿齒根斷裂。齒根部承受交變的彎曲應(yīng)力，會(huì)沿齒根斷裂。o 嚙合傳動(dòng)時(shí)，齒面相互接觸一并有滑動(dòng)，存在嚙合傳動(dòng)時(shí)，齒面相互接觸一并有滑動(dòng)，存在接觸疲勞（麻點(diǎn)或剝落）和齒面磨損。接觸疲勞（麻點(diǎn)或剝落）和齒面磨損。o 行車(chē)中變換速度或剎車(chē)時(shí)，齒牙受到較大沖擊，行車(chē)中變換速度或剎車(chē)時(shí)，齒牙受到較大沖擊，齒牙會(huì)斷裂。齒牙會(huì)斷裂。性能要求：高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，性能要求：高的彎曲疲勞強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度，高的耐磨性，心部組織有較高的強(qiáng)韌性以防止高的耐磨性，心部組織有較高的強(qiáng)韌性以防止齒輪斷裂。齒輪斷裂。 312.成分

23、特點(diǎn)成分特點(diǎn) o 含碳量低含碳量低 滲碳鋼的含碳量一般在滲碳鋼的含碳量一般在0.100.25%之間。之間。o 主加元素：主加元素： Mn和和Cr。強(qiáng)化鐵素體組織，并能增強(qiáng)化鐵素體組織，并能增加鋼的淬透性加鋼的淬透性 o 輔加元素：輔加元素： 微量的微量的V（ 0.4%）、）、W（ 1.2%）、）、Mo（ 0.6%）、）、Ti（ 0.1%）等強(qiáng)碳化物的形成）等強(qiáng)碳化物的形成元素，細(xì)化晶粒，防止鋼件在滲碳過(guò)程中發(fā)生過(guò)元素，細(xì)化晶粒，防止鋼件在滲碳過(guò)程中發(fā)生過(guò)熱，熱， 10.3.3 滲碳鋼滲碳鋼323. 熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn) 滲碳淬火低溫回火（滲碳淬火低溫回火（180200）4.常用的合金滲碳鋼常用

24、的合金滲碳鋼(1)低淬透性滲碳鋼低淬透性滲碳鋼 （wMe2，b800MPa） 如如15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2等，等，水淬臨界水淬臨界直徑為直徑為2035mm。這類(lèi)鋼經(jīng)滲碳、淬火與低溫。這類(lèi)鋼經(jīng)滲碳、淬火與低溫回火后心部強(qiáng)度較低?；鼗鸷笮牟繌?qiáng)度較低。 用途：受力不太大、心部強(qiáng)度不需要很高的耐用途：受力不太大、心部強(qiáng)度不需要很高的耐磨零件，如柴油機(jī)的凸輪軸、挺桿、活塞銷(xiāo)、磨零件，如柴油機(jī)的凸輪軸、挺桿、活塞銷(xiāo)、小齒輪等，自行車(chē)鋼珠（小齒輪等，自行車(chē)鋼珠（15鋼）、飛輪（鋼）、飛輪（20鋼）。鋼）。10.3.3 滲碳鋼滲碳鋼33（2）中淬透性合金滲碳鋼）中淬透性合金滲碳鋼（wMe25

25、，b8001200MPa） 如如20CrMnTi、12CrNi3A、20CrMnMo、20MnVB等等 其淬透性和力學(xué)性能較高，油淬臨界直徑約為其淬透性和力學(xué)性能較高，油淬臨界直徑約為2560mm左右。左右。 用途：承受中等動(dòng)載荷的耐磨零件，如汽車(chē)變速齒用途：承受中等動(dòng)載荷的耐磨零件，如汽車(chē)變速齒輪、聯(lián)軸節(jié)、齒輪軸、花鍵套軸等。輪、聯(lián)軸節(jié)、齒輪軸、花鍵套軸等。10.3.3 滲碳鋼滲碳鋼34（3）高淬透性合金滲碳鋼）高淬透性合金滲碳鋼 （wMe5，b1200MPa） 如如12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A等。等。 這類(lèi)鋼合金元素總量小于這類(lèi)鋼合金元素總量小于7.5%，油

26、淬臨界直徑，油淬臨界直徑在在100mm以上，這類(lèi)鋼淬透性很好，甚至在空以上，這類(lèi)鋼淬透性很好，甚至在空氣中冷卻也能獲得馬氏體組織。淬火及低溫回氣中冷卻也能獲得馬氏體組織。淬火及低溫回火后心部強(qiáng)度很高?；鸷笮牟繌?qiáng)度很高。 用途：重載和強(qiáng)烈磨損的大型零件，如內(nèi)燃機(jī)用途：重載和強(qiáng)烈磨損的大型零件，如內(nèi)燃機(jī)的主動(dòng)牽引齒輪、柴油機(jī)曲軸、航空發(fā)動(dòng)機(jī)變的主動(dòng)牽引齒輪、柴油機(jī)曲軸、航空發(fā)動(dòng)機(jī)變速齒輪等。速齒輪等。 10.3.3 滲碳鋼滲碳鋼355. 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 以以20CrMnTi合金滲碳鋼制造的汽車(chē)變速齒輪合金滲碳鋼制造的汽車(chē)變速齒輪為例，說(shuō)明其熱處理方法的選定和工藝的安排。為例，說(shuō)明其熱處理方法的選

27、定和工藝的安排。 技術(shù)要求：滲碳層厚度技術(shù)要求：滲碳層厚度1.21.6mm，表面碳濃度，表面碳濃度為為1.0%，齒頂硬度，齒頂硬度5860HRC，心部硬度，心部硬度3045HRC。鍛造鍛造正火正火加工齒輪加工齒輪滲碳滲碳預(yù)冷淬火、預(yù)冷淬火、低溫回火低溫回火噴丸噴丸磨齒（精磨）磨齒（精磨） 工藝路線工藝路線10.3.3 滲碳鋼滲碳鋼36熱處理的作用熱處理的作用改善鍛造狀態(tài)的不正常組織，以利于切削加工。改善鍛造狀態(tài)的不正常組織，以利于切削加工。 （1 1）正火）正火20CrMnTi鋼的滲碳溫度為鋼的滲碳溫度為920左右，經(jīng)查手冊(cè)得左右，經(jīng)查手冊(cè)得知滲碳層厚知滲碳層厚1.21.6mm時(shí)所需滲碳時(shí)間為

28、時(shí)所需滲碳時(shí)間為68h。目的是獲得高碳，保證淬火后獲得高硬度、高耐磨性。目的是獲得高碳，保證淬火后獲得高硬度、高耐磨性。（2 2）滲碳）滲碳（3 3）淬火及低溫回火）淬火及低溫回火淬火：提高表面的硬度和耐磨性，保證心部具有高的淬火：提高表面的硬度和耐磨性，保證心部具有高的強(qiáng)度和足夠的沖擊韌性強(qiáng)度和足夠的沖擊韌性 。低溫回火：減小淬火應(yīng)力，降低脆性，穩(wěn)定組織。低溫回火：減小淬火應(yīng)力，降低脆性，穩(wěn)定組織。10.3.3 滲碳鋼滲碳鋼373810.3.410.3.4調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 是指經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后使用的是指經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理后使用的 中碳鋼和中碳合中碳鋼和中碳合 金鋼。金鋼。鋼調(diào)質(zhì)后的性能鋼調(diào)質(zhì)

29、后的性能 ： 具有高的強(qiáng)度、良好的塑性與韌性的配合，即具有高的強(qiáng)度、良好的塑性與韌性的配合，即 具有良好的綜合力學(xué)性能。具有良好的綜合力學(xué)性能。 應(yīng)用應(yīng)用 在機(jī)械制造中最常用的一類(lèi)鋼。如柴油機(jī)連桿在機(jī)械制造中最常用的一類(lèi)鋼。如柴油機(jī)連桿 和連桿螺栓及曲軸、汽車(chē)半軸、機(jī)床主軸等。和連桿螺栓及曲軸、汽車(chē)半軸、機(jī)床主軸等。 391.工作條件與性能要求工作條件與性能要求o 受到較大變動(dòng)載荷受到較大變動(dòng)載荷，還受到，還受到?jīng)_擊沖擊作用，在軸頸作用，在軸頸或花鍵部分還存在或花鍵部分還存在劇烈摩擦劇烈摩擦；大多數(shù)零件形狀；大多數(shù)零件形狀比較復(fù)雜，比較復(fù)雜，存在著許多應(yīng)力集中的地方存在著許多應(yīng)力集中的地方，如

30、鍵，如鍵槽、油孔、臺(tái)階過(guò)渡處等，失效形式主要是槽、油孔、臺(tái)階過(guò)渡處等，失效形式主要是疲疲勞斷裂勞斷裂、過(guò)量變形過(guò)量變形、局部磨損局部磨損。o 性能要求具有高的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)性能要求具有高的強(qiáng)度（屈服強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度），而且要求有好的塑性和韌性，即度），而且要求有好的塑性和韌性，即要求具要求具有良好的綜合力學(xué)性能有良好的綜合力學(xué)性能、缺口敏感性小。、缺口敏感性小。 10.3.410.3.4調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼402.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)o 含碳量：一般調(diào)質(zhì)鋼含碳量介于含碳量：一般調(diào)質(zhì)鋼含碳量介于0.250.5%之間，之間， o 主加元素：主加元素：Cr、Ni、Mn、Si等等， 溶入鐵素體，使鐵素體得到

31、強(qiáng)化，并增加鋼的淬透溶入鐵素體，使鐵素體得到強(qiáng)化，并增加鋼的淬透性。性。o 輔加元素：輔加元素：Mo、V、Al、B等等，含量一般較少。，含量一般較少。 主要作用細(xì)化晶粒，進(jìn)一步提高淬透性。主要作用細(xì)化晶粒，進(jìn)一步提高淬透性。Mo還可還可以防止高溫回火時(shí)發(fā)生第二類(lèi)回火脆性；以防止高溫回火時(shí)發(fā)生第二類(lèi)回火脆性；V的作用的作用是阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大；是阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大；Al的作用是在氮化時(shí)能的作用是在氮化時(shí)能加速合金調(diào)質(zhì)鋼的氮化過(guò)程，強(qiáng)化氮化效果；鋼加速合金調(diào)質(zhì)鋼的氮化過(guò)程，強(qiáng)化氮化效果；鋼中加入微量的中加入微量的B（0.0010.004%）能顯著增加鋼的）能顯著增加鋼的淬透性。淬透性。 10.3.

32、410.3.4調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼414.熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)o 預(yù)備熱處理預(yù)備熱處理 退火、正火或正火退火、正火或正火+高溫回火高溫回火 p 最終熱處理最終熱處理 調(diào)質(zhì)處理調(diào)質(zhì)處理 o 表面局部淬火表面局部淬火 調(diào)質(zhì)后，對(duì)于調(diào)質(zhì)后，對(duì)于局部有耐磨性要求局部有耐磨性要求的應(yīng)進(jìn)行的應(yīng)進(jìn)行表面表面淬火或表面氮化處理淬火或表面氮化處理。10.3.410.3.4調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼42感應(yīng)淬火部位感應(yīng)淬火部位43445.常用調(diào)質(zhì)鋼的性能特點(diǎn)及應(yīng)用常用調(diào)質(zhì)鋼的性能特點(diǎn)及應(yīng)用（1）低淬透性）低淬透性Cr鋼、鋼、Mn鋼、鋼、Mn-B鋼（鋼（D0油油30mm） 如如40Cr、45Mn2、35SiMn、40MnB主要合金元素主

33、要合金元素Cr、Mn的作用是強(qiáng)化鐵素體和增加淬的作用是強(qiáng)化鐵素體和增加淬透性。透性。Si-Mn鋼的強(qiáng)度較好，但韌性和塑性較差，鋼的強(qiáng)度較好，但韌性和塑性較差，退火后硬度偏高。退火后硬度偏高。 應(yīng)用：應(yīng)用：40Cr應(yīng)用十分廣泛，用于制造一般尺寸的重應(yīng)用十分廣泛，用于制造一般尺寸的重要零件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)上的連桿、連桿螺栓、傳動(dòng)要零件，如汽車(chē)、拖拉機(jī)上的連桿、連桿螺栓、傳動(dòng)軸及機(jī)床主軸等零件。軸及機(jī)床主軸等零件。10.3.410.3.4調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼45（2）中淬透性）中淬透性Cr-Mo鋼、鋼、Cr-Mn鋼、鋼、Cr-V鋼鋼 （D0油油60mm）Cr主要是增加淬透性；主要是增加淬透性；Mo、V不僅能

34、提高淬透性，也能細(xì)化組織，防止第二不僅能提高淬透性，也能細(xì)化組織，防止第二類(lèi)回火脆性，提高塑性和韌性；類(lèi)回火脆性，提高塑性和韌性；Cr-Mn鋼中同時(shí)加入鋼中同時(shí)加入Cr、Mn兩種元素，能更好的提兩種元素，能更好的提高鋼的淬透性和強(qiáng)度。高鋼的淬透性和強(qiáng)度。如：如：35CrMo（或（或42CrMo）、）、40CrMn、40CrV應(yīng)用：典型牌號(hào)應(yīng)用：典型牌號(hào)35CrMo（或（或42CrMo），用于制），用于制造截面較大零件，如曲軸、齒輪、連桿等造截面較大零件，如曲軸、齒輪、連桿等10.3.410.3.4調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼46（3）高淬透性）高淬透性Cr-Ni鋼、鋼、Cr-Ni-Mo鋼鋼（D0油油60mm）

35、鋼中同時(shí)加入鋼中同時(shí)加入Cr、Ni兩種元素，大大提高淬透性，兩種元素，大大提高淬透性，可獲得更好的力學(xué)性能，但可獲得更好的力學(xué)性能，但Cr-Ni鋼有回火脆性。鋼有回火脆性。加入加入Mo可消除回火脆性。可消除回火脆性。如如37CrNi3、40CrNi、40CrNiMo應(yīng)用：制造大截面、重載荷零件，如汽輪機(jī)主應(yīng)用：制造大截面、重載荷零件，如汽輪機(jī)主軸、葉輪、航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪軸等。軸、葉輪、航空發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪軸等。10.3.410.3.4調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼4710.3.5 彈簧鋼彈簧鋼1.工作條件與性能要求工作條件與性能要求吸收沖擊能量，減少振動(dòng)和沖擊。吸收沖擊能量，減少振動(dòng)和沖擊。儲(chǔ)存能量，使機(jī)件完成

36、事先規(guī)定的動(dòng)作。儲(chǔ)存能量，使機(jī)件完成事先規(guī)定的動(dòng)作。 用作測(cè)力元件，如測(cè)力器、彈簧秤中的彈簧用作測(cè)力元件，如測(cè)力器、彈簧秤中的彈簧等。等。性能要求：性能要求：具有較高的彈性極限，以保證其足夠的彈性具有較高的彈性極限，以保證其足夠的彈性變形能力，避免在高負(fù)荷下產(chǎn)生塑性變形；變形能力，避免在高負(fù)荷下產(chǎn)生塑性變形；具備高的疲勞強(qiáng)度、高的屈強(qiáng)比（具備高的疲勞強(qiáng)度、高的屈強(qiáng)比（ s/ b）和）和良好的表面質(zhì)量，以免產(chǎn)生疲勞破壞；良好的表面質(zhì)量，以免產(chǎn)生疲勞破壞；足夠的塑性和韌性；足夠的塑性和韌性；具有良好的耐熱性及耐蝕性具有良好的耐熱性及耐蝕性 48汽車(chē)板簧汽車(chē)板簧大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧熱卷

37、大彈簧彈簧絲彈簧絲49 汽車(chē)板簧汽車(chē)板簧火車(chē)螺旋彈簧火車(chē)螺旋彈簧502.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn) 采用較高的含碳量保證高彈性極限和疲勞強(qiáng)度。采用較高的含碳量保證高彈性極限和疲勞強(qiáng)度。 碳素鋼：碳素鋼： WC 0.60.75% 合金鋼：合金鋼： WC 0.460.70% 輔加元素：輔加元素：W、Cr、V細(xì)化晶粒、提高回火穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度細(xì)化晶粒、提高回火穩(wěn)定性和高溫強(qiáng)度合金元素合金元素合金彈簧鋼中主要含有合金彈簧鋼中主要含有Si、Mn、Cr、V等等碳含量碳含量主加元素主加元素： Si、Mn提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體，也可提高回火穩(wěn)定性提高淬透性、強(qiáng)化鐵素體，也可提高回火穩(wěn)定性10.3.5 彈簧鋼彈簧鋼514

38、.加工成型與熱處理特點(diǎn)加工成型與熱處理特點(diǎn)o 熱成型彈簧熱成型彈簧 彈簧截面尺寸彈簧截面尺寸8mm的大型彈簧多用熱軋鋼的大型彈簧多用熱軋鋼絲或鋼板，熱態(tài)下成型，然后淬火（絲或鋼板，熱態(tài)下成型，然后淬火（830880）及中溫回火（）及中溫回火（350500），組），組織為回火屈氏體，硬度織為回火屈氏體，硬度4045HRC，具有較，具有較高的彈性極限和疲勞強(qiáng)度，又具有一定塑性和高的彈性極限和疲勞強(qiáng)度，又具有一定塑性和韌性。韌性。汽車(chē)板簧汽車(chē)板簧60Si2Mn：扁鋼剪斷扁鋼剪斷加熱壓彎成型后淬火加熱壓彎成型后淬火+中溫回火中溫回火噴丸噴丸裝配裝配10.3.5 彈簧鋼彈簧鋼52p冷成型彈簧冷成型彈簧

39、直徑或單邊尺寸小于直徑或單邊尺寸小于8mm的彈簧，常采用冷拔的彈簧，常采用冷拔（軋）鋼絲（板）冷卷成型或先熱處理強(qiáng)化、（軋）鋼絲（板）冷卷成型或先熱處理強(qiáng)化、然后冷卷成型。然后冷卷成型。 纏繞彈簧纏繞彈簧去應(yīng)力退火去應(yīng)力退火磨端面磨端面噴丸噴丸去應(yīng)力去應(yīng)力退火退火發(fā)藍(lán)。發(fā)藍(lán)。 10.3.5 彈簧鋼彈簧鋼535.常用彈簧鋼及應(yīng)用常用彈簧鋼及應(yīng)用o 碳素彈簧鋼碳素彈簧鋼 65 、70、75，淬透性差，直徑大于，淬透性差，直徑大于1215mm在油中不能淬透，用于制造小截面彈簧，在油中不能淬透，用于制造小截面彈簧，多用冷成型法成型。多用冷成型法成型。o Mn、SiMn類(lèi)彈簧鋼類(lèi)彈簧鋼 65Mn 、55

40、Si2Mn、60Si2Mn等，由于含等，由于含硅量高，可顯著提高彈性極限和回火穩(wěn)定性。硅量高，可顯著提高彈性極限和回火穩(wěn)定性。 10.3.5 彈簧鋼彈簧鋼54o CrV鋼，典型鋼種鋼，典型鋼種50CrV， 適于制作截面在適于制作截面在30mm以下的高負(fù)荷重要彈簧以下的高負(fù)荷重要彈簧以及在以及在300以下工作的各類(lèi)彈簧。以下工作的各類(lèi)彈簧。10.3.5 彈簧鋼彈簧鋼5510.3.6 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼1.1.工作條件及性能要求工作條件及性能要求（1）內(nèi)圈）內(nèi)圈 （2）外圈）外圈（3）滾動(dòng)體）滾動(dòng)體（4） 保持架保持架（1）、（）、（2）、（）、（3）均）均為滾動(dòng)軸承鋼為滾動(dòng)軸承鋼保持架為低碳鋼

41、（球軸承）保持架為低碳鋼（球軸承）和有色金屬（滾柱軸承）和有色金屬（滾柱軸承）56高的接觸應(yīng)力高的接觸應(yīng)力 （可高達(dá)（可高達(dá)300035000MPa）并且有滾動(dòng)和滑動(dòng)并且有滾動(dòng)和滑動(dòng)磨損和接觸疲勞磨損和接觸疲勞表面具有高硬度、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度表面具有高硬度、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度選材：高碳鋼選材：高碳鋼失效形式失效形式:10.3.6 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼572.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn) 高碳（高碳（ 0.951.1%C ） 主加元素主加元素Cr（0.41.65%） （Fe，Cr）3C提高提高 淬透性、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度淬透性、耐磨性和接觸疲勞強(qiáng)度 輔加元素輔加元素Si（0.450.75%） 、 M

42、n （0.951.25%）提高淬透性、強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性。提高淬透性、強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性。 P0.025% S0.025 % 減少夾雜物，提高疲勞壽命減少夾雜物，提高疲勞壽命GCr9 GCr15 GCr9SiMn GCr15SiMn淬透性增加淬透性增加10.3.6 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼583.熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)（1）預(yù)先熱處理）預(yù)先熱處理 正火球化退火正火球化退火 （2）最終熱處理）最終熱處理 淬火低溫回火淬火低溫回火精密滾動(dòng)軸承精密滾動(dòng)軸承：在淬火后要在：在淬火后要在12小時(shí)內(nèi)進(jìn)行小時(shí)內(nèi)進(jìn)行冷處理冷處理，其規(guī)范為在其規(guī)范為在-70-80保溫保溫12小時(shí)，使殘余奧氏體量小時(shí)，使殘余奧氏體量降到降

43、到46%左右。冷處理可使鋼的硬度略有升高，并增左右。冷處理可使鋼的硬度略有升高，并增加尺寸穩(wěn)定性。還要在磨削后再進(jìn)行加尺寸穩(wěn)定性。還要在磨削后再進(jìn)行120130保溫保溫510小時(shí)的小時(shí)的低溫時(shí)效處理低溫時(shí)效處理，以消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸。，以消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸。 10.3.6 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼594.常用滾動(dòng)軸承鋼牌號(hào)及用途常用滾動(dòng)軸承鋼牌號(hào)及用途o 含鉻軸承鋼含鉻軸承鋼 即高碳低鉻鋼，如即高碳低鉻鋼，如GCr9、GCr15等，其中等，其中GCr15應(yīng)用最廣，用于制造中小型軸承和部應(yīng)用最廣，用于制造中小型軸承和部分大型軸承。分大型軸承。o 無(wú)鉻軸承鋼無(wú)鉻軸承鋼 如如GSiMnV、GSiMn

44、MoV等等o 滲碳軸承鋼滲碳軸承鋼 G20CrMo、G20CrNiMo等等10.3.6 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼6010.4 工具鋼工具鋼 按用途可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。按用途可分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。 刃具鋼：制造車(chē)刀、銑刀、鉆頭等金屬切削刀具。刃具鋼：制造車(chē)刀、銑刀、鉆頭等金屬切削刀具。 模具鋼：制造冷沖模、冷擠壓模、熱鍛模等成型模具。模具鋼：制造冷沖模、冷擠壓模、熱鍛模等成型模具。 量具鋼：制造各種度量工具如卡尺、千分尺、塊規(guī)等。量具鋼：制造各種度量工具如卡尺、千分尺、塊規(guī)等。61量量 具具刃刃 具具模模 具具6210.4.1刃具鋼刃具鋼1. 工作條件與性能要求工作條件與性能要求（

45、1）高硬度）高硬度 必須具有比被加工工件更高的硬度，必須具有比被加工工件更高的硬度， 一一 般高于般高于60HRC。（2）高耐磨性）高耐磨性 刀具的刃部和金屬毛坯存在摩擦。刀具的刃部和金屬毛坯存在摩擦。失效形式有卷刃、崩刃和折斷，但最普遍的是磨損。失效形式有卷刃、崩刃和折斷，但最普遍的是磨損。（4）一定的強(qiáng)韌性）一定的強(qiáng)韌性 承受沖擊、振動(dòng)載荷承受沖擊、振動(dòng)載荷（3）高熱硬性（在溫度較高的情況下也能保持高硬）高熱硬性（在溫度較高的情況下也能保持高硬度，度， 這種性能稱為這種性能稱為熱硬性熱硬性） 切削過(guò)程中因摩擦生熱使刀具的溫度升高。切削過(guò)程中因摩擦生熱使刀具的溫度升高。632.成分特點(diǎn)成分特

46、點(diǎn)（1）碳素及低合金刃具鋼）碳素及低合金刃具鋼o 碳素刃具鋼（碳素刃具鋼（carbon tool steel） T7A、T8A、T10A、T12A等，其含碳量在等，其含碳量在0.651.30%范圍。范圍。 o 低合金刃具鋼低合金刃具鋼 （low-alloy tool steel） 除含碳量較高外，常加少量的除含碳量較高外，常加少量的Cr、Mn、V、Si等合金元素。等合金元素。常用牌號(hào)：常用牌號(hào)：9SiCr、9Mn2V、CrWMn等等 10.4.1刃具鋼刃具鋼64板牙板牙65用途用途絲錐、板牙、絞刀、載荷較小的冷沖絲錐、板牙、絞刀、載荷較小的冷沖模等，模等， 采用采用9SiCr、9Mn2V、Cr

47、WMn用于用于 制造低速、低溫制造低速、低溫(250300 ）、）、 低沖擊、低沖擊、硬度在硬度在HRC62左右的刃具。左右的刃具。鏨子、鑿子、沖子多采用鏨子、鑿子、沖子多采用T7、T8A銼刀、刨刀多采用銼刀、刨刀多采用T12A、 T13A小鉆頭、絲錐、低速車(chē)刀多采用小鉆頭、絲錐、低速車(chē)刀多采用T9T11A手手 錘錘10.4.1刃具鋼刃具鋼66（3） 高速鋼（高速鋼（high speed steel） 特點(diǎn)：使用時(shí)因高速摩擦產(chǎn)生熱量大，使刃具溫度特點(diǎn)：使用時(shí)因高速摩擦產(chǎn)生熱量大，使刃具溫度很高，因而對(duì)熱硬性和耐磨性要求非常高。很高，因而對(duì)熱硬性和耐磨性要求非常高。 高速切削的刃具高速切削的刃具

48、車(chē)、銑、刨、拉刀、鉆頭和絲錐車(chē)、銑、刨、拉刀、鉆頭和絲錐工作溫度達(dá)工作溫度達(dá)500600時(shí)硬度仍可保持時(shí)硬度仍可保持60HRC以上。以上。車(chē)刀車(chē)刀銑刀銑刀鉆頭鉆頭671）化學(xué)成分）化學(xué)成分典型鋼種：典型鋼種：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2C 0.7%1.4% 固溶在馬氏體中和形成合金碳化物。固溶在馬氏體中和形成合金碳化物。保證鋼淬火后馬氏體具有高硬度，同時(shí)提高耐磨性。保證鋼淬火后馬氏體具有高硬度，同時(shí)提高耐磨性。W和和Mo 提高紅硬性提高紅硬性固溶于固溶于M中的中的W在回火時(shí)在回火時(shí)W2C產(chǎn)生二次硬化（熱硬性高）產(chǎn)生二次硬化（熱硬性高） Cr 增加淬透性增加淬透性風(fēng)鋼（小尺寸空冷，風(fēng)鋼（

49、小尺寸空冷， 大尺寸可以油淬大尺寸可以油淬+空冷）空冷）V 提高耐磨性和熱硬性，回火時(shí)析出提高耐磨性和熱硬性，回火時(shí)析出VC產(chǎn)生二次硬產(chǎn)生二次硬 化并使耐磨性顯著提高?；⑹鼓湍バ燥@著提高。10.4.1刃具鋼刃具鋼682） W18Cr4V鋼的生產(chǎn)工藝及熱處理特點(diǎn)鋼的生產(chǎn)工藝及熱處理特點(diǎn)鑄造鑄造鍛造鍛造球化退火球化退火 機(jī)加工機(jī)加工 淬火淬火+三次三次570回火回火 磨削加工磨削加工 鑄造鑄造:高速鋼屬于萊氏體鋼，鑄態(tài)組織高速鋼屬于萊氏體鋼，鑄態(tài)組織 中含有大量呈魚(yú)骨狀分布的粗中含有大量呈魚(yú)骨狀分布的粗 大共晶碳化物，鋼的韌性大大共晶碳化物，鋼的韌性大 幅下降。幅下降。10.4.1刃具鋼刃具鋼6

50、9高速鋼鑄態(tài)組織高速鋼鑄態(tài)組織萊氏體（碳化物萊氏體（碳化物呈魚(yú)骨狀分布）呈魚(yú)骨狀分布）T或或SM+A70鍛造：魚(yú)骨狀碳化物不能用熱處理來(lái)消除，只能依鍛造：魚(yú)骨狀碳化物不能用熱處理來(lái)消除，只能依 靠反復(fù)多次鍛打來(lái)?yè)羲??？糠磸?fù)多次鍛打來(lái)?yè)羲椤?.預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理球化退火球化退火熱處理熱處理球化退火后的組織球化退火后的組織 : S + 粒狀粒狀 K目的：降低硬度，以利切削加工；使碳化物形成目的：降低硬度，以利切削加工；使碳化物形成均勻分布的顆粒狀，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。均勻分布的顆粒狀，為最終熱處理做好組織準(zhǔn)備。10.4.1刃具鋼刃具鋼71由于合金元素高使由于合金元素高使臨界點(diǎn)升高臨界點(diǎn)升高

51、72高速鋼鍛造退火后組織高速鋼鍛造退火后組織KS73工藝非常特殊工藝非常特殊加熱溫度最高加熱溫度最高、回火溫度最高回火溫度最高（在高硬度（在高硬度范圍內(nèi)）、范圍內(nèi)）、回火次數(shù)最多回火次數(shù)最多（三次）。（三次）。（1）淬火）淬火加熱加熱淬火加熱溫度淬火加熱溫度 ：12601280為了獲得二次硬化效果，為了獲得二次硬化效果，加熱溫度必須高于加熱溫度必須高于1200 2.最終熱處理最終熱處理淬火回火淬火回火加熱用鹽浴爐或真空爐加熱用鹽浴爐或真空爐74預(yù)熱：預(yù)熱：在在A1溫度附近（溫度附近（800 840 ）必須預(yù)熱一次。）必須預(yù)熱一次。如果尺寸大，還需在如果尺寸大，還需在500 650 和和1000

52、 1100 再預(yù)熱。再預(yù)熱。空冷空冷小尺寸。小尺寸。先油冷后空冷先油冷后空冷尺寸較大、但形狀較簡(jiǎn)單。尺寸較大、但形狀較簡(jiǎn)單。分級(jí)淬火分級(jí)淬火形狀復(fù)雜，對(duì)變形量要求高。形狀復(fù)雜，對(duì)變形量要求高。冷卻（根據(jù)尺寸大小和形狀復(fù)雜程度選擇）冷卻（根據(jù)尺寸大小和形狀復(fù)雜程度選擇）淬火后的組織：淬火后的組織：M+粒狀粒狀K+A(2025%)硬度為硬度為6263HRC7576淬火組織淬火組織未溶碳化物未溶碳化物+隱針馬氏體隱針馬氏體+殘余奧氏體殘余奧氏體未溶未溶K隱針隱針M+A高溫奧氏體晶界高溫奧氏體晶界77（2）回火）回火二次硬化二次硬化析出析出W2C和和VC AM回火后硬度回火后硬度6365HRC781h

53、560空空冷冷560空空冷冷1h560空空冷冷1h20%25%A5%A 1%2%A 15%A 時(shí)間時(shí)間溫度溫度為什么要進(jìn)行三次回火？為什么要進(jìn)行三次回火？79回火組織回火組織M回回+K+A未溶未溶KM回回+A8010.4.2模具鋼模具鋼模具鋼：用于制造沖壓、模鍛、擠壓、壓鑄等模模具鋼：用于制造沖壓、模鍛、擠壓、壓鑄等模 具的鋼具的鋼根據(jù)模具工作條件的不同可分為根據(jù)模具工作條件的不同可分為熱作模具熱作模具和和冷作模具冷作模具曲軸模具曲軸模具811.熱作模具鋼熱作模具鋼（1）熱作模具的工作條件及性能要求）熱作模具的工作條件及性能要求足夠的強(qiáng)韌性足夠的強(qiáng)韌性熱作模具工作的過(guò)程中受到很大的壓應(yīng)力、張應(yīng)

54、熱作模具工作的過(guò)程中受到很大的壓應(yīng)力、張應(yīng)力、彎曲應(yīng)力及沖擊應(yīng)力力、彎曲應(yīng)力及沖擊應(yīng)力足夠的硬度和耐磨性足夠的硬度和耐磨性 與工件間強(qiáng)烈摩擦作用與工件間強(qiáng)烈摩擦作用足夠的淬透性足夠的淬透性 模具一般體積較大模具一般體積較大良好的耐熱疲勞性良好的耐熱疲勞性熱作模具反復(fù)受熱和冷卻，易發(fā)生熱疲勞而龜裂熱作模具反復(fù)受熱和冷卻，易發(fā)生熱疲勞而龜裂10.4.2模具鋼模具鋼82（2）熱作模具的化學(xué)成分）熱作模具的化學(xué)成分碳含量碳含量0.5%含碳量較低，保證足夠的韌性含碳量較低，保證足夠的韌性V、W、 Mo等合金元素等合金元素提高耐磨性、紅硬性、耐熱疲勞性能及抑制第二提高耐磨性、紅硬性、耐熱疲勞性能及抑制第二

55、類(lèi)回火脆性類(lèi)回火脆性增加淬透性，強(qiáng)化鐵素體，提高強(qiáng)度、韌性及回火穩(wěn)增加淬透性，強(qiáng)化鐵素體，提高強(qiáng)度、韌性及回火穩(wěn)定性。定性。Cr、 Ni、Mn、Si10.4.2模具鋼模具鋼83o 常用鋼號(hào)：常用鋼號(hào)：5CrMnMo（中小型熱鍛模具）、（中小型熱鍛模具）、5CrNiMo（大型熱鍛模具）（大型熱鍛模具） 3Cr2W8V 壓鑄模用鋼壓鑄模用鋼（用于制造有色金屬的壓鑄模和熱擠壓模）（用于制造有色金屬的壓鑄模和熱擠壓模）10.4.2模具鋼模具鋼84（3）熱作模具的熱處理）熱作模具的熱處理鍛造后退火鍛造后退火消除鍛造應(yīng)力；消除鍛造應(yīng)力；降低硬度，利于切削加工；降低硬度，利于切削加工；為隨后的淬火作組織準(zhǔn)備

56、。為隨后的淬火作組織準(zhǔn)備。10.4.2模具鋼模具鋼85淬火及回火淬火及回火回火回火400600820850預(yù)冷預(yù)冷油淬油淬500回火屈氏體或回火回火屈氏體或回火索氏體索氏體5CrMnMo的淬火及回的淬火及回火工藝火工藝降低淬火應(yīng)力減少變形降低淬火應(yīng)力減少變形防止開(kāi)裂防止開(kāi)裂大型熱鍛模：淬火高溫回火大型熱鍛模：淬火高溫回火中、小型熱鍛模：淬火中溫回火中、小型熱鍛模：淬火中溫回火壓鑄模、熱擠壓模：淬火壓鑄模、熱擠壓模：淬火高溫回火高溫回火（560630）二次硬化二次硬化 10.4.2模具鋼模具鋼862.冷模具鋼冷模具鋼（cold-working die steel） 汽車(chē)沖壓模具汽車(chē)沖壓模具（1）

57、冷作模具的工作條件、性能要求）冷作模具的工作條件、性能要求高硬度高硬度良好的耐磨性良好的耐磨性足夠的強(qiáng)度和韌性足夠的強(qiáng)度和韌性常溫下使坯料變形，變形抗力大且存在常溫下使坯料變形，變形抗力大且存在加工硬化，模具工作部分受到強(qiáng)烈的擠加工硬化，模具工作部分受到強(qiáng)烈的擠壓、摩擦和沖擊。壓、摩擦和沖擊。失效：脆斷、磨損、變形失效：脆斷、磨損、變形制造沖壓、冷擠壓、冷鐓模具制造沖壓、冷擠壓、冷鐓模具10.4.2模具鋼模具鋼87（2）冷作模具的化學(xué)成分（和刃具鋼基本相似）冷作模具的化學(xué)成分（和刃具鋼基本相似）刃具鋼刃具鋼T10A、9SiCr、9Mn2V、CrWMn等都可等都可以作為冷作模具鋼。以作為冷作模具

58、鋼。對(duì)于尺寸較大的重載或要求精度較高、對(duì)于尺寸較大的重載或要求精度較高、熱處理變形小的模具，熱處理變形小的模具，一般用一般用Cr12、Cr12MoV等。等。10.4.2模具鋼模具鋼88（3）冷作模具的熱處理）冷作模具的熱處理鍛造后球化退火鍛造后球化退火消除鍛造應(yīng)力；消除鍛造應(yīng)力；降低硬度，利于切削加工；降低硬度，利于切削加工；為隨后的淬火作組織準(zhǔn)備。為隨后的淬火作組織準(zhǔn)備。淬火及回火淬火及回火根據(jù)使用條件和硬度范圍選擇回火種類(lèi)（低溫回火根據(jù)使用條件和硬度范圍選擇回火種類(lèi)（低溫回火150180 或高溫回火或高溫回火500520）Cr12MoV的淬的淬火及回火工藝火及回火工藝250275回火回火9

59、601050800830油淬油淬空冷空冷二次硬化二次硬化10.4.2模具鋼模具鋼8910.4.3量具鋼量具鋼（1）量具的工作部分應(yīng)具有高的硬度和耐磨性）量具的工作部分應(yīng)具有高的硬度和耐磨性 （62HRC）與被測(cè)工件接觸，受到磨損與碰撞）與被測(cè)工件接觸，受到磨損與碰撞（2）具有高的尺寸穩(wěn)定性）具有高的尺寸穩(wěn)定性（3）有一定的韌性）有一定的韌性卡卡 尺尺量量 規(guī)規(guī)千分尺千分尺1.對(duì)量具鋼的要求對(duì)量具鋼的要求902.量具用鋼量具用鋼 尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度較低的卡尺、樣板、量尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度較低的卡尺、樣板、量規(guī)等規(guī)等T10A、T12A 使用中易受沖擊、精度不高量具，如卡規(guī)、直尺使用中易受沖擊

60、、精度不高量具，如卡規(guī)、直尺10鋼、鋼、15鋼經(jīng)滲碳淬火及低溫回火鋼經(jīng)滲碳淬火及低溫回火50、55、60、60Mn、65Mn鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后感應(yīng)加鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后感應(yīng)加熱表面淬火加低溫回火。熱表面淬火加低溫回火。高精度的量具高精度的量具采用熱處理變形小的鋼采用熱處理變形小的鋼CrMn、CrWMn、GCr15等。等。10.4.3量具鋼量具鋼9110.5 特殊用途鋼和合金特殊用途鋼和合金特殊用途鋼是指不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等一些特殊用途鋼是指不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等一些具有特殊物理、化學(xué)和力學(xué)性能的鋼種。具有特殊物理、化學(xué)和力學(xué)性能的鋼種。p10.5.1不銹鋼不銹鋼p10.5.2耐熱鋼耐熱鋼p10.5