機(jī)械工程材料：第七章 合金鋼

1、Mechanical Engineering Materials機(jī)械工程材料第七章 合金鋼授課的主線Properties性能Structure結(jié)構(gòu)Classification分類Steels鋼鐵Cast iron鑄鐵Nonferrous有色金屬Ceramics陶瓷Polymer高分子Composite復(fù)合材料Crystal structure晶體結(jié)構(gòu)Phase structure相結(jié)構(gòu)Microstructure微觀組織Materials processing材料加工Solidification凝固Plastic deformation塑性變形Heat treatment熱處理機(jī)械工程材料第七

2、章 合金鋼第一節(jié) 概述第二節(jié) 合金元素在鋼中的作用第五節(jié) 合金工具鋼第四節(jié) 軸承鋼第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼第七節(jié) 粉末冶金材料第六節(jié) 不銹耐蝕鋼和耐熱鋼第一節(jié) 概述二、鋼中的合金元素一、合金鋼的概念 為了提高鋼的性能（力學(xué)、工藝、物理、化學(xué)） ，在碳鋼基礎(chǔ)上有意加入一定量合金元素，這類鋼就稱為合金鋼。三、合金鋼的分類及編號(hào)方法1、分類 (1) 按成分分類第一節(jié) 概述0.60.250.6102.5102.5Me總量%高合金鋼中合金鋼低合金鋼合金鋼(2) 按使用特性分類按使用特性分類合金鋼2. 編號(hào)方法 合金鋼的編號(hào)能反映出該鋼號(hào)的主要成分，包括碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)、合金元素及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。編號(hào)原則：數(shù)字合金元素符

3、號(hào)數(shù)字 碳質(zhì)量分?jǐn)?shù) 合金元素及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)第一節(jié) 概述如：20CrMnTi 、W18Cr4V合金結(jié)構(gòu)鋼: 前面的兩位數(shù)字表示鋼的平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)。例如：60Si2Mn、20CrMnTi數(shù)字合金元素符號(hào)數(shù)字 元素符號(hào)后面的數(shù)字則表示元素平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)的 百分?jǐn)?shù)。當(dāng)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.50時(shí)，編號(hào)中 只標(biāo)明元素符號(hào)而不標(biāo)出表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)的數(shù)字。例如：GCr15表示該鋼Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5。鉻軸承鋼則屬特殊， G+Cr +數(shù)字（Cr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分 數(shù)），鋼號(hào)前冠以專業(yè)用鋼代號(hào)“G”， 不標(biāo)含碳量。第一節(jié) 概述合金工具鋼及不銹鋼： 前面的一位數(shù)字表示鋼的平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的千分?jǐn)?shù)。 但當(dāng)鋼中的碳質(zhì)量分

4、數(shù)大于或等于1.0時(shí)，不標(biāo)數(shù)字。 后面數(shù)字表示方法同合金結(jié)構(gòu)鋼有例外：高速工具鋼W18Cr4V， Wc為0.7-0.8,但不標(biāo)。數(shù)字元素符號(hào)數(shù)字例 ：5CrMnMo，1Cr18Ni9Ti， Cr12MoV 所有合金鋼的合金元素量標(biāo)法相同第一節(jié) 概述第二節(jié) 合金元素在鋼中的作用合金元素在合金鋼中可能處于的三種狀態(tài)：固溶狀態(tài)、化合狀態(tài)及游離態(tài)。 合金元素在鋼中的作用包括： 對(duì)鋼中基本相的影響 對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響 對(duì)熱處理過程的影響一、合金元素對(duì)鋼中基本相的影響1、溶于鐵素體，起固溶強(qiáng)化作用第二節(jié) 合金元素在鋼中的作用2、形成碳化物，起強(qiáng)化相作用 非碳化物形成元素及過剩的碳化物形成元素都溶于

5、鐵素體。 合金滲碳體：(FeCr)3C 合金碳化物：Mn3C、Cr7C3、Cr23C6、Fe4W2C等特殊碳化物：WC、MoC、W2C、VC、TiC二、合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響（1）擴(kuò)大區(qū)A1 、A3、A4(NJ)， S點(diǎn)（0.77）、E點(diǎn)（2.11%）向左下方移。 Ni、Mn等作用顯著， 當(dāng)Ni9% 或Mn13%時(shí)，S點(diǎn)降到0以下，室溫下為單相奧氏體組織，稱奧氏體鋼，如 ：1Cr18Ni9Ti、Mn13。第二節(jié) 合金元素在鋼中的作用1、對(duì)奧氏體相區(qū)的影響錳對(duì)奧氏體相區(qū)的影響（2）縮小區(qū) A1 、A3、A4(NJ)， S點(diǎn)、E點(diǎn)向左上方移。 Cr等作用顯著， 當(dāng)Cr13%時(shí)， 奧氏體

6、相區(qū)消失，室溫下為單 相鐵素體組織，稱鐵素體鋼， 如：Cr17第二節(jié) 合金元素在鋼中的作用鉻對(duì)奧氏體相區(qū)的影響2、對(duì)E點(diǎn)和S點(diǎn)位置的影響 所有合金元素均使E點(diǎn)和S點(diǎn)左移，即這兩點(diǎn)的含碳量下降，使碳含量比較低的鋼出現(xiàn)過共析組織(如4Cr13）或共晶組織（如W18Cr4V）。 三、合金元素對(duì)熱處理過程的影響1、對(duì)加熱轉(zhuǎn)變的影響對(duì)奧氏體化影響：除Ni、Co外，Me都減緩?qiáng)W氏體化過程；對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大影響： Ti、V、W、Mo等阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大，即起細(xì)化晶粒作用。2、對(duì)冷卻轉(zhuǎn)變的影響對(duì)C曲線和淬透性的影響：除Co外，所有溶入奧氏體的合金元素都使C曲線右移，淬透性提高（如W18Cr4V在空氣中即可淬火

7、獲得M）；對(duì)Ms、Mf點(diǎn)的影響：除Co、 Al外,所有元素都使Ms、Mf點(diǎn)下降，殘余奧氏體量A 增多 。 第二節(jié) 合金元素在鋼中的作用合金元素對(duì)熱處理過程的影響3、回火轉(zhuǎn)變提高回火穩(wěn)定性把回火轉(zhuǎn)變過程向較高溫度推移。 當(dāng)回火硬度相同時(shí)，合金鋼比同含碳量碳鋼回火溫度高；如果同溫度回火，合金鋼硬度比碳鋼高。產(chǎn)生二次硬化： 含高W、Mo、Ti、V鋼淬火后回火（500600）時(shí)，由于析出細(xì)小彌散的特殊碳化物（彌散硬化）及回火冷卻時(shí)A轉(zhuǎn)變?yōu)镸回（稱二次淬火）,使硬度不僅不下降，反而升高的現(xiàn)象稱二次硬化。防止第二類回火脆性：Mo、W第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼的定義在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上適當(dāng)加入一種或幾種合

8、金元素而制成。常用元素主要有Cr、Si、Ni、Mo、W、V、Ti等。 合金結(jié)構(gòu)鋼的分類（按用途） 工程結(jié)構(gòu)鋼（最常用的是低合金結(jié)構(gòu)鋼及高錳鋼） 機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼（包括滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼及易切削鋼等）一、工程結(jié)構(gòu)鋼 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼、高錳鋼 1. 低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼 多數(shù)情況不經(jīng)熱處理使用。熱軋空冷狀態(tài)下使用，經(jīng)焊接、鉚接或壓力成型后一般不再進(jìn)行淬火回火處理。性能要求：高強(qiáng)度及足夠韌性；良好的焊接性能；良好的耐蝕性等。車輛橋梁船舶第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼容器（2）成分特點(diǎn)（查國(guó)標(biāo)或國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)） 低碳：0.2%，在高強(qiáng)度基礎(chǔ)上保持良好的塑性及韌性。 合金元素：主要是Mn，還有少量Ti、V、

9、Nb、Cu等，合金元素含量3.0。 （1）常見牌號(hào)： Q345 (16Mn) 、Q390南京長(zhǎng)江大橋第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼 說明: 通常情況下, 屈服強(qiáng)度值小于300MPa時(shí)為碳素結(jié)構(gòu)鋼，大于300MPa時(shí)為低合金高強(qiáng)度鋼。 合金元素的作用： Mn: 強(qiáng)化鐵素體； Ti、V、Nb在鋼中形成微細(xì)碳化物， 起細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用； Cu、P提高抗大氣腐蝕能力。如何確定成分？EDS、原子吸收光譜、直讀發(fā)射光譜壓力容器南京長(zhǎng)江大橋萬噸遠(yuǎn)洋輪Q470Q345 (16Mn)Q390Q460 熱處理及組織 鑄態(tài)組織（+碳化物）水韌處理（100011000C加熱、水冷）（HB180220）沖擊、壓力，加工硬化（

10、HB450550） 鑄造成型：+碳化物，晶粒粗大，不均勻，硬而脆。 水韌處理：消除碳化物，獲得單相奧氏體組織。2. 高錳鋼耐磨鋼 ZGMn13， 成分特點(diǎn)：高碳：1.01.3%C，以保持高耐磨性。 高錳：13%Mn, 以保證形成奧氏體組織（A型鋼）第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼性能：在工作過程中受到劇烈沖擊或較大壓力作用時(shí)，表層組織因?yàn)樗苄宰冃味杆佼a(chǎn)生加工硬化，并有馬氏體及 碳化物形成，獲得高硬度、高耐磨性。 應(yīng)用：廣泛應(yīng)用于受強(qiáng)力沖擊和摩擦零件，如：鐵道轍岔、挖掘機(jī)鏟齒、拖拉機(jī)的履帶板、破碎機(jī)牙板、防彈板及保險(xiǎn)箱殼體等。第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼挖掘機(jī)履帶鐵路轍岔破碎機(jī)牙板二、機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼按用途分類：滲碳鋼調(diào)質(zhì)

11、鋼彈簧鋼易切削鋼第三節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼汽車變速箱齒輪機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼1. 滲碳鋼汽車變速箱齒輪凸輪機(jī)構(gòu)手動(dòng)變速器滲碳鋼用途 制造汽車、機(jī)車及工程機(jī)械等動(dòng)力機(jī)械的傳動(dòng)齒輪、凸輪軸、活塞等。(典型零件：汽車、拖拉機(jī)變速齒輪)定義 利用滲碳的方法獲得表面高硬度耐磨、心部具有良好強(qiáng)韌性的鋼。 成分 低C：0.10.25%，表面以滲碳方法增碳,心部保持良好的塑 性和韌性。合金元素 主要元素：Cr、 Ni、 Mn、 B，提高淬透性； 滲層（b、耐磨性）、心部強(qiáng)韌性 輔加元素：V 、 W 、 Mo 、 Ti，細(xì)化晶粒常用牌號(hào) 20、 20Cr、 20CrMnTi、 20Cr2Ni4A 、18Cr2Ni4W滲碳鋼熱處理

12、: 滲碳+淬火+低溫回火。 典型零件：汽車變速齒輪 材料： 20CrMnTi 工藝路線：鍛造正火機(jī)加工滲碳+淬火 +低溫回火噴丸(壓應(yīng)力、-1)磨 各部分熱處理組織及作用： 正火：S+(少量) 消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）； 調(diào)整硬度、以利于切削加工。 滲碳+淬火+低溫回火：表：M回+碳化物+A (少量)； 心：M低碳，達(dá)到“表硬心韌”， 滿足使用要求。曲軸連桿齒輪機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼2.調(diào)質(zhì)鋼機(jī)床主軸調(diào)質(zhì)鋼成分特點(diǎn)：中碳：0.300.50% C ；合金元素： Cr、Ni、Mn、Si 提高淬透性和強(qiáng)韌性 Mo防止第二類回火脆性 Al加速氮化過程、提高滲氮層硬度和耐磨性 調(diào)質(zhì)鋼用途： 制造各類結(jié)構(gòu)件及軸

13、類零件，如機(jī)床齒輪、機(jī)床主軸、連桿螺栓、內(nèi)燃機(jī)曲軸等。 調(diào)質(zhì)鋼定義： 調(diào)質(zhì)鋼指采用調(diào)質(zhì)處理（淬火高溫回火，獲得回火索氏體組織）作為預(yù)先熱處理或最終熱處理的結(jié)構(gòu)鋼。常用牌號(hào)： 45、40Cr、35CrMo、38CrMoAl調(diào)質(zhì)鋼熱處理 典型零件: 連桿螺栓（要求力學(xué)性能一致） 材料: 40Cr 鍛正（退）火粗車調(diào)質(zhì)精車裝配 正火：S+(少量) 消除鍛造缺陷（晶粒粗大、應(yīng)力）； 調(diào)整硬度、以利于切削加工。 調(diào)質(zhì)：S回 ，滿足整體力學(xué) 性能要求：良好的綜 合力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)鋼熱處理： 典型零件: 機(jī)床齒輪 ： 材料：45（或40Cr） 鍛正火粗機(jī)加工調(diào)質(zhì)精機(jī)加工 高頻表面淬火+低溫回火磨 正火：同上

14、調(diào)質(zhì)：S回 ，保證心部的強(qiáng)度和韌性 高頻表面淬火+低溫回火： 表： M回+A (少量)；心：S回 達(dá)到“表硬心韌”，滿足使用要求。機(jī)床變速箱齒輪 機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼3.彈簧鋼彈簧離合器彈簧拉力彈簧汽車板簧彈簧鋼性能要求： 高的彈性極限和屈服強(qiáng)度,以保證其能吸 收大量的彈性能而不發(fā)生塑性變形,同時(shí) 還具有高的疲勞強(qiáng)度和足夠的塑性、韌性。 分類及用途: 熱軋彈簧鋼: 大截面尺寸，一般加熱成型，淬火中溫回火，獲得回火托氏體（即屈氏體）組織，并進(jìn)行噴丸處理，提高疲勞強(qiáng)度。如汽車板簧； 冷拉（軋）彈簧鋼：小截面，鋼絲或薄鋼帶。冷繞成型后低溫去應(yīng)力定形處理。如氣門彈簧。汽車板簧氣門彈簧大型熱卷彈簧彈簧鋼 典型牌號(hào)

15、：65、65Mn、 60Si2Mn、 50CrV 成分特點(diǎn)： 1）碳%：0.500.75%C （中、高碳鋼） 2）Me%：Si、Mn 、Cr 淬透性，強(qiáng)化鐵素體 Si 提高s/b V 細(xì)化晶粒。 汽車板簧淬火線冷卷螺旋壓縮彈簧彈簧鋼彈簧鋼的熱處理 熱成型彈簧：典型零件：60Si2Mn汽車板彈簧 扁鋼剪斷加熱成型淬火中溫回火（T回）噴丸 冷繞成型彈簧： 200300去應(yīng)力 （定型處理） 氣門彈簧汽車板簧機(jī)械結(jié)構(gòu)鋼易切削鋼油路部件照相機(jī)外殼易切削鋼棒4.易切削鋼易切削鋼牌號(hào)： Y12Y30、Y40Mn、Y40CrSCa編號(hào)及應(yīng)用 鋼號(hào)前冠以“Y”或“易”字樣，其后面的數(shù)字表示萬分之幾的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

16、若含Mn量較高者，在鋼號(hào)后標(biāo)出Mn或錳。性能要求： 在高速切削下易斷屑、切削阻力小、表面質(zhì)量好用途： 小型大批量標(biāo)準(zhǔn)件。（如儀表、鐘表、照相機(jī)和計(jì)算機(jī)等的零件。）加入元素： S、P、Pb、Ca等，提高刀具壽命 。滾珠滾珠軸承軸承各種軸承第四節(jié) 軸承鋼用途： 制造滾動(dòng)軸承組件（內(nèi)外圈、滾子、滾珠）軸承鋼典型牌號(hào)：GCr15、 GCr15SiMn化學(xué)成分： S（ 0.02%）、P（ 0.027%）等雜質(zhì)控制嚴(yán)格。 C: 0.951.15%，保證高硬度、高耐磨性能。 Cr: 1.5%，提高淬透性，形成(Fe,Cr)3C合金滲碳體， 提高硬度及耐磨性。 大型軸承：添加適量 SiMn，提高淬透性、彈性極

17、限圓柱滾子軸承 性能要求： 高的硬度和耐磨性。 高的e和接觸疲勞強(qiáng)度。 足夠的韌性、淬透性和耐蝕性。軸承鋼熱處理 鍛壓球化退火機(jī)加工淬火、低溫回火磨加工成品 （預(yù)先熱處理） （最終熱處理） 降低硬度 淬火：830(GCr15)，保護(hù)氣氛獲得F+細(xì)小粒狀(球狀）碳化物 防氧化、脫碳； 回火：150170 組織：回火馬氏體粒狀碳化物A 精密軸承：淬火+冷處理+低溫回火 A，保證尺寸穩(wěn)定性第五節(jié) 合金工具鋼刃具鋼 1.碳素工具鋼 2.低合金刃具鋼 3.高速鋼 模具鋼 1.冷作模具鋼 2.熱作模具鋼 3.塑料模具鋼 刃具量具模具 量具鋼 一、刃具鋼成分： 過共析鋼 性能要求（四高） (1)高淬透性 (

18、2)高硬度 （HRC60） (3)高耐磨性 不僅取決于鋼的硬度，而且與鋼中硬化物的 性質(zhì)、數(shù)量、大小和分布有關(guān)。 (4)高熱硬性 熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力（亦稱紅硬性）。刃具工況 1.切削時(shí)受工件的壓力，刃部與切屑之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦； 2.由于切削發(fā)熱，刃部溫度可達(dá)500600； 3.承受一定的沖擊和震動(dòng)。 用途 制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等。切削加工一、刃具鋼1.碳素工具鋼 T7T13 淬透性 、熱硬性（2000C）-手動(dòng)工具： 手用鋸條、銼刀特殊碳素工具鋼鋼板熱處理： 鍛球化退火機(jī)加工淬火+低溫回火（M回+K+A）磨典型鋼號(hào)： 9SiCr、CrWMn 成分特點(diǎn)：

19、高碳：0.9%1.1%C，保證高硬度和高耐磨性。 合金元素（總量5）： Cr、Mn、SiJ，回火穩(wěn)定性 W、V細(xì)化晶粒2.低合金刃具鋼一、刃具鋼 由碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素(35%)形成。 用途： 用于制造形狀復(fù)雜、要求變形小的低速刃具，如板牙、絲錐、鉸刀、搓絲板及拉刀等。 熱處理： 鍛球化退火機(jī)加工淬火+低溫回火（M回+K+A）磨螺絲板牙 一、刃具鋼絲錐低合金工具鋼扳手 3.高速鋼用途：高速切削刃具車刀、銑刀、刨刀及鉆頭等。高速鋼圓鋸片高速鋼直柄麻花鉆階梯鉆銑刀一、刃具鋼高速鋼形材高速鋼典型鋼號(hào)： W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2性能特點(diǎn)： 高的淬透性（俗稱風(fēng)鋼），良好的熱硬性（

20、5600C）， 高硬度(HRC65)，高耐磨性 成分特點(diǎn)： 高碳：0.70%0.8%C 1、與W、Cr、V等形成足夠數(shù)量的碳化物； 2、碳溶于奧氏體中，以保證馬氏體的高硬度。 合金元素：Cr、W、Mo、V等，總量10： 1、W、Mo 提高熱硬性（產(chǎn)生“二次硬化”），細(xì)化晶粒 2、Cr 提高淬透性 3、V細(xì)化晶粒，產(chǎn)生“二次硬化”高速鋼W18Cr4V加工工藝及熱處理特點(diǎn) 下料鍛造退火機(jī)加工淬火 回火磨高速鋼的鑄態(tài)組織 400 高速鋼是萊氏體鋼，其鑄態(tài)組織為亞共晶組織，由魚骨狀共晶萊氏體、黑色組織和白色組織（M+A）組成，脆性大且無法熱處理改善。 （1） 鍛造作用： 不僅是為了成型，更 重要的是為

21、了擊碎粗大的魚骨狀共晶碳化物，使之均勻分布。 普通退火工藝曲線20 C/h40 C/h2315 20 C/h500550 空冷時(shí)間/h溫度 C/860880等溫退火工藝曲線40 C/h6500空冷時(shí)間/h溫度 C/800880打開爐門720750爐冷W18Cr4V的兩種退火工藝曲線高速鋼W18Cr4V（2）退火目的： 消除應(yīng)力、降低硬度、為隨后的淬火處理提供較好的原始顯微組織。 組織：索氏體顆粒狀碳化物W18Cr4V鋼的退火組織高速鋼W18Cr4V（3）淬火： 8400C預(yù)熱、127012800C加熱、6000C分級(jí)淬火 800840預(yù)熱減少變形，防止開裂 淬火加熱溫度：12701280，使合

22、金元素充分固溶于A中 ，以保證高速鋼的熱硬性及回火穩(wěn)定性。 若溫度過高，奧氏體晶粒將迅速長(zhǎng)大W18Cr4V鋼正常淬火組織：淬火馬氏體未溶碳化物殘留奧氏體高速鋼W18Cr4V（4）回火： 5600C三次回火 5600C回火，目的產(chǎn)生“二次硬化” 沉淀析出W2C,VC(彌散硬化) 使A M(二次淬火) 回火三次： 減少A量 使用狀態(tài)下組織： M回+顆粒狀碳化物+少量AW18Cr4V高速鋼淬火回火后組織W18Cr4V鋼銑刀淬火回火工藝40 C/h時(shí)間/h溫度 C/800840分級(jí)淬火1270128060min 回火60min 回火60min 回火580620560560560W18Cr4V鋼銑刀淬火

23、回火工藝高速鋼W18Cr4V銑刀二、模具鋼 (1) 用途 用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200300。 (2) 工作條件 冷模具工作時(shí)受擠壓、彎曲、沖擊及摩擦。主要失效形式是磨損，也常出現(xiàn)崩刃、斷裂和變形等失效現(xiàn)象。沖裁模鋼板冷沖模 冷鐓模1.冷作模具鋼 (3) 基本性能要求： 高硬度，一般為HRC58HRC62； 高耐磨性； 足夠的韌性和疲勞抗力；(4) 選用材料 輕載、形狀簡(jiǎn)單、小尺寸模具 碳素工具鋼，如T8A、T10A、T12A 輕載，形狀復(fù)雜或大尺寸模具 低合金刃具鋼，如9SiCr，9Mn2V，CrWMn 重載，復(fù)雜、大尺寸模具 Cr12型（Cr12，C

24、r12MoV-日本SKD11）冷沖壓件二、模具鋼冷作模具鋼典型鋼號(hào)：Cr12、Cr12MoV成分特點(diǎn) 高C ： 1.72.3% C 保證高硬度、高耐磨性。 合金元素：高Cr （12%Cr） 提高淬透性； 形成高硬度碳化物，提高耐磨性。 Mo、V細(xì)化晶粒，產(chǎn)生二次硬化。 組織特點(diǎn)： 淬火組織中存在大量殘余奧氏體； 鑄態(tài)組織中有大量共晶碳化物，又稱萊氏體鋼。 冷作模具鋼 加工工藝過程及熱處理特點(diǎn) 下料鍛造球化退火 機(jī)加工淬火回火磨 淬火回火：有一次硬化法 和二次硬化法兩種方案。 球化退火：消除應(yīng)力、降低硬度、為隨后的淬火處理提供好的原始顯微組織。 鍛造：擊碎粗大碳化物，使碳化物均勻分布 Cr12型

25、模具鋼也是萊氏體鋼，需進(jìn)行鍛造、退火, 目的同高速鋼。汽車外板冷沖模 一次硬化法 ：在較低溫度（9501000）下淬 火， 然后低溫（180200）回火，硬度可達(dá) 61HRC 64HRC，使鋼具有較好的耐磨性和韌性， 適用于重載模具。 二次硬化法： 在較高溫度（11001150）下淬 火，然后于510520多次（一般為三次）回火， 產(chǎn)生二次硬化，使硬度達(dá)60HRC62HRC，熱硬性 和耐磨性都較高。適用于在400450溫度下工作 的模具。冷作模具鋼Cr12：一次硬化法； Cr12MoV: 可一次硬化或二次硬化 使用狀態(tài)下的組織: M回+顆粒狀碳化物+A(少量)2.熱作模具鋼用途：熱作模具是使金

26、屬材料在被加熱狀態(tài)下成型的模具。 主要用于制造各種熱鍛模、 熱擠壓模和壓鑄模等。性能要求 高的熱硬性和高溫耐磨性； 高的熱強(qiáng)性和足夠的韌性; 良好的淬透性和導(dǎo)熱性類別： 熱鍛模具鋼5CrNiMo 熱擠壓模具鋼4Cr5MoSiV1(H13) 壓鑄模具鋼3Cr2W8V熱擠壓模二、模具鋼板手熱鍛模（下模）(1)熱鍛模具鋼 典型鋼號(hào)： 5CrNiMo、5CrMnMo成分特點(diǎn)（同調(diào)質(zhì)鋼）： 碳：0.5%C，保證高溫下 良好的綜合力學(xué)性能。 合金元素：Cr、Mn、Ni J、回火穩(wěn)定性、b Mo防止第二類回火脆性熱處理（同調(diào)質(zhì)鋼）： 鍛造退火（ P+F ） 機(jī)加工 淬火高溫回火 （T回或S回）磨熱作模具鋼曲

27、軸模具熱模鍛曲軸毛坯(2)熱擠壓模具鋼 典型鋼號(hào)：4Cr5MoSiV1（即美國(guó)H13) C：0.320.45% Cr：4.755.50%，提高淬透性 Mo：1.101.75%，提高淬透性 V：0.801.20%，二次硬化 Si：0.801.20%，提高抗氧化性 Si、Cr提高回火穩(wěn)定性 合金元素，淬透性、熱硬性、熱疲勞抗力 鋁合金型材熱擠壓模具、鋁合金壓鑄模具及 銅合金機(jī)鍛模具。熱作模具鋼熱擠壓模具鋼 熱處理 預(yù)先熱處理：球化退火 球化退火后組織： 點(diǎn)狀和小球狀珠光體最終熱處理 淬火：10501080 回火：500650 (兩次） 1）530 回火回火托氏體回火馬氏體 2）630 回火回火托氏

28、體回火索氏體H13鋼的球化組織（3）壓鑄模具鋼 典型鋼號(hào)：3Cr2W8V C： 中碳(0.30.4%C) ，過共析鋼 Cr：提高淬透性和抗氧化性能 W：細(xì)化晶粒，產(chǎn)生“二次硬化” 合金元素作用同高速鋼 熱處理： 預(yù)先熱處理：球化退火 淬火：10801150 回火： 560600 回火（兩次）， 回火后油冷（避免回火脆性） 回火后組織：回火馬氏體顆粒狀碳化物+A（少量）燈飾鋁合金壓鑄模 熱作模具鋼3 .塑料模具鋼 塑料制品常用成型方法： 壓塑、擠塑、 注射、擠出、發(fā)泡、吹塑等6種 性能要求 良好的拋光性能及冷熱加工性能 良好的抗腐蝕性能 一定的耐熱性 高的硬度和耐磨性失效形式： 塑料模具在工作過

29、程中主要受溫度、壓力及摩擦作用，其失效形式大多以摩擦磨損為主。二、模具鋼塑料模具鋼 選材： 各種結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、模具鋼 滲碳鋼：20Cr、20CrNi3 調(diào)質(zhì)鋼：45、40Cr 、35CrMo、38CrMoAl 熱作模具鋼：5CrMnMo、5CrNiMo 合金工具鋼：9Mn2V、CrWMn 不銹鋼：4Cr13、1Cr18Ni9Ti 預(yù)硬型塑料模具鋼： P20( 3Cr2Mo)、718 專用塑料模具鋼 制造各種量具用鋼。如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。三、量具鋼卡尺塞規(guī)千分尺二、模具鋼精密塊規(guī)性能要求 量具在使用過程中與被測(cè)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

30、。漸開線花鍵環(huán)規(guī)、塞規(guī)矩形花鍵環(huán)規(guī)、塞規(guī)光面量規(guī)二、模具鋼第六節(jié) 不銹耐蝕鋼和耐熱鋼不銹鋼 1.金屬的腐蝕及合金化原理化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕2.常用不銹鋼 按正火狀態(tài)的組織可分為 馬氏體型不銹鋼 奧氏體型不銹鋼 鐵素體型不銹鋼耐熱鋼.抗氧化鋼.熱強(qiáng)鋼.耐熱合金材料:時(shí)效型Ni基合金（700800C時(shí)效) -渦輪機(jī)葉片不銹鋼船用螺旋槳不銹鋼剪刀1Cr18Ni9Ti不銹鋼不銹鋼容器 一、不銹鋼在腐蝕介質(zhì)中具有耐蝕性能的鋼一、不銹鋼1、金屬腐蝕及合金化原理（防腐措施） 金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。（1）化學(xué)腐蝕 金屬直接與腐蝕介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使金屬逐漸被破壞。 如：鋼在高溫下的氧化。 腐蝕過

31、程：氧化膜-脫落-氧化膜-脫落 ，T顯著。 措施：如果化學(xué)反應(yīng)所形成產(chǎn)物層很致密，而且與基體結(jié)合得很牢固，它將可有效地阻擋外界腐蝕介質(zhì)原子往里擴(kuò)散，對(duì)基體起到保護(hù)作用措施。 故可加入Cr、Si、Al使鋼的表面形成致密的氧化膜（鈍化膜）Cr2O3、SiO2、 Al2O3?；す艿赖母g 概念：兩種金屬或同一金屬中的兩種相電極電位不同，在電解質(zhì)中形成原（微）電池，產(chǎn)生電流，電極電位低的陽極受腐蝕。 （2）電化學(xué)腐蝕措施： （1）加入Ni使鋼在室溫下形成單相組織； （2）加入13%Cr提高鐵素體的電極電位。 電極電位從-0.6+0.2 產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕的條件是： （1）必須有兩個(gè)電位不同的電極； （2

32、）有電解質(zhì)溶液與兩電極接觸； （3）兩個(gè)電極構(gòu)成通路。一、不銹鋼Zn-Cu原電池示意圖ZnZn珠光體的電化學(xué)腐蝕珠光體（硝酸酒精浸蝕，500）（F與Fe3C片層相間的機(jī)械混合物）一、不銹鋼(a)珠光體的電化學(xué)腐蝕原理 (b)珠光體的微電池腐蝕(c)珠光體組織的成像一、不銹鋼（3）不銹鋼的合金化原理合金化主要目的：(1)使鋼具有均勻化學(xué)成分的單相組織。(2)減小兩極間的電極電位，提高陽極的電極電位。 (3)使鋼的表面形成致密的氧化膜保護(hù)層。 主要合金元素： (1) Cr：形成致密的Cr2O3保護(hù)膜； 提高鐵素體的電極電位； Cr含量大于13%時(shí)，形成單相鐵素體組織 (2) Ni：擴(kuò)大相區(qū)，使鋼在

33、室溫下呈單相組織一、不銹鋼一、不銹鋼2、常用不銹鋼 按正火狀態(tài)的組織可分為 （1）馬氏體型不銹鋼 （2）奧氏體型不銹鋼 （3）鐵素體型不銹鋼（1）馬氏體型不銹鋼典型鋼號(hào) : Cr13型不銹鋼， 9Cr18不銹鋼等。0Cr13、1Cr13、2Cr13： 結(jié)構(gòu)鋼（如汽輪機(jī)葉片）3Cr13、4Cr13：淬火+低溫回火（M回）工具鋼（如醫(yī)療器械、餐具、軸承）手術(shù)刀汽輪機(jī)葉片一、不銹鋼 低碳：碳高，則降低耐蝕性。 主加元素Cr：形成致密的Cr2O3保護(hù)膜； 提高鐵素體的電極電位。（2）奧氏體型不銹鋼典型鋼號(hào)：1Cr18Ni9Ti成分： C（0.1%） Cr 鈍化；提高基體電極電位。 Ni擴(kuò)大相區(qū)，使鋼在

34、室溫下呈單相組織。 Ti防止晶間腐蝕（Ti優(yōu)先與C形成TiC，使Cr23C6 不出現(xiàn)，防止晶界貧Cr）性能特點(diǎn)：耐蝕性，塑性、韌性， 焊接性能，無磁性， 適宜作冷成型。一、不銹鋼晶間腐蝕用途：廣泛用于化工設(shè)備及管道。大型化工儲(chǔ)罐(304)熱交換器(316L)熱處理： 固溶處理：即加熱到 1100使碳化物溶解后水冷，獲得 單相奧氏體組織。 穩(wěn)定化處理； 除應(yīng)力處理一、不銹鋼（3）鐵素體型不銹鋼典型鋼號(hào)： 1Cr17 C ： 0.1% Cr：17% 縮小相區(qū)，使鋼 呈單一的鐵素體組織， 無 相變，故不能用淬火方法強(qiáng)化。 性能特點(diǎn)： 耐酸蝕，抗氧化能力強(qiáng)，塑性好。但k較低。一、不銹鋼用途：廣泛用于硝

35、酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。硝酸生產(chǎn)裝置二、耐熱鋼概念是指在高溫下具有高的熱化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的特殊鋼。成分特點(diǎn).耐熱鋼中不可缺少的合金元素是Cr、Si或Al，特別是Cr形成Cr2O3、 SiO2、Al2O3保護(hù)膜，提高鋼的抗氧化性，Cr還有利于熱強(qiáng)性。.Mo、W、V、Ti等元素加入鋼中，能形成細(xì)小彌散的碳化物，起彌散強(qiáng) 化的作用，提高室溫和高溫強(qiáng)度。性能要求 高的熱穩(wěn)定性（抗氧化性）具有較好的抗高溫氧化性能 熱強(qiáng)性高溫下具有良好的抗蠕變和抗斷裂的能力。用途 制造加熱爐、鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫裝置中的零部件。汽輪機(jī)葉片1.抗氧化鋼應(yīng)用舉例燃汽輪機(jī)概念在高溫下具有良好的抗氧化性能，而且有一定強(qiáng)度的鋼，又叫 耐熱不起皮鋼。熱處理固溶處理。典型鋼號(hào)3Cr18Mn12Si2N(Cr-Mn-N)； T工作10000C，加熱爐附件等。二、耐熱鋼2、熱強(qiáng)鋼 要求蠕變強(qiáng)度蠕變?cè)诟邷叵?，外加?yīng)力小于 屈服強(qiáng)度時(shí)，隨時(shí)間而緩 慢變形的現(xiàn)象。有P型：15CrMo在正火和回火狀態(tài)下使用 M型：Cr13、4Cr9Si2在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用 型：1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo一般進(jìn)行固溶處理或固溶加時(shí)效處理。二、耐熱鋼飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)第七節(jié) 粉末冶金材料定義粉末冶金材料是將金屬粉末（或和非金屬粉末的混合物）混合，壓制成型，然后對(duì)制品進(jìn)行燒