鋼的基礎(chǔ)知識(shí)-工業(yè)用鋼

第六講鋼材料工業(yè)用鋼鋼的基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼鋼的基礎(chǔ)知識(shí)一.常存元素對(duì)鋼的組織和性能的影響

雜質(zhì)及合金元素與鐵和碳的作用。合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響。合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響。一）雜質(zhì)和氣體的影響

Mn—脫氧、去硫,提高鋼的強(qiáng)度和硬度。

Si

—有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,能脫氧。1.有益元素2.有害元素:

P

—有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,低溫韌性差。

(冷脆現(xiàn)象)

S

—能引起鋼在熱加工時(shí)或高溫工作下開裂。

(熱裂

)3.氣體元素:

N：鋼中過(guò)飽和N在常溫放置過(guò)程中會(huì)發(fā)生時(shí)效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除時(shí)效傾向。

O：鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源。

H：原子態(tài)的過(guò)飽和氫時(shí)將降低韌性,引起氫脆。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，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，

稱白點(diǎn)或發(fā)裂。鋼中白點(diǎn)二)合金元素與鐵和碳的作用1.溶于基體中形成合金F或合金A。2.與碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。3.單獨(dú)形成特殊碳化物

TiC、VC。1.溶于基體中形成合金F或合金A1.溶于基體中形成合金F或合金A2.與碳作用形成合金碳化物Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱強(qiáng)

弱碳化物元素:Fe、Mn。

中強(qiáng)碳化物元素:Cr、Mo、W。

強(qiáng)碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。

碳化物形成元素在周期表中都是位于鐵元素的左邊的過(guò)渡族金屬元素,它們都有一個(gè)未填滿的d電子亞層,當(dāng)形成碳化物時(shí),碳原子首先將其價(jià)電子填入金屬原子未填滿的d電子亞層,使形成的碳化物具有金屬鍵結(jié)合的性質(zhì),金屬原子的d電子亞層愈不滿(周期表中,在鐵左邊離鐵愈遠(yuǎn)),則其與碳的親和力愈強(qiáng),形成碳化物的能力愈大,愈穩(wěn)定,而且不易分解。3.單獨(dú)形成特殊碳化物

熔點(diǎn)、硬度、耐磨性最高。

穩(wěn)定性最高。TiC、NbC、VC。三)合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響擴(kuò)大奧氏體區(qū)縮小奧氏體區(qū)改變共晶點(diǎn)和共析點(diǎn)的參數(shù)1.擴(kuò)大奧氏體區(qū)的合金元素Mn、Ni、Co等元素。作用:使A3線溫度下降,A4線溫度上升。

Mn元素對(duì)奧氏體區(qū)的影響2.縮小奧氏體區(qū)的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素。作用:

使A3線溫度上升,A4線溫度下降。

Cr

元素對(duì)奧氏體區(qū)的影響3.改變共晶點(diǎn)和共析點(diǎn)參數(shù)的元素幾乎所有的合金元素。作用:使S點(diǎn)和E點(diǎn)的成分向左移。

使A1線的溫度變化。

合金元素對(duì)S點(diǎn)成分的影響合金元素對(duì)A1線的影響四)合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響加熱時(shí)對(duì)奧氏體形成的影響對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響1.合金元素對(duì)加熱時(shí)奧氏體形成的影響除Mn

元素外,所有合金元素的加入,均使奧氏體的形成速度減慢。強(qiáng)碳化物形成元素能強(qiáng)烈的阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大(

Ti、V、Zr、Nb

等)。非碳化物形成元素能輕微的阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大(

Si、Ni、Cu、Co

等)。2.合金元素對(duì)過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響

除

Co元素外,所有的合金元素均使鋼的

TTT曲線向右移。

除

Co、Al元素外,所有的合金元素都使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下降。

提高鋼的淬透性,常用的元素有:

Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。3.合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響回火抗力的增加

二次硬化的產(chǎn)生

產(chǎn)生回火脆性

W、Mo、V等碳化物在550℃時(shí),使鋼達(dá)到最高硬度,產(chǎn)生二次硬化。Cr-Ni鋼的回火脆性示意圖

防止第二類回火脆性的產(chǎn)生的方法:在500～600℃快速冷卻。加入合金元素W、Mo。二.合金元素在鋼中的作用1.主加元素:對(duì)提高鋼的性能起主要作用。

Si、Mn、Cr、Ni、B。2.輔加元素:配合主加元素進(jìn)一步提高鋼的性能,彌補(bǔ)主加元素的不足與缺陷。

W、Mo、V、Ti、Nb。補(bǔ)充：鋼鐵的冶煉高爐煉鐵鑄鐵錠生產(chǎn)鑄鐵件煉鋼生鐵轉(zhuǎn)爐平爐電爐生產(chǎn)鋼件

2.沸騰鋼(boilingsteel)

鋼液在澆注僅前進(jìn)行輕度假脫氧,Wo=0.03%～0.07%,成分偏析較嚴(yán)重、組織不致密。機(jī)械性能不均勻,沖擊韌性差,常用于要求不高的零件。

1.鎮(zhèn)靜鋼(killedsteel)

鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鉛進(jìn)行了充分脫氧,Wo=0.01%左右,成分較均勻、組織較致密。主要用于機(jī)械性能要求較高的零件。

3.半鎮(zhèn)靜鋼(balancedsteel)半鎮(zhèn)靜鋼是脫氧過(guò)程介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼,是用錳鐵和硅鐵進(jìn)行脫氧。其質(zhì)量也介于二者之間,可代替部分鎮(zhèn)靜鋼,一般不適于做重要零件。碳鋼的分類按鋼的含碳量分類：低碳鋼：Wc<0.25%中碳鋼：Wc0.25~0.6%高碳鋼：Wc>0.6%按鋼的質(zhì)量分類：普通碳素鋼：Ws<0.055%

Wp<0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼：WpWs<0.040%高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：Ws<0.030%

Wp<0.035%按鋼的用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼：制造各種工程構(gòu)件和機(jī)器零件碳素工具鋼：制造各種刀具、量具、模具特殊性能鋼、專業(yè)用鋼碳鋼性能較好、容易加工、成本低廉，工程上應(yīng)用最廣、使用量最大（90%）；碳鋼缺點(diǎn)淬透性不高、耐回火性較差和不能滿足更高的力學(xué)性能要求或某些特殊性能（如耐熱、耐蝕）等；合金鋼有意加入合金元素，克服了碳鋼使用性能的不足，從而可在重要或某些特殊場(chǎng)合下使用。20鋼：σb≥410N/mm2

16Mn：σb≥520N/mm2（Mn1.2～1.6％）合金鋼(AlloySteel)其他的分類方法按冶金質(zhì)量分類：按鋼中所含有害雜質(zhì)硫、磷的多少，可分為三類：

普通鋼（S%≤0.055%，P%≤0.045%） 優(yōu)質(zhì)鋼（S%、P%≤0.040%） 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（S%≤0.030%，P%≤0.035%）按金相組織分類： 按鋼退火態(tài)的金相組織可分為亞共析鋼、共析鋼、過(guò)共析鋼三種。 按鋼正火態(tài)的金相組織可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼等。

總之：鋼的產(chǎn)品命名時(shí)，常把成分、質(zhì)量和用途幾種分類方法結(jié)合起來(lái)。如碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、高速工具鋼等。牌號(hào)的表示方法(GB)GB221-79規(guī)定，由三大部分相結(jié)合組成：①化學(xué)元素符號(hào):表示鋼中所含化學(xué)元素種類；②漢語(yǔ)拼音字母:表示產(chǎn)品名稱、用途、冶煉

方法等特點(diǎn)，常采用的縮寫字母及涵義表；③阿拉伯?dāng)?shù)字:表示鋼中主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

或產(chǎn)品的主要性能參數(shù)或代號(hào)。

三、鋼的牌號(hào)（編號(hào)）鋼的編號(hào)：為了管理和使用的方便，每一種鋼都應(yīng)該有一個(gè)簡(jiǎn)明的編號(hào)。世界各國(guó)鋼的編號(hào)方法不一樣。鋼編號(hào)的原則主要有兩條：（1）根據(jù)編號(hào)可以大致看出該鋼的成分。（2）根據(jù)編號(hào)可大致看出該鋼的用途。(一)、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q＋數(shù)字＋字母＋脫氧符號(hào)字母其中，“Q”字是鋼材的屈服強(qiáng)度“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首，緊跟后面的是屈服強(qiáng)度值，再其后分別是質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法。例如：Q235AF即表示屈服強(qiáng)度值為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。牌號(hào)中規(guī)定了A、B、C、D四種質(zhì)量等級(jí)，A級(jí)質(zhì)量最差，D級(jí)質(zhì)量最好。按脫氧制度，沸騰鋼在鋼號(hào)后加“F”，半鎮(zhèn)靜鋼在鋼號(hào)后加“b”，鎮(zhèn)靜鋼則不加任何字母。三、鋼的牌號(hào)(二)、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼方法相同：“兩位數(shù)字＋合金元素＋數(shù)字＋…”表示。鋼號(hào)的前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾。沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼等在鋼號(hào)后特別標(biāo)出?；瘜W(xué)元素符號(hào)后面的數(shù)字則表示該元素的含量，一般百分之幾表示。凡合金含量小于1.5%時(shí)，只標(biāo)明元素符號(hào)而不含量。如平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%、……時(shí),則相應(yīng)地在元素符號(hào)后面標(biāo)以2、3、4……。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在其鋼號(hào)后加“高”或“A”。鋼中的V、Ti等合金元素，雖含量很低，但起重要的作用，故應(yīng)在鋼號(hào)中標(biāo)出。三、鋼的牌號(hào)(三)、碳素工具鋼：以“T＋數(shù)字＋字母”表示。

鋼號(hào)前面的“T”表示碳素工具鋼，其后的數(shù)字表示含碳量的千分之幾。如平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼，其鋼號(hào)為“碳8”或“T8”。含錳量較高者，在鋼號(hào)后標(biāo)以“錳”或“Mn”,如“碳8錳”或“T8Mn”。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在其鋼號(hào)后加“高”或“A”，如“碳10高”或“T10A”?！?鋼的分類及牌號(hào)三、鋼的牌號(hào)(四)、合金工具鋼與特殊性能鋼：以“一位數(shù)字（或沒(méi)有數(shù)字）＋元素＋數(shù)字＋…”表示。特殊性能鋼同。

其編號(hào)方法與合金結(jié)構(gòu)鋼大體相同，區(qū)別在于含碳量的表示方法，當(dāng)碳含量≥1.0%時(shí)，則不予標(biāo)出。如平均含碳量<1.0%時(shí)，則在鋼號(hào)前以千分之幾表示它的平均含碳量，如9CrSi鋼，平均含碳量為0.90%，主要合金元素為鉻、硅，含量都小于1.5%。

對(duì)于含鉻量低的鋼，其含鉻量以千分之幾表示，并在數(shù)字前加“0”，以示區(qū)別。如平均Cr=0.6%的低鉻工具鋼的鋼號(hào)為“Cr06”。在高速鋼的鋼號(hào)中，一般不標(biāo)出含碳量，只標(biāo)出合金元素含量平均值的百分之幾。如“鎢18鉻4礬”三、鋼的牌號(hào)(五)、專用鋼：指某些用于專門用途的鋼種。

以其用途名稱的漢語(yǔ)拼音第一個(gè)字母表明該鋼的類型，以數(shù)字表明其含碳量；化學(xué)元素符號(hào)表明鋼中含有的合金元素，其后的數(shù)字標(biāo)明合金元素的大致含量。如滾珠軸承鋼在編號(hào)前標(biāo)以“G”字，其后為鉻/Cr+數(shù)字，數(shù)字表示鉻含量平均值的千分之幾，如GCr15。如易切鋼前標(biāo)以“Y”字，Y40Mn表示含碳量約0.4%，含錳量小于1.5的易切鋼。三、碳素鋼的編號(hào)及用途1.碳素結(jié)構(gòu)鋼:

Q

235—A·F沸騰鋼A等級(jí)235MPa屈服強(qiáng)度2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼*

45---Wc=0.45%*

較高錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

45Mn---Wc=0.45%;WMn=0.7%～1.0%3.碳素工具鋼T

12

A高級(jí)優(yōu)質(zhì)Wc=1.2%碳素工具鋼4.鑄造碳鋼ZG

200-400σb

≥400MPaσs≥200MPa鑄鋼合金結(jié)構(gòu)鋼(AlloyConstructionalSteel)普通低合金鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼易切削鋼一.普通低合金鋼

(commonlow–alloyedsteel)1.化學(xué)成分:碳素結(jié)構(gòu)鋼+

合金元素主加合金元素:Mn1.8%以內(nèi)。輔加合金元素:V、Ti、Nb、B。一.普通低合金鋼Q460鋼含Mo、B，正火組織為B，強(qiáng)度高，用于石化中溫高壓容器。壓力容器南京長(zhǎng)江大橋

Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。

Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的容器。萬(wàn)噸遠(yuǎn)洋輪二.碳素滲碳鋼及合金滲碳鋼1.對(duì)滲碳鋼的性能要求:2.對(duì)滲碳鋼的含碳量的要求:低碳3.滲碳鋼的熱處理特點(diǎn):滲碳

淬火

+

低溫回火(180～200℃)表硬里韌Wc≤0.25%Wc=0.15～0.25%合金元素:Cr、Mn、

Ni、B、V、W、

Mo、Ti等。表層:M回+Fe3C+A殘心部:F+P表層:M回+Cm+A殘心部:低碳M回

+F碳素滲碳鋼合金滲碳鋼化學(xué)成分熱處理后的組織4.合金滲碳鋼的牌號(hào)20

Mn2

Ti

A等級(jí):高級(jí)優(yōu)質(zhì)含鈦量WTi≤1.5%含錳量WMn2%含碳量WC20%005.典型合金滲碳鋼種介紹

低淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量＜3%15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷、凸輪軸等。中淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量在4%左右。20CrMn、20CrMnTi、

20Mn2TiB。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。柴油機(jī)凸輪軸活塞銷(20Cr)5.典型合金滲碳鋼種介紹高淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量在

4%～6%。18Cr2NiWA、

20Cr2Ni4A等。用于大載荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。

柴油機(jī)曲軸

20CrMnTi鋼制造齒輪的熱處理工藝曲線三.碳素調(diào)質(zhì)鋼及合金調(diào)質(zhì)鋼1.對(duì)調(diào)質(zhì)鋼的性能要求:既強(qiáng)又韌2.對(duì)調(diào)質(zhì)鋼的含碳量的要求:中碳3.調(diào)質(zhì)鋼的熱處理特點(diǎn):淬火+

高溫回火(500～650℃)Wc=0.25～0.6%Wc=0.25～0.5%合金元素:

Cr、Mn、

Ni、B、Si、V、

W、Mo、Ti等。表層:S回碳素調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼化學(xué)成分熱處理后的組織心部:P+F表層:S回心部:S回4.合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)40Cr40Mn40MnB35CrMo38CrMoAlA25Cr2Ni4WA5.典型合金調(diào)質(zhì)鋼種介紹

低淬透性調(diào)質(zhì)鋼鋼含合金元素總量＜3%。40Cr、40MnB等。

中淬透性調(diào)質(zhì)鋼鋼含合金元素總量在4%左右。38CrSi、35CrMo等。圓錐齒輪柴油機(jī)凸輪軸常用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等零件。5.典型合金調(diào)質(zhì)鋼種介紹

高淬透性調(diào)質(zhì)鋼鋼含合金元素總量在4%～10%。

制造大截面重載荷零件，如曲軸等用高淬透性的零件等。38CrMoAlA、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA等。

40Cr鋼制造連桿螺栓的熱處理工藝曲線四.碳素彈簧鋼及合金彈簧鋼1.對(duì)彈簧鋼的性能要求:高的σe、高的σs/σb、高的σ-1、良好的韌。2.對(duì)彈簧鋼含碳量的要求:中、高碳。3.熱成型彈簧鋼的熱處理特點(diǎn):淬火+

中溫回火(450～550℃)碳素彈簧鋼合金彈簧鋼化學(xué)成分熱處理后的組織Wc=0.6～0.9

%Wc=0.5～0.7%合金元素:

Si、Mn、Cr、V、W、Mo等。T回制造尺寸小于Φ8～15mm的小型彈簧。T回制造尺寸在Φ20～25mm左右的彈簧。4.合金彈簧鋼的牌號(hào)6565Mn55Si2Mn60Si2Mn50CrVA50CrMnA55SiMnMoVNb5.冷成形彈簧生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

用于生產(chǎn)尺寸小于Φ8～15mm的小型彈簧,常用彈簧鋼絲(片)冷繞成形,其制造方法有:T組織冷成型+200～300℃去應(yīng)力退火。60、75、85、65Mn。

T回組織冷成型+去應(yīng)力退火。退火組織冷成型+淬火+中溫回火。

55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。汽車板簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧簧彈絲五.滾動(dòng)軸承鋼(bearingsteel)1.性能要求:高的硬度強(qiáng)度和耐磨性;高的接觸疲勞強(qiáng)度;足夠的韌性和耐蝕性;高的純凈度;滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承五.滾動(dòng)軸承鋼(bearingsteel)2.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳,Wc=0.9～1.1%。主加Cr,0.4～1.65%

輔加Si、Mn。優(yōu)質(zhì)鋼材。五.滾動(dòng)軸承鋼(bearingsteel)3.熱處理特點(diǎn):球化退火+淬火+低溫回火極細(xì)回火馬氏體+細(xì)粒狀碳化物+少量殘余奧氏體4.滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)G

Cr9

Si

Mn

含Mn量WMn≤1.5

%

含Si量WSi≤1.5%

含Cr量WCr≈0.9%

滾動(dòng)軸承鋼5.鉻軸承鋼制造軸承的工藝路線鍛造球化退火機(jī)加工淬火+冷處理(–60～–80℃;1h)

低溫回火磨削加工穩(wěn)定化處理(120～130℃；5～10h)

六.易切削鋼(fee–cuttingsteel)2.性能要求:降低切削力和切削熱,減少刀具磨損,延長(zhǎng)刀具壽命,改屑性能,提高切削速度。3.化學(xué)成分特點(diǎn):1.用途:適用于高速切削和在自動(dòng)加工機(jī)床上加工的材料。S:Ws=0.08～0.3%Pb:WPb=0.15～0.25%Ca:微量4.易切削鋼的牌號(hào)Y

40

Mn

含錳量WMn≤1.5

%

含碳量WC0.4

%

易切削鋼5.易切削鋼的熱處理工藝特點(diǎn)

低碳易切削鋼(Y12、Y15、Y20)

滲碳或淬火成低碳馬氏體。

中碳易切削鋼(Y40)

調(diào)質(zhì)及表面淬火。合金工具鋼合金刃具鋼(alloycuttingsteel)合金模具鋼(alloydiesteel)合金量具鋼(alloymeasuringsteel)量具刃具模具一.碳素刃具鋼1.性能要求:高硬度、高耐磨性,有一定的強(qiáng)度和韌性。2.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳。3.熱處理特點(diǎn):淬火+低溫回火4.組織:

M回+Fe3C+A殘5.用途:用于低速、低溫(＜200℃）、低沖擊、硬度在HRC62左右的刃具。一.碳素刃具鋼銼刀手錘二.合金刃具鋼種類:低合金刃具鋼;高速鋼。牌號(hào):合金元素及含量千分之幾的含碳量

9

SiCrW18Cr4V1.低合金刃具鋼1.性能要求:高硬度、高耐磨性、有一定的紅硬性、強(qiáng)度和韌性,工作溫度不超過(guò)300℃。2.化學(xué)成分特點(diǎn):*高碳*加入Cr、Mn、Si、

W、V

等合金元素。3.熱處理特點(diǎn):球化退火淬火+低溫回火

9SiCr鋼板牙熱處理工藝曲線板牙2.高速鋼(high–speedsteel)(1)性能要求:高硬度、高耐磨性、高的紅硬性(600℃時(shí),HRC63以上)、有一定的強(qiáng)度和韌性。高速鋼---鋒鋼、風(fēng)鋼;18–4–1

鋼車刀銑刀鉆頭(2)化學(xué)成分特點(diǎn):高碳0.7～1.5%:鎢18%:鉬5%:鉻4%:釩1.5%:

保證高硬度退火狀態(tài)下形成M6C碳化物,在560℃左右回火時(shí),彌散析出W2C,造成二次硬化,提高鋼的紅硬性。1%Mo的作用等同于2%W。形成Cr23C6碳化物;提高鋼的淬透性。形成VC,硬度極高,提高鋼的硬度和耐磨性,產(chǎn)生二次硬化。(3)W18Cr4V鋼的生產(chǎn)工藝及熱處理特點(diǎn)鑄造鍛造球化退火機(jī)加工淬火+三次570℃回火磨削加工

鑄造:高速鋼屬于萊氏體鋼,鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大幅下降。

W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織

W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織鍛造:魚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?。W18Cr4V鍛造組織210球化退火:消除應(yīng)力,調(diào)整組織,便于機(jī)加工,

為淬火作好組織準(zhǔn)備。球化退火后的組織:

S+粒狀Cm

W18Cr4V球化退火組織420

W18Cr4V鋼的熱處理過(guò)程示意圖淬火:1280℃;

淬火后的組織:M+Cm+A殘(20～25%)

W18Cr4V鋼淬火組織

W18Cr4V淬火組織300三次570℃回火在570℃回火時(shí),產(chǎn)生二次硬化。三次570℃回火*淬火后A殘約20～25%。*第一次回火后A殘約剩15～18

%。*第二次回火后A殘約剩3～5

%。*第三次回火后A殘約剩1～2

%。回火后的組織:

M回+Cm+A殘(1～2%)組織硬度為65HRC以上。

W18Cr4V淬火+一次回火組織

W18Cr4V淬火+三次回火組織W18Cr4V淬火+三次回火組織420

三.合金模具鋼(alloydiesteel)熱作模鋼:工作溫度為600℃以上。冷作模鋼:工作溫度為200～300℃。一)熱作模鋼(hotdiesteel)1.性能要求:高的熱硬性、高溫耐磨性;高的抗氧化能力;高的熱強(qiáng)性和足夠高的韌性;高的熱疲勞抗力(防止龜裂);高的淬透性和導(dǎo)熱性;2.化學(xué)成分特點(diǎn):中碳0.3～0.6%;合金元素:Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V。曲軸模具3.熱處理特點(diǎn):

*熱鍛模鋼:5CrMnMo熱處理工藝:淬火+550℃回火熱處理后的組織:S回或T回

溫度時(shí)間～500℃820～850℃預(yù)冷油冷530～550℃回火3.熱處理特點(diǎn):

*熱壓模鋼:3Cr2W8V熱處理工藝:淬火+600℃三次回火熱處理后的組織:M回+Cm粒狀汽車四缸壓鑄模二)冷作模鋼(colddiesteel)1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;足夠高的韌性與疲勞抗力;熱處理變形小;2.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳1～2%;合金元素:Cr,Mo、W、V。汽車沖壓模具3.熱處理特點(diǎn):

*一次硬化法:

淬火+低溫回火(950～1000℃)(150～180℃)

*二次硬化法:

淬火+三次回火(1100～1000℃)(510～520℃)熱處理后的組織:

M回+Cm+A殘牌號(hào):

Cr12、Cr12MoV四.合金量具鋼1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;高的尺寸穩(wěn)定性;足夠高的心部韌性;熱處理變形小;尺寸穩(wěn)定;良好的耐蝕性;卡尺量規(guī)千分尺3.熱處理特點(diǎn):4.熱處理后的組織:M回+

Cm淬火冷處理(-70～-80℃)低溫回火時(shí)效處理(120～130℃,幾十小時(shí))5.牌號(hào):

CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr、T12A、60等。2.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳0.9～1.5%;合金元素:Cr,Mn、W。

CrWMn鋼制造塊規(guī)退火后的熱處理工藝～650℃820～840℃油冷3h-70～-80℃冷處理140～160℃3h110～120℃36h時(shí)效處理精磨3h研磨溫度時(shí)間第四節(jié)特殊性能鋼

不銹鋼(stainlesssteel)耐熱鋼(heat–resistantsteel)耐磨鋼(wear–resistantsteel)

一.不銹鋼(stainlesssteel)1.定義:

在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐蝕能力的鋼。2.概念:*在空氣中的年腐蝕量為0.01mm以內(nèi)的鋼,稱為在空氣中使用的不銹鋼。

*在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中的年腐蝕量為0.1mm以內(nèi)的鋼,稱為在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中使用的不銹鋼。3金屬腐蝕的機(jī)理.金屬腐蝕的種類:1)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)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)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。

電化學(xué)腐蝕過(guò)程示意圖

珠光體電化學(xué)腐蝕示意圖4.金屬的防腐措施:1)覆蓋層保護(hù):涂漆、電鍍、發(fā)藍(lán)、磷化等工藝。2)形成氧化層:加入合金元素Cr、Al、Si等,形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。3)提高金屬的電極電位:加入合金元素Cr、Ni、Si等,提高金屬基體的電極電位。4)使鋼在室溫下呈單相組織:加入合金元素Mn、Ni、Co等能擴(kuò)大

γ區(qū),可在室溫獲得奧氏體鋼。加入合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、

Si等能擴(kuò)大α區(qū),可在室溫獲得鐵素體鋼。5)減少與消除鋼中的各種不均勻現(xiàn)象:

偏析、應(yīng)力、組織等。6)犧牲陽(yáng)極保護(hù)陰極:

鑲嵌一些比金屬或合金基體電極電位更低的金屬塊。5.化學(xué)成分特點(diǎn):

*

低碳:耐蝕性要求愈高,碳含量愈低。

*合金元素:主加Cr。

輔加Ni、Mo、Cu、Ti、Nb、Mn等。6.常用的不銹鋼:

*馬氏體型不銹鋼

*鐵素體型不銹鋼

*奧氏體型不銹鋼1)馬氏體型不銹鋼---Cr13型鋼化學(xué)成分特點(diǎn):

Wc=0.1～0.4%

WCr=13%熱處理特點(diǎn):正火后的組體是馬氏體。牌號(hào):1Cr13～4Cr13用途:醫(yī)療器械醫(yī)用鑷子

1Cr13金相組織圖1Cr13供貨狀態(tài)組織(化染)580

2)鐵素體型不銹鋼化學(xué)成分特點(diǎn):

Wc=0.1%左右

WCr=17%熱處理特點(diǎn):不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。牌號(hào):1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。用途:化工設(shè)備中要求耐蝕性高、塑性好、強(qiáng)度低的容器、管道等。鐵素體型不銹鋼的用途硝酸生產(chǎn)裝置合成氨生產(chǎn)裝置3)奧氏體型不銹鋼---18–8型鋼化學(xué)成分特點(diǎn):

Wc=0.08～0.14%

WCr=17～19%

WNi=8～11%Cu、Ti、Mo等。加工特點(diǎn):不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,只能冷塑性變形強(qiáng)化。熱處理特點(diǎn):固溶處理;穩(wěn)定化處理;

消除應(yīng)力退火。牌號(hào):0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、

0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti用途:化工容器、管道等。大型化工儲(chǔ)罐(304)管板換熱器(304)

1Cr18Ni9Ti固溶處理組織金相圖1Cr18Ni9Ti固溶處理組織580二.耐熱鋼1.定義:在高溫下具有抗氧化性和高溫強(qiáng)度的特殊鋼。2.性能要求抗氧化性

(熱穩(wěn)定性)高溫強(qiáng)度(熱強(qiáng)性)蠕變強(qiáng)度持久強(qiáng)度3.提高鋼的耐熱性的途徑:

加入合金元素Cr、Si、Al等,