碳鋼及合金鋼

碳鋼及合金鋼第1頁/共186頁金屬材料的分類金屬黑色金屬碳鋼合金鋼鑄鐵有色金屬銅及銅合金鋁及鋁合金鈦及鈦合金軸承合金銅及銅合金鋁及鋁合金第2頁/共186頁非合金鋼（碳鋼）第3頁/共186頁碳鋼中的元素雜質(zhì)元素：

鋼中除Fe、C兩種主要組成元素外。合金元素：因冶煉等原因，鋼中不可避免地存在的一些元素。為改善鋼的性能，冶煉時有目的地加入鋼中的元素。雜質(zhì)元素和合金元素在鋼中的作用第4頁/共186頁不管是雜質(zhì)元素、還是合金元素，都會對鋼的組織和性能產(chǎn)生影響。第5頁/共186頁一、雜質(zhì)元素對鋼性能的影響鋼中的常存雜質(zhì)元素Mn、Si、S、P第6頁/共186頁1、Si的作用來源有益作用有害影響煉鋼時加入的脫氧劑。能消除FeO夾雜對鋼的不良影響，少量能溶入F中起固溶強化作用，提高鋼的強度、硬度及彈性。過多會造成塑性下降，沖擊性能變差。有益元素第7頁/共186頁2、Mn的作用來源有益作用有害影響煉鋼時加入的脫氧劑。能與S化合形成MnS，減輕S的有害影響；少量能溶入F中起固溶強化作用。過多會造成塑性下降。有益元素第8頁/共186頁3、S的作用來源有益作用有害影響煉鋼原料和燃料。在鋼中形成FeS,FeS與Fe形成低熔點（985℃）共晶體分布在晶界上，使得對鋼進行熱加工時容易脆化開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。有害元素第9頁/共186頁4、P的作用來源有益作用有害影響煉鋼原料和燃料。引起鋼的塑性和韌性急劇下降，尤其在低溫時脆性更大，這種現(xiàn)象稱為冷脆。有害元素少量能溶入F中，使強度、硬度顯著提高。第10頁/共186頁雜質(zhì)元素總結(jié)：元素有益與有害是相對的：硅、錳雖有益，但也不是多多益善；硫、磷雖有害，應(yīng)該嚴格控制含量。第11頁/共186頁鋼的分類按化學(xué)成分分類非合金鋼（碳素鋼）低合金鋼合金鋼第12頁/共186頁按碳含量Wc低碳鋼：<0.25%中碳鋼：0.25~0.60%高碳鋼：>0.60%按質(zhì)量普通質(zhì)量碳鋼：優(yōu)質(zhì)碳鋼：特殊質(zhì)量碳鋼：按用途非合金鋼分類碳素結(jié)構(gòu)鋼：碳素工具鋼：碳素鑄鋼：第13頁/共186頁按質(zhì)量普通質(zhì)量低合金鋼優(yōu)質(zhì)低合金鋼特殊質(zhì)量低合金鋼按主要性能及特性可焊接的低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼低合金耐熱鋼低合金鋼筋鋼低合金鋼分類鐵道用低合金鋼，等第14頁/共186頁按質(zhì)量優(yōu)質(zhì)合金鋼特殊質(zhì)量合金鋼按主要性能及特性工程結(jié)構(gòu)用合金鋼機械結(jié)構(gòu)用合金鋼不銹、耐蝕和耐熱鋼合金鋼分類工具鋼軸承鋼特殊性能鋼第15頁/共186頁非合金鋼（碳鋼）碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼鑄造碳鋼第16頁/共186頁1、碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q×××AF屈服點屈服點s的值質(zhì)量等級：A、B、C、D、E脫氧方法沸騰鋼F半鎮(zhèn)靜鋼b鎮(zhèn)靜鋼Z特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ第17頁/共186頁例：Q235AF

表示屈服點為235MPa、質(zhì)量為A級的碳素結(jié)構(gòu)鋼，是沸騰鋼。Q285B

表示屈服點為285MPa、質(zhì)量為B級的碳素結(jié)構(gòu)鋼，是鎮(zhèn)靜鋼，省略Z。第18頁/共186頁碳素結(jié)構(gòu)鋼成分熱處理性能典型牌號含碳量較低，Wc<0.30%正火，使用時不進行熱處理。較高的強度，良好的塑性與韌性；并具有良好的焊接性。

Q235第19頁/共186頁Q195、Q215、Q235、Q255、275一般橋梁、建筑結(jié)構(gòu)，普通機械零件，如螺釘、螺母等?？捎糜谑芰^大的機械零件，如鏈輪、拉桿等。應(yīng)用第20頁/共186頁2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：

用兩位數(shù)字表示鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)的萬分數(shù)。例：45

——表示平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。第21頁/共186頁08F

———表示W(wǎng)c為0.08%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，屬沸騰鋼。65Mn

———表示W(wǎng)c為0.65%、含錳量較高（WMn=0.9~1.2%)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。第22頁/共186頁優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼性能典型牌號Wc=0.05-0.85%，多數(shù)為低中碳成分，少數(shù)高碳。一般使用時必須進行熱處理。較高強度，較好塑性與韌性。性能變化范圍較大。

45成分熱處理第23頁/共186頁08F、20、45、65冷沖壓件，如汽車和儀表外殼、容器、罩子等。冷沖壓件、焊接件和標(biāo)準件、滲碳件等零件。調(diào)質(zhì)件：機床齒輪、機床主軸、曲軸、連桿等重要零件。彈性件和耐磨件：小尺寸彈簧、低速車輪等應(yīng)用第24頁/共186頁3、碳素工具鋼：

T（“碳”）+兩位數(shù)字（表示鋼中平均碳的質(zhì)量分數(shù)的千分數(shù)）。例：T8

——表示平均碳質(zhì)量分數(shù)為0.8%的碳素工具鋼。T12A

——表示平均碳質(zhì)量分數(shù)為1.20%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼。第25頁/共186頁碳素工具鋼成分熱處理性能典型牌號Wc=0.70-1.30%，高碳鋼必須經(jīng)淬火回火處理。高的硬度、強度，良好的耐磨性，一定的塑性與韌性。

T8、T10、T12A各類手工工具和低速工具。第26頁/共186頁T7、T8、T10、T12、T13A承受振動、沖擊的工具，如沖頭、大錘、木工工具。用于需要較高耐磨性和一定韌性的工具，如手工鋸條、剪金屬用剪刀。不受振動和沖擊的耐磨工具，如絲錐、銼刀、喬刀、板牙、量具等。應(yīng)用第27頁/共186頁4、鑄造碳鋼：ZG+兩組數(shù)字（分別表示最小屈服點和最小抗拉強度）。例：ZG310-570

——表示最小屈服點為310MPa、最小抗拉強度為570MPa的鑄造碳鋼。第28頁/共186頁鑄造碳鋼成分熱處理性能典型牌號Wc=0.20-0.60%，低中碳鑄造成形，經(jīng)熱處理后使用。較高的硬度、強度和塑性、韌性，即綜合力學(xué)性能較好。

ZG200-400第29頁/共186頁ZG200-400、ZG270-500、ZG310-570用于受力不大，要求良好塑性和焊接性的零件，如機座、變速箱殼體。用于受力較大的復(fù)雜零件，如軋鋼機機架、軸承座、連桿、曲軸、缸體。強度和耐磨性較好，但韌性、焊接性降低。用于重載齒輪、制動輪。應(yīng)用第30頁/共186頁合金鋼第31頁/共186頁為什么要發(fā)展合金鋼？因為碳鋼不能滿足要求。一、碳素鋼的缺陷1、綜合機械性能差

雖然碳素鋼的強度、硬度隨著含碳量的增加而提高，但塑性、韌性卻隨之下降，不能在同一成分中得到配合完善的綜合機械性能。第32頁/共186頁2、熱穩(wěn)定性差

碳鋼在使用溫度超過200℃后，軟化變形，機械性能（強度、韌性）急劇下降，不能用于高溫場合。3、耐腐蝕性差

碳鋼在大多數(shù)介質(zhì)中的耐腐蝕性很差，尤其對酸幾乎沒有任何抵御能力。

珠光體：大量的腐蝕電池第33頁/共186頁4、淬透性差

碳鋼不能用于制作大截面尺寸的重要零件。淬火時，急冷易變形、開裂；緩冷，又淬不上火或淬透層很淺。5、不能滿足某些特殊性能要求

如：耐低溫、高磁性、無磁性等。

碳鋼的冷脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，-20~-30℃，

故碳鋼的使用溫度應(yīng)≥-20℃。第34頁/共186頁合金鋼是在碳素鋼中添加一些合金元素而煉制的一類鋼，以改善碳素鋼的性能。發(fā)展合金鋼成為必然，二十一世紀結(jié)構(gòu)材料的重要發(fā)展方向之一就是利用新技術(shù)、新工藝改造傳統(tǒng)材料——微合金化高強鋼，低合金超高強鋼。第35頁/共186頁任務(wù)一合金元素在鋼中的作用一.合金元素對鋼的組織和性能的影響

合金元素與鐵和碳的作用。

合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響。

合金元素對鋼的熱處理的影響。第36頁/共186頁一)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.單獨形成特殊碳化物TiC、VC。第37頁/共186頁大多數(shù)合金元素都可或多或少地溶入鐵素體中，形成合金鐵素體。溶入鐵素體中的合金元素，由于它們的晶格類型及原子直徑與鐵不同，因此必然引起鐵素體的晶格畸變，產(chǎn)生固溶強化現(xiàn)象，使鐵素體的強度、硬度提高，如圖5–1所示。當(dāng)合金元素的質(zhì)量分數(shù)超過一定數(shù)值后，鐵素體的塑性、韌性將顯著下降，如圖5–2所示。1.溶于基體中形成合金F或合金A第38頁/共186頁1.溶于基體中形成合金F或合金A圖5-1第39頁/共186頁1.溶于基體中形成合金F或合金A圖5-2第40頁/共186頁

可見，與鐵素體有相同晶格類型的合金元素，如鉻、鉬、鎢、釩等強化鐵素體的作用較弱。而晶格類型與鐵素體不同的合金元素，如硅、錳、鎳等強化鐵素體的作用較強。另外，有些合金元素如硅、錳、鉻、鎳等，當(dāng)它們在鋼中的質(zhì)量分數(shù)適當(dāng)時，Cr、Ni含量較低時：（Cr<2%，Ni<5%）不僅能強化鐵素體，還能提高或改善鐵素體的韌性。1.溶于基體中形成合金F或合金A第41頁/共186頁2.與碳作用形成合金碳化物Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱強

弱碳化物元素:Fe、Mn。

中強碳化物元素:Cr、Mo、W。

強碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。第42頁/共186頁

碳化物形成元素在周期表中都是位于鐵元素的左邊的過渡族金屬元素,它們都有一個未填滿的d電子亞層,當(dāng)形成碳化物時,碳原子首先將其價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),則其與碳的親和力愈強,形成碳化物的能力愈大,愈穩(wěn)定,而且不易分解。第43頁/共186頁3.單獨形成特殊碳化物

穩(wěn)定性最高。TiC、NbC、VC。

熔點、硬度、耐磨性最高。鋼中合金碳化物的類型主要有合金滲碳體和特殊碳化物兩種。一般，弱碳化物形成元素傾向于形成合金滲碳體，如（Fe、Mn）3C等。而中強碳化物形成元素在鋼中的質(zhì)量分數(shù)不多（0.5%~3%）時，也傾向于形成合金滲碳體，如（Fe、Cr）3C、（Fe、Mo）3C、（Fe、W）3C等。第44頁/共186頁合金滲碳體的穩(wěn)定性及硬度比滲碳體高，是一般低合金鋼中碳化物的主要存在形式。特殊碳化物是一種與滲碳體晶格類型完全不同的合金碳化物，通常是由中強或強碳化物形成元素所構(gòu)成的碳化物。強碳化物形成元素，在鋼中即使質(zhì)量分數(shù)很少，但只要有足夠的碳，就傾向于形成特殊碳化物，如WC、VC、TiC、Mo2C等；中強碳化物形成元素，只有在鋼中的質(zhì)量分數(shù)較多（＞5%）時，才傾向于形成特殊碳化物，如Cr23C6、Cr7C3、Fe4W2C等。特殊碳化物（特別是晶體結(jié)構(gòu)簡單的特殊碳化物），具有比合金滲碳體更高的熔點、硬度和耐磨性，并且更穩(wěn)定，不易分解。第45頁/共186頁二)合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響擴大奧氏體區(qū)縮小奧氏體區(qū)改變共晶點和共析點的參數(shù)第46頁/共186頁1.擴大奧氏體區(qū)的合金元素Mn、Ni、Cu等元素。作用:

使A1、

A3線溫度下降,Acm線溫度上升。其中Ni、Mn隨著含量的增加，會把γ相區(qū)擴大到室溫，即在室溫下就能獲得無磁性奧氏體鋼。如：13%Mn的Mn13，9%Ni的0Cr18Ni9

第47頁/共186頁

Mn元素對奧氏體區(qū)的影響第48頁/共186頁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A1

、A3、Acm線溫度上升如：17-28%Cr、Cr17、Cr25、Cr28，從室溫到熔點都不出現(xiàn)γ相，而是單一的α相。第49頁/共186頁

Cr

元素對奧氏體區(qū)的影響第50頁/共186頁3.改變共晶點和

共析點參數(shù)的元素幾乎所有的合金元素。作用:使S點和E點的成分向左移。使A1線的溫度變化。第51頁/共186頁

合金元素對S點成分的影響第52頁/共186頁

共析點左移表明，在含碳量相同的條件下，合金鋼的珠光體組織比碳鋼多，因而強度高。第53頁/共186頁合金元素對A1線的影響第54頁/共186頁三)合金元素對鋼的熱處理的影響加熱時對奧氏體形成的影響對過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響對回火轉(zhuǎn)變的影響第55頁/共186頁1.合金元素對加熱時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。強碳化物形成元素能強烈的阻止奧氏體晶粒長大(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大(Si、Ni、Cu、Co等)。第56頁/共186頁2.合金元素對過冷奧氏體轉(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。第57頁/共186頁3.合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響回火穩(wěn)定性的增加

(temperresistance)二次硬化的產(chǎn)生

(secondaryhardening)產(chǎn)生第二類回火脆性

(temperbrittleness)第58頁/共186頁

Gr、

W、Mo、V

等碳化物在500-600℃回火時,使鋼達到最高硬度,產(chǎn)生二次硬化。第59頁/共186頁

Cr-Ni鋼的回火脆性示意圖第60頁/共186頁

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。第61頁/共186頁二.合金元素在鋼中的作用1.主加元素:對提高鋼的性能起主要作用。

Si、Mn、Cr、Ni、B。2.輔加元素:配合主加元素進一步提高鋼的性能,彌補主加元素的不足與缺陷。

W、Mo、V、Ti、Nb。第62頁/共186頁按合金元素質(zhì)量分數(shù)多少：低合金鋼(<5％)

中合金鋼(5％～10％)

高合金鋼(>10％)按所含的主要合金元素：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼按顯微組織：珠光體、馬氏體、鐵素體、奧氏體、萊氏體鋼1．合金鋼的分類任務(wù)二合金鋼的牌號識別第63頁/共186頁結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金彈簧鋼滾珠軸承鋼合金鋼合金刃具鋼合金模具鋼量具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼按用途：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼第64頁/共186頁編號原則：數(shù)字+元素符號+數(shù)字2．合金鋼的牌號例：16Mn40Cr60Si2Mn9SiCrW18Gr4V碳質(zhì)量分數(shù)：結(jié)構(gòu)鋼以萬分之一為單位的兩位數(shù)子；工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的一位數(shù)子,含碳量大于1％時不標(biāo)出。高速工具鋼不標(biāo)鋼中主要合金元素

合金元素的質(zhì)量分數(shù)，百分之幾；＜1.5％，只標(biāo)出元素，不標(biāo)出含量；

1.5％≤含量＜2.49%，標(biāo)2；

2.5％≤含量＜3.49，標(biāo)3；

3.5%≤含量＜4.49，標(biāo)4；……第65頁/共186頁滾珠軸承鋼在鋼號前標(biāo)以“G”，如GCr15，>1％C，1.5％Cr(注意：鉻含量以千分之一為單位)

易切削鋼(Y),Y40Mn專用鋼，以用途的漢語拼音字首來標(biāo)明

高級優(yōu)質(zhì)鋼，鋼的末尾加“A”字表明：如20Cr2Ni4A等。第66頁/共186頁不銹鋼、耐蝕鋼和耐熱鋼牌號的表示方法與合金工具鋼相似WC≦0.03時，牌號首位00WC≦0.08時，牌號首位0如4Gr13、0Gr18Ni9、00Gr18Ni5高錳耐磨鋼的牌號：Mn的質(zhì)量百分數(shù)ZG+Mn+數(shù)字第67頁/共186頁合金鋼的牌號1、合金結(jié)構(gòu)鋼

60Si2Mn（合金結(jié)構(gòu)鋼）平均含硅量為2％平均含碳量為0.60％主要合金元素為錳，含量小于1.5％第68頁/共186頁合金鋼的牌號2、合金工具鋼

第69頁/共186頁合金鋼的牌號3、特殊專用鋼的牌號

GCr15滾動軸承鋼主要合金元素為鉻，平均含量為1.5%第70頁/共186頁合金結(jié)構(gòu)鋼

用于制造重要工程結(jié)構(gòu)和機器零件的合金鋼稱為合金結(jié)構(gòu)鋼。

主要有：

低合金結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金彈簧鋼滾珠軸承鋼

機械制造用鋼第71頁/共186頁

一、低合金結(jié)構(gòu)鋼

——低合金高強鋼

1.用途

主要用于制造橋梁、船舶、車輛、鍋爐、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。

橋梁船舶車輛

容器儲氣罐第72頁/共186頁

2.性能要求

(1)高強度：一般屈服強度在300MPa以上。

(2)高韌性：要求延伸率為15%～20%，室溫沖擊韌性大于600kJ/m2～800kJ/m2。對于大型焊接構(gòu)件，還要求有較高的斷裂韌性。

(3)良好的焊接性能和冷成型性能。

(4)低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。

(5)良好的耐蝕性。一、低合金結(jié)構(gòu)鋼——低合金高強鋼第73頁/共186頁冷脆實例1954年冬天，英國3萬2千噸的"世界協(xié)和"號油船，在愛爾蘭寒風(fēng)凜冽的海面上航行，突然船體中部發(fā)生斷裂，船很快就沉沒了。后來，又發(fā)生了幾起類似的沉船事件。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，沉船是由于外界溫度太低，金屬材料變脆后斷裂所致。這種材料的變脆現(xiàn)象因為是在低溫下產(chǎn)生的，所以稱之為"冷脆"。第74頁/共186頁

3.成分特點

(1)低碳：韌性、焊接性和冷成形性能要求高，碳質(zhì)量分數(shù)不超過0.20%。(2)錳為主要的合金元素。固溶強化F，細化P，增加P的含量，提高鋼的強度。(3)鈮、鈦、釩：形成細碳化物或碳氮化合物，獲得細小鐵素體晶粒和提高鋼的強度和韌性。(4)少量銅（≤0.4%）和磷（0.1%左右），可提高抗腐蝕性能。一、低合金結(jié)構(gòu)鋼

——低合金高強鋼第75頁/共186頁4.常用低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼

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，強度高，用于中等壓力的容器。Q460鋼含Mo、B，正火組織為B，強度最高，用于石化中溫高壓容器。東風(fēng)號遠洋輪船Q345南京長江大橋Q345高壓容器一、低合金結(jié)構(gòu)鋼

——低合金高強鋼第76頁/共186頁鋼號舊鋼號主要化學(xué)成分，%機械性能CMnSi，s

，MPab

，MPa5，%Q29509MnNb

12Mn0.160.80

~1.500.5529557023Q34516Mn

16MnRe0.18

~0.201.00

~1.600.5534563021~22Q39016MnNb

15MnTi0.201.00

~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe

15MnVN0.201.00

~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV

18MnMoNb0.201.00

~1.700.5546072017常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號、成分、性能（厚度(直徑)16mm，AKV≥34J）含碳量都比較低一般規(guī)定δ>5%為塑性材料，δ<5%為脆性材料。一、低合金結(jié)構(gòu)鋼

——低合金高強鋼第77頁/共186頁5.熱處理特點

一般在熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，不需要進行專門的熱處理。使用狀態(tài)下的顯微組織一般為鐵素體+索氏體。一、低合金結(jié)構(gòu)鋼

——低合金高強鋼第78頁/共186頁軋制第79頁/共186頁低合金結(jié)構(gòu)鋼——低合金耐候鋼

耐候鋼是指耐大氣腐蝕的鋼，它是在低碳鋼的基礎(chǔ)上加入少量銅、磷、鉻、鎳、鉬、鈦、釩等合金元素形成的。目前，我國使用的耐候鋼又分為焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼和高耐候性結(jié)構(gòu)鋼兩類。焊接結(jié)構(gòu)用耐候鋼具有良好的焊接性能，適于橋梁、建筑及其它要求耐候性的工程結(jié)構(gòu)；高耐候性結(jié)構(gòu)鋼的耐候性好，適于車輛、建筑、塔架和其它要求高耐候性的工程結(jié)構(gòu)。第80頁/共186頁為了適應(yīng)某些專業(yè)的特殊需要，在低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整化學(xué)成分和工藝方法，形成了一些低合金專業(yè)用鋼，如汽車用低合金鋼、低合金鋼筋鋼、鐵道用低合金鋼、礦用低合金鋼等。低合金專業(yè)用鋼的牌號與合金結(jié)構(gòu)鋼牌號的表示方法相同，但增加了表示用途的符號。低合金結(jié)構(gòu)鋼——低合金專業(yè)用鋼第81頁/共186頁低合金結(jié)構(gòu)鋼—易切削鋼2.性能要求:降低切削力和切削熱,減少刀具磨損,延長刀具壽命,改排屑性能,提高切削速度。3.化學(xué)成分特點:1.用途:適用于高速切削和在自動加工機床上加工的材料。S:Ws=0.08～0.3%Pb:WPb=0.15～0.25%Ca:微量P-100第82頁/共186頁易切削鋼的牌號Y40Mn

含錳量WMn≤1.5%

含碳量WC0.4%

易切削鋼第83頁/共186頁易切削鋼的熱處理工藝特點

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。第84頁/共186頁

常用結(jié)構(gòu)鋼中表示用途的符號名稱漢字符號位置名稱漢字符號位置易切削結(jié)構(gòu)鋼易Y牌號頭壓力容器用鋼容R牌號尾耐候鋼耐候NH牌號尾焊接用鋼焊H牌號頭鋼軌鋼軌U牌號頭橋梁用鋼橋q牌號尾鉚螺鋼鉚螺ML牌號頭鍋爐用鋼鍋g牌號尾汽車大梁用鋼梁L牌號尾礦用鋼礦K牌號尾第85頁/共186頁

二、合金滲碳鋼

1.用途

主要用于制造汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等機器零件。這類零件在工作中遭受強烈的摩擦磨損，同時又承受較大的交變載荷，特別是沖擊載荷。

撥叉變速齒輪活塞銷活塞銷(20Cr)第86頁/共186頁凸輪機構(gòu)：接觸表面受到強烈的摩擦磨損。二、合金滲碳鋼第87頁/共186頁

2.性能要求

(1)表面硬度高、耐磨

保證優(yōu)異的耐磨性和接觸疲勞抗力，同時具有適當(dāng)?shù)乃苄院晚g性。

(2)心部具有高的韌性和足夠高的強度

在沖擊載荷或過載作用下不易斷裂。二、合金滲碳鋼表硬里韌(3)有良好的熱處理工藝性能

在高的滲碳溫度（900℃～950℃）下，奧氏體晶粒不易長大，并有良好的淬透性。第88頁/共186頁

3.成分特點

(1)低碳：碳質(zhì)量分數(shù)一般為0.10%～0.25%，使零件心部有足夠的塑性和韌性。

(2)加入提高淬透性的合金元素：Cr、Ni、Mn、B等。

(3)加入阻礙奧氏體晶粒長大的元素：

少量強碳化物形成元素Ti、V、W、Mo等，形成穩(wěn)定的合金碳化物。二、合金滲碳鋼第89頁/共186頁①低淬透性鋼：15Cr、20Cr、20Mn2。鋼含合金元素總量＜3%，用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等?；钊N(20Cr)②中淬透性鋼：

20CrMn、20CrMnTi、20Mn2TiB。鋼含合金元素總量在4%左右。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。柴油機凸輪軸4.鋼種及牌號

二、合金滲碳鋼第90頁/共186頁③高淬透性鋼：18Cr2NiWA、20Cr2Ni4A等。鋼含合金元素總量在4%～6%。用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。柴油機曲軸二、合金滲碳鋼第91頁/共186頁

5.熱處理和組織性能

滲碳后預(yù)冷淬火，再低溫回火(180～200℃)。

二、合金滲碳鋼對于低、中淬透性滲碳鋼，一般以正火作為預(yù)備熱處理，來改善其切削加工性能；而高淬透性滲碳鋼，一般在鍛造后空冷，再經(jīng)650℃的高溫回火，以形成回火索氏體來改善切削加工性能。第92頁/共186頁

心部組織與鋼的淬透性及零件截面尺寸有關(guān)。完全淬透時為回火馬氏體（低碳），硬度為40HRC～48HRC多數(shù)情況下是回火馬氏體（低碳）+屈氏體+少量鐵素體，硬度為25HRC～40HRC。

心部韌性一般都高于700kJ/m2。表面組織：合金滲碳體+回火馬氏體（高碳）+少量殘余奧氏體，硬度為60HRC～62HRC。

5.熱處理和組織性能第93頁/共186頁20CrMnTi鋼制造齒輪的熱處理工藝曲線第94頁/共186頁表5-5常用滲碳鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途（P104）類別牌號熱處理/℃力學(xué)性能用途舉例滲碳第一次淬火第二次淬火回火σs/MPaσb/MPaδ5（%）ψ（%）AKU/J低淬透性15930890空785水2002253752755–活塞銷等20Mn2850水油–590785104047代替20Cr20Cr880800水油540835104047小齒輪、小軸、凸輪、活塞銷等20MnV880水油–590785104055鍋爐、高壓容器等，可代替20Cr中淬透性20CrMn850油–735930104547齒輪、軸、摩擦輪、蝸桿等20CrMnTi880油870油8351080104555汽車、拖拉機變速箱齒輪等20MnVB860油–8851080104555高淬透性20Cr2Ni4880油780油10801180104563大型齒輪和軸等18Cr2Ni4WA950空850空8351180104578第95頁/共186頁

三、合金調(diào)質(zhì)鋼

☆重點內(nèi)容

1.用途

廣泛用于制造汽車、拖拉機、機床和其它機器上的各種重要零件，如機床齒輪、主軸、汽車發(fā)動機曲軸、連桿、螺栓等。

連桿曲軸第96頁/共186頁

2.性能要求

調(diào)質(zhì)件大多承受多種工作載荷，受力情況比較復(fù)雜，要求高的綜合機械性能，即具有高的強度和良好的塑性、韌性。合金調(diào)質(zhì)鋼還要求有好的淬透性。

機床齒輪

三、合金調(diào)質(zhì)鋼

第97頁/共186頁3.成分特點

(1)中碳碳質(zhì)量分數(shù)一般在0.25%～0.50%之間，以0.4%居多；

(2)Cr、Mn、Ni、Si提高淬透性，形成合金鐵素體，提高鋼的強度；(3)加入防止第二類回火脆性的元素Mo、W

含Ni、Cr、Mn的合金調(diào)質(zhì)鋼，易產(chǎn)生第二類回火脆性。加入Mo、W可以防止第二類回火脆性。Mo的質(zhì)量分數(shù)為0.15%～0.30%，或W的質(zhì)量分數(shù)為0.8%～1.2%。

三、合金調(diào)質(zhì)鋼

第98頁/共186頁45鋼與40Cr鋼調(diào)質(zhì)后性能的對比鋼號熱處理狀態(tài)棒材直徑/mm

σb/MPaσs/MPaδ5

%Ψ

%ak/（kJ/m2）45鋼

850℃水淬550℃回火50

700

500

15

4570040Cr鋼

850℃油淬570℃回火

50

(心部)

850

670

16

581000

三、合金調(diào)質(zhì)鋼

第99頁/共186頁

4.鋼種及牌號

●40Cr低淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼，用于制造一般尺寸的重要零件。

●35CrMo

中淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼，加入鉬提高淬透性，還可防止第二類回火脆性。

●40CrNiMo高淬透性合金調(diào)質(zhì)鋼，鉻鎳鋼中加入適當(dāng)?shù)你f，不但具有好的淬透性，還可消除第二類回火脆性。

三、合金調(diào)質(zhì)鋼

第100頁/共186頁5.熱處理和組織性能

熱處理：淬火+高溫回火。

合金調(diào)質(zhì)鋼淬透性較高，一般都用油淬，淬透性特別大時可以空冷，減少熱處理缺陷。

合金調(diào)質(zhì)鋼一般采用500℃～650℃回火。為防止第二類回火脆性，回火后快冷（水冷或油冷）。

三、合金調(diào)質(zhì)鋼

第101頁/共186頁對于碳及合金元素質(zhì)量分數(shù)較低的調(diào)質(zhì)鋼，一般以正火或退火作為預(yù)備熱處理，來改善組織和切削加工性能；而合金元素質(zhì)量分數(shù)較高的調(diào)質(zhì)鋼，則采用空冷淬火和高溫回火作為預(yù)備熱處理，來改善切削加工性能。調(diào)質(zhì)鋼的最終熱處理一般是調(diào)質(zhì)處理，有特殊要求時，還可再進行表面淬火或滲氮處理。第102頁/共186頁40Cr鋼熱處理工藝曲線第103頁/共186頁

熱處理后組織性能：●合金調(diào)質(zhì)鋼常規(guī)熱處理后的組織是回火索氏體，用于螺栓、連桿等。

●表面要求耐磨的零件（如齒輪、主軸），再進行感應(yīng)加熱表面淬火及低溫回火，表面組織為回火馬氏體，表面硬度可達55HRC～58HRC。心部組織是回火索氏體。

合金調(diào)質(zhì)鋼淬透調(diào)質(zhì)后的屈服強度約為800MPa,沖擊韌度在800kJ/m2，心部硬度可達22HRC～25HRC。

三、合金調(diào)質(zhì)鋼

第104頁/共186頁常用調(diào)質(zhì)鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途類別牌號熱處理/℃力學(xué)性能用途舉例淬火回火σs/MPaσb/MPaδ5（%）ψ（%）AKU/J低淬透性40840水510空270540173624齒輪、心軸、桿、軸等45840水510空290580153520軋輥、齒輪、軸、曲軸、螺栓、螺母等40Cr850油520水油78598094547軸、齒輪、連桿、螺栓等40MnB850油500水油785980104547代替40Cr制造轉(zhuǎn)向節(jié)、半軸、花鍵軸等40MnVB850油520水油785980104547中淬透性42CrMo850油560水油9301080124563連桿、大齒輪、搖臂等30CrMnSi880油520水油8851080104539砂輪軸、聯(lián)軸器、離合器等38CrMoAlA940油640水油835980145071鏜床鏜桿、蝸桿、高壓閥門、主軸等高淬透性40CrNiMoA850油600水油835980125578鍛床偏心軸、壓力機曲軸、耐磨齒輪等40CrMnMo850油600水油785980104563高強度耐磨齒輪、主軸等第105頁/共186頁

四、合金彈簧鋼

1.用途

合金彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。離合器彈簧蝶形彈簧拉力彈簧第106頁/共186頁2.性能要求

(1)高的彈性極限σe，尤其是高的屈強比σs/σb。以保證彈簧有足夠高的彈性變形能力和較大的承載能力。

(2)高的疲勞強度σr，以防止在震動和交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞斷裂。

(3)足夠的塑性和韌性，以免受沖擊時脆斷。(4)要求有較好的淬透性，不易脫碳和過熱，容易繞卷成形等。特殊彈簧鋼還要求耐熱性、耐蝕性等。

四、合金彈簧鋼

第107頁/共186頁3.成分特點

(1)中、高碳保證高的屈強比，碳的質(zhì)量分數(shù)一般為0.50%～0.70%。碳含量過高時，塑性、韌性降低，疲勞抗力也下降。

(2)加入Si、Mn提高淬透性。Si和Mn同時也提高屈強比。重要用途的彈簧鋼還須加入Cr、V、W等元素。

彈簧的冶金質(zhì)量對疲勞強度有很大的影響，彈簧鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。

四、合金彈簧鋼

第108頁/共186頁4.鋼種和牌號

●65Mn、60Si2Mn

以Si、Mn為主要合金元素，價格便宜，淬透性明顯優(yōu)于碳素彈簧鋼，Si、Mn的復(fù)合合金化，性能比只用Mn的好得多。用于汽車、拖拉機上的板簧和螺旋彈簧。●50CrVA

含Cr、V、W等元素的彈簧鋼。Cr、V復(fù)合合金化，不僅提高鋼的淬透性，還提高鋼的高溫強度、韌性和熱處理工藝性能?？芍谱髟?50℃～400℃溫度下承受重載的較大彈簧。

四、合金彈簧鋼

第109頁/共186頁5.加工、熱處理與性能

彈簧按加工和熱處理可分為兩類：

(1)熱成形彈簧

用熱軋鋼絲或鋼板制成，然后淬火和中溫（450℃～550℃）回火，獲得回火屈氏體組織。具有很高的屈服強度和彈性極限，并有一定的塑性和韌性，一般用來制作為較大型的彈簧。老師提示:為了提高彈簧的疲勞壽命，廣泛采用噴丸強化處理。(2)冷成形彈簧

小尺寸彈簧一般用冷拔彈簧鋼絲（片）卷成。

四、合金彈簧鋼

第110頁/共186頁汽車板簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧彈簧絲第111頁/共186頁表5-7常用彈簧鋼的牌號、熱處理、力學(xué)性能及用途牌號熱處理/℃力學(xué)性能用途舉例淬火回火σs/MPaσb/MPaδ（%）ψ（%）AKU/J65840油500785980935–截面小于15mm的小彈簧等65Mn830油540785980830–截面小于20mm的彈簧、閥簧等60Si2Mn870油4801175127552520截面為25~30mm的彈簧，如機車板彈簧、測力彈簧等60Si2CrVA850油410166518656（δ5）2024截面小于50mm的彈簧，如重型板簧等50CrVA850油50011301275徹10（δ5）4024截面為30~50mm的彈簧及耐熱彈簧等第112頁/共186頁

五、滾動軸承鋼

☆重點內(nèi)容

1.用途

主要用來制造滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構(gòu)鋼。

也用于制造精密量具、冷沖模、機床絲杠等耐磨件。

滾珠滾珠軸承第113頁/共186頁2.性能要求

(1)高的接觸疲勞強度：滾珠、滾柱與套圈運動時為點或線接觸，壓應(yīng)力高達1500MPa～5000MPa；交變應(yīng)力易造成接觸疲勞破壞，產(chǎn)生麻點或剝落。軸承鋼疲勞強度應(yīng)很高。

(2)高的硬度和耐磨性：硬度一般為62HRC～64HRC。

(3)足夠的韌性和淬透性。

(4)要求在大氣和潤滑介質(zhì)中有一定的耐蝕能力和良好的尺寸穩(wěn)定性。五、滾動軸承鋼第114頁/共186頁

3.成分特點

(1)高碳碳質(zhì)量分數(shù)為0.95%～1.10%，保證高硬度、高耐磨性和高強度。(3)硅、錳、釩Si、Mn提高淬透性，便于制造大型軸承。V部分溶于奧氏體中，部分形成碳化物VC，提高鋼的耐磨性并防止過熱。(4)高的冶金質(zhì)量非金屬夾雜對鋼的接觸疲勞強度影響很大。軸承鋼采用電爐冶煉和真空去氣處理。(2)鉻提高淬透性，形成合金滲碳體(Fe,Cr)3C細密、均勻分布，提高鋼的耐磨性、疲勞強度。鉻質(zhì)量分數(shù)為0.40%～1.65%。五、滾動軸承鋼第115頁/共186頁

4.鋼種和牌號

(1)鉻軸承鋼

GCr15

w(C)1%、w(Cr)1.5%。最常用，使用量占軸承鋼的絕大部分。

(2)添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼

GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV

在鉻軸承鋼中加入Si、Mn可提高淬透性。

為了節(jié)鉻,加入Mo、V可得到無鉻軸承鋼,如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能與GCr15相近。五、滾動軸承鋼第116頁/共186頁5.熱處理及組織性能

球化退火、淬火和低溫回火

五、滾動軸承鋼(1)球化退火

降低鋼的硬度，利于切削加工，獲得細小的球狀珠光體和均勻分布的過剩的細粒狀碳化物，為零件的最終熱處理做組織準備。第117頁/共186頁

(2)淬火和低溫回火

淬火溫度要求嚴格。溫度過低，淬火后硬度不足。溫度過高，韌性、疲勞強度下降，易淬裂和變形。GCr15鋼淬火溫度對機械性能的影響

五、滾動軸承鋼第118頁/共186頁

熱處理工藝：GCr15鋼的淬火溫度嚴格控制在820℃～840℃范圍內(nèi),回火溫度一般為150℃～160℃。

精密軸承必須保證長期存放和使用中不變形。為了穩(wěn)定尺寸，淬火后立即進行“冷處理”（-60℃～

-50℃），降低內(nèi)應(yīng)力和殘余奧氏體。在回火和磨削加工后，進行低溫時效處理（120℃～130℃,保溫5h～10h）。

組織：極細的回火馬氏體、均勻分布的粒狀碳化物以及少量殘余奧氏體。GCr15鋼淬火回火后的顯微組織

五、滾動軸承鋼第119頁/共186頁鉻軸承鋼制造軸承的工藝路線鍛造球化退火機加工淬火+冷處理(–60～–80℃;1h)

低溫回火磨削加工穩(wěn)定化處理(120～130℃；5～10h)第120頁/共186頁表5-8常用滾動軸承鋼的牌號、熱處理及用途牌號熱處理/℃回火后硬度HRC用途舉例淬火回火GCr6800~820水油150~17062~64直徑小于10mm的滾珠、滾柱及滾針GCr9810~830水油150~17062~66直徑小于20mm的滾珠、滾柱及滾針GCr9SiMn810~830水油150~16062~64直徑為25~50mm的滾珠、小于22mm的滾柱，壁厚小于12mm、外徑小于250mm的套圈GCr15820~840油150~16062~66GCr15SiMn820~840油150~20061~65直徑大于50mm的滾珠或大于22mm的滾柱，壁厚大于12mm、外徑大于250mm的套圈GSiMnMoV（RE）780~820油160~18062~64代替GCr15SiMn制造汽車、拖拉機、軋鋼機上的大型軸承第121頁/共186頁六．超高強度鋼

超高強度鋼是指抗拉強度在1400MPa以上的合金結(jié)構(gòu)鋼，它是在合金調(diào)質(zhì)鋼的基礎(chǔ)上，加入多種合金元素進行復(fù)合強化形成的，主要用于航空和航天工業(yè)第122頁/共186頁合金工具鋼制造各種刃具、模具、量具的鋼稱為工具鋼，相應(yīng)地稱為刃具鋼、模具鋼、量具鋼。量具刃具模具第123頁/共186頁工具鋼與結(jié)構(gòu)鋼的主要區(qū)別在于，工具鋼（除熱作模具鋼外）大多屬于過共析鋼；所含合金元素除提高淬透性外，主要是為了提高鋼的硬度和耐磨性，故常采用碳化物形成元素；工具鋼的最終熱處理一般多采用淬火和低溫回火，以保證高硬度與高耐磨性。另外，由于工具鋼中碳的質(zhì)量分數(shù)較高，性能較脆，為了改善其塑性和減少淬火變形、開裂傾向，工具鋼的質(zhì)量要求比結(jié)構(gòu)鋼更嚴。第124頁/共186頁任務(wù)二合金工具鋼

工具鋼按用途分為：

刃具鋼模具鋼量具鋼實際應(yīng)用界限并非絕對。

銑刀英制模板刀

一、合金刃具鋼

☆老師提示：重點內(nèi)容

1.用途

主要用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等。第125頁/共186頁2.性能要求

切削時刃部與切屑之間強烈摩擦發(fā)熱，刃部溫度可達500℃～600℃；承受沖擊和震動。

(1)高硬度一般在60HRC以上。

(2)高耐磨性與鋼的硬度、鋼中硬質(zhì)點的性質(zhì)、數(shù)量、大小和分布有關(guān)。

(3)高熱硬性（紅硬性）鋼在高溫下保持高硬度的能力。

(4)足夠的塑性和韌性防止刃具受沖擊震動時折斷和崩刃。

一、合金刃具鋼

第126頁/共186頁3.成分特點

(1)低合金刃具鋼

最高工作溫度不超過300℃

②加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素

Cr、Mn、Si提高鋼的淬透性，Si還能提高鋼的回火穩(wěn)定性；

W、V提高硬度和耐磨性，并防止加熱時過熱，保持細小的晶粒。①高碳

碳質(zhì)量分數(shù)為0.9%～1.1%，以保證高硬度和高耐磨性。

一、合金刃具鋼

第127頁/共186頁(2)高速鋼

高速切削時刃部溫度達600℃，硬度無明顯下降。

②加入Cr、W、Mo、V等合金元素

①高碳

w(C)在0.70%以上，最高達1.5%左右，與W、Cr、V形成足夠的碳化物；部分碳溶于奧氏體，保證馬氏體的高硬度。

一、合金刃具鋼

3.成分特點

Cr提高淬透性。W、Mo保證高的熱硬性。退火狀態(tài)W、Mo以M6C型碳化物存在，淬火后溶于馬氏體中，在560℃回火時，形成W2C或Mo2C彌散分布，造成二次硬化。使鋼具有很高的熱硬性。V提高耐磨性，細化晶粒。第128頁/共186頁4.鋼種及牌號

(1)低合金刃具鋼

典型鋼種為9SiCr。

w(C)0.9%、w(Si)1.4%、w(Cr)1%加工過程：球化退火、機加工，然后淬火和低溫回火。

熱處理后的組織：回火馬氏體+碳化物+少量殘余奧氏體。

應(yīng)用：制造低速切削刃具，如絲錐、板牙。

一、合金刃具鋼

第129頁/共186頁9SiCr鋼板牙熱處理工藝曲線板牙第130頁/共186頁常用低合金刃具鋼的牌號、熱處理及用途牌號熱處理及熱處理后的硬度用途舉例淬火/℃硬度HRC回火/℃硬度HRCCr2830~860油62130~15062~65用于制造車刀、插刀、鉸刀、冷軋輥、樣板、量規(guī)等9SiCr820~860油62180~20060~62用于制造耐磨性要求高、切削不劇烈的刀具，如板牙、絲錐、鉆頭、鉸刀、齒輪銑刀、拉刀等，還可用于制造冷沖模具、冷軋輥等CrWMn800~830油62140~16062~65用于制造要求淬火變形小、形狀復(fù)雜的刀具，如拉刀、長絲錐等，還可用于制造量規(guī)、冷沖模具、精密絲杠等9Mn2V780~810油62150~20060~62用于制造小型冷作模具及要求變形小、耐磨性高的量具、樣板、精密絲杠、磨床主軸等，也可用于制造絲錐、板牙、鉸刀等第131頁/共186頁

W18Cr4V

w(C)0.75%、w(W)18%、w(Cr)4%、w(V)1.2%、

W6Mo5Cr4V2

w(C)0.85%、w(W)6%、w(Cr)4%、w(V)2%

W18Cr4V鋼的熱硬性較好,熱處理時的脫碳和過熱傾向較小。

W6Mo5Cr4V2鋼的耐磨性、熱塑性和韌性較好。

高速鋼鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳化物（M6C），需要多次鐓拔，得到小塊均勻的碳化物。(2)高速鋼

一、合金刃具鋼

4.鋼種及牌號第132頁/共186頁W18Cr4V鋼的生產(chǎn)工藝及熱處理特點鑄造鍛造球化退火機加工淬火+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。第133頁/共186頁W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織W18Cr4V鑄造組織130第134頁/共186頁W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織W18Cr4V鑄態(tài)組織420第135頁/共186頁鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理來消除,只能依靠反復(fù)多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織210第136頁/共186頁球化退火:消除應(yīng)力,調(diào)整組織,便于機加工,

為淬火作好組織準備。球化退火后的組織:

S+粒狀CmW18Cr4V球化退火組織420第137頁/共186頁W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖第138頁/共186頁高速鋼熱處理特點

淬火溫度高：一般為1220℃～1280℃

回火溫度高、多次：550℃～570℃回火三次W18Cr4V鋼的熱處理工藝過程示意圖第139頁/共186頁淬火:獲得高合金元素含量的馬氏體。因此淬火溫度高(>1200℃)。淬火后的組織:M+Cm+A殘(20～25%)第140頁/共186頁高速鋼硬度與回火溫度的關(guān)系

產(chǎn)生二次硬化第141頁/共186頁三次高溫回火*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%?；鼗鸷蟮慕M織:M回+Cm+A殘

(1～2%)組織硬度為HRC65以上。第142頁/共186頁W18Cr4V熱硬性好，在600℃仍保持650HV(56HRC)的高硬度。

T12、9SiCr、W18Cr4V的硬度與溫度的關(guān)系

W18Cr4V的熱硬性第143頁/共186頁

高速鋼回火后的組織：

回火馬氏體+粒狀碳化物+少量殘余奧氏體。

高速鋼淬火、回火后的組織

應(yīng)用：制造高速切削刃具（車刀、銑刀、鉆頭），也用來制造冷作模具。第144頁/共186頁

二、合金模具鋼

1.冷作模具鋼

(1)用途

制造冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過200℃～300℃。第145頁/共186頁(2)性能要求

冷模具工作時承受很大的壓力、彎曲力、沖擊載荷和摩擦。主要失效形式是磨損，常出現(xiàn)崩刃、斷裂和變形等失效現(xiàn)象。

①高硬度，一般為58HRC～62HRC;

②高耐磨性;

③足夠的韌性和疲勞抗力;

④熱處理變形小。

二、合金模具鋼

1.冷作模具鋼

第146頁/共186頁(3)成分特點

①高碳

碳質(zhì)量分數(shù)多在1.0%以上，個別鋼種達到2.0%，以保證高的硬度和高耐磨性。

②加入Cr、Mo、W、V等合金元素

形成難熔碳化物，提高耐磨性。

典型鋼種是Cr12型鋼，鉻的含量高達12%。鉻與碳形成M7C3型碳化物，能極大提高鋼的耐磨性，鉻還顯著提高鋼的淬透性。

二、合金模具鋼

1.冷作模具鋼

第147頁/共186頁對于形狀簡單、尺寸較小、工作載荷不大的冷作模具可用碳素工具鋼制造，如T8A、T10A、T12A等；形狀較復(fù)雜、尺寸較大，工作載荷較重、精度要求較高的冷作模具一般用低合金刃具鋼來制造，如9Mn2V、9SiCr、CrWMn、Cr2等；對于工作載荷重、耐磨性要求高、淬火變形要求小的冷作模具一般用Cr12型合金工具鋼制造，如Cr12、Cr12MoV等第148頁/共186頁(4)鋼種和牌號

●9Mn2V、9SiCr、CrWMn

要求不高的冷作模具用低合金刃具鋼制造。熱處理與刃具鋼相同。

●Cr12大型冷模具用鋼，熱處理變形很小，制造重載和形狀復(fù)雜的模具。

冷擠壓模工作時受力很大，條件苛刻，選用基體鋼（成分與高速鋼基體相同）或馬氏體時效鋼制造。

二、合金模具鋼

1.冷作模具鋼

第149頁/共186頁Cr12鋼熱處理

①一次硬化法

950℃～1000℃淬火，150℃～180℃回火，硬度達61HRC～64HRC，鋼有較好的耐磨性和韌性，用于重載模具。

②二次硬化法

1100℃～1150℃淬火，510℃～520℃三次回火，二次硬化，硬度達60HRC～62HRC，紅硬性和耐磨性都較高，但韌性較差。用在400℃～450℃溫度下工作的模具。組織：回火馬氏體+碳化物+殘余奧氏體

二、合金模具鋼

1.冷作模具鋼第150頁/共186頁2.熱作模具鋼

(1)用途

制造熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時型腔表面溫度可達600℃以上。

二、合金模具鋼

第151頁/共186頁(2)工作條件和性能要求

承受很大的沖擊載荷、強烈的摩擦、熱應(yīng)變和熱應(yīng)力，高溫氧化，出現(xiàn)崩裂、磨損、龜裂等失效形式。

①高的熱硬性和高溫耐磨性；

②高的抗氧化性能；

③高的熱強性和足夠的韌性，尤其是受沖擊較大的熱鍛模鋼；

④高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞；

⑤有高的淬透性和導(dǎo)熱性。

二、合金模具鋼

2.熱作模具鋼

第152頁/共186頁(3)成分特點

①中碳

碳質(zhì)量分數(shù)一般為0.3%～0.6%，保證高強度、高韌性、較高的硬度（35HRC～52HRC）和較高的熱疲勞抗力。

②Cr、Ni、Mn、Si等

Cr主要提高淬透性，和Ni一起提高回火穩(wěn)定性。Ni強化鐵素體，增加鋼的韌性，與Cr、Mo一起提高鋼的淬透性和耐熱疲勞性能。③Mo、W、V等元素

產(chǎn)生二次硬化。Mo還能防止第二類回火脆性，提高高溫強度和回火穩(wěn)定性。

二、合金模具鋼

2.熱作模具鋼

第153頁/共186頁(4)鋼種和熱處理

●5CrMnMo

w(C)0.5%、w(Cr)0.7%、

w(Mn)1.4%、w(Mo)0.25%、

5CrNiMow(C)0.5%、w(Cr)0.7%、

w(Ni)1.6%、w(Mo)0.25%、

制造對韌性要求高而熱硬性要求不太高的熱鍛模。

熱鍛模鋼熱處理：和調(diào)質(zhì)鋼相似，830℃～850℃淬火后高溫（490℃～650℃左右）回火。組織：回火屈氏體或回火索氏體。

二、合金模具鋼

2.熱作模具鋼

第154頁/共186頁

●4Cr5MoSiV、5Cr4W5Mo2V

制造熱強性更好的大型鍛壓?；驂鸿T模。

熱壓模鋼熱處理：

1000℃～1100℃淬火

600℃左右回火。為保證熱硬性，要進行多次回火。組織：與高速鋼類似?；鼗瘃R氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體2.熱作模具鋼

二、合金模具鋼

第155頁/共186頁

三、量具用鋼

螺紋規(guī)

游標(biāo)卡尺千分尺1.用途

量具用鋼用于制造各種量測工具，如卡尺、千分尺、螺旋測微儀、塊規(guī)、塞規(guī)等。第156頁/共186頁2.性能要求

量具在使用過程中要求測量精度高，不能因磨損或尺寸不穩(wěn)定影響測量精度。

(1)高硬度（大于56HRC）和高耐磨性；

(2)高尺寸穩(wěn)定性熱處理變形要小，在存放和使用過程中，尺寸不發(fā)生變化。（3）良好的耐蝕性