合金鋼全部課件

合金鋼AlloySteel《機械工程材料》多媒體課件

7/10/20231合金工具鋼第三節(jié)AlloyToolSteel7/10/20232AnmingLi,DeptofMSE,hpu數(shù)字+化學(xué)元素+數(shù)字1、前面(一位）數(shù)字表示鋼平均含碳量的千分數(shù)；含碳量≥1％時，不寫數(shù)字。2、后面的數(shù)字表示合金元素含量。合金元素含量小于1.5%時，不標(biāo)含量；等于或大于1.5%、2.5%……時，以2、3表示。4、特殊標(biāo)注：

高速鋼，例如：W18Cr4V；

3、S、P量較低的高級優(yōu)質(zhì)鋼，加A工具鋼編號原則材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/20233AnmingLi,DeptofMSE,hpu一、合金刃具鋼alloycuttingtoolsteel材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/20234AnmingLi,DeptofMSE,hpu什么是合金刃具鋼？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。

（alloycuttingtoolsteel）

低合金刃具鋼

高合金刃具鋼材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/20235AnmingLi,DeptofMSE,hpu刃具鋼主要用途車刀端面銑刀鉆頭絲錐板牙盤型銑刀齒輪滾刀材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/20236AnmingLi,DeptofMSE,hpuγβ2β1γ彈性變形

塑性變形

擠裂γβ2金屬的切削過程

1.刃具的工作特點材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/20237AnmingLi,DeptofMSE,hpu材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/20238AnmingLi,DeptofMSE,hpu工作特點與工件發(fā)生劇烈的摩擦

要求刃具鋼有高的硬度、高的耐磨性

承受一定的沖擊和彎曲應(yīng)力

要求刃具鋼有足夠的塑性、韌性刃部有很高工作溫度

要求刃具鋼有高的耐熱性三個特點材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/20239AnmingLi,DeptofMSE,hpu2.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：刀具由開始切削到磨鈍的時間。材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202310AnmingLi,DeptofMSE,hpu

63

60HRC

降30％

大量VC70HRC

刃具的耐磨性材料的硬度碳化物性質(zhì)成分VCWCFe3C硬度/HV20101730800三種碳化物的硬度材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202311

(3)高的熱硬性（hothardness)

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)定性和碳化物的性質(zhì)。

意大利五軸數(shù)控銑床

德國數(shù)控銑床

材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202312刃具材料的耐熱性是影響機械切削速度的關(guān)鍵因素；國際生產(chǎn)工程學(xué)會的一份報告指出：“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”。

對刃具材料的熱硬性提出了更高的要求

刃具溫度升高切削速度提升材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202313AnmingLi,DeptofMSE,hpu

（4）足夠的塑性和韌性（plasticityandtoughness)

材料塑韌性低

刃具崩刃、斷裂

高速鋼刃具50％，硬質(zhì)合金刃具45％，其它材料刃具5％。主要原因：高速鋼的韌性好。材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202314AnmingLi,DeptofMSE,hpu

成分特點：

高碳+提高淬透性元素+提高回火穩(wěn)定性元素

1)高碳，0.85－1.05%C之間；2)提高淬透性的元素：CrMn；3)提高回火穩(wěn)定性的元素：VSi典型鋼種及熱處理：

9SiCrCrWMn

淬火＋低溫回火

3、低合金刃具鋼：材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202315AnmingLi,DeptofMSE,hpu

4.高合金刃具鋼(high-alloycuttingtoolsteel)

“高速鋼”(highspeedtoolsteel)

W：17.5-19.0％保證熱硬性以W18Cr4V為例(1)化學(xué)成分及元素作用

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：0.7-0.8％保證高硬度材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202316AnmingLi,DeptofMSE,hpu

V：1.0－1.4％提高硬度和耐磨性

Cr：3.8－4.4％提高淬透性“風(fēng)鋼”

發(fā)展

減少W含量,增加MO,V例W6Mo5Cr4V2

趨勢：提高硬度，發(fā)展超硬高速鋼化學(xué)成分及元素作用

增加過冷A穩(wěn)定性，增加殘余A的量形成VC1％→3.5％V，60HRC→70HRC材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202317AnmingLi,DeptofMSE,hpu塑性差；鍛造溫度間隔小

（2）鍛造及熱處理（forgingandheattreatment)

幾種鋼的鍛造溫度9501150W18Cr4V8001200457001250A3終鍛溫度/℃始鍛溫度/℃鋼號

必須鍛造

非常困難鍛造退火組織鑄態(tài)組織材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202318

熱處理工藝

加熱800-840℃預(yù)熱

1270-1280℃A化

組織：A+C冷卻

組織:M+C+A殘

油冷.580-620℃分級回火減A殘.析出C

550-570℃三次高速鋼的熱處理

（heattreatment)熱處理工藝曲線材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/20231960-63HRC原因：大量A殘63-66HRC組織：M回+C+A殘W18Cr4V回火溫度與硬度回火與硬度淬火后回火后材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202320二、模具鋼Diesteel材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202321AnmingLi,DeptofMSE,hpu用途：近室溫下對金屬進行變形的模具；冷沖模、冷擠壓、拉絲、滾絲輪、搓絲板等。

汽車沖壓模具冷作模鋼

(cold-workingdiesteel)1、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202322AnmingLi,DeptofMSE,hpu

1）高碳，＞1.0%C，有的甚至可達到2％；2）提高淬透性元素CrWMn;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Cr12、Cr12MoV。

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：材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202323AnmingLi,DeptofMSE,hpu熱作模鋼

(hot-workingdiesteel)用途：對高溫金屬進行變形的模具；如熱鍛模、熱擠壓模等。

1、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202324AnmingLi,DeptofMSE,hpu

1）中碳0.3-0.5%C；2）提高淬透性元素CrMnNiSi;3）提高回火穩(wěn)定性元素Mo、W4)防止第二類回火脆性元素WMo

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7/10/202325AnmingLi,DeptofMSE,hpu

5CrMnMo一般模具5CrNiMo各種模具，淬透性好3Cr2W8V重載大型模具

熱處理及典型鋼種：淬火＋高溫回火汽車鍛模材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202326AnmingLi,DeptofMSE,hpu用途：制造卡尺，量規(guī)、塞規(guī)等；

三、量具鋼1、用途及性能：卡尺量規(guī)千分尺材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202327AnmingLi,DeptofMSE,hpu高碳:0.9～1.5%;合金元素:Cr、Mn、W。淬火冷處理低溫回火時效處理簡單量具：T10A、T12A、65Mn等。形狀復(fù)雜、高精度：CrWMn、GCr15。

3、熱處理及典型鋼種：2、

成分特點：材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202328AnmingLi,DeptofMSE,hpu特殊性能鋼第四節(jié)SpecialPropertySteel7/10/202329AnmingLi,DeptofMSE,hpu

一.不銹鋼

(stainlesssteel)

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：1、

定義：材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202330AnmingLi,DeptofMSE,hpu1)馬氏體型不銹鋼---Cr13型鋼化學(xué)成分特點:Wc=0.1～0.4%

WCr=13%熱處理特點:淬火＋回火組織：回火索氏體結(jié)構(gòu)件回火馬氏體刀具牌號:1Cr13～4Cr13常用不銹鋼：材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202331AnmingLi,DeptofMSE,hpu2)鐵素體型不銹鋼化學(xué)成分特點:

Wc=0.1%左右

WCr=17%熱處理特點:750-780℃空冷

不能進行熱處理強化。牌號:1Cr17、1Cr28等。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)裝置材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202332AnmingLi,DeptofMSE,hpu3)奧氏體型不銹鋼化學(xué)成分特點:

Wc=0.08～0.14%WCr=17～19%

WNi=8～11%Cu、Ti、Mo等牌號:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、

0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti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:化工容器、管道等。管板換熱器大型化工儲罐材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202333AnmingLi,DeptofMSE,hpu二.耐熱鋼在高溫下具有抗氧化性和高溫強度的特殊鋼抗氧化性(熱穩(wěn)定性)高溫強度(熱強性)蠕變極限持久強度1、

定義：2、

性能：汽車氣門材料科學(xué)與工程學(xué)院7/10/202334AnmingLi,DeptofMSE,hpu

抗氧化鋼

(不起皮鋼):

奧氏體型鋼1Cr18Ni9Ti熱強鋼珠光體型15CrMo馬氏體型1Cr13奧氏體型18-8型3、