第四章 鋼鐵材料

第4章鋼鐵材料

不銹鋼帶4.1鋼的分類和牌號4.2鋼中雜質(zhì)及合金元素4.3結(jié)構(gòu)鋼4.4工具鋼4.5特殊性能鋼4.6鑄鐵4.1

鋼的分類和牌號鋼鐵材料：鋼+鑄鐵；鋼：以鐵為元素，含碳量一般在2%一下并含有其他元素的材料4.1.1工業(yè)用鋼的分類1．化學(xué)成分：碳素鋼：低碳鋼：C%<0.25%

合金鋼：錳鋼

中碳鋼：0.25<C%<0.6%硼鋼等

高碳鋼：C>0.6%2．質(zhì)量（S、P雜質(zhì)含量）：

普碳鋼優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼

特級優(yōu)質(zhì)鋼3．按冶煉方法分類：

煉鋼爐：平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼、電爐鋼

脫氧方式：沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼4.按用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼：工程用鋼和機(jī)器用鋼碳素工具鋼：模具鋼、刃具鋼和量具鋼特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼和耐磨鋼4.1.2工業(yè)用鋼的牌號鋼的名稱采用的漢字表示符號牌號中的位置碳素結(jié)構(gòu)鋼屈Q牌號頭低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼屈Q牌號頭碳素工具鋼碳T牌號頭沸騰鋼沸F牌號尾半鎮(zhèn)靜鋼半b牌號尾鎮(zhèn)靜鋼鎮(zhèn)Z牌號尾1．碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

碳素結(jié)構(gòu)鋼分為五類20種，其牌號主要依據(jù)鋼材的厚度（或直徑）不大于16mm的鋼的屈服強(qiáng)度數(shù)值進(jìn)行劃分，然后以鋼的質(zhì)量等級和脫氧方法進(jìn)行細(xì)分。其牌號中符號的意義如下：

Q——代表鋼的屈服點(diǎn)字母。

A、B、C、D、E——反映碳素結(jié)構(gòu)鋼中有害元素(S、P)含量多少的質(zhì)量等級符號，按字母順序，等級中含S、P量下降。

F、b、Z、TZ——表示脫氧方法的符號。其中：

F—沸騰鋼、b—半鎮(zhèn)靜鋼、Z—鎮(zhèn)靜鋼、TZ—特殊鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235AF表示屈服強(qiáng)度為235MPa的質(zhì)量等級為A級的沸騰鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼新舊牌號對照和用途GB700－79牌號GB700－88牌號備注應(yīng)用1號鋼（A1、B1）Q195Q195的化學(xué)成分與B1同，力學(xué)性能與A1同塑性好，有一定強(qiáng)度。用于承受載荷不大的橋梁構(gòu)件，也作鉚釘、沖壓件、焊接件A2Q215A——C2Q215B——A3Q235A——強(qiáng)度較高，塑性好。用于承受載荷較大的結(jié)構(gòu)，也可制作轉(zhuǎn)軸、心軸、拉桿、螺栓、螺母C3Q235B————Q235C用于重要焊接結(jié)構(gòu)——Q235D用于重要焊接結(jié)構(gòu)A4Q255A——強(qiáng)度更高?？芍谱麈?、銷、轉(zhuǎn)軸、軋輥、主軸等中等載荷零件C4Q255B——C5Q275不分等級，化學(xué)成分和力學(xué)性能均需保證2．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

鋼號用平均碳含量的萬分?jǐn)?shù)的數(shù)字表示。如：08F（F表沸騰鋼）;20A（后有“A”表示高級優(yōu)質(zhì)鋼）;45，15Mn（表示含Mn量高）。制作各種機(jī)器零件，一般進(jìn)行熱處理。

08F

塑性好，冷沖壓件

10，20

冷沖壓件，焊接件，滲碳處理。

35，45，40，50

齒輪、軸類

60，65

彈簧3．合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼碳含量用萬分?jǐn)?shù)（兩位）C％。如40Cr，C%=0.4%

（1）、合金含量用（百分?jǐn)?shù)）表示，如20Cr3MoWVA,

其中C%=0.2%,

（2）、Cr%=3%,Mo,W,V<1.5%；（3）、合金含量小于1.5%不標(biāo)；（4）、A：表示高級優(yōu)質(zhì)。

合金鋼與前面碳鋼比，加入了一種或多種合金元素，目的？作用？對組織、性能的影響？4．工具鋼

0.65------1.35C%，用以制作刃具、量具、模具鋼號用平均碳含量的千分?jǐn)?shù)的數(shù)字和T一起表示。如：T10A（1.0%C，A表示高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼）；

T9（0.9%C）；

T12（1.2%C）；

T7，T8：強(qiáng)度，韌性較高，可制作沖頭、鑿子、榔頭

T9、T10、T11：強(qiáng)度，韌性適中，可制作鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸及冷作模具。

T12，T13：硬度很高，韌性低，可制作銼刀、刮刀、量規(guī)。4.1碳素工具鋼4.1合金工具鋼和高速工具鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼基本相同，但是一般不表示含碳的數(shù)字。5．軸承鋼

“ZG”加平均碳含量萬分?jǐn)?shù)表示。

如：ZG25（0.25%C）；

ZG45（0.45%C）形狀復(fù)雜，需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件。7．鑄鋼

以G開頭，不標(biāo)出含碳量，含鉻量以千分之一為單位標(biāo)出6．不銹鋼和耐熱鋼

由表示平均含碳量的數(shù)字（千分之一），以其后帶有百分含量數(shù)字的合金元素符號組成題目4.2

鋼中的雜質(zhì)及合金元素4.2.1、雜質(zhì)元素對鋼性能的影響1．錳——有益；0.25--0.80%a.脫氧劑：

降低FeO→↓脆性，

b.脫硫劑：Mn+S→MnS(降低S的有害作用)↑熱加工性能

c.固溶強(qiáng)化，使性能更優(yōu)。2．Si

——有益

a.脫氧→↓脆性

b.

固溶強(qiáng)化3．磷——有害

Fe3P

室溫下<100℃，脆性大→冷脆4．硫——有害5．O、N、HO

——↓機(jī)械性能，強(qiáng)度、塑性降低，有害元素；

N

——產(chǎn)生蘭脆，有害元素；若鋼中存在Al、V、Ti↑→蘭脆消失→強(qiáng)度，硬度提高；

H

——?dú)浯?、白點(diǎn)，有害元素；985℃時(shí)，產(chǎn)生的共晶體（Fe+FeS）→加入Mn→MnS（除硫）熱脆（一）、合金元素在鋼中的存在方式

4.2.2、合金元素對鋼組織的影響1.溶于基體中形成固溶體F

或固溶體A。2.與碳元素作用形成碳化物K(Fe,Cr)3C。溶于滲碳體！3.單獨(dú)形成特殊碳化物存在方式對相圖影響對熱處理影響（二）、合金元素對鐵碳相圖的影響

1．影響A和F存在的范圍

B、擴(kuò)大γ區(qū)并與γ

-Fe無限互溶的Fe-Me相圖A、擴(kuò)大γ區(qū)并與γ

-Fe無限互溶的Fe-Me相圖（1）、擴(kuò)大A的元素有可能在室溫下形成單相A的元素：Mn、Ni、Co有可能在室溫下形成單相A的元素：C、N、Cu（2）、縮小A相區(qū)的元素C、縮小并封閉γ區(qū)，與a-Fe無限互溶的Fe-Me相圖D、縮小并封閉γ區(qū)，與a-Fe有限互溶的Fe-Me相圖與a-Fe無限互溶與a-Fe有限互溶Mn元素對奧氏體區(qū)的影響Cr

元素對奧氏體區(qū)的影響縮小A相區(qū)擴(kuò)大A相區(qū)（2）使S、E點(diǎn)大大左移

合金元素對S點(diǎn)（0.77）成分的影響合金元素對A1（727）線的影響Why:3Cr2W8V熱模具鋼0.3%C卻屬過共析鋼？W18Cr4V高速鋼鑄態(tài)下（<1.0%C）出現(xiàn)萊氏體組織？（三）、合金元素對熱處理的影響

1、對奧氏體化過程的影響

（1）影響A形成速度

（a）(Cr,Mo,W,V)碳化物形成元素，推遲A轉(zhuǎn)變；（b）非碳化物形成元素：Co、Ni加快A形成；（c）Al、Si、Mn影響不大。（2）影響A晶粒長大

（a）強(qiáng)烈阻礙：V、Ti、Nb、Zr(生成特殊碳化物：高熔點(diǎn)、顆粒、彌散間隙)

（b）中等阻礙：W、Mo、Cr

（c）影響不大：Si、Ni、Cu

（d）促進(jìn)長大：Mn（只在高溫下和碳結(jié)合）、P、Ba.碳化物穩(wěn)定性b.阻礙C在相中的擴(kuò)散作為形核核心（1）提高淬透性：除Co以外的固溶于A中合金元素。常用：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B（2）Ms、Mf溫度下降（殘余A增加）：除Co、Al以外：Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si

強(qiáng)弱（3）影響M形態(tài)：Ni、Cr、Mn、Mo、Co增大片狀M形成傾向2、對過冷A轉(zhuǎn)變的影響①位置：②形狀③Ｍ轉(zhuǎn)變臨界溫度非碳化合物（Al,Ni,Cu,Si）：不改變形狀碳化物(Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Zr,Ti)：分離成上下兩個(gè)C曲線：P區(qū)Ｂ區(qū)3、對回火轉(zhuǎn)變的影響（1）提高耐回火性：V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co（2）產(chǎn)生二次硬化：A’M’：Mn、Mo、W、Cr、V、(Ni、Co協(xié)同）沉淀硬化：V、Mo、W、Cr、(Ni、Co協(xié)同）（3）防止第二類回火脆性（第二類回火脆性——450-600oC高溫，與P有關(guān)）：（a）增大第二類回火脆性：Mn、Cr、Ni（b）消除第二類回火脆性：Mo(0.5%)、W(1%)

防止第二類回火脆性產(chǎn)生的方法:在500～600℃快速冷卻。加入合金元素W、Mo。三、合金元素對鋼的性能的影響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(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。（一）合金元素對鋼的強(qiáng)度的影響

1．鋼的強(qiáng)化機(jī)制

a.固溶強(qiáng)化

碳、硼等溶質(zhì)原子對a－Fe強(qiáng)度的影響溶質(zhì)原子→晶格畸度→與位錯(cuò)相互作用→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動→強(qiáng)化。Mn，Si是主要強(qiáng)化元素b.細(xì)晶強(qiáng)化

Nb，V，Al，Ti晶界→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動→強(qiáng)化

c.位錯(cuò)強(qiáng)化

位錯(cuò)→增殖并相互作用→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動→強(qiáng)化d.第二相強(qiáng)化

第二相粒子→阻礙位錯(cuò)運(yùn)動→強(qiáng)化。2．鋼的強(qiáng)化

（1）、熱處理

a.淬火：A→M1、固溶強(qiáng)化：過飽和C和Me；

2、位錯(cuò)強(qiáng)化：高密度位錯(cuò)；

3、細(xì)晶強(qiáng)化：極細(xì)小、不同取向的馬氏體束→細(xì)晶強(qiáng)化。

b.回火

1、第二相強(qiáng)化：析出細(xì)小碳化物粒子；

2、基本保持了淬火態(tài)的細(xì)小晶粒；

3、高密度位錯(cuò)仍然存在；

4、一定的固溶強(qiáng)化作用。（2）、合金化

1、固溶強(qiáng)化；

2、提高回火穩(wěn)定性；

3、提高淬透性。淬火＋回火——綜合利用四種強(qiáng)化手段（二）Me對鋼韌性的影響

（1）細(xì)化晶粒

Ti、V、Nb、Al→TiC、VC、NbC、AlN→阻礙A長大→細(xì)化晶粒。（2）改善基體韌性

Nb，Mn可以降低Tc→韌性提高（3）提高回火穩(wěn)定性（4）細(xì)化碳化物Mn，Cr，V

（5）控制非金屬夾雜和雜質(zhì)元素提高韌性的途徑

鋼合金化主要目的及作用（一）首要目的－提高淬透性：影響Ｃ曲線右移和改變形狀，保證淬火時(shí)容易獲得馬氏體。為進(jìn)一步強(qiáng)韌化提供保障。（二）第二目的－提高鋼的回火穩(wěn)定性：使鋼回火析出的碳化物更細(xì)小，均勻和穩(wěn)定；并使馬氏體的微細(xì)晶粒及高密度錯(cuò)保持較高的溫度。（三）其它：有的合金能產(chǎn)生二次硬化、良好的高溫性能、耐腐蝕性能等。（三）合金元素對鋼的工藝性能的影響（1）鑄造性能：Cr、Mo、V、Ti、Al使之惡化（2）塑性加工性能：熱加工：Cr、Mo、W熱塑性下降合金鋼加熱冷卻需緩慢冷加工：固溶合金元素多提高冷加工硬化率，

Si、Ni、Cr、Cu降低深沖性能

Nb、Ti、Zr（改善硫化物形態(tài)）提高沖壓性能（3）焊接性能：C%越高，合金元素多降低焊接性能少量V、Ti可提高焊接性能（4）切削性能（HB170-230）：一般合金鋼比碳鋼難切削易切削鋼：S(0.08-0.30%)、P(0.08-0.15%)、

Pb(0.10-0.30%)（5）熱處理性能：淬透性（高）、變形與開裂傾向（大）、過熱敏感性（P、Mn、Si大）、回火脆化傾向（P主導(dǎo)、Mn、Cr、Ni協(xié)同）、氧化脫碳傾向（Si大，Ni、Mo次之）4.3

結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼包括工程用鋼和機(jī)器用鋼。按化學(xué)成分和用途不同分類7類：碳素結(jié)構(gòu)鋼；優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼；低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼；滲碳鋼；調(diào)制鋼；彈簧鋼；滾動軸承鋼1、結(jié)構(gòu)鋼：普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，含碳量低，含硫、磷較高。性能：熱軋空冷狀態(tài)下使用，塑性高，可焊性好組織：F+P使用：以熱軋板、帶、棒及型鋼使用，用量占70%，用于焊接、鉚接、螺紋連接等典型材料：Q195、Q215、Q235、Q2753、低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼

①、低C:＜0.2%②、Me以Mn為主、Mn和Si固溶強(qiáng)化③、加入V,Nb,Ti等元素細(xì)化F晶粒和細(xì)化k而沉淀強(qiáng)化④、加入P細(xì)化珠光體⑤、加入Cu抗腐蝕①、高強(qiáng)度:σs＞300MPa②、高韌性③、良好焊接性能和冷成形性能成分特點(diǎn)與合金化原則：

性能特點(diǎn):

2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼：含S、P含量較低，性能優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼性能：優(yōu)于碳素結(jié)構(gòu)鋼組織：F+P使用：用于制造叫重要機(jī)械零件，如螺釘、螺母、齒輪、各種軸、彈簧等典型材料：45、80、08F、30Mn等P細(xì)＋F

按σs分6級:①、低強(qiáng)度級別:16Mn一般工程結(jié)構(gòu)②、中等強(qiáng)度級別:15MnVN大型橋梁,鍋爐,船舶,焊接結(jié)構(gòu).③、高強(qiáng)度級別:18MnMoNb高壓鍋爐,高壓容器

一般供應(yīng)狀態(tài)(熱軋空冷)下直接使用,不熱處理焊接結(jié)構(gòu)可進(jìn)行一次正火,改善焊區(qū)性能使用態(tài)組織:

典型鋼號及其應(yīng)用

熱處理特點(diǎn)

碳鋼和低合金鋼焊條低合金高強(qiáng)鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼成分特點(diǎn)與合金化原則：

性能特點(diǎn)

4、滲碳鋼

①、低C:0.1%～0.25%②、加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,B③、加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻礙A晶粒長大和形成ｋ提高耐磨性④、限制Mn,Cr含量,降低滲層A‘％⑤、Ni增加滲層塑、韌性①、滲層硬度高,耐磨,抗接觸疲勞,且有適當(dāng)塑性,韌性②、心部高韌性和足夠強(qiáng)度③、良好的熱處理工藝性能低合金高強(qiáng)鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼使用態(tài)組織：

典型鋼號及其應(yīng)用

熱處理特點(diǎn)

表層：ｋ＋M’＋A’心部：①、淬透，低C的M′②、未淬透，T＋M'＋F(少量)①、低淬透性:20Cr,15Cr沖擊載荷小的耐磨件,如小軸,活塞銷,小齒輪.②、中淬透性:20CrMnTi有良好的力性和工藝性能,適合高速較高載有沖擊的耐磨件,如重要齒輪,連軸器,十字銷頭.③、高淬透性:18Cr2Ni4WA適合重載大截面重要耐磨件,如柴油機(jī)曲軸,連桿

一般滲碳前:正火滲碳后進(jìn)行:①、一次(二次)淬火②、直接淬火③、對重要零件,為減少A進(jìn)行尺寸穩(wěn)定化處理(如冷處理)最后進(jìn)行:低溫回火。成分特點(diǎn)與合金化原則：

性能特點(diǎn)

5、調(diào)質(zhì)鋼

①、中C：0.25%～0.50%以0.4左右為主②、加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,Si,B③、加入Mo,W消除回火脆④、加入強(qiáng)ｋ形成元素提高回火穩(wěn)定性和細(xì)化晶粒⑤、Ni,Si,Mn可強(qiáng)化Ｆ高水平綜合機(jī)械性能,能滿足多種和較復(fù)雜的工作條件低合金高強(qiáng)鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、軸承鋼使用態(tài)組織：

典型鋼號及其應(yīng)用

熱處理特點(diǎn)

S'

①、低淬透性:40Cr,40MnB一般尺寸重要零件,如齒輪,主軸②、中淬透性:35CrMo截面尺寸較大零件,如曲軸,連桿.③、高淬透性:37CrNi3適合大截面重載重要零件,如汽輪機(jī)主軸和葉輪一般:油淬+高溫回火調(diào)質(zhì)后:①表面淬火;②專門化學(xué)熱處理(如氮化)(38CrMoAl氮化鋼)成分特點(diǎn)與合金化原則：

性能特點(diǎn)

6、彈簧鋼

①、中高C:0.45%～0.70%②、加入Si,Mn為主要元素:提高淬透性也提高屈強(qiáng)比③、加入Cr,W,V也提高淬透性④、加入Si-Cr不易脫C加入Cr-V細(xì)化晶粒,耐沖擊,高溫強(qiáng)度好①、高σe和σs,高屈強(qiáng)比②、高疲勞抗力③、足夠塑韌性,能承受震動,沖擊④、有較好淬透性,不易脫C,易繞卷成形低合金高強(qiáng)鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼使用態(tài)組織

典型鋼號及其應(yīng)用

熱處理特點(diǎn)

T'

①、以Si,Mn合金化:65Mn,60Si2Mn用于汽車,拖拉機(jī),機(jī)車的板簧和螺旋彈簧②、以Cr,V,W合金化:50CVA350℃～400℃以下重載,較大型彈簧,如高速柴油機(jī)氣門彈簧.①、熱成形法制彈簧熱軋鋼絲鋼板→卷彎曲成型→淬火+中溫回火→噴丸②、冷成形法制彈簧鋼絲鋼板→淬火+中溫回火→冷卷彎曲成型→去應(yīng)力→噴丸成分特點(diǎn)與合金化原則：

性能特點(diǎn)

7、滾動軸承鋼①、高C:0.95%～1.10%②、Cr為基本元素:提高淬透性;細(xì)化ｋ;提高耐磨性和接觸疲勞抗力;增加Ａ'%③、加入Si,Mn提高淬透性;加入V耐磨性,防止過熱④、純度要求極高⑤、GCr15中含Cr%≈1.5%①、高接觸疲勞強(qiáng)度②、高硬度和耐磨性③、足夠的韌性和淬透性④、一定耐蝕能力和良好尺寸穩(wěn)定性低合金高強(qiáng)鋼、滲碳鋼、調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼使用態(tài)組織

典型鋼號及其應(yīng)用

熱處理特點(diǎn)

M'＋細(xì)ｋ＋少量A'

①、Cr軸承鋼:GCr15中小型軸承,冷沖模,量具,絲錐.②、添加Mn,Si,Mo,V的軸承鋼:GCr15SiMo,GSiMnMoV制造大型軸承.①、正火:消除Cem網(wǎng)②、球化退火:便于切削,使ｋ細(xì)小均勻,為淬火作準(zhǔn)備③、淬火:細(xì)針M+A④、冷處理:(精密零件)尺寸穩(wěn)定⑤、回火:低溫回火⑥、時(shí)效:120℃～140℃,10～20h去應(yīng)力,穩(wěn)定尺寸成分特點(diǎn)與合金化原則：

性能特點(diǎn)

①、高C:0.9%～1.1%②、加入Cr,Mn,Si提高淬透性③、加入Si提高回火穩(wěn)定性④、加入W,V提高耐磨性⑤加入W,V細(xì)化晶粒①、高硬度:HRC＞60②、高耐磨性③、高熱硬性④、足夠塑性和韌性4.4

工具鋼工具鋼是用來制造工具的鋼種，按用途分可以分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。1、刃具鋼

(1)、低合金工具鋼

使用態(tài)組織

典型鋼號及其應(yīng)用

熱處理特點(diǎn)

M'＋合金ｋ＋少量A①、Si-Cr系:9SiCr如,板牙,絲錐,冷沖模,木工工具,低速切削刃具②、Cr系:Cr,Cr06如,樣板,鉸刀,插刀,剃刀,刀片,刮刀,銼刀等.③、Cr-W-Mn系:CrWMn如拉刀,沖模,樣板,量規(guī)④、W和Cr-W系:W,W2,CrW小麻花鉆,低速切削刃具球化退火＋機(jī)加工＋淬火＋低溫回火成分特點(diǎn)與合金化原則：

性能特點(diǎn)

(2)、高速鋼

①、高C:0.7%～1.5%②、加入Cr提高淬透性③、加入W,Mo提高熱硬性④、加入V提高耐磨性①、高硬度:HRC＞60②、高耐磨性③、高熱硬性④、足夠塑性和韌性雙頭鉆高速鋼刀具使用態(tài)組織

典型鋼號及其應(yīng)用

熱處理特點(diǎn)

M'＋合金ｋ＋少量A①、W系:W18Cr4V②、W-Mo系:W6Mo5Cr4V2作高速切削刃具鑄造組織有魚骨狀共晶退火＋1270℃淬火＋560℃～580℃回火(三次)；若冷處理只需一次回火成分特點(diǎn)性能特點(diǎn)

(3)、碳素工具鋼

高C:0.65%～1.35%。隨C增加，耐磨性增加，韌性下降①、高硬度:HRC＞60②、高耐磨性③、高熱硬性④、足夠塑性和韌性典型鋼號及其應(yīng)用

①、T7~T9:制造承受沖擊的工具②、T10~T11:低速切削工具③、T12~T13:制造耐磨工具熱處理特點(diǎn)

正火——球化退火——淬火+低溫回火成分特點(diǎn)性能特點(diǎn)

(1)、冷作模具鋼含碳量高，加入元素為Cr，輔助加入元素是W、Mo、V①、冷態(tài)下變形抗力大②、高耐磨性③、高硬性度④、足夠強(qiáng)度和韌性以及良好的加工性能典型鋼號及其應(yīng)用

①、Cr12:制造冷沖模、擠壓模②、Cr12MoV:制造冷沖模、擠壓模熱處理特點(diǎn)

鍛造——球化退火——淬火+低溫回火2、模具鋼

性能特點(diǎn)

(2)、熱作模具鋼①、高溫下良好的綜合力學(xué)性能②、抗熱疲勞性能③、高的淬透性和良好的導(dǎo)熱性典型鋼號及其應(yīng)用

①、熱鍛模鋼：用于熱鍛模②、

壓鑄模鋼：用于壓鑄模成分特點(diǎn)性能特點(diǎn)

含碳量高0.9%~1.5%，合金元素為Cr、Mn、W等①、高尺寸穩(wěn)定性②、高耐磨性③、高硬性度④、足夠韌性典型鋼號及其應(yīng)用

①、GCr15:鋼耐磨性、尺寸穩(wěn)定性較好②、4Cr13:用于腐蝕介質(zhì)中使用熱處理特點(diǎn)

減少變形，提高量具鋼穩(wěn)定性3、量具鋼

ａ.金屬腐蝕的方法(化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕)ｂ.金屬腐蝕破壞的方式:①、均勻腐蝕②、晶間腐蝕③、點(diǎn)腐蝕④、應(yīng)力腐蝕⑤、腐蝕疲勞均勻腐蝕晶間腐蝕點(diǎn)腐蝕穿晶腐蝕不銹鋼帶抗腐蝕原理：金屬在外部介質(zhì)作用下發(fā)生反應(yīng)，以致被逐漸破壞的現(xiàn)象

4.5

特殊性能鋼1、不銹鋼：具有耐腐蝕性能的鋼

d.不銹鋼的合金化原理：①含C量盡可能低；②加入Cr→n/8定律→含量＞12.5%電極電位躍升(如M不銹鋼)；③含Cr量＞12.7%→單相F(如F不銹鋼)；④加入Ni→單相A或F+A(如A不銹鋼)；⑤加入Ti、Nb、B→晶界腐蝕↓c.金屬抗腐蝕的原理：①單相組織→原電池形成可能性↓、金屬電極電位↑→抗腐蝕；②↓電極電位差、↑陽極電極電位；③表面保護(hù)膜→鈍化成分特點(diǎn)性能特點(diǎn)

含碳量很低，合金元素為Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Nb等①、耐蝕性②、高耐磨性③、高硬性度④、高強(qiáng)度和較好的加工性能

按照不銹鋼在高溫（900－1100℃）加熱并在空氣中冷卻后的基本組織，不銹鋼可以分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體－鐵素體不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。常用不銹鋼及熱處理種類含碳量熱處理性能舉例馬氏體不銹鋼0.10％－1.20％完全退火或高溫回火作預(yù)先熱處理，淬火及回火作最終熱處理較高的強(qiáng)度、較好的耐腐蝕性含碳低的1Cr13、2Cr13作耐腐蝕零件，含碳高的3Cr13等作醫(yī)療器械、量具鐵素體不銹鋼<0.12％不能通過熱處理強(qiáng)化，高鉻鐵素體不銹鋼在退火狀態(tài)下使用耐腐蝕性優(yōu)于馬氏體不銹鋼0Cr13Al、1Cr17等，用于硝酸和氮肥工業(yè)奧氏體不銹鋼很低≦0.15％固溶處理穩(wěn)定化處理去應(yīng)力退火高塑性和良好的焊接性能，耐腐蝕性優(yōu)于前兩者1Cr18Ni9,0Cr18Ni9等，用于食品、化工、熱處理設(shè)備、飛機(jī)等工業(yè)典型鋼號及其應(yīng)用

成分特點(diǎn)性能特點(diǎn)

有不可缺少的元素Cr、Si、Al，同時(shí)加入其它元素提高強(qiáng)度。固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化①、良好的抗蠕變和抗斷裂的能力②、良好的抗氧化性③、良好的加工性能④、足夠韌性典型鋼號及其應(yīng)用

①、珠光體耐熱鋼:15CrMo、12Cr1MoV②、馬氏體耐熱鋼：1Cr13、1Cr11MoV③、奧氏體耐熱鋼：1Cr18Ni9Ti2、耐熱鋼

成分特點(diǎn)性能特點(diǎn)

含碳高、含錳高①、高的耐磨性②、高的韌性典型鋼號及其應(yīng)用

①、廣泛用于制造耐磨、耐沖擊的零件：ZGMn13-13、耐磨鋼：在沖擊載荷下發(fā)生沖擊硬化的鑄造高錳鋼

熱處理特點(diǎn)

水韌處理：將高錳鋼加熱到1100度，是碳化物融入奧氏體，并進(jìn)行水淬，從而獲得均勻的過飽和的單相奧氏體。一、石墨化：鑄鐵中的碳以石墨的形式析出的過程，稱為石墨化。

石墨化程度

，G數(shù)量

，基體中P數(shù)量，所以，石墨化程度決定了鑄鐵的組織。

影響石墨化的因素：Fe-C合金的五大元素：C,Si,Mn,P,S原因：Si能抑制Fe3C的形成，促進(jìn)Fe3C分解Si:是強(qiáng)烈促進(jìn)G化的元素，Si%

,G化。

(1)、化學(xué)成分C是G的形成元素，C%

，

G化；4.6

鑄鋼含碳量大于2.11%并含有較多Si、Mn、S、P等元素的多元鐵基合金。石墨化過程：

第一階段：結(jié)晶時(shí)的一次石墨、二次石墨，共晶石墨的析出和加熱時(shí)一次滲碳體、二次滲碳體和共晶滲碳體的析出；第二階段；冷卻時(shí)共析石墨的析出和加熱時(shí)共析滲碳體的分解。S:是阻礙G化的元素，S%

,G化

Mn

：Mn<0.2~0.4%時(shí)，Mn+S

MnS可起除S作用，G化；Mn>0.2~0.4%時(shí)，形成合金滲碳體(Fe,Mn)3C,G化。P：對石墨化影響不明顯。V冷

，G化

，F(xiàn)e3C量

，G片細(xì)小、量少。V冷

，G化停止，無石墨形成，C

Fe3C，即形成白口鑄鐵。(2)、冷卻速度(V冷)G化是靠原子擴(kuò)散進(jìn)行的，需要溫度、時(shí)間二、灰口鑄鐵

F灰口鑄鐵

F+P灰口鑄鐵

P灰口鑄鐵1、灰口鑄鐵的組織

灰口鑄鐵的組織是由鋼的基體組織與片狀石墨組成。鋼的基體因共析階段石墨化進(jìn)行的程度不同有鐵素體、鐵素體＋珠光體和珠光體三種，相應(yīng)的有三種灰口鑄鐵：F灰口鑄鐵、F+P灰口鑄鐵、P灰口鑄鐵（如圖所示）。其中珠光體灰口鑄鐵的強(qiáng)度最高，應(yīng)用最廣泛。鐵素體基體組織鐵素體基體+片狀石墨

X100鐵素體基體+片狀石墨

X500鑄鐵的三種基體珠光體基體組織珠光體基體+片狀石墨

X100珠光體基體+片狀石墨X500鐵素體+珠光體基體組織鐵素體和珠光體基體+片狀石墨

X100X5002、灰口鑄鐵的牌號HT100：100表示Ф30mm試樣的最小抗拉強(qiáng)度值。牌號顯微組織性能基體石墨HT100F+P粗片狀鑄造性能好，不用人工時(shí)效，減振性好HT150F+P較粗片狀HT200P中等片狀強(qiáng)度較高，耐磨耐熱，鑄造性較好，但要人工時(shí)效，減振性較好HT250細(xì)P較細(xì)片狀HT300索氏體或屈氏體細(xì)小片狀高強(qiáng)度，高耐磨性，白口傾向大，鑄造性差，要人工時(shí)效灰口鑄鐵常見牌號組織（1）、牌號越高，鑄造性能越差，強(qiáng)度越高；（2）、同一牌號，壁厚增加，抗拉強(qiáng)度下降。說明：3、灰口鑄鐵的熱處理（1）、去應(yīng)力退火目的：消除鑄造內(nèi)應(yīng)力，防止鑄件開裂惑減少變形。（2）、改善切削加工性的退火目的：消除白口組織，改善切削加工性。（3）、表面淬火

目的：提高表面的硬度和耐磨性，其方法有火焰淬火、感應(yīng)淬火和電接觸淬火。

熱處理只能改變鑄鐵的基體組織，不能改變石墨的形態(tài)和分布。效果不大二、可鍛鑄鐵完全白口鑄鐵，經(jīng)長時(shí)間石墨化退火（900－9800C）1．牌號

F可鍛鑄鐵KT300－6最低抗拉強(qiáng)度和延伸率；

P可鍛鑄鐵KTZ450－5最低抗拉強(qiáng)度和延伸率。2．熱處理

a）鑄造純白口鑄鐵；

b）經(jīng)長時(shí)間石墨化；

c）控制不同冷速獲得F

和P基體的可鍛鑄鐵。可鍛鑄鐵顯微組織可鍛鑄鐵腐蝕前石墨形態(tài)基體+團(tuán)絮狀石墨

X100基體+團(tuán)絮狀石墨

X500腐蝕后F+P基體+團(tuán)絮狀石墨

X100F+P基體+團(tuán)絮狀石墨X500三、球墨鑄鐵1、組織與性能：(F,F+P,P)+球狀GG球?qū)w的割裂、應(yīng)力集中減小到最低程度，所以，機(jī)械性能大大提高。鐵素體基體珠光體基體石墨球鐵素體球墨鑄鐵珠光體＋鐵素體球墨鑄鐵珠光體球墨鑄鐵

在鑄態(tài)下，球墨鑄鐵的基體組織一