机械工程材料-工业用钢.ppt

1、2018/8/19,1,机械工程材料 工业用钢,河北工业大学材料学院,2018/8/19,2,工业用钢,1 钢的分类及编号 2 合金元素在钢中的作用 3 结构钢 4 工具钢 5 特殊性能钢,2018/8/19,3,1 钢的分类及编号,一钢的分类 （一）按用途划分1结构钢 机械零件和工程用钢。 2工具钢 刃具、模具、量具用钢3特殊性能钢 不锈钢、耐热钢、耐磨钢。,2018/8/19,4,1碳素钢 （1） 低碳钢 C 0.25（2） 中碳钢 0.25 C 0.6 （3） 高碳钢 C 0.6 2合金钢（1）低合金钢 M总 5 （ M总为合金元素总量 ）（2）中合金钢 5 M总 10（3）高合金钢 M

2、总 10,（二）按化学成分划分,1普通钢 P 0.045 ，S 0.055 2优质钢 P、S均 0.040 3高级优质钢 P 0.035 ，S 0.030,（三）按钢的质量划分,2018/8/19,5,碳（素）钢 分类,1、普通碳素结构钢 2、优质碳素结构钢 3、碳素工具钢 4、铸造碳钢,2018/8/19,6,（一）普通碳素结构钢,钢号：Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五个强度级别 牌号：Q+数字-质量等级脱氧方法 质量分A、B、C、D级，D级S、P含量最低。1“Q”字表示屈服强度之义。Q195表示屈服强度为195Mpa 。2. A、B、C、D表示钢材质量等级不同。A表示P、

3、S质量分 数最高，D表示P、S质量分数最低。3“F”表示沸腾钢，“b”表示半镇静钢，不标注“F”、“b”者为镇静钢。 如：Q235-A.F表示屈服强度235MPa的A级沸腾钢。,2018/8/19,7,普通碳素结构钢的牌号、主要成分、力学性能及用途,2018/8/19,8,普通碳素结构钢-应用,含碳量较低，一般在0.06%-0.38%范围内； 焊接性能、塑性、韧性好； 价格低； 通常轧制成钢板、钢带、型钢、棒钢等各种型材，用于桥梁、建筑等工程构件和要求不高的机械零件。 这类钢主要保证机械性能,2018/8/19,9,（二）优质碳素结构钢,钢号:08F, 10F, 15F, 08, 10, 15

4、,20，25，30，35，40，45，50，55，60，65，70，75，80，85(间隔）及15Mn, 20Mn, 25Mn, 30Mn, 35Mn, 40Mn, 45Mn, 50Mn, 55Mn, 60Mn, 65Mn, 70 Mn 牌号是两位数字，表示钢的平均含碳量，单位是万分之一。如钢号45，表示平均含碳量为0.45%的优质碳素结构钢。若钢中锰含量较高，则在钢号后附以符号“Mn”，如45Mn等。 含Mn为0.350.6时将Mn标出。 专门用钢在钢号后加字母。如20g钢为锅炉用钢 优质碳素结构钢主要用来制造各种机器零件。,2018/8/19,10,（三）碳素工具钢,钢号：T7, T8,

5、T9, T10, T11, T12, T13 含碳量：在0.65-1.35%之间，以千分之一表示含碳量，T8钢为C0.8 为“碳”字 含Mn为0.350.60时将Mn标出。如T8Mn钢。 碳素工具钢都是优质钢。 钢号后的“A”字表示高级优质钢。如T8A,2018/8/19,11,碳素工具钢-应用,碳素工具钢用来制造各种量具、刃具、模具等。 T7、T8硬度高、韧性较高，可制造冲头，凿子、锤子等工具。 T9、T10、T11硬度更高，韧性适中，制造钻头、刨刀、丝锥、手锯条等刃具及冷作模具等。 T12、T13硬度很高、韧性较低制作锉刀，刮刀等刃具及量规、样套等量具。碳素工具钢使用前都要进行热处理。,2

6、018/8/19,12,（四）铸造碳钢,铸钢有两种编号方法。 机器零件用铸造碳钢的牌号由“ZG”碳钢的牌号组成。例如，ZG45、ZG15等。 工程用铸钢的牌号由“ZG”（“铸钢”的汉语拼音字首）、最小的屈服强度值、最小的抗拉强度值组成。例如ZG200-400表示屈服强度为200MPa、抗拉强度为400MPa的工程用铸钢。,2018/8/19,13,合金钢,1、合金结构钢 2、合金工具钢 3、特殊性能钢,2018/8/19,14,合金结构钢 编号规则,钢号由三部分组成：数字+元素+数字 钢号前的两位数字表示平均含碳量，以万分之几表示。 合金元素以汉字或化学元素符号表示； 合金元素后的数字表示含合

7、金元素量（M），以百分之几表示；如果平均M1.5时一般不标明含量数字；如果M1.5、2.5%、3.5%、4.5%时分别标以2、3、4、5 如36Mn2Si:平均约0.36%C, 1.5-1.8%Mn, 0.4-0.7%Si; 合金结构钢均是优质钢，若是高级优质钢，在钢号后加以“A”字。 例如：38CrMoAlA钢0.38C、含Cr、Mo、Al均1.5。 60Si2Mn，40Cr、20MnVB等。,2018/8/19,15,合金工具钢,编号规则与合金结构钢大体相同，不同之处在于含碳量的表示方法。 若含C1.0时，在钢号前不标含碳量数字，如Cr12钢，C1.0。如CrMn钢，平均碳含量约1.3-1

8、.5%; 含C1.0时，以千分之几（一位数字）表示含碳量。如9CrSi钢，C0.9。 9Mn2V：0.85-0.95%C, 1.7-2.0%Mn, 0.1-0.25%V 合金元素以百分之几表示，方法与合金结构钢相同。,2018/8/19,16,特殊性能钢,特殊性能钢，如不锈钢、耐热钢，与工具钢表示碳含量方法相同，也以千分之一为单位的一位数字表示碳含量。以百分之一表示含合金元素量。 1Cr18Ni9Ti钢C0.1、Cr 18、Ni 9、Ti1.5% 但若含碳量0.03%及 0.08的钢，在钢号前分别冠以“00”及“0”。如00Cr18Ni10, 0Cr18,2018/8/19,17,特例,铬滚动

9、轴承钢：在钢号前注明“滚”或“G”，其后为Cr+数字。数字表示含Cr量的千分之几。例如， GCr15钢， Cr为1.5。 低Cr工具钢（小于1%)，以千分之几表示Cr含量，并在数字前加“0”以示区别，如平均含Cr量为0.6%的低Cr工具钢的钢号为Cr06； 在高速钢的钢号中，一般不标出含碳量，只标出合金元素平均含量的百分之几。如W18Cr4V, 0.7-0.8%C；W6Mo5Cr4V2，含0.8-0.9%C.,2018/8/19,18,（一）固溶态形式大多数合金元素都固溶于F、A、M中,并产生固溶强化。如：Si、Mn、Ni等非碳化物元素常常以固溶态形式存在。,一、合金元素在钢中的分布,2 合金

10、元素在钢中的作用,2018/8/19,19,（二）当合金元素含量超过了溶解度极限后将形成金属化合物：WC、VC、TiC等间隙相；Fe3C、Cr7C3等间隙化合物 （三）合金元素溶入Fe3C可形成特殊碳化物或合金渗碳体。合金渗碳体(Fe，Cr)3 C 、(Fe，Mn)3 C特殊碳化物(Fe，Cr)7 C3 、 (Fe，Cr)23 C6,2018/8/19,20,二合金元素与Fe的作用,除Pb外，合金元素均可与Fe形成合金F或合金A。 1、扩大相区的合金元素（A稳定化元素）：A3、 A1点完全扩大区的元素：Mn, Ni, Co（能与- Fe形成无限固溶体； 如1Cr18Ni9Ti钢，高温、低温都是

11、A组织（A3点降到室温以下） 部分扩大区的元素：C, N, Cu（部分溶于- Fe，在a-Fe中的溶解度更小） 2、缩小相区的合金元素（扩大F，称铁素体稳定化元素） A3,A1 完全封闭相区的元素：Cr, Mo, W, V, Ti, Al, Si。如1Cr17Ti为F不锈钢 部分缩小相区的元素：B, Nb, Zr等。,2018/8/19,21,三合金元素与碳的相互作用,1、非碳化物元素Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等，一般为固溶态形式存在于F和A中. 2、碳化物元素(与碳的亲合力由左向右增强)Mn 、Cr 、Mo、W、V、Nb、Zr、TiMn与C的亲合力较弱，少部分溶于Fe3C中，大部分

12、溶于F或A中； Cr, Mo, W，含量低时，形成合金渗碳体；含量高时，形成合金碳化物； V, Nb, Zr, Ti ：形成特殊碳化物，稳定性最高。,2018/8/19,22,（一）扩大A相区的元素使A3；缩小A相区的元素使A3。 （二）扩大A相区的元素使S点，缩小A相区的元素使S点；所有合金元素均使S点左移。如：4Cr13钢，3Cr2W8V钢都属于过共析钢；40钢与40Cr钢，退火后的组织性能，40Cr钢的强度、硬度均比40钢高，原因是40Cr钢组织中的P大于40钢。（S点左移的结果）,四. 合金元素对FeC相图的影响,2018/8/19,23,（一）强碳化物元素Ti、V、Zr、Nb、W、M

13、o等阻止A晶粒粗化（碳化物阻止晶界迁移），因此可以细化晶粒。 如：W18Cr4V钢，1280加热，晶粒度9级 （二）非碳化物元素，Si, Ni, Cu对晶粒长大影响不大；而Mn、P、B，使 A1,加热易于过热，促进晶粒长大。 如：T8Mn钢加热非常易于过热。,五合金元素对加热相变的影响 （影响奥氏体晶粒度）,2018/8/19,24,（一）合金元素对C曲线的影响除Co元素外固溶于A中的合金元素都使C曲线右移（推迟P和B转变），vk 提高了钢的淬透性。 （二）合金元素对M相变的影响除Co，Al元素外，固溶于A中的合金元素，均使Ms，同时使组织中的M条，M片,六合金元素对冷却相变的影响 (对P、B

14、、M转变）,2018/8/19,25,(三）对淬火钢回火转变的影响,、提高回火稳定性：淬火钢在回火时抵抗软化的能力称为回火稳定性。 Me推迟M分解和A的转变；提高F再结晶温度；使碳化物难以聚集长大，提高了回火软化的抗力。 、产生二次硬化：一些Mo, W, V含量较高的钢在回火时，硬度不是随回火温度的升高单调降低，而是到某一温度（约400度）后反而开始增大，并在另一更高温度（一般为550度）达到峰值，这种现象称为回火过程中的二次硬化。 产生原因：（1）“二次淬火”，AM; (2)沉淀硬化，回火时在450度以上渗碳体溶解，开始析出弥散稳定的Mo2C, W2C, VC ,使钢的硬度升高。 3、回火脆

15、性： 第一类回火脆性：Cr, Mn, Ni促进脆性；Mo, W, V, Al减弱脆性；Si使回火脆性温度提高; 第二类回火脆性：Mn, Si, Cr, Al, V, P, Cu增加脆性；Ti, Nb, Zr不改变脆性倾向；Mo, W减小脆性。,2018/8/19,26,七、对钢性能的影响,钢的强化机制：固溶强化；细晶强化；第二相强化；位错强化 淬火：1）淬火马氏体中溶有过饱和的碳和合金元素固溶强化；2）M形成时产生高密度位错位错强化；3）AM形成细小的M束细晶强化。 回火：1）析出细碳化物粒子第二相强化，2）同时保留了上面的三种强化。,2018/8/19,27,合金元素对钢的韧性的影响,（1）

16、细化晶粒 钢中加入少量Ti、V、Nb、Al，会形成TiC、VC、NbC、AlN等细小稳定的化合物粒子，阻碍奥氏体晶粒长大，使钢的晶粒细化，增多的晶界面积，能增大裂纹扩展的阻力，提高钢的韧性。 （2）改善基体的韧性 某些置换元素如镍，溶入铁素体中能改变位错运动特点，使其容易绕过某些障碍，避免产生大的应力集中，减小基本断裂的几率。 （3）提高回火稳定性 高的回火稳定性可以使钢在保持高硬度的前提下，使用较高的回火温度，降低间隙固溶程度和位错密度，减轻其脆化作用。 （4）细化碳化物 粗的碳化物对强度和韧性不利。在组织为铁素体和珠光体的钢中，锰对碳化物的作用最有效。一般，含铬的渗碳体和铬、钒的碳化物都很

17、均匀细小，对钢的韧性有利。 （5）控制非金属夹杂和杂质元素：钼、钨能抑制杂质元素的晶界富集，可消除或减轻钢的回火脆性；稀土元素能有效地脱氧、去硫、去氢及改善非金属夹杂物的形态，使其在钢中呈粒状分布，改善钢的韧性。,2018/8/19,28,（一）钢号：Q195 、 Q215、Q235-A.F钢、Q235-A.b钢、Q235-C钢、Q255、 Q275等（二）性能与用途：1） Q195、Q215、Q235、Q235B等钢塑性较好，有一定的强度，通常轧制成钢筋、钢板、钢管，用于桥梁、建筑物等构件。2） Q235C、Q235D钢可用于重要的焊接件。3） Q255、Q275钢强度较高，可轧制成型钢或钢

18、板。,一.普通碳素结构钢,3 结构钢,2018/8/19,29,（一）钢号：Q295 （12Mn） 、Q345 （12MnV,16Mn） 、Q390 （15MnV） 、Q420、Q460等 （二）成分特点：1低碳。由于韧性、焊接性能和冷成形性能要求高，故含碳量0.2%2主加元素为Mn，产生固溶强化效应；还有少量Nb、Ti、V等元素,在钢中形成细碳化物或碳氮化物，阻碍A晶粒的长大。 （三）性能与用途： 1.性能高强度、高韧性、良好的焊接性及冷成形性和耐蚀性。 2.用途 1）低强度钢16Mn钢制造工程结构，可使重量减轻2030。 2）中级别强度钢15MnVN钢用于桥梁、船舶、锅炉等大型结构件。 (

19、四）热处理；热轧空冷使用，s500MPa,组织:细晶粒的F+P; s500MPa,组织:B,二普通低合金结构钢（普低钢）,2018/8/19,30,2018/8/19,31,三、优质结构钢,1、钢号：1）低淬透性：15, 20Mn2, 20Cr, 20MnV, 20CrV2)中淬透性：20CrMn, 20CrMnTi, 20Mn2TiB, 20SiMnVB3)高淬透性：18Cr2Ni4WA, 20Cr2Ni4A, 15CrMn2SiMo 2、渗碳钢的成分特点：低 碳：一般为0.10.25。低合金：合金元素的作用Cr、Mn、Ni等主要是提高钢的淬透性。W、Mo、Ti主要是形成稳定的合金碳化物，抑

20、制钢在渗碳过程中晶粒长大，增加渗碳层硬度，提高耐磨性。 如：20、20Cr 、18CrMnTi、20CrMnTi等钢。 3、用途： 用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮、内燃机的凸轮轴、活塞轴等1）表面耐磨的耐接触疲劳抗力；2）心部有高的韧性和足够高的强度，承受交变载荷的冲击；3） 有良好的热处理工艺性能。,（一）渗碳钢,2018/8/19,32,渗碳钢的热处理,渗碳后表层含碳量为1.0C左右。热处理一般为：加热淬火（表层的Ac1以上）低温回火（160）渗层：0.51.0mm . 渗碳温度：900930 渗碳后组织：表层M回火隐晶碳化物A少，5864HRC心部完全淬透：M回火条+F，40-48HR

21、C-不完全淬透：屈氏体+少量M回火+少量F，25-40HRC,2018/8/19,33,常用钢种及应用低淬透性渗碳钢-20Cr 20CrV 20MnV等只适用于冲击载荷较小的小齿轮、活塞销等。中淬透性渗碳钢-20CrMnTi用于尺寸较大的且承 受较大载荷的汽车拖拉机上的重要齿轮。高淬透性渗碳钢-18Cr2Ni4A用于坦克齿轮等。,2018/8/19,34,常用渗碳钢类齿轮材料及热处理要求,常见的齿轮失效形式是轮齿折断和齿面损伤,2018/8/19,35,举例汽车后桥圆锥主动齿轮,技术要求：心部硬度要求30-45HRC，齿面硬度要求58-62HRC。 选材：一般选用淬透性较好的20CrMnTi钢

22、，油中淬火30-40mm能淬透。钢中含有Ti，对过热不敏感，在渗碳后可直接缓冷淬火，变形较小，价格不贵，适宜批量生产。 采用的加工工艺路线是：下料锻造（模锻）正火切削加工（留磨量）局部镀铜（或涂及渗剂）渗碳、淬火低温回火喷丸磨削加工零件。 当齿轮批量生产时，应采用模锻以提高生产效率，节约金属材料。 正火处理的目的是消除锻造应力、均匀细化组织、调整硬度，利于切削加工。 渗碳前对一些不需要有较高的力学性能，而且还需要渗碳淬火后切削加工的部位，如轮盘、轮毂孔、工艺孔、花键（孔）等，要进行局部镀铜（或涂防渗剂）防渗处理。 渗碳是为了提高齿面的硬度、耐磨性和接触疲劳强度。 一般要求表面wC=0.8-1.

23、05%，渗层深度0.8-1.3mm。 喷丸处理可去除热处理后的氧化皮，及增大表层压应力，提高齿面的接触疲劳强度。,2018/8/19,36,1成分特点中碳：C0.250.5；合金元素：Cr、Mn、Si、Ni、B-提高淬透性；Mo、W-细化晶粒，降低第类回火脆性。2调质钢的热处理 （1）热处理：淬火高温回火（调质处理） （2）热处理后组织:S回（F）在F基体上均匀分布细粒状 （3）性能：强度、硬度高；塑性、韧性好，综合机械性好。3调质钢及其应用 （1）低淬透性钢45、40Cr、40MnB、40MnVB，油淬透性最大直径d3040mm。用于汽车、拖拉机连杆、螺栓等。（2）中淬透性钢 35CrMo、

24、38CrSi、40CrMn等，d4060mm，用于尺寸较大的中、大型零件如曲轴、齿轮等。（3）高淬透性钢38CrMoAlA, 37CrNi3, 40CrNiMo、40CrMnMo等, d60100mm用于航空发动机主轴。,（二）调质钢,2018/8/19,37,轴类零件,轴类零件应具有如下的性能：具有高的强度、足够的刚度及良好的韧性，以防止断裂和过量变形；具有高的疲劳极限，防止过早的疲劳断裂；在相对运动的摩擦部位，如轴颈、花键等处，应具有高的硬度和耐磨性。 制造轴类零件一般是以锻件或轧制型材为毛坯。根据承载能力大小选用适当的材料。 轻载、低速、不重要的轴，可选用Q235、Q255、Q275等普

25、通碳素结构钢，这类钢通常不进行热处理。 受中等载荷而精度要求不高的轴类零件，常用优质碳素结构钢，如35、40、45、50钢，其中45钢应用最多。为改善其力学性能，一般进行正火、调质处理。为提高表面的耐磨性，还可进行表面淬火。 对于受较大载荷或要求精度高的轴，以及处于高、低温等恶劣条件下工作的轴，应选用合金钢，常用的有40Cr、40CrNi、40MnB、38CrMoAl、20CrMnTi、12CrNi3、9Mn2V、20Cr、GCr15等。根据选材可以进行不同的热处理，包括调质、表面淬火、渗碳、渗氮等，以充分发挥合金钢的性能潜力。,2018/8/19,38,举例曲轴,内燃机曲轴，其功用是承受连杆

26、传来的力，并由此造成绕其本身轴线的力矩。在发动机工作中，曲轴受到旋转质量的离心力、周期性变化的气体压力和往复惯性力的共同作用，使曲轴承受弯曲与扭转载荷。因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，各工作表面要耐磨而且润滑良好。 曲轴要求用强度、冲击韧性和耐磨性都比较高的材料制造。中小功率内燃机曲轴最常用的材料是45、40Cr、45Mn2等。对于高速大功率曲轴，一般采用合金调质钢如35CrMo、50CrMo等作为曲轴材料。 曲轴加工工艺路线为：下料锻造退火粗加工（留调质余量）调质精加工（留磨削余量）中频感应加热表面淬火、低温回火精磨。 轴颈和曲柄销表面中频感应加热淬火，硬化层较深，可达3-4.5mm。,2

27、018/8/19,39,常用调质钢类齿轮材料及热处理要求,2018/8/19,40,碳钢：65，75，85 含Si, Mn钢: 65Mn, 50Si2Mn, 60Si2Mn, 70SiMnA, 55MnSi, 60MnSi 含Cr, V, W钢：60Si2CrA, 60Si2CrVA, 65Si2MnWA, 50CrVA, 50CrMnVA 典型钢：65：0.62-0.70%C；65Mn: 0.62-0.70C, 0.90-1.20%Mn; 60Si2Mn: 0.57-0.65%C, 1.50-2.00%Si, 0.60-0.90%Mn 成分特点，中高C：0.600.75C碳素弹簧钢； 0.4

28、50.70C的合金弹簧钢。合元作用：Si、Mn提高淬透性，提高屈服强度; Si易脱碳，Mn易过热。 2. 用途：制造各种弹簧和弹性元件； 性能要求：1）高的弹性极限，高的屈服强度；2）高的疲劳极限；3）足够高的塑性和韧性，避免冲击时发生脆断。,（三）弹簧钢,2018/8/19,41,弹簧钢的热处理,1）热处理淬火（Ac3以上） 中温回火 （400450）冷卷弹簧（1015mm）：先热卷成型（在A相区）油淬 中温回火（450550）去应力退火（200300） 2）组织及性能组织：T回（F）：在F基体上分布微细粒状 。性能：高弹性极限、高疲劳极限、足够的塑性和韧 性，硬度3952HRC。,2018

29、/8/19,42,钢号：GCr6, GCr9, GCr9SiMn, GCr15, GCr15SiMn, GMnMoVRe, GSiMoMnV 典型钢号：GCr15: 0.95-1.05%C, 1.30-1.65%Cr 成分特点：高碳C0.951.15；低Cr=0.4-1.65Cr：提高淬透性（固溶态），形成细密的碳化物，提高耐磨性和接触疲劳强度；Si, Mn提高淬透性；V：提高耐磨性，防止过热。 用途：制造滚动轴承 热处理：球化退火淬油（AC1）(820840)+低温回火（160） 球化退火：球状P和细粒状碳化物；降低硬度，利于切削； 组织：M回火隐晶M 合金碳化物A少（花脸型组织） 性能：高

30、硬度（6266HRC）、高耐磨、一定的韧性和塑性。 应用可用于微型、小型、中型、大型和特大型轴承的滚动体（滚珠、滚柱、滚针）、内外套圈；精密量具、冷冲模、机床丝杠等耐磨件。,（四) 轴承钢,2018/8/19,43,2018/8/19,44,（五） 易切削钢,在钢中附加某一种成某几种元素，使它成为容易被切削加工的钢，这类钢称为易切削钢。 目前常用的附加元素有硫、铅、钙、磷等。它们利用自身或与其它元素形成夹杂物， 比如(Mn，Fe)S，降低材料的塑性，使切屑易断，从而改善钢的切削加工性。 易切钢中含硫量限定在0.08-0.30%范围内，同时适当提高含锰量(0.66-1.55%)与它配合。过高，会

31、导致热脆。 铅在钢中孤立地呈细小颗粒均匀分布时能改善切削加工性。铅含量在0.15-0.25%范围，过多时引起偏析。 钙(0.0010.005%) 在钢中能形成高熔点的钙铝硅的复合氧化物(钙铝硅酸盐)附在刀具上，形成薄而具有减摩作用的保护膜，从而防止刀具磨损。 易切钢的钢号是在普通钢号前冠以“易”或“Y”，以区别于非易切钢。例如易12、易20、40锰或Y12、Y20、Y40Mn、T10Pb、Y40CrSCa等。,2018/8/19,45,一 刃具钢：车刀、铣刀、钻头、锯条、丝锥、板牙等工具 称为刃具,4 工 具 钢刃具、模具、量具,（一）刃具钢的工作条件和性能1工作条件：刃具切削时与切屑发生强烈

32、摩擦刃口温度高；刃具还承受一定的冲击和震动； 刃具的主要失效形式是刃部的磨损、折断或崩刃及刃部软化等。 2、性能：刃具钢应具备高硬度、高耐磨性、较高的热硬性和足够的强度和韧性。硬度应60HRC。 高红硬性：刃具切削加工时，必须保证刃口硬度不随温度升高而明显降低。钢在高温（550）下保持高硬度（60HRC）的能力叫热硬性（亦称红硬性）。热硬性主要取决于钢的回火稳定性。回火稳定性越高，碳化物越不易聚集，热硬性越好。足够的强度和韧性，以防刃具受冲击或震动时折断或崩刃。,2018/8/19,46,（二）碳素刃具钢,成分：T7T12A钢， 0.61.3C 用途：由于碳素工具钢淬透性相对较低、回火稳定性差

33、、热硬性差（60,2018/8/19,47,图5 T12钢正常淬火180回火组织,图4 T12钢正常淬火组织,2018/8/19,48,（三） 低合金刃具钢（M总5）,1成分: 9CrSi、9Mn2V、CrWMn等钢。Cr、Mn、Si提高淬透性；W、V细化晶粒。,2018/8/19,49,2热处理及应用：热处理 : 球化退火油淬（Ac1）+低温回火(160)3组织及性能：M回火隐晶+合金粒状碳化物+A少 ，硬度为HRC60用于丝锥、板牙、钻头等形状较复杂工具。 以9SiCr钢（Ms=160）制造的圆板牙为例，其工艺路线： 下料球化退火机械加工淬火+低温回火磨平面开槽开口。 等温球化退火 淬火：

34、在600-650保温预热一段时间，以减少高温停留时间，降低板牙的氧化脱碳倾向。加热到850-870后，在180左右硝盐浴等温淬火。,2018/8/19,50,（四）高碳高合金工具钢（高速钢）,钢号：W18Cr4V(18-4-1) ，W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)、 W6Mo5Cr4V3(6-5-4-3) 成分特点：C=0.7 1.65（C与W、Cr、V等形成碳化物；还有一定数量的碳溶于奥氏体中，保证马氏体的高硬度，使钢具有高硬度和高耐磨性，以及良好的热硬性）； Cr、W、Mo、V等合金元素 M总10。加热时溶入奥氏体的合金元素，能够提高钢的淬透性、并提高回火稳定性（红硬性）；未溶的碳化

35、物能明显阻止奥氏体晶粒长大。 合金元素作用：Cr：提高淬透性(固溶态) 、Cr7C3 加热到980时全部溶入A中。 W、Mo、V：提高红硬性（固溶态）、W2C、V2C、VC等1100开始溶解，V4C3（或VC）在加热到高于1200时才明显溶解。 热处理特点：（以 W18Cr4V为例）加热温度高、回火温度高、回火次数多、加热前要两次预热。,2018/8/19,51,2018/8/19,52,高速钢的工艺路线：,锻造 球化退火） （打碎碳化物 ） （球状P利机加工） 预热（两次 ） 淬火 （减小热应力） （1280分级淬火）防止变形与开裂提高硬度和韧性回火 550三次（提高强度、硬度和塑性）,20

36、18/8/19,53,1）锻造：目的是打碎树枝状碳化物。高速钢属于莱氏体钢，铸态组织中存在鱼骨状共晶碳化物（M6C）。这些粗大的碳化物无法用热处理的方法消除，只有通过锻造的方法将其击碎，并使它分布均匀。 2）球化退火：得到粒状碳化物目的是-切削加工和为淬火作组织准备。3）预热：600 650一次、800850二次预热。目的是减少热应力。4）淬火加热：12201280（AC1820840） （1）将Cr7C3全部溶入A中，少量W、V碳化物溶入A中，淬透性和红硬性。 （2）未溶碳化物W2C、V2C等细化晶粒。5）淬火冷却由于淬火温度较高，根据具体情况可分别采用连续淬火、等温淬火及分级淬火。正常淬火

37、后组织为淬火马氏体、粒状碳化物和大量残留奥氏体。例如分级工艺为：1280加热后在620分级（等温）减小热应力然后空冷到室温。（在空冷时发生M转变，以减小组织应力）,热处理,2018/8/19,54,图8 W18Cr4V钢正常淬火组织（1280）500X（9级晶粒度）,2018/8/19,55,退火工艺,2018/8/19,56,高速钢的淬火回火工艺,2018/8/19,57,6） 回火550硝盐回火三次。每次1.5小时。由于合金元素较多，产生回火稳定性，并产生二次硬化。原因是：合金元素W、Mo、V、Cr使A产生了回火稳定性，使A在回火降温中才能发生M相变。回火稳定性- 合金元素W、Mo、V、C

38、r等使A在回火转变产生迟滞现象。二次硬化-淬火钢在回火时产生的硬化现象；包括：二次淬火:淬火钢在回火时AM产生的强化。弥散硬化:淬火钢在回火时碳化物的析出产生的强化。550三次回火的原因（淬火组织大约有25%A)： 二次淬火在回火时A转变成M使硬度升高。 一次回火：只使10AM淬 （淬火组织中有 25A）二次回火：10M淬10M回 10AM淬 三次回火：10M淬10M回火 35AM淬 弥散硬化-在550时，W2C、V2C、VC弥散析出,使硬度升高造成强化。从而使钢具有较高的红硬性。硬度6265HRC,2018/8/19,58,7） 回火后的组织及性能：,图69 回火温度对W18Cr4V钢（淬火

39、）硬度、强度及塑性的影响,组织 M回火隐晶合金粒状碳化物A 少 晶粒度为910级。 性能高硬度（6265HRC），高红硬性，高耐 磨性 ；一定的韧性。,图68 W18Cr4V钢淬火、 回火后的组织,2018/8/19,59,刃具的材料选择,制造刃具的材料有碳素工具钢、低合金刃具钢、高速钢、硬质合金和陶瓷等，可以根据刃具的工作条件（加工对象、切削速度、工作温度、有无冲击等）和耐磨性选择适当的材料 简单、低速的手用刃具，如手锯锯条、锉刀、木工用刨刀、凿子等对红硬性和强韧性要求不高，可用碳素工具钢制造，如T8、T10、T12钢等； 低速切削、刃部温度低于300、形状复杂的刃具，如丝锥、板牙、拉刀等，

40、可用低合金刃具钢9SiCr、CrWMn等制造； 刃部温度低于550，高速切削用的刃具，选用高速钢（W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等）制造； 刃部温度低于1000，形状简单的刀头，切削速度快，硬度（89-94HRA）、耐磨性要求高的刃具，选用硬质合金制造，YG6、YG8、YT6、YT15等，其缺点是抗弯强度低、冲击韧性较差，价格贵； 要求刃部具有高硬度（5000-8000HV）、高耐热温度（1400-1500），高耐磨性和红硬性的刃具，选用陶瓷（如氮化硅Si3N4、立方氮化硼）刀具制造，其缺点是抗冲击能力较低，易崩刃,2018/8/19,60,模具钢冷作模具钢,1. 工作条件及性能要求：冷

41、作模具钢用于制造各种冷冲模、冷挤压模和拉丝模等，工作温度不超过200-300。冷作模具工作时要承受很大压力、冲击载荷和摩擦。主要损坏形式是磨损，也常出现断裂和变形等。因此冷作模具钢应具有高硬度、高耐磨性、高韧性和高抗疲劳强度，热处理变形要小。 2. 常用钢种：我国常用的冷作模具钢有9Mn2V、9CrWMn、Cr12、Cr12MoV、Cr6WV、Cr4W2MoV 、Cr2Mn2SiWMoV、6W6Mo5Cr4V、4CrW2Si、6CrW2Si等，其中较常用的9Mn2V、Cr12、Cr12MoV钢 3成分特点 (1)高碳 含碳量多在1.0%以上，有时高达2.0%以上，一方面与合金元素形成碳化物，另

42、一方面使一定的碳溶于高温奥氏体中，获得高碳马氏体，以保证钢的高硬度和高耐磨性。 (2)加入Cr、Mo、W、V等合金元素 形成难熔碳化物，提高耐磨性，Cr还显著提高钢的淬透性。,2018/8/19,61,2018/8/19,62,热处理特点,冷作模具钢的预先热处理是球化退火，最终热处理一般是淬火、低温回火。但对于二次硬化的高碳高铬钢（如Cr12型钢），有时需高温回火，以产生二次硬化，适用于在400-450温度下受强烈磨损的模具。 组织：组织M回火隐晶合金粒状碳化物A少 性能：高硬度6163HRC，高耐磨，一定韧性。,2018/8/19,63,热作模具钢,工作条件及性能要求:制造各种热锻模、压铸模

43、、高速锻模等，工作时型腔表面温度可达600以上。 热作模具钢在工作中承受较大的冲击载荷和塑变摩擦，强烈的冷热循环所引起的不均匀热应力以及高温氧化，使模具常出现龟裂、塌陷、磨损等失效现象。 热作模具钢的性能要求高的热硬性和高温耐磨性，高的抗氧化能力、高的热强性和足够高的韧性。由于热作模具的体积比较大，还要求有较高的淬透性和导热性。 我国常用的热作模具钢有5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V、4Cr5MoSiV、4Cr5W2VSi、3Cr3Mo3W2V、4Cr3W4Mo2VTiNb、8Cr3、5Cr4W5Mo2V等，其中较常用的5CrMnMo、5CrNiMo、3Cr2W8V钢 成分特点

44、(1)中碳 含碳量一般为0.3-0.6%，在保证钢具有高硬度（35-52HRC）、高强度的同时还有高韧性、高的热疲劳抗力。 (2)加入较多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等元素，Cr是提高淬透性的主要元素，同时和Ni提高回火稳定性。Ni还增加钢的韧性，并可与Cr、Mo一起提高钢的耐热疲劳性能。 (3)加入产生二次硬化的Mo、W、V等元素，Mo还能防止第二类回火脆性，提高高温强度和回火稳定性。,2018/8/19,64,2018/8/19,65,热处理特点,热作模具钢的预先热处理一般是完全退火。最终热处理根据其用途有所不同。热锻模一般为淬火后模面中温回火、模尾高温回火；压铸模是淬火后在略

45、高于二次硬化峰值的温度下多次回火，以保证热硬性。 目前在热作模具钢中应用最广泛的H13（4Cr5MoSiV1）钢，尽管含碳量较低，却有亚稳共晶碳化物存在，因此，要对原材料进行合理锻造，锻后进行球化退火处理。等温球化退火工艺为840-880加热，保温后缓冷至500出炉。球化退火后组织为点状和小球状珠光体。淬火加热温度常用1020-1050，冷却可采用空冷、油冷或分级冷却。回火温度根据模具的工作条件及性能要求而定，常用500-650，回火两次。,2018/8/19,66,模具选材,2018/8/19,67,量具钢,工作条件及性能要求：量具用钢用于制造各种量测工具，如卡尺、千分尺、螺旋测微仪、样板、

46、卡规、块规、塞规等。量具在使用过程中主要受到磨损，主要性能要求是高硬度（56HRC）和高耐磨性；高的组织稳定性，尺寸不发生变化；热处理变形小和较好的加工工艺性。 成分特点： (1)高碳 含碳量为0.90-1.5%，以保证高硬度和耐磨性； (2)加入合金元素Cr、W、Mn等提高淬透性，减小淬火变形。这些合金元素还可以形成合金渗碳体，提高钢的硬度和耐磨性。 量具用钢：量具没有专用钢。 一般对于要求高精度、高耐磨性、尺寸稳定、淬火变形小、硬度均匀及尺寸较大的量具，常选用含Cr、W、Mn等元素的低合金工具钢或铬轴承钢； 对于高硬度、高表面光洁度及尺寸不大的量具或量具零件，可选用碳素工具钢； 要求中等硬

47、度及一定强度和韧性的量具结构件，可选用优质中碳结构钢； 尺寸小、形状简单、精度较低的量具，可选用高碳钢或渗碳钢；弹性零件则用弹簧钢,2018/8/19,68,量具用钢选用,量具钢热处理：关键在于减少热处理变形和提高尺寸稳定性。 （1）在保证硬度的前提下，尽量降低淬火温度，以减少残留奥氏体量。 （2）淬火后立即进行-70-80的冷处理，使残留奥氏体尽可能地转变为马氏体，然后再进行低温回火处理。 （3）精度要求高的量具，在淬火、冷处理和低温回火后，尚需进行120-130，几小时至几十小时的时效处理，降低马氏体正方度、稳定残留奥氏体和消除残留应力。为了去除磨削加工中所产生的应力，有时还要在磨削加工后

48、进行120-130、保温8小时的时效处理，甚至要反复进行多次。,2018/8/19,69,5 特殊性能钢,一、金属腐蚀的概念 腐蚀一般包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。 金属在非电解质中同介质发生化学反应而破坏的过程，称为化学腐蚀，腐蚀过程中不产生电流，如钢在高温下的氧化、脱碳，在石油、燃气中的腐蚀等。 金属在电解质溶液中发生原电池作用而破坏的过程，称为电化学腐蚀，腐蚀过程中有电流产生。在通常情况下，金属材料的腐蚀一般以电化学腐蚀为主。 从电化学腐蚀原理看，若要提高金属的耐蚀性，应采取措施： （1）可能使金属具有均匀的单相组织，并且有较高的电极电位； （2）减小两极之间的电极电位差，尽可能提高基体（阳极）的电极电位； （3）在金属表面形成致密、稳定的保护膜，以减小甚至阻断腐蚀电流，使金属“钝化”。,