第5章钢铁材料.ppt

1、第5章钢铁材料,5.4 合金钢,5.3 低合金钢,5.2 非合金钢,5.1 钢的分类及合金牌号统一数字代号体系,5.5工程铸铁,1,第5章,本章重点内容,学习目的,通过本章的学习，了解钢铁中的元素及其作用，掌握常用材料的牌号、性能、用途及热处理。,1.熟悉常用热处理的工 艺参数及工序位置的制定。,2. 掌握常用材料的牌号、性能、用途及热处理。,2,第5章,5.1 钢的分类及合金牌号 统一数字代号体系,（1）按化学成分,（2）按主要质量等级主要性能及使用特性,非合金钢,低合金钢,合金钢,线图,5.1.1钢的分类,5.1 钢铁的分类及牌号统一数字代号体系 3,第5章,5.1.2 钢铁及合金牌号统一

2、数字代号体系,5.1.2 钢铁及合金牌号统一数字代号体系,4,第5章,在非合金钢中，1代表非合金一般结构及工程结构钢；2代表 非合金机械结构钢等,5.1.2 钢铁及合金牌号统一数字代号体系,5,第5章,大写拉丁字母有：A、B、C、E、F、H、J、L、M、P、Q、S、T、U、W。其中A表示合金结构钢；L表示低合金钢；U表示非合金钢；T表示工具钢等。,第一位阿拉伯数字有09。在不同的钢中，每一位数字所 代表的含义各不相同。,在低合金钢细分类中，0代表低合金一般结构钢；1代表低合金专用结构钢。,如45钢的统一数字代号为U20452； 20CrMnTi钢的统一数字代号为A26202。,在合金结构钢细分

3、类中，0代表Mn（x）、MnMo（x）钢； 1代表SiMn（x）、SiMnMo（x）钢。,5.2 非合金钢,5.2.1常存杂质元素的影响及非合金钢的分类,6,第5章,5.2.1常存杂质元素的影响及非合金钢的分类,1常存杂质元素的影响,（1）Si、Mn的影响,Si可改善钢质，提高钢的强度和硬度，但含量较高时，会使钢的塑性和韧性下降，恶化钢的热加工工艺性能。,Mn可防止形成FeO，还能与硫（S）化合成MnS，减轻S的 有害作用，防止S在钢中产生热脆性；Mn还可以强化铁素体，增加珠光体相对量，细化组织，提高强度。,S在固态下，主要以FeS的形态存在，会产生热脆；S的含 量高还会使材料的断裂韧性降低。

4、,P在固态下可溶入铁素体中，使钢的强度、硬度提高，并改善铁液的流动性，但会使钢的塑性、韧性显著下降冷脆，P的存在也使焊接性能变坏。,5.2.1常存杂质元素的影响及非合金钢的分类,7,第5章,（2）S、P的影响,2非合金钢的分类,（1）按钢的碳质量分数分,低碳钢wC 0.25%,中碳钢0.25 wC 0.6%,高碳钢wC 0.6%,（2）按钢的质量分,普通碳素钢 ws 0.05% 、 wP 0.045%,优质碳素钢 ws 0.03%、 wP 0.035%,高级优质钢（标A） ws 0.025%、 wP 0.025%,特级优质钢（标E） ws 0.015%、wp 0.025%,5.2.1常存杂质元

5、素的影响及非合金钢的分类,8,第5章,（3）按钢的用途分,碳素结构钢 （工程结构和机械零件用钢）,碳素工具钢 （刃具、量具和模具用钢）,铸钢,（4）按钢脱氧程度分：沸腾钢（F）、镇静钢（Z，可省略）,半镇静钢（b）、,特殊镇静钢（TZ可省略）,5.2.2普通质量非合金钢,9,5.2.2普通质量非合金钢,1.牌号表示方法,Q235-AF,A、B、C、D,F、b、Z、TZ,Q235-AF，表示碳素结构钢中屈服点235MPa，质量等 级为A级的沸腾钢。,第5章,2.性能及用途,性能：强度较低，但冶炼容易，工艺性好，价廉，且具 有优良的锻造性、焊接性和切削加工性能 。,用途：Q195、 Q215、 Q

6、235塑性好，可轧制成钢板、钢筋、 钢管等；Q255、 Q275可轧制成型钢、钢板等。,加工成形后一般不进行热处理，大都在热轧状态下直接使用。,5.2.3优质非合金结构钢,5.2.3优质非合金结构钢,10,钢号用平均碳质量分数的万分数的数字表示 。,如：08F ，30A，45，15Mn,（F表沸腾钢）,（“A”表高级优质钢）,注：Mn指含Mn量高0.7%1.2,性能：塑性及韧性较高，一般都要经过热处理以提高力学性能。,2.性能及用途,1.牌号表示方法,第5章,低碳钢常用于制作冷冲压件、渗碳件等；中碳钢常用于制作轴类零件；高碳钢常用于制作负荷不大、尺寸较小的弹簧等。,5.2.3优质非合金结构钢,

7、11,08F 塑性好，轧成薄板和钢带做冷冲压件,10，20 冷冲压件，焊接件，渗碳处理。,35，45，40，50 齿轮、轴类、连杆、销类件。,60，65 小尺寸弹簧元件。,用 途,第5章,以碳的平均质量千分数表示，并在前冠以T。,5.2.4非合金工具钢,12,5.2.4非合金工具钢,1.牌号表示方法,2.性能及用途,生产成本较低；易于冷、热加工，热处理后有相当高的硬度；在受热不大的情况下工作时有较好的耐磨性，主要用于制造各种低速或手动刃具、量具、模具等,如：T10A, T9 , T12Mn,(A表示高级优质钢）,注：Mn指含Mn量高0.4%0.6,第5章,T7，T8：强度，韧性较高，可制作冲头

8、、凿子、榔头,T9，T10，T11、 T10A ：强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。,T12，T13： 硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、量规。,5.2.5铸造非合金钢,以强度表示的铸钢牌号,如ZG200-400表示,（或,不小于400MPa的铸造碳钢；,）,不小于200MPa，,5.2.4非合金工具钢 5.2.5铸造非合金钢,13,1.牌号表示方法,第5章,主要用于制造形状复杂并需要一定强度、塑性和韧性 的零件，如齿轮、联轴器等。,5.2.5铸造非合金钢,14,以化学成分表示的铸造合金钢牌号,如ZG15Cr1Mo1V钢，表示,wc0.15%、wcr1%、,wMo1%、

9、wv0.9%的铸钢,（平均wv0.9%不标数字）,（平均wc1%时不标出，平均wc0.1%时，第一组数字为“0”）,2.性能及用途,第5章,5.3.1低合金高强度结构钢成分、性能与热处理,15,5.3 低合金钢,5.3.1低合金高强度结构钢的成分、性能与热处理,低C:0.2% 保证韧性、焊接性、冷成型性。,合金元素以Mn为主、Mn和Si 产生 固溶强化,加入V、Nb、Ti 等元素，细化F晶粒和细化碳化物而沉淀强化,加入Cu抗腐蚀,第5章,2.性能特点,1.化学成分,高强度:s300MPa,高韧性,良好焊接性能和冷成形性能,耐大气腐蚀,5.3.2低合金高强度结构钢的牌号及用途,16,次正火处理，

10、个别要求高强度的情况下，如高压容器,才进行调质处理。,一般在热轧和正火状态下使用，有时在焊接后进行一,3.热处理特点,第5章,5.3.2 低合金高强度结构钢的牌号及用途,1.牌号表示方法,如Q420D表示屈服点,420MPa，质量等级为D级的,低合金高强度结构钢。,“Q345R”表示压力容器用钢；“Q295HP”表示焊接气瓶用钢； “Q390g”表示锅炉用钢；“Q420q”表示桥梁用钢， “Q340NH”表示耐侯钢,5.3.2低合金高强度结构钢的牌号及用途,17,例：载货汽车的大梁采用Q345钢后，使载重比由,1.05提高到1.25；南京长江大桥采用Q345钢比用非合金,钢节约钢材15%以上

11、。,2. 常见钢号及其应用,Q295,Q345,Q390,Q420,Q460,一般工程结构，桥梁、车辆，油罐、容器等,大型桥梁,船舶,压力容器，焊接结构.,高压锅炉,高压容器，大型船舶,第5章,1、按合金元素质量分数总量分类,（2）中合金钢 总量 510,（1）低合金钢 总量低于5,（3）高合金钢 总量大于10,（1）机械结构用合金钢,（合金渗碳钢、合金调质钢与非调质钢、合金弹簧钢 、滚动轴承钢 、易切削钢）,2按用途分类,（2）合金工具钢与高速工具钢,（合金量具钢、合金刃具钢、合金模具钢、高速工具钢）,（3）特殊性能钢,（不锈钢、耐热钢、耐磨钢）,5.4合金钢,18,5.4 合金钢,第5章,

12、5.4.1机械结构用合金钢,5.4.1机械结构用合金钢,19,第5章,1.合金渗碳钢,（1）工作条件及性能要求,表面受到强烈摩擦、磨损，同时又承受较大的交变载 荷，特别是冲击载荷的作用，要求零件表面具有优异的耐磨 性和高的疲劳强度，心部具有较高强度和足够的韧性。,化学成分,加入提高淬透性元素：Cr,Ni,Mn,B；,加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍A晶粒长大和形成合金碳化物，提 高耐磨性， Ni增加渗层塑性、韧性,（2）化学成分及热处理,低C: 0.1% 0.25%，,心部组织：淬透：低碳回火马氏体，硬度为4048HRC; 未淬透：托氏体加少量低碳回火马氏体及铁素体 硬度为2540HRC。,

13、热处理工艺,5.4.1机械结构用合金钢,20,第5章,预先热处理：低、中淬透性的渗碳钢，锻造后正火；高淬透性的渗碳钢，锻压、空冷淬火后，再 于650左右高温回火,最终热处理：渗碳后淬火和低温回火（180200）,表层组织：高碳回火马氏体和合金渗碳体或碳化物及少量 的残余奥氏体，硬度可达6062HRC。,（合金元素含量少于1.5时不标数）,1.52.49标2,2.53.49标3类推,如：20CrMnTi 20Cr2Ni4A 40CrMo 60Si2Mn,两位数字+所加合金元素符号和其百分含量类推（两,位数字为平均碳质量分数的万分数，加A为高级优质）,保证淬透性钢的代号为H，如45H、40CrAH

14、,（3） 牌号及用途,5.4.1机械结构用合金钢,21,第5章,牌 号, 低淬透性合金渗碳钢:水淬临界淬透直径为2035mm 20Cr,15Cr 冲击载荷小的耐磨件,如小轴,活塞销,小齿轮。,中淬透性:油淬临界淬透直径为2560mm20CrMnTi 有良好的力学性能和工艺性能,适合高速、较高载、有冲击的耐磨件,如重要齿轮,连轴器,十字销头。,高淬透性:油淬临界淬透直径为100mm以上，甚至空冷也能淬成马氏体 18Cr2Ni4WA 20Cr2Ni4A 适合重载大截面重要耐磨件,如齿轮、柴油机曲轴,连杆等。,5.4.1机械结构用合金钢,22,第5章,用途,2.合金调质钢与非调质钢,化学成分及热处理

15、工艺,中C：0.25%0.50%，以0.4左右为主 。,加入提高淬透性元素 Cr,Ni,Mn,Si,B 等 。,加入Mo,W消除回火脆性。,加入强碳化物形成元素Ti, V , W. Mo提高回火稳定性和 细化晶粒。, Ni, Si, Mn可强化。,5.4.1机械结构用合金钢,23,工作条件及性能要求,重载荷、受冲击、重要零件高强度、高韧性相结合的良好综合力学性能，良好的淬透性,（1）合金调质钢,第5章,化 学 成 分,热 处 理 工 艺,预先热处理,最终热处理:高频或中频淬火+低温回火 ； 氮化处理,:低淬透性调质钢，常采用正火；中淬透性调质钢，常采用退火；高淬透性调质钢，则用正火后高温回火。

16、,5.4.1机械结构用合金钢,24,第5章,牌号及用途,牌 号,合金调质钢的牌号表示方法与合金渗碳钢相同如25Cr2Ni4WA表示wC=0.21%0.28%，wCr=1.35 % 1.65%，wNi=4.00 % 4.50%，wW=0.8 % 1.20%的高级优质合金调质钢。,低淬透性:油淬临界直径为2040mm 40Cr, 40MnB 一般尺寸重要零件,如齿轮,主轴,中淬透性:油淬临界淬透直径4060mm 35CrMo 38CrMnSi 载荷大、截面尺寸较大的零件 如曲轴,连杆,齿轮轴 。,高淬透性:油淬临界淬透直径60100mm 37CrNi3 38CrMoAI 40CrNiMoA 40C

17、rMnMo适合大截面重载重要零件,如汽轮机主轴和叶轮,5.4.1机械结构用合金钢,25,第5章,用 途,（2）非调质钢,5.4.1机械结构用合金钢,26,中碳钢中添加微量合金元素（V、Ti、Nb、N等）加热控温轧制（锻制）控温冷却,切削加工用非调质机械结构钢，牌号以YF为首；YF35MnV 热锻用非调质机械结构钢，牌号以F为首。F40MnV,3.合金弹簧钢,（1）工作条件及性能要求,交变应力 疲劳破坏；弹性极限较低 过量变形或永久变形。应具有：高的弹性极限、屈服点、高的屈强比；高的疲劳强度；足够的塑性和韧性；耐热性、耐蚀、较高的表面质量。,第5章,（2） 化学成分,中高C: 0.45%0.70

18、%,加入Si,Mn为主要元素:提高淬透性也提高屈强比。,加入Cr, W, V也提高淬透性 。,加入Si-Cr不易脱C，加入Cr-V细化晶粒, 耐冲击,高温强度好。,（3）热处理工艺,5.4.1机械结构用合金钢,27,第5章,冷成形弹簧的热处理, 退火状态供应的弹簧钢丝,冷拔 退火 成形 淬火+中温回火,等温淬火 冷拔 成形 回火, 铅浴等温淬火钢丝,冷拔 油淬和中温回火 冷卷 低温回火, 油淬回火钢丝,热成形弹簧的热处理,热卷成形 余热淬火+中温回火,5.4.1机械结构用合金钢,28,第5章,（4） 牌号及用途,合金弹簧钢的牌号表示方法与合金渗碳钢相同 如60Si2Mn表示wC=0.560.6

19、0%,wSi=1.502.00%，wMn=0.600.90的合金弹簧钢。,牌 号,以Si,Mn合金化:65Mn, 55Si2Mn, 60Si2Mn ,60Si2CrVA 用于汽车,拖拉机,机车的板簧和螺旋弹簧。,以Cr,V合金化:50CrVA 55CrMnA350以下重载, 较大型弹簧,如高速柴油机气门弹簧。,5.4.1机械结构用合金钢,29,4.滚动轴承钢,（1）工作条件及性能要求,承受周期性交变载荷和冲击载荷，强烈的摩擦，腐蚀；要求 高而均匀的硬度和耐磨性；高的弹性极限和一定的冲击韧性； 足够的淬透性和耐蚀能力、高的接触疲劳强度和抗压强度。,第5 章,用 途,（2） 化学成分及热处理工艺,

20、高C:0.95%1.10%,Cr为基本元素:提高淬透性;细化晶粒;提高耐磨性和接触疲劳抗力;,加入Si,Mn提高淬透性;加入V提高耐磨性,防止过热；,纯度要求高,5.4.1机械结构用合金钢,30,第5章,化 学 成 分,热 处 理 工 艺,预先热处理：球化退火 最终热处理：淬火+低温回火。精密轴承零件，淬火后冷处理，低温回火；磨削加工后，时效,（3） 牌号及用途,5.4.1机械结构用合金钢,31,第5章,如果钢中含有其他合金元素，应依次在数字后面写出元素 符号，如GCr15SiMn，表示wC=0.95%1.05%，wCr=1.30% 1.65%， wSi=0.4%0.65%和wMn=0.9%1

21、.2%的轴承钢。,高碳铬轴承钢的牌号由“G+Cr+数字”组成（wc和含量小于 1.5%的合金元素的质量分数均不标出）。其中“G”是“滚”字汉语拼音字首，“Cr”是合金元素铬的符号，数字是以名义千分数表示的Cr的质量分数。,牌 号,GCr15表示wC=0.95%1.05%，wCr =1.3%1.65%的高碳 铬轴承钢。,高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢，采用不锈钢和耐热钢的牌号表示方法，牌号前不加符号“G”如：高碳铬不锈轴承钢“9Cr18”和高温轴承钢“10Cr14Mo”。,渗碳轴承钢的编号方法与合金结构钢相似，只是在牌号前冠 以字母“G”，如G20Cr2Ni，G10CrNi3Mo等。,高级优质渗碳

22、轴承钢，在牌号尾部加“A”，如：“G20CrNiMoA”,无铬轴承钢牌号表示方法如：GSiMnV、GSiMnVXt、GMnMoV等,5.4.1机械结构用合金钢,32,第5章,5.4.1机械结构用合金钢,33,第5章,GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，在一定程度上可替代高碳铬轴承钢（节约铬）,GCr15SiMo，GSiMnMoV（添加Mn,Si,Mo,V的轴承钢）制造大型轴承.,渗碳轴承钢G20Cr2Ni4A和G20Cr2Mn2MoA：制造承受很大冲击或特大型轴承,9Cr18、9Cr18Mo制造耐腐蚀的不锈轴承,Cr4Mo4V、Cr15Mo4V制造耐高温的轴承,GCr6, GCr9 ,

23、GCr15（Cr轴承钢）制造中小型轴承,冷冲模,量具,丝锥.,用 途,5.易切削钢,（1）钢的切削加工性一般是指刀具寿命、切削抗力大小、加工表面粗糙度和切屑排除难易程度,Mn断屑，降低切削力，减少刀具磨损，降低表面粗糙度；P断屑；Pb润滑；Ca减少刀具磨损。,5.4.1机械结构用合金钢,34,易切削钢进行最终热处理，不采用预先热处理。 大批量生产时，才会获得较高的经济效益,第5 章,（2）成分及性能特点,Y30,Y12Pb Y40Mn,（3）牌号及用途,Y45Ca,Y12机器和仪器仪表零件，如螺栓、螺母、销钉、轴、管接头 Y15螺栓、螺母、管接头、弹簧座等 Y20（渗碳）刚性高的零部件，如机床

24、丝杠、光杠、花键轴、齿条等。 Y45Ca热处理后适于制造较重要的机器结构件，如机床齿轮轴、花键轴、拖拉机传动轴等。,加硫、磷的易切削钢不标注易切削元素符号； 易切削元素是Ca、Pb、Si等时标出元素符号,Mn易切削钢一般不标，但当锰的质量分数较高（wMn=1.2%1.55%）时要标出,牌 号,用途,5.4.1机械结构用合金钢,35,第5 章,5.4.2 合金工具钢和高速工具钢,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,36,1.合金工具钢,分类：量具刃具钢、耐冲击工具钢、冷作模具钢、热作 模具钢、无磁工具钢和塑料模具钢,牌号：,一位数字（或没有数字）+ 合金元素符号+其含量百分数,一位数字表示碳质量分

25、数的千分数,没有数字表示碳质量分数1,合金元素含量1.5 不标数； 1.5标注如下：,第5章,如2.53.49 标3,如3.54.49 标4 类推,如1.52.49 标2,如 9SiCr CrWMn Cr12MoV 5CrMnMo W18Cr4V,工作条件及性能要求,（1）量具钢,主要受摩擦、磨损，承受外力很小，有时受碰撞。 具有高的硬度（6065HRC）、耐磨性和足够的韧性，高的尺寸精度与稳定性，一定的淬透性，较小的淬火变形和良好的耐蚀性，良好的磨削加工性等。,化学成分及热处理工艺 ：,热处理工艺:,球化退火（调质处理）淬火（冷处理）低温回火时效处理。,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,37

26、,第5章,成分：高碳 0.91.5 加入Cr、W、 Mn等提高淬透性。, 用途 ：各种测量工具如卡尺、千分尺、量块、塞规等。,非合金钢10、20或50 、55、60、60Mn、65Mn样板或卡规,9SiCr, 一般量规和量块（非合金钢T10A、T12A也可）,CrMn、Cr15, 高精度量规和量块,CrWMn,高精度形状复杂的量规和量块,抗蚀量具,4Cr13、9Cr18,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,38,工作条件性能要求：,（2）低合金刃具钢,足够的强、韧性，高硬度（60HRC）、高耐磨、高的热硬性。,承受压力、弯曲、振动、冲击、摩擦；,第5章,化学成分及热处理工艺,加入Cr,Mn,Si

27、提高淬透性；加入Si提高回火稳定性 加入W,V提高耐磨性；加入W,V细化晶粒,热 处 理 工 艺,预先热处理：球化退火 最终热处理：淬火+低温回火,高C:0.75 %1.5 %,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,39,淬火加热速度不宜过快，加热温度比碳素工具钢高， 可用油淬，分级淬火或等温淬火。,第5 章,化 学 成 分,用途,9SiCr 如,板牙,丝锥,冷冲模, 木工工具,低速切削刃具 Cr06 如,样板,铰刀,插刀,剃刀,刀片,刮刀,锉刀等. CrWMn 如拉刀,冲模,样板,量规 W, W2, CrW 如小麻花钻,低速切削刃具,（3）合金模具钢,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,40,冷作

28、模具钢,冷作模具包括拉延模、拔丝模、压弯模、冲裁模 (落料、冲孔、修边模、冲头、剪刀模等)、冷镦模和冷挤压模等。,第5章, 工作条件及性能要求,冲裁模 刃口经受反复冲击摩擦和弯曲应力。,冷挤压模 承受很高的压缩应力和承受拉应力。也承受 着冲击负荷，刃口部分与流动的金属之间强烈摩擦。,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,41, 化学成分,要求：高硬度、高耐磨性，良好的工艺性能、足够的强度、韧性和疲劳强度，淬透性要好。,热硬性的要求相对,刃具钢来说可适当低些,加入大量Cr提高耐磨性和淬透性：加入W、Mo、V提高耐磨性,高强韧性：wc=0.5%0.7%； 高硬度、高耐磨性：wc=1.2%2.3%，,第

29、5 章, 热处理工艺, 球化退火 9501000淬火低温回火耐磨性和韧性好， 用于重载模具, 球化退火 11001150淬火510520 回火（3次）耐磨性和热硬性好，用于400450 温度下工作的模具,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,42,第5 章,二次硬化法：采用较高的淬火温度与多次回火。如Cr12钢加热到1100的温度后油淬，淬火后残余奥 氏体较多，硬度较低，但经多次510520回火，产生二次硬化，硬度可达6062HRC，热硬性和耐磨性都较高，适用于在400450温度下工作的模具。,一次硬化法：采用较低的淬火温度和较低的回火温度。如Cr12钢加热到980保温后油中淬火，然后在170低温

30、回火，硬度可达6163HRC。淬火变形小，具有较好的耐磨性和韧性，适用于重载模具。,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,43,热作模具钢是用以制造在高温下金属材料塑性成形的 一类模具，如热锻模、热挤压模、热冲裁模和金属压铸模。,热作模具钢,第5章,用途 冷作模具钢中用量最大的有：Cr12、Cr12MoV、CrWMn、9SiCr、9Mn2V、GCr15、60Si2Mn和W18Cr4V,化学成分,wC:0.3 %0.6%高强韧性、热疲劳抗力、较高的硬度； Cr、Ni、Mn、Si提高淬透性、回火稳定性和热疲劳抗力 W、Mo、V提高热硬性和热强性,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,44,预先热处理：锻后

31、退火；最终热处理是淬火后回火，回火温度视模具大小确定, 热处理工艺,第5 章, 工作条件及性能要求 大的冲击载荷、强烈的摩擦、剧烈的冷热循环所引起的热应变和热应力，以及高温氧化高的高温耐磨性和热硬性 ；高的热强性和抗氧化性能 ，足够的韧性和热疲劳抗力；淬透性好，热处理变形小,淬透性一般，价格较低，淬火后硬度和5CrNiMo相近，而塑性韧性相对低一些。用于制造形状简单，厚度小于250mm的小型热锤锻模。,5CrNiMo：,淬火后综合力学性能较好，热强性和 淬透性一般。用于制造形状简单，厚度在50350mm之间的中型热锤锻模。,3Cr2W8V：,有较高的强度、硬度及抗回火稳定性，用于制造工作温度5

32、50并承受较高的静载荷，而冲击载荷较低的锻造压力机模或热挤压模具。,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,45,5CrMnMo,5CrNiMoV,淬透性，淬硬性较5CrNiMo、5CrMnMo显著改善。用于制造厚度350mm，型腔复杂，受力载荷较大的大型锤锻模或锻造压力机热锻模。,典型钢号及其应用：,第5章,是一种新型热作模具钢，它具有高的热强性、高韧性和冷热疲劳性能。用该钢制作的镶块模在锻造耐热合金、耐热不锈钢时，其寿命是5CrNiMo钢制作模具的五倍。,3Cr3Mo3Nb,是针对铝合金压铸模具而研制的，与3Cr2W8V钢相比，该钢具有抗冷热疲劳性能好、热处理变形小、抗铝溶损性能好等优点，模具的

33、使用寿命普遍比3Cr2W8V钢制造的模具的使用寿命提高一倍以上。该钢还可用于制造工作温度在600以下的中小热锻等模具。,4Cr5Mo2MnVSi,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,46,塑料模具钢,模具受热、受压，受摩擦和腐蚀。要求具有足够的强度和韧性，较高的耐磨性和耐蚀性，良好的加工性、抛光性、焊接性及热处理工艺性能。,第5章,2.高速工具钢,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,47,（1）工作条件及性能要求,尺寸大、负荷重、工作温度高、高速切削,刃部温度可,达600以上；,很高的硬度及耐磨性；高的热硬性；足够的强韧性以及良 好的淬透性。,中、小型，形状简单的模具Q235、45、40Cr、20

34、CrMnTi、38CrMoAl、T8T10、9Mn2V、CrWMn、2Cr13等；泡沫塑料及吹塑模具有色金属Zn、A1、Cu及其合金或铸铁,专用塑料模具钢 高耐磨的7CrMn2WMo、易切削预硬型的8Cr2MnWMoVS、无磁性的7Mn15Cr2Al3V2WMo、耐腐蚀的2Cr13、镜面的3Cr2Mo等,第5章,（2）化学成分,高速钢（这是一种合金元素含量很高的刃具钢），在600时，硬度仍保持60HRC以上。高速钢刀具的切削速度可比碳素工具钢和合金工具钢刀具增加13倍，耐用性增加714倍。,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,48,第5章,wc=0.7%1.65%形成强硬的马氏体基体和合金碳化物

35、，提高钢的硬度、耐磨性以及热硬性 Cr是提高钢的淬透性； W或Mo二次硬化，保证高的热硬性； V形成硬度极高的细小碳化物，提高钢的耐磨性和热硬性； Co提高钢的热硬性和二次硬度，还可提高钢的耐磨性、导热性，并改善切削加工性。,（3）热处理工艺,等温或球化退火 1280淬火560580回火(三次),W18Cr4V热处理特点：加热温度高，回火温度高，回火次数多,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,49,第5章,不论碳的质量分数是多少，牌号中均不标出，但在合金 元素的种类和含量均相同，只是碳的质量分数不同时，在质量分数高的牌号前加“C”，,合金元素的表示方法与合金结构钢相同。例如W18Cr4V表示wc

36、=0.7%0.8%、wW=17.50%19.00%、wCr=3.8%4.40%、wV=1.00%1.4%的高速工具钢。,常用高速钢可分为通用型高速钢（钨系高速钢和钼系高速钢）和高性能高速钢（高碳高速钢、钴高速钢、铝高速钢等）,（4）牌号及用途,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,50,第5章,牌 号,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,51,第5章,用途,通用型高速钢,钨系高速钢制造各种精加工刃具，如螺纹车刀、宽刃精刨刀、精车刀、成形车刀等；不适合作薄刃刀具、小截面刃具及热加工成形刃具。,典型牌号 W18Cr4V,钨钼系高速钢制造要求耐磨性和韧性较好的刃具（如铣刀、插齿刀、锥齿轮刨刀等），尤其适于

37、在轧制或扭制钻头等热成形工艺中使用,典型牌号 W6Mo5Cr4V2,高性能高速钢,包括高碳高速钢、钴高速钢、铝高速钢等，可用于加工奥 氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢等难加工材料。,丝锥,机铰刀,手铰刀,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,52,第5章,高速钢钻头,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,53,第5章,高速钢铣刀,板牙,5.4.2合金工具钢和高速工具钢,54,第5章,1.不锈钢,金属抗腐蚀的原理,单相组织原电池形成可能性、金属电极电位抗腐蚀；,电极电位差、阳极电极电位；,表面保护膜钝化,5.4.3特殊性能钢,55,5.4.3 特殊性能钢,第5章,（1）工作条件及性能要求,制造在

38、各种腐蚀介质中工作的零件或构件,要求：耐蚀，适当的力学性能，良好的冷、热加工性能和焊接性能,（2）化学成分,含C量尽可能低；一般 0.10.2,加入Cr含量12.5%电极电位跃升(如M不锈钢)；,含Cr量12.7%单相F(如F不锈钢)； 加入Ni 单相A或F+A(如A不锈钢)； 加入Ti、Nb、B晶界腐蚀,5.4.3特殊性能钢,56,第5章,（3）牌号及用途,3Cr13,00Cr19Ni11,wc0.3%,wc0.03%,wc0.08%,0Cr19Ni9,牌号,M不锈钢 ：1Cr13,2Cr13 汽轮机叶片、测量工具、不锈轴承、弹簧，3Cr13、4Cr13、9Cr18 手术器具及刀具。,F不锈

39、钢 ：1Cr17、1Cr25、1Cr28 化工设备、食品工业。,A不锈钢 ：1Cr18Ni9Ti、 0Cr18Ni9Ti 化工、食品、医疗行业。,AF不锈钢 ：1Cr12Ni5Ti化工设备、热交换器。,5.4.3特殊性能钢,57,第5章,在1100左右加热，使所有碳化物都溶入奥氏体，然后水淬快冷至室温，获得单相奥氏体组织固溶处理,用 途,2.耐热钢,5.4.3特殊性能钢,58,第5章,耐热钢是指在高温下具有高的热稳定性和热强性的特殊性能钢， 包括抗氧化钢和热强钢。,（1）工作条件及性能要求,一般在450以上甚至1100以上温度下工作，并且承受 静载荷或交变载荷或冲击载荷的作用。,要求必须具有良

40、好的抗蠕变能力，良好的高温抗氧化性和高温强度，一定的韧性以及优良的加工性能和适当的物理性能，如热膨胀系数小导热性好等。,抗氧化钢,:有较强抗高温氧化性能, 不承受较大载荷。,要求氧化膜比较致密, 不利于铁原子在氧化膜中的扩散; 要求氧化膜与金属基体有较好的结合, 不容易破坏和脱落。,加入一定量的Cr、Al、Si、Ni等，在钢的表面生成 Cr2O3、Al2O3、SiO2等具有结构紧密的高熔点的氧化膜，保护钢不受高温气体的腐蚀，但Si和Al能使钢变脆，要限制其含量，与Cr配合使用；,5.4.3特殊性能钢,59,第5章,加入Cr、Mo、Nb、V、W、Ti及N等元素，可提高钢的 再结晶温度，形成细小弥

41、散的碳化物，造成弥散强化，从而提 高钢的高温强度。,一般wc=0.1%0.2%，以防C和Cr生成碳化物，产生 晶间腐蚀；,（2）化学成分,（3）用途,提高钢抗氧化性能的途径,形成致密的氧化膜。,添加Cr, Al, Si合金元素；,提高钢氧化膜的稳定性, 使FeO的形成温度高;,抗氧化钢的类型：,铁素体型,Cr13钢 - 添加Si, Al Cr13SiAl; Cr18钢 - 添加Si, Cr18Si2; Cr25钢 - 添加Si, Al Cr24Al2Si;,奥氏体型,1Cr18Ni9型钢 - 添加Ni, Si 1Cr18Ni25Si2;,Fe-Al-Mn系;,5.4.3特殊性能钢,60,第5章

42、,热强钢:,在高温下工作, 承受较大载荷的一类钢。,钢的热强性能,较高的蠕变极限和高温持久强度， 良好的高温疲劳性能。,提高热强性 的途径,通过碳化物和金属间化合物的弥散相强化；,增加Cr, Mo等元素的固溶强化；,降低S、P杂质元素含量；,用B、Ti、Zr进行晶界强化。,5.4.3特殊性能钢,61,第5章,中碳珠光体型热强钢 如: 35CrMoV（汽轮机转子用钢）,马氏体型热强钢 如: 15Cr12WMoV（汽轮机叶片用钢）,奥氏体型热强钢 如: Cr18Ni10Mo,（汽轮机过热管道）,5.4.3特殊性能钢,62,热 强 钢 的 类 型：,低碳珠光体型热强钢 如: 12Cr1MoV（锅炉用

43、钢）,3.耐磨钢（高锰钢）,（1）工作条件及性能要求,高压力、严重磨损和强烈冲击良好韧性和耐磨性的钢,（2）化学成分及热处理工艺,wC 1.01.3,wMn 1114,第5章,Mn和C的质量分数比值约为1012（ wMn为11%14%）完全获得奥氏体组织，提高钢的加工硬化率,化学成分,水韧处理,将高锰钢加热到10001100，保温，使碳 化物全部溶入A后快速水冷，获得均匀的A组织。,A塑性好，硬度低，受到强烈冲击、严重摩擦和强大的压力 时，表层A发生塑变产生强烈的加工硬化，还有马氏体产生， 硬化效果非常强烈，可达5256HRC，使耐磨性显著提高， 而心部仍保持良好塑性，韧性的A状态。有强烈的加

44、工硬化， 机加工困难，只能铸造成型。,（3）牌号及用途： ZGMn13、ZGMn12Cr2、ZGMn12Mo2,坦克、拖拉机履带板； 挖掘机铲斗，防弹板，保险箱钢板,热处理工艺,5.4.3特殊性能钢,63,第5章,wSi=0.3%0.8% 改善钢水的流动性，固溶强化的作用， wP尽量低 以免在晶界形成脆性磷化物共晶体，产生冷脆,5.5工程铸铁 5.5.1铸铁的分类,64,第5 章,5.5.1 铸铁的分类,（1）灰铸铁 碳全部或大部分以游离状态石墨的形式存 在，断口呈灰黑色；（2）白口铸铁 少量碳溶入铁素体，其余的碳以渗碳体的形式存在，断口呈亮白色；（3）麻口铸铁 碳以石墨和渗碳体的混合形式存在

45、，断口呈黑白相间的麻点。,1.按碳存在的形式分类,5.5 工程铸铁,碳质量分数大于2.11%，与碳钢相比，有较高的碳、 硅、硫、磷含量,5.5.2铸铁的石墨化,65,5.5.2 铸铁的石墨化,铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程称为石墨化常用G表示石墨 铸铁在冷却过程中，可以从液体和奥氏体中析出Fe3C或石墨， 还可以在一定条件下由Fe3C分解出铁素体和石墨。,第5章,（1）普通灰铸铁 石墨呈片状；（2）蠕墨铸铁 石墨呈蠕虫状； （3）可锻铸铁 石墨呈棉絮状；（4）球墨铸铁 石墨呈球状。,2.按石墨的形态分类,（1）普通铸铁 如普通灰铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁； （2）合金铸铁 如耐磨铸铁

46、、耐热铸铁、耐蚀铸铁等,3.按化学成分分类,1. 石墨化的概念,铸铁在冷却过程中，是按Fe-Fe3C相图形成渗碳体还是按Fe-G相图形成石墨，决定于加热、冷却条件或获得的平衡性质（亚稳定平衡还是稳定平衡）。,5.5.2铸铁的石墨化,66,第5章,由于铸铁中的碳能以石墨或Fe3C两种独立相的形式存在， 因而使得铁碳合金系统存在着铁-渗碳体（Fe-Fe3C）和铁-石墨 （Fe-G）双重相图 （见下页）,图中虚线表示稳定态（Fe-G）相图，实线表示亚稳定态 （Fe-Fe3C）相图，虚线与实线重合的线用实线画出。,FeG与FeFe3C双重相图,67,第5章,第一阶段石墨化 铸铁液相冷至CD线结晶出一次

47、石墨（对于过共晶成分合金而言）和在ECF线通过共晶反应形成的共晶石墨；第二阶段石墨化 奥氏体沿ES线析出二次石墨；第三阶段石墨化 到PSK线，通过共析转变析出共析石墨。,5.5.2铸铁的石墨化,68,3.影响石墨化的主要因素,（1）温度和冷却速度 缓慢冷却或在高温下长时间保温，均有利于石墨化,2.石墨化过程,第5章,促进石墨化,阻碍石墨化,（2）化学成分,5.5.3铸铁的组织与性能,69,5.5.3 铸铁的组织与性能,1.铸铁的组织,灰铸铁的基体组织有珠光体、铁素体、铁素体珠光体， 经热处理后有马氏体、贝氏体等组织，它们相当于钢的组织。,第5章,C、Si、Al、Cu、Ni、Co、P等,Cr、W、Mo、V、Mn、S等,C和Si是强烈促进；P促进石墨化不十分强烈,S是强烈阻碍降低铁水的流动性，恶化铸造性能； Mn是间接促进,2.铸铁的性能,5.5.3铸铁的组织与性能,70,铸铁中石墨的 形态可分为六种:,型为片状石墨; 型为蟹状石墨; 型为蠕虫状石墨; 型为聚集状(团絮状)石墨; 型为不规则或开裂状石墨; 型为球状石墨。,力学性能很低，硬度仅为35HBS，抗拉强度20MPa，伸长率接近零。片状石墨对基体的削弱作用和引起应力集中的程度最大，球状石墨最小，团絮状石墨居二者之间；优异的切削加工性能，良好的铸造性能和润滑作 用，很好的耐磨性能和抗振性能，缺口不敏感。,（1）石墨的影响,