工業(yè)用鋼熱處理.ppt

1、第六章 工業(yè)用鋼,工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼和合金鋼兩大類。,碳素鋼是指含碳量低于2.11%的鐵碳合金。 合金鋼是指為了提高鋼的性能，在碳鋼基礎(chǔ)上有意加入一定量合金元素所獲得的鐵基合金。,第一節(jié) 鋼的分類及編號,一、鋼的分類 1、按化學(xué)成分分,5、按用途分,第三節(jié) 結(jié)構(gòu)鋼,對結(jié)構(gòu)鋼的性能要求為： 使用性能以強韌性為主。 工藝性能以可焊性、淬透性為主。 合金結(jié)構(gòu)鋼除少量為中高合金鋼外，都是低合金鋼.,銅陵長江公路大橋,1、成分：0.4%C, P、S量及非金屬夾雜較多. 2、性能：可焊性、塑性好。 3、熱處理：不進行專門熱處理，熱軋空冷態(tài)下使用。 4、使用狀態(tài)下組織：F+P,一、碳素結(jié)構(gòu)鋼,5、

2、用途 常以熱軋板、帶、棒及型鋼使用，用量約占鋼材總量的70%。 用于建筑結(jié)構(gòu)，適合焊接、鉚接、栓接等。,1、性能要求 高強度及足夠韌性。 良好的焊接性能。 良好的耐蝕性及低 的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。 2、成分特點 低碳：0.2%C. 合金元素：主要是Mn，還有少量V、Ti、Nb等。,二、低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼,3、熱處理：大多數(shù)熱軋空冷后使用。少數(shù)可用正火+高溫回火處理。 4、使用狀態(tài)下組織：F+P,低合金高強鋼合金元素細(xì)化晶粒作用, Mn的作用是強化鐵素體；增加珠光體的量。 V、Ti、Nb等起細(xì)化晶粒和彌散強化作用。 另外加Cu、P可提高耐蝕性；加RE可提高韌性、疲勞極限，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。,5、用途：

3、 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，用于中等壓力的壓力容器。 Q460鋼含Mo、B，正火組織為貝氏體，強度高,用于石化中溫高壓容器.,南京長江大橋,制造滲碳零件的鋼種。 1、性能要求 表面具有高硬度、高耐磨性，心部具有足夠的韌性和強度，即表硬里韌。 良好的熱處理性能,如淬透性和滲碳能力。,三、滲碳鋼,2、成分特點 低碳：0.10.25%C 合金元素作用： 提高淬透性： Cr、Mn、Ni、B 強化鐵素體： Cr、Mn、Ni 細(xì)化晶粒： W、Mo、Ti、V,滲碳淬火后的表層組織,3、熱處理特點 滲碳件的加工工藝路線為：下料鍛造

4、正火機加工滲碳淬火+低溫回火 正火目的為調(diào)整硬度，便于切削加工。 淬火溫度一般為 Ac1+30-50。 4、使用狀態(tài)下組織 心部：M回+F 表層：M回+顆粒狀碳化物+A(少量)；,5、常用鋼號及用途 低淬透性鋼：20、20Cr。,用于受力小的耐磨件，如柴油機的活塞銷、凸輪軸等。,中淬透性鋼：20CrMnTi。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。 高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA.用于大載荷的耐磨件，如柴油機曲軸。,調(diào)質(zhì)件（螺桿）,調(diào)質(zhì)后使用的鋼種。 1、性能要求 良好的綜合力學(xué)性能. 良好的淬透性。,四、調(diào)質(zhì)鋼,2、成分特點 中碳：0.30.5%C 合金元素作用： 提高淬透性: Mn、Si、C

5、r、Ni、B 強化鐵素體: Mn、Si、Cr、Ni 細(xì)化晶粒: Ti、V 防止第二類回火脆性: W、Mo,3、熱處理及組織特點 調(diào)質(zhì)件的加工工藝路線為：下料鍛造退火粗加工調(diào)質(zhì)精加工裝配 調(diào)質(zhì)目的：獲得良好綜合力學(xué)性能 使用狀態(tài)下的組織為：S回,為提高表面耐磨性，調(diào)質(zhì)后可進行表面淬火或氮化。,回火索氏體,調(diào)質(zhì)處理車間,柴油機凸輪軸,4、常用鋼號及用途 低淬透性鋼： D0油3040mm, 常用 45、40Cr, 用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等。 中淬透性鋼： D0油4060mm，常用40CrNi，用于制造大中型零件。,高淬透性鋼：D0油60mm, 常用40CrNiMo, 用于制造大截面重載荷零件，

6、如曲軸等。,制造彈簧或類似性能零件的鋼種。 1、性能要求 彈簧是利用彈性變形儲存能量或緩和沖擊的零件。 高的s，s/b； 高的-1；足夠的韌性 高的淬透性。,五、彈簧鋼,2、成分特點 中高碳： 碳素彈簧鋼為0.60.9%C 合金彈簧鋼為0.450.7%C 合金元素作用： 提高淬透性、強化鐵素體：Mn、Si、Cr 提高s/b：Si 細(xì)化晶粒：V,3、熱處理及組織特點 冷成型彈簧：冷拔 冷成型定型處理(250300)。 用于10mm),4、彈簧的表面質(zhì)量 彈簧的表面質(zhì)量對其壽命影響很大。 提高表面質(zhì)量的方法: 防止表面脫碳；, 避免表面缺陷； 進行噴丸處理，使表 面產(chǎn)生壓應(yīng)力。,板簧噴丸處理示意圖

7、,5、常用鋼號及用途 Si、Mn彈簧鋼，如65Mn、60Si2Mn，用于制造較大截面彈簧。 Cr、V彈簧鋼，如50CrV，用于大截面、大載荷、耐熱的彈簧。,載荷(頻率達數(shù)萬次/分)和摩擦。 高而均勻的硬度和耐磨性。 高的b和接觸疲勞強度。 足夠的韌性、淬透性和耐蝕性.,六、滾動軸承鋼,用于制造軸承套和滾動體的專用鋼種。 1、性能要求 軸承工作時, 承受接觸應(yīng)力(達30003500MPa)、周期性交變,2、成分特點 高碳：0.951.10%C 合金元素：以Cr為主,加入Mn、Si。 Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性,Cr還提高耐磨性（形成合金滲碳體）和耐蝕性。 當(dāng)1.65%Cr時,會因A增

8、加而使硬度和穩(wěn)定性下降。,3 、熱處理和組織特點 滾動軸承鋼是過共析鋼。 熱處理： 球化退火+淬火+低溫回火 組織：,M回+顆粒狀碳化物+A(少量) 淬火后進行冷處理(-60 -80), 可以減少A、穩(wěn)定尺寸.,軸承生產(chǎn)車間,4、常用鋼號及用途 應(yīng)用最廣的是GCr15，大量用于大中型軸承； 大型軸承用GCr15SiMn。 這類鋼還可用于制造模具、量具等.,向心球軸承,是指在沖擊載荷作用下發(fā)生沖擊硬化的高錳鋼. 只有ZGMn13一個鋼號. 1、成分特點 高碳：1.01.3%C 以保持高耐磨性。 高錳：1114%Mn 以保證形成奧氏體組織.,七、耐磨鋼,2、熱處理及組織 鑄態(tài)組織為奧氏體+碳化物,

9、 性能硬而脆. 熱處理采用水韌處理。即將鋼加熱到1100，使碳化物溶入奧氏體，并進行水淬。 室溫組織為過飽和單相奧氏體。,3、使用及用途 水韌處理后，韌性高，硬度低.使用時必須伴隨著壓力和沖擊作用。 在壓力及沖擊作用下，表面奧氏體迅速加工硬化，形成馬氏體并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500550，獲得高耐磨性。而心部仍為奧氏體組織,具有高耐沖擊能力。,高錳鋼廣泛用于既要求耐磨又要求耐沖擊的零件。如拖拉機的履帶板、球磨機襯板、破碎,機牙板、挖掘機鏟齒和鐵路轍岔等.,第四節(jié) 工具鋼,按用途分為: 刃具鋼 模具鋼 量具鋼,用來制造各種切削刀具的鋼種。,一、刃具鋼,切削加工, 性能要求 1、高硬度

10、 (HRC60),主要取決于含碳量。 2、高耐磨性 靠高硬度和析出細(xì)小均勻硬碳化物來達到。 3、高熱硬性 即高溫下保持高硬度的能力。 4、足夠的韌性 以防止脆斷和崩刃。,切削加工的基本形式, 碳素工具鋼 共有七個牌號：T7T13 1、成分特點：,高碳(0.651.35%C) 隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。,2、熱處理及組織 熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火 球化退火目的： 降低硬度, 便于加工; 為淬火作組織準(zhǔn)備。 使用狀態(tài)下的組織： M回+顆粒狀碳化物+A(少量),3、用途 由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。 T7T9：制造承受沖擊

11、的工具，如木工工具：沖子、鑿子、錘子等。,T10T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。 T12T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。,1、成分特點： 高碳：0.751.5%C 合金元素作用 提高淬透性: Cr、Mn、Si 提高耐回火性：Si 提高耐磨性、細(xì)化晶粒: W、V, 低合金工具鋼 由碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素(35)形成。,2、熱處理及組織 同碳素工具鋼，只是淬火介質(zhì)為油(碳素工具鋼為水)。 使用狀態(tài)下的組織為： M回+顆粒狀碳化物+A(少量) 3、常用鋼號及用途 應(yīng)用最多的是9SiCr。用于制造形狀復(fù)雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐、板牙等.,1、性能特點: 高熱硬性

12、(600)、高淬透性 2、成分特點 高碳: 0.701.5%C 合金元素作用 提高淬透性：Cr 提高熱硬性、耐磨性: W、Mo、V, 高速鋼（俗稱風(fēng)鋼） 制造高速切削刃具用鋼。,W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織,3、加工與熱處理 加工工藝路線：下料鍛造退火機加工淬火回火磨削,高速鋼是萊氏體鋼，其鑄態(tài)組織為亞共晶組織，由魚骨狀萊氏體與樹枝狀M+T組成，脆性大且無法熱處理改善。, 退火目的： 降低硬度，便于切加工； 為淬火作組織準(zhǔn)備。 退火后組織： S+顆粒狀碳化物, 鍛造目的：打碎粗大的魚骨狀碳化物，使其均勻分布于基體中。,W18Cr4V鋼的退火組織, 淬火目的: 獲得高合金元素含量的馬氏體。因此淬火

13、溫度高(1200)。,淬火后組織： M+未溶碳化物(10%)+A (20%),的碳化物，產(chǎn)生二次硬化。 碳及合金元素含量下降，Ms點上升，回火冷卻時，A轉(zhuǎn)變?yōu)镸。 每次回火加熱都使前一次的淬火馬氏體回火。, 回火目的：主要為減少A。消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織。 常用560三次回火. 回火時的組織變化： 析出W、Mo、V,高速鋼硬度與回火溫度關(guān)系,W18Cr4V鋼熱處理工藝示意圖,W18Cr4V鋼淬火、回火后的組織,4、使用狀態(tài)下組織 M回+顆粒狀碳化物+A（少量）,不同狀態(tài)下W18Cr4V的組織,5、常用鋼號及用途 常用鋼號為W18Cr4V(18-4-1)和W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。

14、用于高速切削刃具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。,汽車沖壓模具,用以制造冷熱模具的鋼種. 冷作模具鋼 制造金屬冷成型模具鋼種. 1、性能要求 高硬度和耐磨性。 足夠的強度和韌性。 良好的工藝性能（淬透性、切削加工性等）,二、模具鋼,2、常用鋼種 小尺寸、形狀簡單、受力不大的模具, 可用碳素工具鋼和低合金工具鋼制造。 截面、受力大的冷模具用Cr12型冷作模具鋼制造., 成分特點：高碳(1.42.3%C)；高鉻(11.513%Cr) 合金元素作用： Cr 提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，細(xì)化晶粒。, 加工及熱處理：Cr12型模具鋼也是萊氏體鋼，需進行鍛造、退火, 目的同高速鋼., 常用鋼號為Cr

15、12和Cr12MoV。用于制造冷沖模、擠壓模等。,最終熱處理為: 淬火+低溫回火,使用狀態(tài)下的組織: M回+顆粒狀碳化物+A(少量), 熱作模具鋼 制造使加熱金屬或液態(tài)金屬成型模具鋼種. 1、性能要求 高溫下良好的 綜合力學(xué)性能。 抗熱疲勞性能。 高的淬透性和良好的導(dǎo)熱性。,2、常用鋼種 熱鍛模鋼 5CrNiMo、5CrMnMo 前者用于大型熱鍛模，后者用于中小型熱鍛模. 成分特點、合金元素作用及熱處理同調(diào)質(zhì)鋼。 使用狀態(tài)下的組織: S回, 壓鑄模鋼 典型鋼號是3Cr2W8V, 為過共析鋼. 中碳(0.30.4%C), 合金元素作用同高速鋼。W、Cr提高抗熱疲勞性能. 淬火+回火后組織： M回

16、+顆粒狀碳化物+A(少量),汽車四缸壓鑄模,制造各種量具用鋼。如千分尺、卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等。,三、量具鋼,1、性能要求 量具在使用過程中與被測零件接觸，承受摩擦和沖擊。 高硬度和耐磨性。 高的尺寸穩(wěn)定性。 足夠的韌性。,2、量具用鋼 低碳鋼滲碳、 中碳鋼表面淬火 碳素工具鋼、低合金工具鋼 兩者用于尺寸小、形狀簡單、精度要求不高的量具。, 滾動軸承鋼、冷作模具鋼。用于制造精密量具. 不銹鋼用于制造接觸腐蝕介質(zhì)的量具。,3、量具鋼的熱處理特點 淬火前預(yù)備熱處理采用球化退火或調(diào)質(zhì)處理。, 下限溫度淬火及冷處理。目的是減少A。 長時間低溫時效，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低馬氏體的正方度。,量規(guī),第五節(jié) 特殊性能

17、鋼,特殊性能鋼是指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。本節(jié)只介紹不銹鋼和耐熱鋼。,化學(xué)腐蝕是指金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕。 電化學(xué)腐蝕是指金屬在電解質(zhì)溶液中的腐蝕，是有電流參與作用的腐蝕。,一、不銹鋼,在腐蝕介質(zhì)中具有耐蝕性能的鋼。 金屬的腐蝕 金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。, 常用不銹鋼 1、馬氏體不銹鋼 主要是Cr13型不銹鋼 鋼號為1Cr134Cr13 隨含碳量提高，強度、硬度提高，耐蝕性下降. 1Cr13、2Cr13 熱處理: 淬火+高溫回火 使用狀態(tài)下的組織: S回,不銹鋼棒,1Cr13、2Cr13具有耐大氣、蒸汽腐蝕能力及良好的綜合力學(xué)性能。,用于要求塑韌性較高的耐蝕件，如汽輪機葉片等.,

18、 3Cr13、4Cr13 熱處理：淬火+低溫回火。 使用狀態(tài)下的組織：M回。 具有較高強度、硬度。 用于要求耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具等。,醫(yī)療器械,不銹鋼刀,2、鐵素體不銹鋼 典型鋼號如0Cr13、1Cr17等。 成分：高鉻低碳, 無相變，不能進行熱處理強化。 組織：單相鐵素體, 用途 廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐蝕件。,合成氨廠,3、奧氏體不銹鋼 主要是18-8（18Cr-8Ni）型不銹鋼。 性能特點：具有良好的耐蝕性，冷熱加工性及,可焊性。高的塑韌性,無磁性。 熱處理：采用固溶處理。即加熱到1100使碳化物溶解后水冷。 組織為單相奧氏體。,不銹鋼帶, 常用鋼種 為1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 廣泛用于化工設(shè)備及管道., 性能要求 1、高的抗氧化性： 指鋼在高溫下對氧化作用的抗力。 鋼中加入Cr、Si、Al可形成致密穩(wěn)定的氧化膜，阻礙氧進一步擴散，提高抗氧化性。,二、耐熱鋼,氣輪機葉片,2、高的熱強性 熱強性是指金屬在高溫下的強度. 指標(biāo)為蠕變強度和持久強度。 蠕變指金屬在高溫低于s的應(yīng)力下所發(fā)生的極其緩慢的塑性變形.,提高高溫強度的途徑: 固溶強化； 析出強化； 晶界強化(加入B、Zr等降低晶界能量), 常用耐熱鋼 1、珠光體耐熱鋼 常用鋼號為15CrMo、12Cr1MoV，是低合金鋼。 合金元素作用： Cr提高抗氧化性； Mo提高熱強性(T再); V彌散強