項(xiàng)目四合金鋼1

1、同學(xué)們好同學(xué)們好 主講：董艷軍 2015年3月 機(jī)械制造基礎(chǔ) 3 項(xiàng)目四項(xiàng)目四 合金鋼合金鋼 工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分為工業(yè)用鋼按化學(xué)成分分為碳素鋼碳素鋼和和合金鋼合金鋼兩大類。兩大類。 4-1概述概述 4 合金元素在鋼中的存在形式合金元素在鋼中的存在形式 1、溶于、溶于鐵素體鐵素體, 起起固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化作用作用 n非碳化物形成元素非碳化物形成元素及及過剩的碳化物形成元素過剩的碳化物形成元素都溶于鐵素都溶于鐵素 體，形成合金體，形成合金F nSi、Mn對(duì)強(qiáng)度、硬度提高顯著。對(duì)強(qiáng)度、硬度提高顯著。Cr、Ni在適當(dāng)范圍內(nèi)提在適當(dāng)范圍內(nèi)提 高韌性。高韌性。 一、合金元素在鋼中的作用一、合金元素在鋼中的

2、作用 2、形成、形成碳化物碳化物，起強(qiáng)化相作用，起強(qiáng)化相作用 合金元素與碳的親和力從大到小的順序?yàn)椋汉辖鹪嘏c碳的親和力從大到小的順序?yàn)椋?Ti、Zr、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。 5 （二）合金元素對(duì)力學(xué)性能的影響（二）合金元素對(duì)力學(xué)性能的影響 a）固溶強(qiáng)化。）固溶強(qiáng)化。 b）細(xì)晶強(qiáng)化。）細(xì)晶強(qiáng)化。 c）彌散強(qiáng)化。）彌散強(qiáng)化。 6 三、合金元素對(duì)三、合金元素對(duì)Fe - Fe3C相圖的影相圖的影 響響 1、對(duì)奧氏體相區(qū)的影響、對(duì)奧氏體相區(qū)的影響 面心立方面心立方 Ni、Mn、Cu、C、N 等是擴(kuò)大等是擴(kuò)大A相區(qū)的元素相區(qū)的元素.當(dāng)當(dāng)Mn 13% 或或Ni 9%時(shí)，時(shí)，S點(diǎn)降到點(diǎn)降到0

3、以下，以下， 室溫下為單相室溫下為單相A組織，稱組織，稱奧氏體鋼奧氏體鋼。 體心立方晶格體心立方晶格 Cr、Mo、Si、Ti、 W、Al等是縮小奧氏體相區(qū)的元素等是縮小奧氏體相區(qū)的元素。 錳對(duì)奧氏體相區(qū)錳對(duì)奧氏體相區(qū) 的影響的影響 鉻對(duì)奧氏體相區(qū)鉻對(duì)奧氏體相區(qū) 的影響的影響 7 n當(dāng)當(dāng)含大量含大量Cr時(shí)，奧氏體相區(qū)消失，室溫下為單相鐵素體時(shí)，奧氏體相區(qū)消失，室溫下為單相鐵素體 組織，稱組織，稱鐵素體鋼鐵素體鋼. 2、對(duì)、對(duì)E點(diǎn)和點(diǎn)和S點(diǎn)位置的影響點(diǎn)位置的影響 n所有合金元素均使所有合金元素均使E點(diǎn)和點(diǎn)和S點(diǎn)左移點(diǎn)左移，即這兩點(diǎn)的含碳量下即這兩點(diǎn)的含碳量下 降，使碳含量形同的碳鋼與合金鋼具有不同

4、的顯微組織。降，使碳含量形同的碳鋼與合金鋼具有不同的顯微組織。 E點(diǎn)左移，使萊氏體的含碳量降低，在鑄態(tài)組織中卻出現(xiàn)點(diǎn)左移，使萊氏體的含碳量降低，在鑄態(tài)組織中卻出現(xiàn) 合金萊氏體，這種鋼稱為合金萊氏體，這種鋼稱為萊氏體鋼萊氏體鋼。 8 三、合金元素對(duì)熱處理的影響三、合金元素對(duì)熱處理的影響 1、對(duì)奧氏體化的影響、對(duì)奧氏體化的影響 對(duì)奧氏體形成速度的影響：對(duì)奧氏體形成速度的影響： 除除Ni、Co外外,都減緩?qiáng)W氏體都減緩?qiáng)W氏體 化過程化過程. 對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的對(duì)奧氏體晶粒長(zhǎng)大傾向的 影響：影響：碳、氮化物形成元素碳、氮化物形成元素 阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大。Mn、 P促進(jìn)長(zhǎng)大。促進(jìn)長(zhǎng)

5、大。 9 2、對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響、對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響 對(duì)對(duì)C曲線和淬透性的影響：曲線和淬透性的影響：除除Co外，凡溶入奧氏外，凡溶入奧氏 體的合金元素均使體的合金元素均使C曲線右移，淬透性提高。曲線右移，淬透性提高。 常用提高淬透性的元素為常用提高淬透性的元素為Mn、Si、Cr、Ni、B。 對(duì)對(duì)Ms、Mf點(diǎn)的影響：點(diǎn)的影響：除除Co、 Al外外,所有元素都所有元素都 使使Ms、Mf點(diǎn)下降。點(diǎn)下降。 合金元素對(duì)合金元素對(duì) 鋼淬透性的鋼淬透性的 影響影響 10 淬火碳鋼淬火碳鋼 回火回火 時(shí)的時(shí)的 硬度硬度 變化變化 3、對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響、對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響 提高耐回火性：淬火鋼在回火過提高

6、耐回火性：淬火鋼在回火過 程中抵抗硬度下降的能力稱程中抵抗硬度下降的能力稱耐回耐回 火性。火性。 n合金元素能阻礙馬氏體分解及碳合金元素能阻礙馬氏體分解及碳 化物的析出與聚集化物的析出與聚集。當(dāng)回火硬度當(dāng)回火硬度 相同時(shí)，合金鋼比同含碳量碳鋼相同時(shí)，合金鋼比同含碳量碳鋼 回火溫度高。如果同溫度回火，回火溫度高。如果同溫度回火， 合金鋼硬度比碳鋼高。合金鋼硬度比碳鋼高。 11 產(chǎn)生二次硬化產(chǎn)生二次硬化 n含高含高W、Mo、Cr、V鋼淬火鋼淬火 后回火時(shí)，由于析出細(xì)小彌后回火時(shí)，由于析出細(xì)小彌 散的特殊碳化物及回火冷卻散的特殊碳化物及回火冷卻 時(shí)時(shí)A轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)镸回 回,使硬度不僅 使硬度不僅 不

7、下降，反而升高的現(xiàn)象稱不下降，反而升高的現(xiàn)象稱 二次硬化二次硬化。 防止第二類回火脆性防止第二類回火脆性 n加加W、Mo可防止第二類回火可防止第二類回火 脆性。脆性。 高速鋼高速鋼 12 四、合金鋼的分類與編號(hào)四、合金鋼的分類與編號(hào) （一）合金鋼的分類（一）合金鋼的分類 1按用途分按用途分 （1）合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼:主要用于重要的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)；主要用于重要的機(jī)械零件和工程結(jié)構(gòu)； 包括普通低合金鋼、易切削鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、調(diào)質(zhì)包括普通低合金鋼、易切削鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、調(diào)質(zhì) 鋼、滾動(dòng)軸承鋼等。鋼、滾動(dòng)軸承鋼等。 （2）合金工具鋼合金工具鋼:主要用于重要的工模具；刃具鋼、模具主要用于重要

8、的工模具；刃具鋼、模具 鋼、量具鋼等。鋼、量具鋼等。 （3）：具備特殊的物理或化學(xué)性能，用于有：具備特殊的物理或化學(xué)性能，用于有 特殊要求的零件。如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。特殊要求的零件。如不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼。 13 3. 按正火狀態(tài)分類（金相組織）按正火狀態(tài)分類（金相組織） 鐵素體鋼：鐵素體鋼：Cr17、Cr25、Cr28 奧氏體鋼：奧氏體鋼：1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、Mn13 馬氏體鋼：馬氏體鋼：3Cr13、4Cr13、1Cr11MoV、 1Cr12WmoV 珠光體鋼：珠光體鋼：15CrMo、12CrMoV 貝氏體鋼：貝氏體鋼：12MoVWBSiRE 14 1. 合金結(jié)構(gòu)鋼和

9、合金彈簧鋼的編號(hào)合金結(jié)構(gòu)鋼和合金彈簧鋼的編號(hào) 數(shù)字?jǐn)?shù)字 + 化學(xué)元素化學(xué)元素 + 數(shù)字?jǐn)?shù)字 合金元素含量的百分之幾，合金元素含量的百分之幾， C%上限上限0.1%時(shí)時(shí), 用一位數(shù)字表示用一位數(shù)字表示, 如如2Cr13（平均含碳量為（平均含碳量為0.20%） 18 當(dāng)當(dāng)0.1% C%上限上限 0.03%時(shí)時(shí), 以以“0”表示，表示， 如如 ： 0Cr18Ni9（含碳量上限為（含碳量上限為0.08%） 當(dāng)當(dāng)0.03% C%上限上限0.01%時(shí)（超低碳）時(shí)（超低碳）, 標(biāo)標(biāo)“03” 如：如：03Cr19Ni10(含碳量上限為含碳量上限為0.03%） 當(dāng)含碳量上限當(dāng)含碳量上限0. 01%時(shí)時(shí)(極低碳極

10、低碳)，標(biāo)，標(biāo)“01” 如：如：01Cr19Ni11（含碳量上限為（含碳量上限為0.01%） 19 第二節(jié)第二節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 n用于制造各種機(jī)械零件以及用用于制造各種機(jī)械零件以及用 于建筑工程結(jié)構(gòu)的鋼，結(jié)構(gòu)鋼于建筑工程結(jié)構(gòu)的鋼，結(jié)構(gòu)鋼 n對(duì)結(jié)構(gòu)鋼的性能要求為：對(duì)結(jié)構(gòu)鋼的性能要求為： 1 1，使用性能，使用性能以強(qiáng)韌性為主。以強(qiáng)韌性為主。 2 2，工藝性能，工藝性能以可焊性、淬以可焊性、淬 透性為主。透性為主。 3，良好的耐蝕性及低的韌，良好的耐蝕性及低的韌 脆轉(zhuǎn)變溫度脆轉(zhuǎn)變溫度 銅陵長(zhǎng)江公路銅陵長(zhǎng)江公路 大橋大橋 20 第二節(jié)第二節(jié) 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 結(jié)構(gòu)鋼分：碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)

11、構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼分：碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼 n合金結(jié)構(gòu)鋼除少量為中高合金鋼外，合金結(jié)構(gòu)鋼除少量為中高合金鋼外， 都是低合金鋼都是低合金鋼. . 一、低合金結(jié)構(gòu)鋼一、低合金結(jié)構(gòu)鋼 n又稱普低鋼，普通碳鋼中加入少量又稱普低鋼，普通碳鋼中加入少量 合金元素，一般不超過合金元素，一般不超過3% 3% （我（我 國）。國）。 n用于橋梁、船舶、車輛、高壓容器、用于橋梁、船舶、車輛、高壓容器、 管道、建筑管道、建筑 21 低合金高強(qiáng)鋼合金元素細(xì)化晶粒低合金高強(qiáng)鋼合金元素細(xì)化晶粒 作用作用 2、成分特點(diǎn)、成分特點(diǎn) 低碳：低碳：0.2%C. 合金元素：主要是合金元素：主要是Mn，還有少量，還有少量V、Ti、Nb等。

12、等。 Mn的作用是強(qiáng)化鐵素體；增加珠光體的量。的作用是強(qiáng)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(qiáng)化作用。等起細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化作用。 另外加另外加Cu、P可提高耐蝕性；加可提高耐蝕性；加RE可提高韌性、可提高韌性、 疲勞極限，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。疲勞極限，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度。 對(duì)對(duì)P、S要求不高要求不高 22 3、用途：、用途： nQ345鋼鋼(16Mn)綜合性能好，綜合性能好， 用于船舶、橋梁、車輛等大型用于船舶、橋梁、車輛等大型 鋼結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)。 nQ390鋼含鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度，強(qiáng)度 高，用于中等壓力的壓力容器。高，用于中等壓力的壓力容器。 nQ460鋼含鋼含Mo

13、、B，正火組織，正火組織 為貝氏體，強(qiáng)度高為貝氏體，強(qiáng)度高,用于石化中用于石化中 溫高壓容器溫高壓容器. 南京長(zhǎng)江大橋南京長(zhǎng)江大橋 23 二、易切削鋼二、易切削鋼 在鋼中添加在鋼中添加S、Pb、Ca、P等合金元素，使等合金元素，使 鋼成為容易切削。鋼成為容易切削。 （一）性能要求：良好的切削加工性。（一）性能要求：良好的切削加工性。 作用：使切屑易斷，不易形成作用：使切屑易斷，不易形成“切屑積瘤切屑積瘤”， 減摩、降低切削力、切削熱。減摩、降低切削力、切削熱。 切削性能很大程度上由易切性夾雜物的形態(tài)和切削性能很大程度上由易切性夾雜物的形態(tài)和 組成所支配組成所支配 （二）常見的易切削結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)：

14、（二）常見的易切削結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)： Y12、Y15、Y20、Y30、Y40Mn 24 n用于制造滲碳零件的鋼稱為滲碳鋼用于制造滲碳零件的鋼稱為滲碳鋼 1、性能要求、性能要求 表面具有表面具有高硬度高硬度、高耐磨高耐磨，心部具有足，心部具有足夠的韌夠的韌 性和強(qiáng)度性和強(qiáng)度，即表硬里韌。，即表硬里韌。 n可采用低碳鋼通過滲碳淬火及低溫回火來達(dá)到。可采用低碳鋼通過滲碳淬火及低溫回火來達(dá)到。 2、成分特點(diǎn)、成分特點(diǎn) 低碳：低碳：0.10.25%C 三、滲碳鋼三、滲碳鋼 25 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性：提高淬透性： Cr、Mn、Ni、B 強(qiáng)化鐵素體：強(qiáng)化鐵素體： Cr、Mn、Ni 細(xì)化晶粒：

15、細(xì)化晶粒： W、Mo、Ti、V 26 3、常用滲碳鋼鋼號(hào)及用途、常用滲碳鋼鋼號(hào)及用途 低淬透性鋼：低淬透性鋼：20、20Cr。用于受力小的耐磨件，用于受力小的耐磨件， 如柴油機(jī)的活塞銷、凸輪軸等。如柴油機(jī)的活塞銷、凸輪軸等。 中淬透性鋼：中淬透性鋼：20CrMnTi。用于中等載荷的耐磨件，用于中等載荷的耐磨件， 如變速箱齒輪。如變速箱齒輪。 高淬透性鋼：高淬透性鋼：18Cr2Ni4WA.用于大載荷的耐磨件，用于大載荷的耐磨件， 如柴油機(jī)曲軸。如柴油機(jī)曲軸。 應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例： 用用20CrMnTi制造汽車變速齒輪。制造汽車變速齒輪。 技術(shù)要求：技術(shù)要求： 滲碳層厚度滲碳層厚度1.21.6mm

16、, 碳濃度碳濃度1.0%, 齒輪硬度齒輪硬度HRC5860, 心部硬度心部硬度HRC3045 工藝路線：工藝路線： 坯料坯料鍛造鍛造正火正火加工齒形（銑、插）加工齒形（銑、插） 局部鍍銅局部鍍銅滲碳滲碳預(yù)冷淬火預(yù)冷淬火低溫回火低溫回火噴丸噴丸 磨齒磨齒成品。成品。 正火：低碳合金鋼，改善切削加工性能，正火：低碳合金鋼，改善切削加工性能， HRC170210。 滲碳：滲碳：920，68h，深度達(dá)，深度達(dá)1.21.6mm。 滲碳后預(yù)冷到滲碳后預(yù)冷到870880，油淬，經(jīng)，油淬，經(jīng)200 23h 回火，表層硬度可達(dá)回火，表層硬度可達(dá)HRC5860，心部硬度，心部硬度 HRC3045，達(dá)到，達(dá)到“外硬

17、內(nèi)韌外硬內(nèi)韌”。 齒面經(jīng)噴丸處理，可消除氧化皮，且使齒面齒面經(jīng)噴丸處理，可消除氧化皮，且使齒面 表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，有利于提高疲勞強(qiáng)度。表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，有利于提高疲勞強(qiáng)度。 溫度溫度 時(shí)間時(shí)間 正火 950-970 空冷 氣體滲碳 920 預(yù)冷 870-880 油淬 200 回火 20CrMnTi鋼制汽車變速齒輪熱處理工藝曲線鋼制汽車變速齒輪熱處理工藝曲線 30 n經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金經(jīng)調(diào)質(zhì)處理的碳素結(jié)構(gòu)鋼和合金 結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼 n經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的回火組織是回火經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的回火組織是回火 索氏體，具有高的強(qiáng)度和良好的索氏體，具有高的強(qiáng)度和良好的 塑性與韌性的配合，即具有良好塑性與韌性

18、的配合，即具有良好 的綜合力學(xué)性能。的綜合力學(xué)性能。 n制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等對(duì)綜制造汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等對(duì)綜 合力學(xué)性能要求較高的零件。合力學(xué)性能要求較高的零件。 四、調(diào)質(zhì)鋼四、調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)件（螺桿）調(diào)質(zhì)件（螺桿） 調(diào)質(zhì)件（冷卻輪）調(diào)質(zhì)件（冷卻輪） 破碎機(jī)主軸破碎機(jī)主軸 31 常用的合金調(diào)質(zhì)鋼通常包括三種系列常用的合金調(diào)質(zhì)鋼通常包括三種系列 （1）Mn鋼、鋼、Mn-B鋼鋼 主要合金元素主要合金元素Mn的作用是強(qiáng)化鐵素體和增加淬透性的作用是強(qiáng)化鐵素體和增加淬透性 （2）Cr鋼、鋼、Cr-Mo、 Cr-Mn、Cr-V鋼鋼 最常見的是最常見的是40Cr，加，加Cr增加淬透性，強(qiáng)度有所提增加淬透性

19、，強(qiáng)度有所提 高，對(duì)塑性、韌性影響不大。高，對(duì)塑性、韌性影響不大。 （3）Cr-Ni、Cr-Ni-Mo 同時(shí)加入同時(shí)加入Cr-Ni元素，可獲得更好的力學(xué)性能，高的元素，可獲得更好的力學(xué)性能，高的 強(qiáng)度、韌性和塑性，同時(shí)也有很好的淬透性。強(qiáng)度、韌性和塑性，同時(shí)也有很好的淬透性。 應(yīng)用舉例：用應(yīng)用舉例：用40Cr制作發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺絲制作發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺絲 發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺絲，承受沖擊性載荷（拉應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺絲，承受沖擊性載荷（拉應(yīng) 力），且周期性變化，一旦發(fā)生斷裂，會(huì)引起力），且周期性變化，一旦發(fā)生斷裂，會(huì)引起 嚴(yán)重事故，要求有足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性、抗嚴(yán)重事故，要求有足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性、抗 疲勞。疲勞。

20、加工工藝路線：坯料加工工藝路線：坯料鍛造鍛造正火正火粗加工粗加工 調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)精加工精加工成品。成品。 退火或正火：改善鍛造組織，細(xì)化晶粒。有利退火或正火：改善鍛造組織，細(xì)化晶粒。有利 于機(jī)械加工。于機(jī)械加工。 調(diào)質(zhì)：組織為調(diào)質(zhì)：組織為回火索氏體回火索氏體，不允許有塊鐵素體不允許有塊鐵素體 出現(xiàn)出現(xiàn)，硬度，硬度HRC30-38。 高溫回火后，水冷，高溫回火后，水冷，防止第二類回火脆性防止第二類回火脆性。 溫度溫度 時(shí)間時(shí)間 840 525 油冷 回火 水冷 40Cr制發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓熱處理工藝制發(fā)動(dòng)機(jī)連桿螺栓熱處理工藝 35 n是專用結(jié)構(gòu)鋼是專用結(jié)構(gòu)鋼 用于制造彈簧或類似性能零件的鋼種。用于制造彈簧

21、或類似性能零件的鋼種。 n彈簧是利用彈性變形儲(chǔ)存能量、緩和震彈簧是利用彈性變形儲(chǔ)存能量、緩和震 動(dòng)和沖擊動(dòng)和沖擊 n性能要求：性能要求： 1，具有良好彈性。高的彈性極限，在高，具有良好彈性。高的彈性極限，在高 的負(fù)荷下不產(chǎn)生塑性變形的負(fù)荷下不產(chǎn)生塑性變形 2，具有高的疲勞強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、良好的，具有高的疲勞強(qiáng)度、屈強(qiáng)比、良好的 表面質(zhì)量表面質(zhì)量 五、彈簧鋼五、彈簧鋼 汽車彈簧汽車彈簧 五、彈簧鋼五、彈簧鋼 40 3，足夠的韌性（承受沖擊載荷），足夠的韌性（承受沖擊載荷） 4，高的淬透性。，高的淬透性。 5，良好的耐熱、耐蝕性，良好的耐熱、耐蝕性 n分類：分類： 1，熱軋（熱成形）彈簧鋼，熱軋（熱

22、成形）彈簧鋼 制造各種大尺寸制造各種大尺寸(10mm) 的熱成形螺旋彈簧和板彈簧用鋼的熱成形螺旋彈簧和板彈簧用鋼 2，冷拉（軋）彈簧鋼：在室溫經(jīng)拉拔而成的彈簧鋼。，冷拉（軋）彈簧鋼：在室溫經(jīng)拉拔而成的彈簧鋼。 用于用于1.65%Cr時(shí)時(shí),會(huì)因會(huì)因A增加而使硬度和穩(wěn)定性下降。增加而使硬度和穩(wěn)定性下降。 44 軸承生產(chǎn)車間軸承生產(chǎn)車間 應(yīng)用最廣的是應(yīng)用最廣的是GCr15，大，大 量用于大中型軸承；量用于大中型軸承； 大型軸承用大型軸承用GCr15SiMn。 這類鋼還可用于制造模具、這類鋼還可用于制造模具、 量具等量具等. 45 第三節(jié)第三節(jié) 合金工具鋼合金工具鋼 按用途分為按用途分為: 刃具鋼刃具

23、鋼 模具鋼模具鋼 量具鋼量具鋼 模具模具 46 一、刃具鋼一、刃具鋼 工作條件及性能要求工作條件及性能要求 1、高硬度、高硬度 (HRC60),主要取決主要取決 于含碳量。于含碳量。 2、高耐磨性、高耐磨性 靠高硬度和析出細(xì)靠高硬度和析出細(xì) 小均勻硬碳化物來達(dá)到。小均勻硬碳化物來達(dá)到。 3、高熱硬性高熱硬性 即高溫下保持高硬即高溫下保持高硬 度的能力。度的能力。 4、足夠的韌性、足夠的韌性 以防止脆斷和崩以防止脆斷和崩 刃。刃。 切削加工的基本形式切削加工的基本形式 47 碳素及低合金刃具鋼碳素及低合金刃具鋼 1，碳素刃具鋼，碳素刃具鋼 n成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)：高碳高碳(0.651.30%C)

24、nT7A、T8A、T10A等等 n用途用途:由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造 小尺寸的手工工具和低速刃具。小尺寸的手工工具和低速刃具。 48 nT7T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、：制造承受沖擊的工具，如木工工具：沖子、 鑿子、錘子等。鑿子、錘子等。 n T10T11：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀：制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀 等。等。 nT12T13：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。：制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。 絲錐絲錐 銼刀銼刀 手鋸條手鋸條 鉆頭鉆頭 49 2,低合金工具鋼低合金工具鋼 n由碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量

25、合由碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量合 金元素金元素(35)形成形成. n成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)： 高碳：高碳：0.751.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性提高淬透性: Cr、Mn、Si 提高耐回火性：提高耐回火性：Si 提高耐磨性、細(xì)化晶粒提高耐磨性、細(xì)化晶粒: W、V 50 常用鋼號(hào)及用途常用鋼號(hào)及用途 應(yīng)用最多應(yīng)用最多 的是的是9SiCr。用于制造形狀。用于制造形狀 復(fù)雜、要求變形小的低速復(fù)雜、要求變形小的低速 刃具，如絲錐、板牙等刃具，如絲錐、板牙等. 低合金工具鋼制品低合金工具鋼制品 絲錐絲錐 板牙板牙 低合金工具鋼扳手低合金工具鋼扳手 51 (三）高速鋼三）高速鋼（俗稱風(fēng)鋼）（俗稱

26、風(fēng)鋼） n制造高速切削刃具用鋼制造高速切削刃具用鋼. 1、性能特點(diǎn)、性能特點(diǎn): 高熱硬性高熱硬性(600)、 高淬透性高淬透性 2、成分特點(diǎn)、成分特點(diǎn) 高碳高碳: 0.701.5%C 合金元素作用合金元素作用 提高淬透性：提高淬透性：Cr （4%） 提高熱硬性、耐磨性提高熱硬性、耐磨性: W、Mo、 V 高速鋼冷軋鋼帶高速鋼冷軋鋼帶 高速鋼形材高速鋼形材 52 汽車沖壓模具汽車沖壓模具 n用以制造沖壓、模鍛、壓鑄等用以制造沖壓、模鍛、壓鑄等 冷熱模具的鋼種冷熱模具的鋼種. 冷作模具鋼冷作模具鋼 制造金屬冷成型模具鋼種制造金屬冷成型模具鋼種. 1、性能要求、性能要求 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨

27、性。 足夠的強(qiáng)度和韌性。足夠的強(qiáng)度和韌性。 良好的工藝性能（淬透性、切削加工性等）良好的工藝性能（淬透性、切削加工性等） 二、模具鋼二、模具鋼 53 熱作模具鋼熱作模具鋼 n制造使加熱金屬或液態(tài)金屬成型模具制造使加熱金屬或液態(tài)金屬成型模具 鋼種鋼種. 1、性能要求、性能要求 n高溫下良好的綜合力學(xué)性能。高溫下良好的綜合力學(xué)性能。 n 抗熱疲勞性能?？篃崞谛阅?。 n高的淬透性和良好的導(dǎo)熱性。高的淬透性和良好的導(dǎo)熱性。 n2、常用鋼種、常用鋼種 n 熱鍛模鋼熱鍛模鋼 5CrNiMo、5CrMnMo 熱模鍛曲軸毛坯熱模鍛曲軸毛坯 熱鐓模熱鐓模 凸緣模凸緣模 n 壓鑄模鋼壓鑄模鋼 n典型鋼號(hào)是典型鋼

28、號(hào)是3Cr2W8V, 為過共析鋼為過共析鋼. n中碳中碳(0.30.4%C), 合金元素作用同高速鋼。合金元素作用同高速鋼。W、Cr提高提高 抗熱疲勞性能抗熱疲勞性能. 淬火淬火+回火后組織：回火后組織：M回 回+顆粒狀碳化物 顆粒狀碳化物 +A(少量少量) 汽車四缸壓鑄模汽車四缸壓鑄模 55 n制造各種量具用鋼。如千分尺、制造各種量具用鋼。如千分尺、 卡尺、塊規(guī)、塞規(guī)等?？ǔ?、塊規(guī)、塞規(guī)等。 1、性能要求、性能要求 量具在使用過程中量具在使用過程中 與被測(cè)零件接觸，承受摩擦和與被測(cè)零件接觸，承受摩擦和 沖擊。沖擊。 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 高的尺寸穩(wěn)定性。高的尺寸穩(wěn)定性。 足夠的韌

29、性。足夠的韌性。 三、量具鋼三、量具鋼 56 2、量具用鋼、量具用鋼 無專用鋼，根據(jù)用途、形狀、尺寸精無專用鋼，根據(jù)用途、形狀、尺寸精 度來選材和熱處理工藝度來選材和熱處理工藝 低碳鋼滲碳、中碳鋼表面淬火低碳鋼滲碳、中碳鋼表面淬火 碳素工具鋼、低合金工具鋼碳素工具鋼、低合金工具鋼 兩者用于尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度兩者用于尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、精度 要求不高的量具。要求不高的量具。 滾動(dòng)軸承鋼、冷作模具鋼。用于制滾動(dòng)軸承鋼、冷作模具鋼。用于制 造精密量具造精密量具. 不銹鋼用于接觸腐蝕介質(zhì)的量具。不銹鋼用于接觸腐蝕介質(zhì)的量具。 量塊量塊 電子卡電子卡 尺尺 量規(guī)量規(guī) 57 第四節(jié)第四節(jié) 特殊性能鋼特殊

30、性能鋼 指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。指具有特殊物理、化學(xué)性能的鋼。 一、不銹鋼一、不銹鋼 在腐蝕介質(zhì)中具有耐蝕性能的鋼。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 金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。金屬的腐蝕分化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕。 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕是指金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕。是指金屬在非電解質(zhì)中的腐蝕。 電化學(xué)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。流參與作用的腐蝕。 58 n防止電化學(xué)腐蝕的措施：防止電化學(xué)腐蝕的措施： 獲得均勻的單相組織。獲得均勻的單相組織。 提高合金的電極電位。提高合金的電極電位。 使表面形成

31、致密的鈍化膜使表面形成致密的鈍化膜. . l中國每年腐蝕的損失至少達(dá)中國每年腐蝕的損失至少達(dá)400億元以上億元以上. 不銹鋼中合金元素的作用不銹鋼中合金元素的作用 1、低碳：碳高，則降低耐蝕性。、低碳：碳高，則降低耐蝕性。 2、Cr：是提高耐蝕性的主要元素：是提高耐蝕性的主要元素 形成穩(wěn)定致密的形成穩(wěn)定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜. 59 Cr含量大于含量大于13%時(shí)，時(shí)， 形成單相鐵素體組織。形成單相鐵素體組織。 提高基體電極電位提高基體電極電位 3、Ni：獲得單相奧氏體組織。：獲得單相奧氏體組織。 4、Mo：耐有機(jī)酸腐蝕。：耐有機(jī)酸腐蝕。 5、Ti, Nb: 防止奧氏體鋼晶間腐蝕防止奧氏體

32、鋼晶間腐蝕. 晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生的腐蝕晶間腐蝕是沿晶粒周界發(fā)生的腐蝕 危害很大危害很大.它是由于它是由于Cr23C6析出于析出于 晶界，使晶界附近晶界，使晶界附近Cr含量降到含量降到12%以下，在介質(zhì)作用以下，在介質(zhì)作用 下發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕。下發(fā)生強(qiáng)烈腐蝕。 晶間腐蝕晶間腐蝕 60 晶間腐蝕晶間腐蝕 破壞破壞 304不銹鋼不銹鋼 消火栓消火栓 齒輪架齒輪架 常用不銹鋼常用不銹鋼 66 n 常用不銹鋼常用不銹鋼 1、馬氏體不銹鋼、馬氏體不銹鋼 主要是主要是Cr13型不型不 銹鋼（含銹鋼（含Cr和和C量較高）量較高） 鋼號(hào)為鋼號(hào)為1Cr134Cr13. 隨含碳量提隨含碳量提 高，強(qiáng)度、硬度提高，

33、耐蝕性下高，強(qiáng)度、硬度提高，耐蝕性下 降降. n3Cr13、4Cr13 熱處理：淬火熱處理：淬火+低低 溫回火。溫回火。 使用狀態(tài)下的組織：使用狀態(tài)下的組織：M回 回。 。 具有較高強(qiáng)度、硬度。具有較高強(qiáng)度、硬度。用于要求用于要求 耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具耐蝕、耐磨件，醫(yī)療器械、量具 等。等。 醫(yī)療器械醫(yī)療器械 透平轉(zhuǎn)輪透平轉(zhuǎn)輪 67 n2、鐵素體不銹鋼、鐵素體不銹鋼 n典型鋼號(hào)如典型鋼號(hào)如0Cr13、1Cr17等。等。 成分：高鉻低碳成分：高鉻低碳 無無相變，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。相變，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。 組織：?jiǎn)蜗噼F素體組織：?jiǎn)蜗噼F素體 性能特點(diǎn)性能特點(diǎn) 耐酸蝕，抗氧化能力強(qiáng)，耐酸蝕，

34、抗氧化能力強(qiáng)， 塑性好。但有脆化傾向：塑性好。但有脆化傾向： 用途用途 廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐廣泛用于硝酸和氮肥工業(yè)的耐 蝕件。蝕件。 1Cr17削片刀削片刀 鋼中鋼中相相 68 3、奧氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼 n主要是主要是18-8（18Cr-8Ni）不銹鋼。）不銹鋼。 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)：具有良好的耐蝕性，具有良好的耐蝕性， 冷熱加工性及冷熱加工性及可焊性。高的塑韌性可焊性。高的塑韌性 熱處理：熱處理：采用采用固溶處理固溶處理。即加熱到。即加熱到 1100使碳化物溶解后水冷。使碳化物溶解后水冷。 n組織為單相奧氏體組織為單相奧氏體。 常用鋼種常用鋼種 1Cr18Ni9、1Cr18Ni9

35、Ti n廣泛用于化工設(shè)備及管道廣泛用于化工設(shè)備及管道. 不銹鋼不銹鋼 帶帶 大型化工儲(chǔ)罐大型化工儲(chǔ)罐 (304) 1、常用不銹鋼、常用不銹鋼 a、 鉻不銹鋼：鉻不銹鋼： 1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、Cr17、 Cr25、Cr28。 Cr13型不銹鋼隨著含型不銹鋼隨著含C量的增多，耐蝕性降量的增多，耐蝕性降 低。因?yàn)?，生成的鉻碳化物增多，基體中鉻含量低。因?yàn)椋傻你t碳化物增多，基體中鉻含量 減少；鉻碳化物與基體具有不同的電極電位，隨減少；鉻碳化物與基體具有不同的電極電位，隨 著鉻碳化物的增多，原電池的數(shù)量增多。著鉻碳化物的增多，原電池的數(shù)量增多。 b、 鉻鎳不銹鋼：鉻鎳不銹

36、鋼： 0Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti、 0Cr19Ni9 0Cr19Ni9這類不銹鋼屬單相奧氏體型，無這類不銹鋼屬單相奧氏體型，無 磁性，塑性、韌性、耐蝕性均優(yōu)于磁性，塑性、韌性、耐蝕性均優(yōu)于Cr13型不銹鋼。型不銹鋼。 c、其它類型不銹鋼、其它類型不銹鋼 我國我國Cr、Ni礦較少，根據(jù)我國資源條件礦較少，根據(jù)我國資源條件 研制成功的兩個(gè)鋼種：研制成功的兩個(gè)鋼種： 15Al3MoWTi 代替代替Cr13不銹鋼，用于石油裂化裝置。不銹鋼，用于石油裂化裝置。 0Cr10Si2Mo 代替代替1Cr18Ni9Ti，用于尿素、硫銨和硫酸等，用于尿素、硫銨和硫酸等 化工設(shè)備。

37、化工設(shè)備。 72 應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕 n奧氏體不銹鋼易發(fā)生奧氏體不銹鋼易發(fā)生應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕。即在。即在特定合金特定合金-環(huán)境體環(huán)境體 系中，應(yīng)力與腐蝕共同作用引起系中，應(yīng)力與腐蝕共同作用引起的破壞。應(yīng)力腐蝕易的破壞。應(yīng)力腐蝕易 在含在含Cl的的介質(zhì)中發(fā)生，裂紋為樹枝狀介質(zhì)中發(fā)生，裂紋為樹枝狀. 發(fā)生應(yīng)力腐蝕奧氏體不銹鋼管道內(nèi)壁發(fā)生應(yīng)力腐蝕奧氏體不銹鋼管道內(nèi)壁應(yīng)力腐蝕裂紋應(yīng)力腐蝕裂紋 73 性能要求性能要求 1、高的抗氧化性：、高的抗氧化性： n鋼在高溫下對(duì)氧化作用的抗力。鋼在高溫下對(duì)氧化作用的抗力。 n鋼中加入鋼中加入Cr、Si、Al可形成致密可形成致密 穩(wěn)定的氧化膜，阻礙氧進(jìn)一步擴(kuò)穩(wěn)定的氧化

38、膜，阻礙氧進(jìn)一步擴(kuò) 散，提高抗氧化性。散，提高抗氧化性。 2、高的熱強(qiáng)性、高的熱強(qiáng)性 熱強(qiáng)性是指金屬在高溫下的強(qiáng)度熱強(qiáng)性是指金屬在高溫下的強(qiáng)度. 指標(biāo)為蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。指標(biāo)為蠕變強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。 二、耐熱鋼二、耐熱鋼氣輪機(jī)氣輪機(jī) 葉片葉片 飛機(jī)飛機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī) 過熱過熱 器器 74 n提高高溫強(qiáng)度的途徑提高高溫強(qiáng)度的途徑: n 固溶強(qiáng)化；固溶強(qiáng)化； n 析出強(qiáng)化；析出強(qiáng)化； n 晶界強(qiáng)化晶界強(qiáng)化(加入加入B、 Zr等降低晶界能量等降低晶界能量) 高溫合金中的高溫合金中的 析出相析出相高溫合金中的彎曲晶界高溫合金中的彎曲晶界 裂紋中止于晶界顆粒狀析出物裂紋中止于晶界顆粒狀析出物 75 n

39、常用耐熱鋼常用耐熱鋼 n馬氏體耐熱鋼馬氏體耐熱鋼 n常用鋼號(hào)為常用鋼號(hào)為1Cr13、 1Cr11MoV、4Cr9Si2 合金元素作用：合金元素作用：Cr、Si提高抗氧化性提高抗氧化性; nMo提高熱強(qiáng)性提高熱強(qiáng)性(T再 再);V彌散強(qiáng)化。 彌散強(qiáng)化。 n 熱處理：調(diào)質(zhì)。熱處理：調(diào)質(zhì)。 n 組織：組織： S回 回。 。 n 用途：用途：1Cr13、1Cr11MoV用于用于550以下汽輪機(jī)葉以下汽輪機(jī)葉 片；片；4Cr9Si2是汽車閥門用鋼。是汽車閥門用鋼。 76 過熱器管排過熱器管排 過熱器集箱過熱器集箱 3、奧氏體耐熱鋼、奧氏體耐熱鋼 n最典型鋼號(hào)是最典型鋼號(hào)是1Cr18Ni9Ti。 nCr的

40、作用是提高抗氧化性；的作用是提高抗氧化性； nNi的作用是獲得單相奧氏體的作用是獲得單相奧氏體; nTi的作用是彌散強(qiáng)化。的作用是彌散強(qiáng)化。 n熱處理采用固溶處理熱處理采用固溶處理 組織為單相組織為單相A。 n主要用于過熱器管道等。主要用于過熱器管道等。 77 n在沖擊載荷下發(fā)生加工硬化的高錳鋼，在沖擊載荷下發(fā)生加工硬化的高錳鋼， n主要應(yīng)用于在適用過程中經(jīng)受主要應(yīng)用于在適用過程中經(jīng)受強(qiáng)烈沖擊和嚴(yán)重磨損強(qiáng)烈沖擊和嚴(yán)重磨損的零件。的零件。 只有只有ZGMn13一個(gè)鋼號(hào)一個(gè)鋼號(hào). 1、成分特點(diǎn)、成分特點(diǎn) 高碳高碳：1.01.3%C 以保持高耐磨性。以保持高耐磨性。 高錳高錳：1114%Mn 以保證

41、形成奧氏體組織以保證形成奧氏體組織. 三、三、 高錳鋼鑄件高錳鋼鑄件 高錳鋼高錳鋼 78 2、熱處理及組織、熱處理及組織 l在高溫（在高溫（1290-1350度）澆注，冷卻過程中碳化物沿度）澆注，冷卻過程中碳化物沿A 晶界洗出，鑄態(tài)組織為晶界洗出，鑄態(tài)組織為奧氏體奧氏體+碳化物碳化物, 性能硬而脆性能硬而脆. l為使獲得單相為使獲得單相A組織組織，熱處理采用水韌處理熱處理采用水韌處理。即將鋼即將鋼 加熱到加熱到1100，使碳化物溶入奧氏體，并進(jìn)行水淬。，使碳化物溶入奧氏體，并進(jìn)行水淬。 碳化物來不及析出，碳化物來不及析出，室溫組織為過飽和單相奧氏體。室溫組織為過飽和單相奧氏體。 l水韌處理后，

42、韌性高，硬度低水韌處理后，韌性高，硬度低. l高錳鋼的高錳鋼的A有很強(qiáng)的加工硬化能力，而且變形還能促有很強(qiáng)的加工硬化能力，而且變形還能促 使使A向向M轉(zhuǎn)變，受得強(qiáng)烈沖擊變形時(shí)耐磨性顯著提高。轉(zhuǎn)變，受得強(qiáng)烈沖擊變形時(shí)耐磨性顯著提高。 79 3、使用及用途、使用及用途 n在壓力及沖擊作用下，表面奧氏體迅速在壓力及沖擊作用下，表面奧氏體迅速加工硬化，形成馬加工硬化，形成馬 氏體并析出碳化物，氏體并析出碳化物，使表面硬度提高到使表面硬度提高到HB500550，獲得，獲得 高耐磨性高耐磨性。而心部仍為。而心部仍為A,具有具有高耐沖擊高耐沖擊能力。能力。 顎式破碎機(jī)顎式破碎機(jī) 挖掘機(jī)挖掘機(jī) 鐵路轍岔鐵路轍岔 球磨機(jī)襯板球磨機(jī)襯板 80 四、硬質(zhì)合金四、硬質(zhì)合金 將一些難溶的化合物粉末和粘結(jié)劑混合，加將一些難溶的化合物粉末和粘結(jié)劑混合，加 壓成型，壓成型， 再經(jīng)燒結(jié)而成的一種粉末冶金材料。再經(jīng)燒結(jié)而成的一種粉末冶金材料。 特點(diǎn)：高硬度：特點(diǎn)：高硬度：HRC6981 熱硬性好：熱硬性好：9001000 耐磨性好，切削速度比高速鋼高耐磨性好，切削速度比高速鋼高47倍，倍， 刀具刀具 壽命可提高壽命可提高580倍。倍。 缺點(diǎn)：脆性大，