第三節(jié)： 金屬材料2-總教材

1、四、合金彈簧鋼四、合金彈簧鋼1.用途用途合金彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造各種彈簧和合金彈簧鋼是一種專用結(jié)構(gòu)鋼，主要用于制造各種彈簧和彈性元件。彈性元件。彈簧彈簧拉力彈簧拉力彈簧離合器彈簧離合器彈簧蝶形彈簧蝶形彈簧2.性能要求性能要求(1)高的彈性極限高的彈性極限e，尤其是高的屈強(qiáng)比，尤其是高的屈強(qiáng)比s/b以保證彈簧有以保證彈簧有足夠高的彈性變形能力和較大的承載能力。足夠高的彈性變形能力和較大的承載能力。(2)高的疲勞強(qiáng)度高的疲勞強(qiáng)度r，以防止在震動和交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生，以防止在震動和交變應(yīng)力作用下產(chǎn)生疲勞斷裂。疲勞斷裂。(3)足夠的塑性和韌性，以免受沖擊時脆斷。足夠的塑性和韌性，以免受

2、沖擊時脆斷。此外，彈簧鋼還要求有較好的淬透性，不易脫碳和過熱，容此外，彈簧鋼還要求有較好的淬透性，不易脫碳和過熱，容易繞卷成形等。一些特殊彈簧鋼還要求耐熱性、耐蝕性等易繞卷成形等。一些特殊彈簧鋼還要求耐熱性、耐蝕性等蝶形彈簧蝶形彈簧彈簧彈簧拉力彈簧拉力彈簧離合器彈簧離合器彈簧3.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)(1)中、高碳中、高碳高的屈強(qiáng)比要求彈簧鋼的碳含量比調(diào)質(zhì)鋼高，高的屈強(qiáng)比要求彈簧鋼的碳含量比調(diào)質(zhì)鋼高，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.50%0.70%。碳含量過高時，塑性、。碳含量過高時，塑性、韌性降低，疲勞抗力也下降。韌性降低，疲勞抗力也下降。(2)加入以加入以Si、Mn為主的提高淬透性的元素

3、，為主的提高淬透性的元素，Si和和Mn同時同時也提高了屈強(qiáng)比。重要用途的彈簧鋼還必須加入也提高了屈強(qiáng)比。重要用途的彈簧鋼還必須加入Cr、V、W等元素。等元素。此外，彈簧的冶金質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度有很大的影響，所以彈此外，彈簧的冶金質(zhì)量對疲勞強(qiáng)度有很大的影響，所以彈簧鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼?；射摼鶠閮?yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼。4.鋼種和牌號鋼種和牌號常用彈簧鋼的牌號、成分、熱處理、性能及用途常用彈簧鋼的牌號、成分、熱處理、性能及用途(1)65Mn和和60Si2Mn以以Si、Mn為主要合金元素的彈簧鋼。為主要合金元素的彈簧鋼。這類鋼的價格便宜，淬透性明顯優(yōu)于碳素彈簧鋼，這類鋼的價格便宜，淬透性明顯優(yōu)于碳素彈簧

4、鋼，Si、Mn的的復(fù)合合金化，性能比只用復(fù)合合金化，性能比只用Mn的好得多。這類鋼主要用于汽車、的好得多。這類鋼主要用于汽車、拖拉機(jī)上的板簧和螺旋彈簧。拖拉機(jī)上的板簧和螺旋彈簧。(2)50CrVA含含Cr、V、W等元素的彈簧鋼。等元素的彈簧鋼。Cr、V復(fù)合合金化，不僅大大提高鋼的淬透性，而且還提復(fù)合合金化，不僅大大提高鋼的淬透性，而且還提高鋼的高溫強(qiáng)度、韌性和熱處理工藝性能。這類鋼高鋼的高溫強(qiáng)度、韌性和熱處理工藝性能。這類鋼可制作在可制作在350400溫度下承受重載的較大彈簧。溫度下承受重載的較大彈簧。5.加工、熱處理與性能加工、熱處理與性能彈簧按加工和熱處理可分為兩類：彈簧按加工和熱處理可分

5、為兩類：(1)熱成形彈簧熱成形彈簧用熱軋鋼絲或鋼板制成，然后淬用熱軋鋼絲或鋼板制成，然后淬火和中溫（火和中溫（450550）回火，獲得）回火，獲得回火屈氏體回火屈氏體組織，具有很高的屈服強(qiáng)度和彈性極限，并有一定組織，具有很高的屈服強(qiáng)度和彈性極限，并有一定的塑性和韌性，一般用來制作為較大型的彈簧。的塑性和韌性，一般用來制作為較大型的彈簧。(2)冷成形彈簧冷成形彈簧小尺寸彈簧一般用冷拔彈簧鋼絲小尺寸彈簧一般用冷拔彈簧鋼絲（片）卷成。為了提高彈簧的疲勞壽命，目前還廣（片）卷成。為了提高彈簧的疲勞壽命，目前還廣泛采用噴丸強(qiáng)化處理。泛采用噴丸強(qiáng)化處理。五、滾珠軸承鋼五、滾珠軸承鋼1.用途用途主要用來制造

6、滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）、主要用來制造滾動軸承的滾動體（滾珠、滾柱、滾針）、內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構(gòu)鋼。從化學(xué)成分上看它屬于工具鋼，內(nèi)外套圈等，屬專用結(jié)構(gòu)鋼。從化學(xué)成分上看它屬于工具鋼，所以也用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。所以也用于制造精密量具、冷沖模、機(jī)床絲杠等耐磨件。滾珠滾珠滾珠軸承滾珠軸承2.性能要求性能要求(1)高的接觸疲勞強(qiáng)度：軸承元件如滾珠與套圈，高的接觸疲勞強(qiáng)度：軸承元件如滾珠與套圈，運(yùn)動時為點(diǎn)或線接觸，接觸處的壓應(yīng)力高達(dá)運(yùn)動時為點(diǎn)或線接觸，接觸處的壓應(yīng)力高達(dá)1500MPa5000MPa；應(yīng)力交變易造成接觸疲勞破壞，；應(yīng)力交變易造成接觸疲勞破壞，產(chǎn)生麻點(diǎn)或

7、剝落，所以軸承鋼疲勞強(qiáng)度應(yīng)很高。產(chǎn)生麻點(diǎn)或剝落，所以軸承鋼疲勞強(qiáng)度應(yīng)很高。(2)高的硬度和耐磨性：硬度一般為高的硬度和耐磨性：硬度一般為62HRC64HRC。(3)足夠的韌性和淬透性。足夠的韌性和淬透性。此外，還要求在大氣和潤滑介質(zhì)中有一定的耐蝕此外，還要求在大氣和潤滑介質(zhì)中有一定的耐蝕能力和良好的尺寸穩(wěn)定性。能力和良好的尺寸穩(wěn)定性。3.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)(1)高碳高碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.95%1.10%，以保，以保證其高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度。證其高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度。(2)鉻為基本合金元素鉻為基本合金元素鉻提高淬透性；形成合金鉻提高淬透性；形成合金滲碳體滲碳體(Fe,Cr

8、)3C呈細(xì)密、均勻分布，提高鋼的耐磨呈細(xì)密、均勻分布，提高鋼的耐磨性性,特別是疲勞強(qiáng)度。適宜的鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為特別是疲勞強(qiáng)度。適宜的鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.40%1.65%。(3)加入硅、錳、釩等加入硅、錳、釩等Si、Mn進(jìn)一步提高淬透性，進(jìn)一步提高淬透性，便于制造大型軸承。便于制造大型軸承。V部分溶于奧氏體中，部分形部分溶于奧氏體中，部分形成碳化物成碳化物VC，提高鋼的耐磨性并防止過熱。，提高鋼的耐磨性并防止過熱。(4)高的冶金質(zhì)量高的冶金質(zhì)量軸承鋼中非金屬夾雜和碳化物軸承鋼中非金屬夾雜和碳化物的不均勻性對鋼的性能尤其是接觸疲勞強(qiáng)度影響很的不均勻性對鋼的性能尤其是接觸疲勞強(qiáng)度影響很大。因此，軸承鋼一般采

9、用電爐冶煉和真空去氣處大。因此，軸承鋼一般采用電爐冶煉和真空去氣處理。理。4.鋼種和牌號鋼種和牌號滾珠軸承鋼的鋼號、成分、熱處理和用途滾珠軸承鋼的鋼號、成分、熱處理和用途(1)鉻軸承鋼鉻軸承鋼最常用的是最常用的是GCr15。使用量占軸承鋼的絕大部。使用量占軸承鋼的絕大部分。分。(2)添加添加Mn、Si、Mo、V的軸承鋼的軸承鋼在鉻軸承鋼中加入在鉻軸承鋼中加入Si、Mn可提高淬透性，如可提高淬透性，如GCr15SiMn、GCr15SiMnMoV等。為等。為了節(jié)鉻了節(jié)鉻,加入加入Mo、V可得到無鉻軸承鋼可得到無鉻軸承鋼,如如GSiMnMoV、GSiMnMoVRE等，其性能與等，其性能與GCr15相

10、近。相近。5.熱處理及組織性能熱處理及組織性能軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和低溫回火。軸承鋼的熱處理主要為球化退火、淬火和低溫回火。(1)球化退火球化退火軸承鋼予先熱處理是球化退火。其目的不僅是軸承鋼予先熱處理是球化退火。其目的不僅是降低鋼的硬度，以利于切削加工，更重要的是獲得細(xì)的球狀降低鋼的硬度，以利于切削加工，更重要的是獲得細(xì)的球狀珠光體和均勻分布的過剩的細(xì)粒狀碳化物，為零件的最終熱珠光體和均勻分布的過剩的細(xì)粒狀碳化物，為零件的最終熱處理做組織準(zhǔn)備。處理做組織準(zhǔn)備。(2)淬火和低溫回火淬火和低溫回火淬火溫度要求十分嚴(yán)格，溫度過高會淬火溫度要求十分嚴(yán)格，溫度過高會過熱，晶粒長大，使韌性

11、和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；過熱，晶粒長大，使韌性和疲勞強(qiáng)度下降，且易淬裂和變形；溫度過低，則奧氏體中溶解的鉻量和碳量不夠，鋼淬火后硬溫度過低，則奧氏體中溶解的鉻量和碳量不夠，鋼淬火后硬度不足。度不足。GCr15鋼的淬火溫度嚴(yán)格控制在鋼的淬火溫度嚴(yán)格控制在820840范圍范圍內(nèi)內(nèi),回火溫度一般為回火溫度一般為150160。軸承鋼淬火后的組織為極細(xì)的回火馬氏體、均勻分布的軸承鋼淬火后的組織為極細(xì)的回火馬氏體、均勻分布的粒狀碳化物以及少量殘余奧氏體。粒狀碳化物以及少量殘余奧氏體。GCr15鋼淬火、回火后的顯微組織鋼淬火、回火后的顯微組織精密軸承必須保證在長期存放和使用中不變形。引起變精密軸承必

12、須保證在長期存放和使用中不變形。引起變形和尺寸變化的原因主要是存在有內(nèi)應(yīng)力和殘余奧氏體發(fā)生形和尺寸變化的原因主要是存在有內(nèi)應(yīng)力和殘余奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變。為了穩(wěn)定尺寸，淬火后可立即進(jìn)行轉(zhuǎn)變。為了穩(wěn)定尺寸，淬火后可立即進(jìn)行“冷處理冷處理”（-60-50），并在回火和磨削加工后，進(jìn)行低溫時效處理），并在回火和磨削加工后，進(jìn)行低溫時效處理（120130,保溫保溫5h10h）。）。 請選擇制造下列零件的材料：汽車齒輪、機(jī)床主軸請選擇制造下列零件的材料：汽車齒輪、機(jī)床主軸 、汽、汽車板簧車板簧 、滾珠。、滾珠。3.2.3合金工具鋼合金工具鋼工具鋼按用途分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼，但實(shí)際應(yīng)用工具鋼按用途分為刃具

13、鋼、模具鋼和量具鋼，但實(shí)際應(yīng)用界限并非絕對。界限并非絕對。一、合金刃具鋼一、合金刃具鋼1.用途用途主要用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等。主要用于制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等。銑刀銑刀英制模板刀英制模板刀2.性能要求性能要求刃具切削時受工件的壓力，刃部與切屑之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的刃具切削時受工件的壓力，刃部與切屑之間產(chǎn)生強(qiáng)烈的摩擦；由于切削發(fā)熱，刃部溫度可達(dá)摩擦；由于切削發(fā)熱，刃部溫度可達(dá)500600；此外，；此外，還承受一定的沖擊和震動。因此對刃具鋼提出如下基本性還承受一定的沖擊和震動。因此對刃具鋼提出如下基本性能要求：能要求：(1)高硬度高硬度金屬切削刀具的硬度一般都在金

14、屬切削刀具的硬度一般都在60HRC以上。以上。(2)高耐磨性高耐磨性不僅取決于鋼的硬度，而且與鋼中硬化物不僅取決于鋼的硬度，而且與鋼中硬化物的性質(zhì)、數(shù)量、大小和分布有關(guān)。的性質(zhì)、數(shù)量、大小和分布有關(guān)。(3)高熱硬性高熱硬性熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力（亦稱紅硬性）。熱硬性與鋼的（亦稱紅硬性）。熱硬性與鋼的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性和特殊碳化物和特殊碳化物的彌散析出有關(guān)。的彌散析出有關(guān)。(4)足夠的塑性和韌性足夠的塑性和韌性以防刃具受沖擊震動時折斷和崩以防刃具受沖擊震動時折斷和崩刃。刃。3.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)(1)低合金刃具鋼低合金刃具鋼最高工作溫度不超過最高

15、工作溫度不超過300。高碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為高碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%1.1%，以保證高硬度和高，以保證高硬度和高耐磨性。耐磨性。加入加入Cr、Mn、Si、W、V等合金元素：等合金元素：Cr、Mn、Si主要是提高鋼的淬透性，主要是提高鋼的淬透性，Si還能提高鋼的回還能提高鋼的回火穩(wěn)定性；火穩(wěn)定性；W、V能提高硬度和耐磨性，并防止加熱時過熱，保持細(xì)能提高硬度和耐磨性，并防止加熱時過熱，保持細(xì)小的晶粒。小的晶粒。(2)高速鋼高速鋼高速鋼是高合金刃具鋼，具有很高的熱硬性，高速鋼是高合金刃具鋼，具有很高的熱硬性，高速切削中刃部溫度達(dá)高速切削中刃部溫度達(dá)600時，其硬度無明顯下降。時，其硬度無明顯下降。高碳

16、：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在高碳：碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.70%以上，最高可達(dá)以上，最高可達(dá)1.5%左右，左右，它一方面要保證能與它一方面要保證能與W、Cr、V等形成足夠數(shù)量的碳化物；等形成足夠數(shù)量的碳化物；另一方面還要有一定數(shù)量的碳溶于奧氏體中，以保證馬氏另一方面還要有一定數(shù)量的碳溶于奧氏體中，以保證馬氏體的高硬度。體的高硬度。加入加入Cr、W、Mo、V等合金元素：等合金元素：Cr提高淬透性。提高淬透性。W、Mo保證高的熱硬性。在退火狀態(tài)下，保證高的熱硬性。在退火狀態(tài)下，W、Mo以以M6C型碳化物形式存在。這類碳化物一部分在淬火后存在于馬氏型碳化物形式存在。這類碳化物一部分在淬火后存在于馬氏體中，在隨后的體中，在

17、隨后的560回火時，形成回火時，形成W2C或或Mo2C彌散分布，彌散分布，造成造成二次硬化二次硬化。這種碳化物在。這種碳化物在500600溫度范圍內(nèi)非常溫度范圍內(nèi)非常穩(wěn)定，從而使鋼具有良好的熱硬性。穩(wěn)定，從而使鋼具有良好的熱硬性。V提高耐磨性，細(xì)化晶粒。提高耐磨性，細(xì)化晶粒。4.鋼種及牌號鋼種及牌號常用合金刃具鋼和高速鋼的牌號、成分、熱處理及用途常用合金刃具鋼和高速鋼的牌號、成分、熱處理及用途(1)低合金刃具鋼低合金刃具鋼典型鋼種為典型鋼種為9SiCr。加工過程加工過程球化退火、機(jī)加工，然后淬火和低溫回火。熱處球化退火、機(jī)加工，然后淬火和低溫回火。熱處理后的組織為理后的組織為回火馬氏體、碳化物

18、和少量殘余奧氏體回火馬氏體、碳化物和少量殘余奧氏體。(2)高速鋼高速鋼W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2鋼。鋼。W18Cr4V鋼的熱鋼的熱硬性較好硬性較好,熱處理時的脫碳和過熱傾向較小。而熱處理時的脫碳和過熱傾向較小。而W6Mo5Cr4V2鋼的耐磨性、熱塑性和韌性較好。鋼的耐磨性、熱塑性和韌性較好。高速鋼熱處理特點(diǎn)：高速鋼熱處理特點(diǎn)：淬火溫度高（一般為淬火溫度高（一般為12201280），），550570回火三次?；鼗鹑巍８咚黉摶鼗鸷蟮慕M織為高速鋼回火后的組織為回火馬氏體、細(xì)粒狀碳化物及少量回火馬氏體、細(xì)粒狀碳化物及少量殘余奧氏體殘余奧氏體高速鋼淬火、回火后的組織高速鋼淬火、回火后的組織碳

19、素工具鋼熱硬性差，隨使用溫度提高迅速軟化。碳素工具鋼熱硬性差，隨使用溫度提高迅速軟化。W18Cr4V在在600還保持還保持60HRC的高硬度。的高硬度。9SiCr要保持同樣要保持同樣的硬度，工作溫度不能超過的硬度，工作溫度不能超過350。T12、9SiCr、W18Cr4V的硬度與溫度的關(guān)系的硬度與溫度的關(guān)系二、合金模具鋼二、合金模具鋼合金模具鋼按其用途分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。合金模具鋼按其用途分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。模具模具1.冷作模具鋼冷作模具鋼(1)用途用途冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和冷模具用于制造各種冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等，工作溫度不超過拉

20、絲模等，工作溫度不超過200300。(2)性能要求性能要求冷模具工作時承受很大的壓力、彎曲力、沖擊冷模具工作時承受很大的壓力、彎曲力、沖擊載荷和摩擦。主要失效形式是磨損，也常出現(xiàn)崩刃、斷裂和變載荷和摩擦。主要失效形式是磨損，也常出現(xiàn)崩刃、斷裂和變形等失效現(xiàn)象。因此，冷模具鋼應(yīng)具有以下基本性能：形等失效現(xiàn)象。因此，冷模具鋼應(yīng)具有以下基本性能：高硬度，一般為高硬度，一般為58HRC62HRC;高耐磨性高耐磨性;足夠的韌性和疲勞抗力足夠的韌性和疲勞抗力;熱處理變形小。熱處理變形小。(3)成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)高碳高碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多在碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)多在1.0%以上，個別甚至達(dá)到以上，個別甚至達(dá)到2.0%，以保證高

21、的硬度和高耐磨性。以保證高的硬度和高耐磨性。加入加入Cr、Mo、W、V等合金元素等合金元素形成難熔碳化物，提形成難熔碳化物，提高耐磨性，尤其是高耐磨性，尤其是Cr。典型鋼種是。典型鋼種是Cr12型鋼，鉻的含量高達(dá)型鋼，鉻的含量高達(dá)12%。鉻與碳形成。鉻與碳形成M7C3型碳化物，能極大提高鋼的耐磨性，型碳化物，能極大提高鋼的耐磨性，鉻還顯著提高鋼的淬透性。鉻還顯著提高鋼的淬透性。(4)鋼種和牌號鋼種和牌號常用冷作模具鋼和耐沖擊工具用鋼的牌號、成分、熱處理常用冷作模具鋼和耐沖擊工具用鋼的牌號、成分、熱處理及用途及用途9Mn2V、9SiCr、CrWMn要求不高的冷模具用低合金刃具要求不高的冷模具用低

22、合金刃具鋼制造。鋼制造。Cr12大型冷模具用鋼，熱處理變形很小，制造重載和形大型冷模具用鋼，熱處理變形很小，制造重載和形狀復(fù)雜的模具。狀復(fù)雜的模具。冷擠壓模工作時受力很大，條件苛刻，選用基體鋼（成冷擠壓模工作時受力很大，條件苛刻，選用基體鋼（成分與高速鋼基體相同）或馬氏體時效鋼制造。分與高速鋼基體相同）或馬氏體時效鋼制造。(5)熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)冷作模具鋼的熱處理與低合金刃具鋼類似。冷作模具鋼的熱處理與低合金刃具鋼類似。高碳高鉻冷模具鋼的熱處理方案有兩種：高碳高鉻冷模具鋼的熱處理方案有兩種：一次硬化法一次硬化法在較低溫度（在較低溫度（9501000）下淬火，）下淬火，然后低溫（然后低溫（15

23、0180）回火，硬度可達(dá)）回火，硬度可達(dá)61HRC64HRC，使鋼具有較好的耐磨性和韌性，適用于重載模具。，使鋼具有較好的耐磨性和韌性，適用于重載模具。二次硬化法二次硬化法在較高溫度（在較高溫度（11001150）下淬火，）下淬火，然后于然后于510520多次（一般為三次）回火，產(chǎn)生二次多次（一般為三次）回火，產(chǎn)生二次硬化，使硬度達(dá)硬化，使硬度達(dá)60HRC62HRC，紅硬性和耐磨性都較，紅硬性和耐磨性都較高（但韌性較差）。適用于在高（但韌性較差）。適用于在400450溫度下工作的溫度下工作的模具。模具。Cr12型鋼熱處理后組織為型鋼熱處理后組織為回火馬氏體、碳化物和殘回火馬氏體、碳化物和殘余奧

24、氏體余奧氏體.2.熱作模具鋼熱作模具鋼(1)用途用途熱作模具鋼用于制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠熱作模具鋼用于制造各種熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等，工作時型腔表面溫度可達(dá)壓模和壓鑄模等，工作時型腔表面溫度可達(dá)600以上。以上。(2)性能要求性能要求熱模具工作時承受很大的沖擊載荷、強(qiáng)烈的熱模具工作時承受很大的沖擊載荷、強(qiáng)烈的摩擦、劇烈的冷熱循環(huán)所引起的不均勻熱應(yīng)變和熱應(yīng)力，以摩擦、劇烈的冷熱循環(huán)所引起的不均勻熱應(yīng)變和熱應(yīng)力，以及高溫氧化、出現(xiàn)崩裂、塌陷、磨損、龜裂等失效形式。因及高溫氧化、出現(xiàn)崩裂、塌陷、磨損、龜裂等失效形式。因此熱模具鋼的主要性能要求是：此熱模具鋼的主要性能要求是：高的熱硬

25、性和高溫耐磨性；高的熱硬性和高溫耐磨性；高的抗氧化性能；高的抗氧化性能；高的熱強(qiáng)性和足夠的韌性，尤其是受沖擊較大的熱鍛模高的熱強(qiáng)性和足夠的韌性，尤其是受沖擊較大的熱鍛模鋼；鋼；高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞；高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞；由于熱模具一般較大，所以還要求熱模具鋼有高的淬透由于熱模具一般較大，所以還要求熱模具鋼有高的淬透性和導(dǎo)熱性。性和導(dǎo)熱性。(3)成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)中碳中碳碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為0.3%0.6%，以保證高強(qiáng)度、，以保證高強(qiáng)度、高韌性、較高硬度（高韌性、較高硬度（35HRC52HRC）和較高熱疲勞抗力。）和較高熱疲勞抗力。加入較多的提高淬透性的元素加入較多

26、的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等等Cr是提高淬透性的主要元素，同時和是提高淬透性的主要元素，同時和Ni一起提高鋼的回火穩(wěn)定一起提高鋼的回火穩(wěn)定性。性。Ni在強(qiáng)化鐵素體的同時還增加鋼的韌性，并與在強(qiáng)化鐵素體的同時還增加鋼的韌性，并與Cr、Mo一起提高鋼的淬透性和耐熱疲勞性能。一起提高鋼的淬透性和耐熱疲勞性能。加入產(chǎn)生二次硬化的加入產(chǎn)生二次硬化的Mo、W、V等元素，等元素，Mo還能防還能防止第二類回火脆性，提高高溫強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性。止第二類回火脆性，提高高溫強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性。(4)鋼種和牌號鋼種和牌號常用熱作模具鋼的牌號、成分、熱處理及用途常用熱作模具鋼的牌號、成分、熱處理及用途5CrM

27、nMo、5CrNiMo及及5CrMnSiMoV對韌對韌性要求高而熱硬性要求不太高的熱鍛模。性要求高而熱硬性要求不太高的熱鍛模。3Cr2W8V、4Cr5MoVSi熱強(qiáng)性更好的大型熱強(qiáng)性更好的大型鍛壓?；驂鸿T模鍛壓?；驂鸿T模(5)熱處理熱處理熱作模具鋼中熱鍛模鋼的熱處理熱作模具鋼中熱鍛模鋼的熱處理和調(diào)質(zhì)鋼相似，淬火后高溫（和調(diào)質(zhì)鋼相似，淬火后高溫（550左右）回火，左右）回火，以獲得回火索氏體或回火屈氏體組織；熱壓模以獲得回火索氏體或回火屈氏體組織；熱壓模鋼淬火后在略高于二次硬化峰值的溫度（鋼淬火后在略高于二次硬化峰值的溫度（600左右）下回火，左右）下回火，組織為回火馬氏體、粒狀碳化組織為回火馬

28、氏體、粒狀碳化物和少量殘余奧氏體物和少量殘余奧氏體，與高速鋼類似。為了保，與高速鋼類似。為了保證熱硬性，要進(jìn)行多次回火。證熱硬性，要進(jìn)行多次回火。三、量具用鋼三、量具用鋼1.用途用途量具用鋼用于制造各種量測工具，如卡尺、千分尺、螺旋量具用鋼用于制造各種量測工具，如卡尺、千分尺、螺旋測微儀、塊規(guī)、塞規(guī)等。測微儀、塊規(guī)、塞規(guī)等。螺紋規(guī)螺紋規(guī)游標(biāo)卡尺游標(biāo)卡尺千分尺千分尺2.性能要求性能要求量具在使用過程中要求測量精度高，不能因磨損或尺寸不量具在使用過程中要求測量精度高，不能因磨損或尺寸不穩(wěn)定影響測量精度，對其性能的主要要求是穩(wěn)定影響測量精度，對其性能的主要要求是:(1)高硬度（大于高硬度（大于56H

29、RC）和高耐磨性；）和高耐磨性；(2)高尺寸穩(wěn)定性高尺寸穩(wěn)定性熱處理變形要小，在存放和使用過程中，熱處理變形要小，在存放和使用過程中，尺寸不發(fā)生變化。尺寸不發(fā)生變化。3.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)量具用鋼的成分與低合金刃具鋼相同，即為高碳（量具用鋼的成分與低合金刃具鋼相同，即為高碳（0.9%1.5%）和加入提高淬透性的元素）和加入提高淬透性的元素Cr、W、Mn等。等。4.量具用鋼量具用鋼尺寸小、形狀簡單、精度較低的量具，選用高碳鋼制造；尺寸小、形狀簡單、精度較低的量具，選用高碳鋼制造；復(fù)雜的精密量具一般選用低合金刃具鋼；精度要求高的量具復(fù)雜的精密量具一般選用低合金刃具鋼；精度要求高的量具選用選用CrMn

30、、CrWMn、GCr15等制造。等制造。量量具具 鋼鋼號號 平樣板或卡板平樣板或卡板10、20或或50、55、60、60Mn、65Mn一般量規(guī)與塊規(guī)一般量規(guī)與塊規(guī)T10A、T12A、9SiCr高精度量規(guī)與塊規(guī)高精度量規(guī)與塊規(guī)Cr（刃具鋼）、（刃具鋼）、CrMn、GCr15高精度且形狀復(fù)雜的量規(guī)與塊規(guī)高精度且形狀復(fù)雜的量規(guī)與塊規(guī)CrWMn(低變形鋼低變形鋼)抗蝕量具抗蝕量具4Cr13,9Cr18(不銹鋼不銹鋼)量具用鋼的選用舉例量具用鋼的選用舉例CrWMn鋼鋼淬透性較高，淬火變形小，主要用于制造高精淬透性較高，淬火變形小，主要用于制造高精度且形狀復(fù)雜的量規(guī)和塊規(guī)。度且形狀復(fù)雜的量規(guī)和塊規(guī)。GCr

31、15鋼鋼耐磨性、尺寸穩(wěn)定性較好，多用于制造高精度塊耐磨性、尺寸穩(wěn)定性較好，多用于制造高精度塊規(guī)、螺旋塞頭、千分尺。規(guī)、螺旋塞頭、千分尺。9Cr18、4Cr13在腐蝕介質(zhì)中使用的量具。在腐蝕介質(zhì)中使用的量具。5.熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)關(guān)鍵在于減少變形和提高尺寸穩(wěn)定性。因此，在淬火和低關(guān)鍵在于減少變形和提高尺寸穩(wěn)定性。因此，在淬火和低溫回火時要采取措施提高組織的穩(wěn)定性。溫回火時要采取措施提高組織的穩(wěn)定性。(1)在保證硬度的前提下，盡量降低淬火溫度，以減少殘余在保證硬度的前提下，盡量降低淬火溫度，以減少殘余奧氏體。奧氏體。(2)淬火后立即進(jìn)行淬火后立即進(jìn)行-70-80的冷處理，使殘余奧氏體的冷處理，使

32、殘余奧氏體盡可能地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，然后進(jìn)行低溫回火。盡可能地轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，然后進(jìn)行低溫回火。(3)精度要求高的量具，在淬火、冷處理和低溫回火后，尚精度要求高的量具，在淬火、冷處理和低溫回火后，尚需進(jìn)行需進(jìn)行120130，幾小時至幾十小時的時效處理，使馬，幾小時至幾十小時的時效處理，使馬氏體正方度降低、殘余奧氏體穩(wěn)定和消除殘余應(yīng)力。氏體正方度降低、殘余奧氏體穩(wěn)定和消除殘余應(yīng)力。為了保證量具的精度，必須正確選材和采用正確的熱處為了保證量具的精度，必須正確選材和采用正確的熱處理工藝。例如高精度塊規(guī)，是作為校正其它量具的長度標(biāo)準(zhǔn)，理工藝。例如高精度塊規(guī)，是作為校正其它量具的長度標(biāo)準(zhǔn)，要求有極好的尺寸穩(wěn)定

33、性。因此常采用要求有極好的尺寸穩(wěn)定性。因此常采用GCr15(或或CrWMn)鋼鋼制造。其熱處理工藝較復(fù)雜。經(jīng)過處理的塊規(guī)，一年內(nèi)每制造。其熱處理工藝較復(fù)雜。經(jīng)過處理的塊規(guī)，一年內(nèi)每10mm長度的尺寸變量不超過長度的尺寸變量不超過0.1m0.2 m。GCr15鋼塊規(guī)熱處理工藝曲線鋼塊規(guī)熱處理工藝曲線3.2.4特殊性能鋼及合金特殊性能鋼及合金一、不銹鋼一、不銹鋼不銹鋼是指在大氣和一般介質(zhì)中具有很高耐腐蝕性的鋼種。不銹鋼是指在大氣和一般介質(zhì)中具有很高耐腐蝕性的鋼種。1.用途及性能要求用途及性能要求不銹鋼在石油、化工、原子能、宇航、海洋開發(fā)、國防工不銹鋼在石油、化工、原子能、宇航、海洋開發(fā)、國防工業(yè)和

34、一些尖端科學(xué)技術(shù)及日常生活中都得到廣泛應(yīng)用，例如業(yè)和一些尖端科學(xué)技術(shù)及日常生活中都得到廣泛應(yīng)用，例如化工裝置中的各種管道、閥門和泵，熱裂設(shè)備零件，醫(yī)療手化工裝置中的各種管道、閥門和泵，熱裂設(shè)備零件，醫(yī)療手術(shù)器械，防銹刃具和量具等。術(shù)器械，防銹刃具和量具等。對不銹鋼的性能要求最主要的是耐蝕性。此外，制作工具對不銹鋼的性能要求最主要的是耐蝕性。此外，制作工具的不銹鋼還要求高硬度、高耐磨性；制作重要結(jié)構(gòu)零件時，的不銹鋼還要求高硬度、高耐磨性；制作重要結(jié)構(gòu)零件時，要求高強(qiáng)度；某些不銹鋼則要求有較好的加工性能。要求高強(qiáng)度；某些不銹鋼則要求有較好的加工性能。2.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)(1)碳含量碳含量耐蝕性要求

35、愈高，碳含量應(yīng)愈低。大多數(shù)不銹耐蝕性要求愈高，碳含量應(yīng)愈低。大多數(shù)不銹鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%0.2%。對碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求較高。對碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)要求較高（0.85%0.95%）的不銹鋼應(yīng)相應(yīng)地提高鉻含量。）的不銹鋼應(yīng)相應(yīng)地提高鉻含量。(2)加入最主要的合金元素鉻加入最主要的合金元素鉻鉻能提高鋼基體的電極電位。鉻能提高鋼基體的電極電位。隨鉻含量的增加，鋼的電極電位急劇升高。鉻在氧化性介質(zhì)隨鉻含量的增加，鋼的電極電位急劇升高。鉻在氧化性介質(zhì)（如水蒸氣、大氣、海水、氧化性酸等）中極易鈍化，生成（如水蒸氣、大氣、海水、氧化性酸等）中極易鈍化，生成致密的氧化膜、使鋼的耐蝕性大大提高。致密的氧化

36、膜、使鋼的耐蝕性大大提高。鉻含量對鉻含量對Fe-Cr合金電極電位的影響合金電極電位的影響(大氣條件大氣條件)(3)加入鎳加入鎳可獲得單相奧氏體組織，顯著提高耐蝕性；或形可獲得單相奧氏體組織，顯著提高耐蝕性；或形成奧氏體成奧氏體+鐵素體組織，通過熱處理，提高鋼的強(qiáng)度。鐵素體組織，通過熱處理，提高鋼的強(qiáng)度。(4)加入鉬、銅等加入鉬、銅等Cr在非氧化性酸（如鹽酸、稀硫酸和堿溶在非氧化性酸（如鹽酸、稀硫酸和堿溶液等）中的鈍化能力差，加入液等）中的鈍化能力差，加入Mo、Cu等元素，可提高鋼在非等元素，可提高鋼在非氧化性酸中的耐蝕能力。氧化性酸中的耐蝕能力。(5)加入鈦、鈮等加入鈦、鈮等Ti、Nb能優(yōu)先同

37、碳形成穩(wěn)定碳化物，使能優(yōu)先同碳形成穩(wěn)定碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶界腐蝕傾向。保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶界腐蝕傾向。(6)加入錳、氮等加入錳、氮等部分代鎳以獲得奧氏體組織，并能提高鉻部分代鎳以獲得奧氏體組織，并能提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性。不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性。3.常用不銹鋼常用不銹鋼不銹鋼按正火狀態(tài)的組織可分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹不銹鋼按正火狀態(tài)的組織可分為馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼。鋼、奧氏體不銹鋼和雙相不銹鋼。(1)馬氏體不銹鋼馬氏體不銹鋼不銹鋼的牌號、成分、熱處理、性能及用途不銹鋼的牌號、成分、熱處理、性

38、能及用途a1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13等，因鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于等，因鉻的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于12%，它們都有足夠的耐蝕性，但因只用鉻進(jìn)行合金化，只在，它們都有足夠的耐蝕性，但因只用鉻進(jìn)行合金化，只在氧化性介質(zhì)中耐蝕，在非氧化性介質(zhì)中不能達(dá)到良好的鈍化，氧化性介質(zhì)中耐蝕，在非氧化性介質(zhì)中不能達(dá)到良好的鈍化，耐蝕性很低。耐蝕性很低。碳含量低的碳含量低的1Cr13、2Cr13鋼耐蝕性較好，且有鋼耐蝕性較好，且有較好的機(jī)械性能，較好的機(jī)械性能，3Cr13、4Cr13鋼因碳含量增加，強(qiáng)度和耐磨鋼因碳含量增加，強(qiáng)度和耐磨性提高，但耐蝕性降低。性提高，但耐蝕性降低。不銹鋼船用螺旋槳不銹鋼船用螺旋槳不

39、銹鋼剪刀不銹鋼剪刀(2)鐵素體型不銹鋼鐵素體型不銹鋼1Cr17、1Cr17Ti等，這類鋼的鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為等，這類鋼的鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為17%30%，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.15%，為單相鐵素體組織，耐蝕性比，為單相鐵素體組織，耐蝕性比Cr13型型鋼更好。這類鋼在退火或正火狀態(tài)下使用，強(qiáng)度較低、塑性很鋼更好。這類鋼在退火或正火狀態(tài)下使用，強(qiáng)度較低、塑性很好，可用好，可用形變強(qiáng)化形變強(qiáng)化提高強(qiáng)度。主要用作耐蝕性要求很高而強(qiáng)度提高強(qiáng)度。主要用作耐蝕性要求很高而強(qiáng)度要求不高的構(gòu)件，例如化工設(shè)備、容器和管道等。要求不高的構(gòu)件，例如化工設(shè)備、容器和管道等。(3)奧氏體型不銹鋼奧氏體型不銹鋼不銹鋼的牌號、成

40、分、熱處理、性能及用途不銹鋼的牌號、成分、熱處理、性能及用途bCr18Ni9型（即型（即18-8型不銹鋼）型不銹鋼）,這類不銹鋼碳含量很低（約這類不銹鋼碳含量很低（約0.1%），耐蝕性很好。鋼中常加入），耐蝕性很好。鋼中常加入Ti或或Nb，以防止晶間腐蝕。，以防止晶間腐蝕。這類鋼強(qiáng)度、硬度低，無磁性這類鋼強(qiáng)度、硬度低，無磁性,塑性、韌性和耐蝕性均較塑性、韌性和耐蝕性均較Cr13型不銹鋼更好。一般利用形變強(qiáng)化提高強(qiáng)度，其形變強(qiáng)化能力型不銹鋼更好。一般利用形變強(qiáng)化提高強(qiáng)度，其形變強(qiáng)化能力比鐵素體型不銹鋼要強(qiáng)?？刹捎帽辱F素體型不銹鋼要強(qiáng)。可采用固溶處理固溶處理進(jìn)一步提高進(jìn)一步提高奧氏體型奧氏體型不銹

41、鋼的不銹鋼的耐蝕性。耐蝕性。奧氏體不銹鋼常用的熱處理工藝奧氏體不銹鋼常用的熱處理工藝(4)奧氏體和鐵素體雙相不銹鋼奧氏體和鐵素體雙相不銹鋼典型鋼號典型鋼號0Cr26Ni5Mo2等。等。這類鋼是在這類鋼是在18-8型鋼的基礎(chǔ)上，提高鉻含量或加入其它鐵素型鋼的基礎(chǔ)上，提高鉻含量或加入其它鐵素體形成元素，其晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕破壞傾向較小，強(qiáng)度、體形成元素，其晶間腐蝕和應(yīng)力腐蝕破壞傾向較小，強(qiáng)度、韌性和焊接性能較好，而且節(jié)約韌性和焊接性能較好，而且節(jié)約Ni，因此得到了廣泛的應(yīng)用。，因此得到了廣泛的應(yīng)用。做一做：做一做：比較比較1Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9三種鋼的耐蝕三種鋼的耐蝕性和強(qiáng)度的高

42、低。性和強(qiáng)度的高低。1Cr18Ni9Ti不銹鋼表帶不銹鋼表帶不銹鋼容器不銹鋼容器二、耐熱鋼二、耐熱鋼耐熱鋼是指在高溫下具有高的熱化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的特殊耐熱鋼是指在高溫下具有高的熱化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的特殊鋼。鋼。1.用途及性能要求用途及性能要求用于制造加熱爐、鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫裝置中的零部件。用于制造加熱爐、鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等高溫裝置中的零部件。要求在高溫下具有良好的抗蠕變和抗斷裂的能力，良好的抗氧要求在高溫下具有良好的抗蠕變和抗斷裂的能力，良好的抗氧化能力、必要的韌性以及優(yōu)良的加工性能。具有較好的抗高溫化能力、必要的韌性以及優(yōu)良的加工性能。具有較好的抗高溫氧化性能和高溫強(qiáng)度（熱強(qiáng)性）。氧化性

43、能和高溫強(qiáng)度（熱強(qiáng)性）。燃?xì)廨啓C(jī)燃?xì)廨啓C(jī)(1)抗氧化性抗氧化性抗氧化性是指金屬在高溫下的抗氧化能力，其抗氧化性是指金屬在高溫下的抗氧化能力，其在很大程度上取決于金屬氧化膜的結(jié)構(gòu)和性能。提高鋼的抗氧在很大程度上取決于金屬氧化膜的結(jié)構(gòu)和性能。提高鋼的抗氧化性的最有效的方法是加入化性的最有效的方法是加入Cr、Si、Al等元素，它們能形成致等元素，它們能形成致密和穩(wěn)定的尖晶石類型結(jié)構(gòu)的氧化膜。密和穩(wěn)定的尖晶石類型結(jié)構(gòu)的氧化膜。(2)熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性熱強(qiáng)性是指鋼在高溫下的強(qiáng)度。在高溫下鋼的強(qiáng)熱強(qiáng)性是指鋼在高溫下的強(qiáng)度。在高溫下鋼的強(qiáng)度較低，當(dāng)受一定應(yīng)力作用時，發(fā)生變形量隨時間而逐漸增大度較低，當(dāng)受一定應(yīng)力作

44、用時，發(fā)生變形量隨時間而逐漸增大的現(xiàn)象的現(xiàn)象-蠕變?nèi)渥?。金屬在高溫下?qiáng)度降低，主要是擴(kuò)散加快和晶。金屬在高溫下強(qiáng)度降低，主要是擴(kuò)散加快和晶界強(qiáng)度下降的結(jié)果。提高高溫強(qiáng)度最重要的辦法是合金化。界強(qiáng)度下降的結(jié)果。提高高溫強(qiáng)度最重要的辦法是合金化。2.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)耐熱鋼中不可缺少的合金元素是耐熱鋼中不可缺少的合金元素是Cr、Si或或Al，特別是，特別是Cr。它。它們的加入，提高鋼的抗氧化性，們的加入，提高鋼的抗氧化性，Cr還有利于熱強(qiáng)性。還有利于熱強(qiáng)性。Mo、W、V、Ti等元素加入鋼中，能形成細(xì)小彌散的碳化物，起彌散強(qiáng)化等元素加入鋼中，能形成細(xì)小彌散的碳化物，起彌散強(qiáng)化的作用，提高室溫和高溫強(qiáng)度

45、。碳是擴(kuò)大的作用，提高室溫和高溫強(qiáng)度。碳是擴(kuò)大相區(qū)的元素，對鋼有相區(qū)的元素，對鋼有強(qiáng)化作用。但碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時，由于碳化物在高溫下易聚集，強(qiáng)化作用。但碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高時，由于碳化物在高溫下易聚集，使高溫強(qiáng)度顯著下降；同時，碳也使鋼的塑性、抗氧化性、焊使高溫強(qiáng)度顯著下降；同時，碳也使鋼的塑性、抗氧化性、焊接性能降低，所以，耐熱鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都不高。接性能降低，所以，耐熱鋼的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都不高。3.鋼種及加工、熱處理特點(diǎn)鋼種及加工、熱處理特點(diǎn)根據(jù)熱處理特點(diǎn)和組織的不同耐熱鋼分為鐵素體型、奧氏體根據(jù)熱處理特點(diǎn)和組織的不同耐熱鋼分為鐵素體型、奧氏體型、馬氏體型和沉淀硬化型四種。型、馬氏體型和沉淀硬

46、化型四種。常用耐熱鋼的牌號、成分、熱處理及用途常用耐熱鋼的牌號、成分、熱處理及用途a常用耐熱鋼的牌號、成分、熱處理及用途常用耐熱鋼的牌號、成分、熱處理及用途b(1)鐵素體型耐熱鋼鐵素體型耐熱鋼常用鋼種有常用鋼種有0Cr13Al、1Cr17、2Cr25N等。這類鋼的主要合等。這類鋼的主要合金元素是金元素是Cr，Cr擴(kuò)大鐵素體區(qū)，通過退火，可得到鐵素體組擴(kuò)大鐵素體區(qū)，通過退火，可得到鐵素體組織。強(qiáng)度不高，但耐高溫氧化。用于油噴嘴、爐用部件、燃燒織。強(qiáng)度不高，但耐高溫氧化。用于油噴嘴、爐用部件、燃燒室等。室等。(2)奧氏體型耐熱鋼奧氏體型耐熱鋼常用鋼種有常用鋼種有1Cr18Ni9Ti、2Cr21Ni

47、12N、2Cr23Ni13、4Cr14Ni14W2Mo等。鋼中含有較多的奧氏體穩(wěn)定化元素等。鋼中含有較多的奧氏體穩(wěn)定化元素Ni，經(jīng)固溶處理后組織為奧氏體。其化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性都比鐵素經(jīng)固溶處理后組織為奧氏體。其化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性都比鐵素體型和馬氏體型耐熱鋼強(qiáng)，工作溫度可達(dá)體型和馬氏體型耐熱鋼強(qiáng)，工作溫度可達(dá)750820。用于制造一些比較重要的零件，如燃?xì)廨啓C(jī)輪盤和葉片、用于制造一些比較重要的零件，如燃?xì)廨啓C(jī)輪盤和葉片、排氣閥、爐用部件等。這類鋼一般進(jìn)行固溶處理，也可通過排氣閥、爐用部件等。這類鋼一般進(jìn)行固溶處理，也可通過固溶處理加時效提高其強(qiáng)度。固溶處理加時效提高其強(qiáng)度。(3)馬氏體型耐熱鋼馬

48、氏體型耐熱鋼常用鋼種為常用鋼種為1Cr13、2Cr13、4Cr9Si2、1Cr11MoV等。這等。這類鋼含有大量的類鋼含有大量的Cr，抗氧化性及熱強(qiáng)性均高，淬透性好。經(jīng)，抗氧化性及熱強(qiáng)性均高，淬透性好。經(jīng)淬火后得到馬氏體，高溫回火后組織為回火索氏體。用于制淬火后得到馬氏體，高溫回火后組織為回火索氏體。用于制造造600以下受力較大的零件，如汽輪機(jī)葉片、內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣閥、以下受力較大的零件，如汽輪機(jī)葉片、內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣閥、轉(zhuǎn)子、輪盤及緊固件等。轉(zhuǎn)子、輪盤及緊固件等。(4)沉淀硬化型耐熱鋼沉淀硬化型耐熱鋼鋼種有鋼種有0Cr17Ni7Al、0Cr17Ni4Cu4Nb,經(jīng)固溶處理加時效經(jīng)固溶處理加時效后抗拉強(qiáng)度

49、可超過后抗拉強(qiáng)度可超過1000MPa,是耐熱鋼中強(qiáng)度最高的一類鋼。是耐熱鋼中強(qiáng)度最高的一類鋼。用于高溫彈簧、膜片、波紋管、燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)葉片、燃?xì)庥糜诟邷貜椈伞⒛て?、波紋管、燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)葉片、燃?xì)馔钙桨l(fā)動機(jī)部件等。透平發(fā)動機(jī)部件等。三、耐磨鋼三、耐磨鋼1.用途及性能要求用途及性能要求耐磨鋼主要用于運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承受嚴(yán)重磨損和強(qiáng)烈沖擊的零件，如耐磨鋼主要用于運(yùn)轉(zhuǎn)過程中承受嚴(yán)重磨損和強(qiáng)烈沖擊的零件，如車輛履帶、挖掘機(jī)鏟斗、破碎機(jī)鄂板和鐵軌分道叉等。對耐磨鋼的車輛履帶、挖掘機(jī)鏟斗、破碎機(jī)鄂板和鐵軌分道叉等。對耐磨鋼的主要要求是有很高的耐磨性和韌性。高錳鋼是目前最主要的耐磨鋼主要要求是有很高的耐磨性和韌

50、性。高錳鋼是目前最主要的耐磨鋼2.成分特點(diǎn)成分特點(diǎn)(1)高碳高碳保證鋼的耐磨性和強(qiáng)度。但碳過高時，淬火后韌性下降，保證鋼的耐磨性和強(qiáng)度。但碳過高時，淬火后韌性下降，且易在高溫時析出碳化物。因此，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能超過且易在高溫時析出碳化物。因此，其碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)不能超過1.4%。(2)高錳高錳錳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，它和碳配合，保證完全獲得錳是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，它和碳配合，保證完全獲得奧氏體組織。錳和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值約為奧氏體組織。錳和碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比值約為1012（錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11%14%）。）。(3)一定量的硅一定量的硅硅可改善鋼水的流動性，并起固溶強(qiáng)化的作用。硅可改善鋼水的流動性

51、，并起固溶強(qiáng)化的作用。但其含量太高時，易導(dǎo)致晶界出現(xiàn)碳化物。故其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為但其含量太高時，易導(dǎo)致晶界出現(xiàn)碳化物。故其質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%0.8%履帶履帶鐵軌分道叉鐵軌分道叉破碎機(jī)顎板破碎機(jī)顎板挖掘機(jī)斗齒挖掘機(jī)斗齒3.典型鋼種典型鋼種:ZGMn13高錳鋼由于機(jī)械加工困難，故基本上是鑄態(tài)下使用。高錳鋼由于機(jī)械加工困難，故基本上是鑄態(tài)下使用。4.熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn)高錳鋼都采用水韌處理，即將鋼加熱到高錳鋼都采用水韌處理，即將鋼加熱到10001100，保，保溫，使碳化物全部溶解，然后在水中快冷，在室溫下獲得均勻單溫，使碳化物全部溶解，然后在水中快冷，在室溫下獲得均勻單一的奧氏體組織。此時鋼的硬度很低（約

52、為一的奧氏體組織。此時鋼的硬度很低（約為210HB），而韌性很），而韌性很高。當(dāng)工件在工作中受到強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大壓力而變形時，表面層高。當(dāng)工件在工作中受到強(qiáng)烈沖擊或強(qiáng)大壓力而變形時，表面層產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，并且還發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，使硬度顯著提高，產(chǎn)生強(qiáng)烈的加工硬化，并且還發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，使硬度顯著提高，心部則仍保持原來的高韌性狀態(tài)。心部則仍保持原來的高韌性狀態(tài)。除高錳鋼外，除高錳鋼外，70年代初由我國發(fā)明的年代初由我國發(fā)明的Mn-B系空冷貝氏體鋼系空冷貝氏體鋼是是一種很有發(fā)展前途的耐磨鋼。它是一種熱加工后空冷所得組織為一種很有發(fā)展前途的耐磨鋼。它是一種熱加工后空冷所得組織為貝氏體或貝氏體馬氏體復(fù)

53、相組織的鋼類。由于免除了傳統(tǒng)的淬貝氏體或貝氏體馬氏體復(fù)相組織的鋼類。由于免除了傳統(tǒng)的淬火或淬火回火工序，從而大大降低了成本，免除了淬火過程中產(chǎn)火或淬火回火工序，從而大大降低了成本，免除了淬火過程中產(chǎn)生的變形、開裂、氧化和脫碳等缺陷，而且產(chǎn)品能夠整體硬化，生的變形、開裂、氧化和脫碳等缺陷，而且產(chǎn)品能夠整體硬化，強(qiáng)韌性好，綜合力學(xué)性能優(yōu)良。因此，該鋼種得到了廣泛的應(yīng)用。強(qiáng)韌性好，綜合力學(xué)性能優(yōu)良。因此，該鋼種得到了廣泛的應(yīng)用。如貝氏體耐磨鋼球；高硬度高耐磨低合金貝氏體鑄鋼件；工程鍛如貝氏體耐磨鋼球；高硬度高耐磨低合金貝氏體鑄鋼件；工程鍛造用耐磨件；耐磨傳輸管材等。造用耐磨件；耐磨傳輸管材等。3.3

54、鑄鋼與鑄鐵鑄鋼與鑄鐵3.3.1鑄鋼鑄鋼鑄鋼主要用于制造形狀復(fù)雜，需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的鑄鋼主要用于制造形狀復(fù)雜，需要一定強(qiáng)度、塑性和韌性的零件，例如機(jī)車車輛、船舶、重型機(jī)械的齒輪、軸，以及軋輥、零件，例如機(jī)車車輛、船舶、重型機(jī)械的齒輪、軸，以及軋輥、機(jī)座、缸體、外殼、閥體等。機(jī)座、缸體、外殼、閥體等。一、碳素鑄鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能一、碳素鑄鋼的化學(xué)成分及機(jī)械性能碳素鑄鋼的成分、機(jī)械性能及應(yīng)用碳素鑄鋼的成分、機(jī)械性能及應(yīng)用碳含量是影響鑄鋼件性能的主要元素，隨著碳含量的增加屈碳含量是影響鑄鋼件性能的主要元素，隨著碳含量的增加屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度均增加，且抗拉強(qiáng)度比屈服強(qiáng)度增加得更快，服強(qiáng)度和抗

55、拉強(qiáng)度均增加，且抗拉強(qiáng)度比屈服強(qiáng)度增加得更快，但碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過但碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.45%時，屈服強(qiáng)度很少增加，而塑性、韌性時，屈服強(qiáng)度很少增加，而塑性、韌性卻顯著下降。從鑄造性能來看，適當(dāng)提高碳含量，可降低鋼的卻顯著下降。從鑄造性能來看，適當(dāng)提高碳含量，可降低鋼的熔化溫度，增加鋼水的流動性，鋼中氣體和夾雜也能減少。所熔化溫度，增加鋼水的流動性，鋼中氣體和夾雜也能減少。所以在生產(chǎn)中使用最多的是以在生產(chǎn)中使用最多的是ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570三種。三種。軋輥軋輥重型機(jī)械齒輪重型機(jī)械齒輪外殼外殼鋼中的硫、磷應(yīng)很好地控制，因硫會提高鋼的熱裂傾向，鋼中的硫、磷應(yīng)很好地控制

56、，因硫會提高鋼的熱裂傾向，而磷則使鋼的脆性增加。而磷則使鋼的脆性增加。碳素鑄鋼與鑄鐵相比，強(qiáng)度和塑性、韌性較高，但鋼水碳素鑄鋼與鑄鐵相比，強(qiáng)度和塑性、韌性較高，但鋼水的流動性差，收縮率較大。為了改善鋼水的流動性，鑄鋼的流動性差，收縮率較大。為了改善鋼水的流動性，鑄鋼在澆注時應(yīng)采取較高的澆注溫度；為了補(bǔ)償收縮必須采用在澆注時應(yīng)采取較高的澆注溫度；為了補(bǔ)償收縮必須采用大的澆冒口。大的澆冒口。二、鑄鋼的組織特征和熱處理二、鑄鋼的組織特征和熱處理由于鑄鋼的澆注溫度很高，而且冷卻較慢，所以容易得由于鑄鋼的澆注溫度很高，而且冷卻較慢，所以容易得到粗大的奧氏體晶粒。在冷卻過程中，鐵素體首先沿著奧到粗大的奧氏

57、體晶粒。在冷卻過程中，鐵素體首先沿著奧氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，然后沿一定方向以片狀生長，形成氏體晶界呈網(wǎng)狀析出，然后沿一定方向以片狀生長，形成“魏氏組織魏氏組織”。魏氏組織的特點(diǎn)是鐵素體沿晶界分布并呈。魏氏組織的特點(diǎn)是鐵素體沿晶界分布并呈針狀插入珠光體內(nèi)，使鋼的塑性和韌性下降，不能直接使針狀插入珠光體內(nèi)，使鋼的塑性和韌性下降，不能直接使用。鑄鋼要經(jīng)過退火或正火處理，以細(xì)化晶粒，消除魏氏用。鑄鋼要經(jīng)過退火或正火處理，以細(xì)化晶粒，消除魏氏組織和鑄造應(yīng)力，改善機(jī)械性能。退火或正火后的組織為組織和鑄造應(yīng)力，改善機(jī)械性能。退火或正火后的組織為晶粒比較細(xì)小的珠光體和鐵素體。晶粒比較細(xì)小的珠光體和鐵素體。3.3

58、.2鑄鐵鑄鐵鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于鑄鐵是碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.11%、并常含有較多的硅、錳、硫、并常含有較多的硅、錳、硫、磷等元素的鐵碳合金。鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，價格便宜，磷等元素的鐵碳合金。鑄鐵的生產(chǎn)設(shè)備和工藝簡單，價格便宜，并具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，所以應(yīng)用非常廣泛，并具有許多優(yōu)良的使用性能和工藝性能，所以應(yīng)用非常廣泛，是工程上最常用的金屬材料之一。它可用于制造各種機(jī)器零件，是工程上最常用的金屬材料之一。它可用于制造各種機(jī)器零件，如機(jī)床的床身、床頭箱；發(fā)動機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)、曲如機(jī)床的床身、床頭箱；發(fā)動機(jī)的汽缸體、缸套、活塞環(huán)、曲軸、凸輪軸；軋機(jī)的軋輥及機(jī)器的底座等。軸、凸

59、輪軸；軋機(jī)的軋輥及機(jī)器的底座等。箱體箱體啟動閥啟動閥一、鑄鐵的石墨化過程和特點(diǎn)一、鑄鐵的石墨化過程和特點(diǎn)1.鑄鐵的石墨化過程鑄鐵的石墨化過程在鐵碳合金中，碳可以以三種在鐵碳合金中，碳可以以三種形式存在：一是固溶在形式存在：一是固溶在F、A中，中，二是化合物態(tài)的滲碳體二是化合物態(tài)的滲碳體(Fe3C)，三，三是游離態(tài)石墨（是游離態(tài)石墨（G）。滲碳體為亞）。滲碳體為亞穩(wěn)相，具有復(fù)雜的斜方結(jié)構(gòu)。在穩(wěn)相，具有復(fù)雜的斜方結(jié)構(gòu)。在一定條件下能分解為鐵和石墨一定條件下能分解為鐵和石墨（Fe3C3Fe+C）。石墨為穩(wěn)定）。石墨為穩(wěn)定相，具有特殊的簡單六方晶格，相，具有特殊的簡單六方晶格，底面原子呈六方網(wǎng)格排列，

60、原子底面原子呈六方網(wǎng)格排列，原子間距小（間距?。?.4210-10m），結(jié)合力），結(jié)合力很強(qiáng)；底面之間的間距較大很強(qiáng)；底面之間的間距較大（3.0410-10m），結(jié)合力較弱。），結(jié)合力較弱。所以石墨的強(qiáng)度、硬度和塑性都所以石墨的強(qiáng)度、硬度和塑性都很差。很差。石墨的晶體結(jié)構(gòu)石墨的晶體結(jié)構(gòu)在不同條件下，鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平衡在不同條件下，鐵碳合金可以有亞穩(wěn)定平衡的的Fe-Fe3C相圖和穩(wěn)定平衡的相圖和穩(wěn)定平衡的Fe-G相圖，即鐵相圖，即鐵碳合金相圖應(yīng)該是碳合金相圖應(yīng)該是復(fù)線相圖復(fù)線相圖：Fe-Fe3C相圖和相圖和FeG相圖。鐵碳合金究竟按哪種相圖變化，決相圖。鐵碳合金究竟按哪種相圖變化，決定于加