模塊七 工業(yè)用鋼

模塊七工業(yè)用鋼主講：姚永紅1.合金鋼的定義（常加的合金元素）Si、Mn、Cr、Mo、Ni、V、Ti等2.合金鋼的特點性能比碳鋼優(yōu)越但成本高課題一合金元素在鋼中的作用1.對鋼基本相的影響（室溫下的相）1）固溶于鐵素體固溶強化：強度、硬度提高，塑性、韌性下降。2）形成碳化物Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti等依次與碳的結(jié)合力邊強，形成的碳化物越穩(wěn)定，硬度越高。滲碳體—合金滲碳體—合金碳化物—特殊碳化物2.合金元素對Fe-Fe3C相圖的影響1）合金元素對奧氏體相區(qū)的影響（1）擴大奧氏體相區(qū)：Mn、Ni等合金元素（奧氏體鋼）；（2）縮小奧氏體相區(qū)：Cr、Mo、W、V、Ti、Si等（鐵素體鋼）。2）合金元素對S、E點的影響S點左移：3Cr2W8V中有網(wǎng)狀碳化物（屬過共析組織）；E點左移：W18Cr4V中出現(xiàn)萊氏體組織。3.合金元素對鋼熱處理的影響1）阻礙奧氏體晶粒長大幾乎所有的合金元素都抑制奧氏體晶粒長大，因此，合金鋼奧氏體化的溫度更高，保溫時間更長。（除錳鋼外）2）提高鋼的淬透性幾乎所有的合金元素溶于奧氏體后都能增加過冷奧氏體的穩(wěn)定性，推遲珠光體的轉(zhuǎn)變，使C曲線右移。3）提高鋼的回火穩(wěn)定性。W18Cr4V鋼在560℃回火屬于其低溫回火4）產(chǎn)生二次硬化原因:含有W、Mo、V等強碳化物的高合金鋼在500℃～600℃回火形成細小彌散的特殊碳化物；部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼的硬度顯著提高。課題二合金鋼的分類1．按化學成分所含合金元素的種類分，可分為：錳鋼、鉻鋼、硅鋼、硅錳鋼、鉻錳鈦鋼等。2.按合金元素的含量分3.按質(zhì)量等級分（S、P的含量、奧氏體晶粒大?。?）普通質(zhì)量2）優(yōu)質(zhì)質(zhì)量3）特殊質(zhì)量WMe≤5%WMe=（5～10）%WMe≥10%1）低合金鋼2）中合金鋼3）高合金鋼4.按用途分：1）合金結(jié)構(gòu)鋼2）合金工具鋼3）特殊性能鋼工程構(gòu)件用鋼（低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼）和機械制造用鋼（合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、合金彈簧鋼、滾動軸承鋼和超高強度鋼）。刃具鋼（低合金刃具鋼和高速鋼）、量具鋼和模具鋼（冷作模具鋼和熱作模具鋼）抗氧化鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼和易切削鋼等。課題三合金鋼的牌號1.低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼合金元素含量如﹤1.5％不標數(shù)；如1.5％～2.49％標2；2.5％～3.49％標3；3.5％～4.49％標4………類推。如40CrMnTi：平均Wc為0.4%，Cr、Mn、Ti平均含量都低于1.5%的機械結(jié)構(gòu)用合金鋼同于普通碳素結(jié)構(gòu)鋼，其屈服強度＞275MP2.機械結(jié)構(gòu)用合金鋼兩位數(shù)字（碳含量萬分數(shù)）+合金元素+合金元素含量（百分數(shù)）4.合金工具鋼前面冠“0”：平均Wc≤0.08%前面冠“00”：平均Wc≤0.03%一位數(shù)字（或沒有數(shù)字）+合金元素符號+其含量百分數(shù)當Wc﹥1.0%時最前面沒有數(shù)字，如：CrWMn反之則用一位數(shù)字表示碳含量的千分數(shù)，如：9SiCr但有例外：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等其碳量低于1.0%，而未標數(shù)。5.特殊性能鋼3.滾動軸承鋼GCr15：平均WCr為1.5%的滾動軸承鋼課題四常用合金鋼的特點及其應用1.低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼（1）性能要求A.良好的綜合力學性能

Q345

接近45鋼B.良好焊接性能C.良好的抗大氣、海水和土壤腐蝕性

比碳鋼好D.較低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度

比碳鋼好（2）成分特點A.含碳量低

Wc≤0.2%

，一般Wc=0.16%～0.2%B.合金元素含量低

WMe＜3%主要元素有：Mn→固溶強化Ti、V、Nb→細化晶粒、彌散強化Cu、P→提高耐蝕性（3）用途常用于焊接結(jié)構(gòu)：船舶、車輛（車廂）、壓力容器、橋梁、起重機等。（4）常用牌號

Q345專用工程構(gòu)件結(jié)構(gòu)鋼：在牌號的頭部（或尾部）標注出代表產(chǎn)品用途的符號。例如表示壓力容器用鋼牌號表示為“Q345R”；焊接氣瓶用鋼牌號表示為“Q295HP”；鍋爐用鋼牌號表示為“Q390g”；橋梁用鋼表示為“Q420q”等等。2.機械結(jié)構(gòu)用合金鋼承受沖擊，有承受摩擦，內(nèi)韌外硬。Wc=0.10%～0.25%保證心部有良好的塑性韌性；加入Cr、Ni、Mn、Si、B等提高淬透性；V、Ti、W、Mo等細化晶粒；b.最終熱處理：正火滲碳后淬火+低溫回火1）合金滲碳鋼①性能要求：②成分特點、用途及典型的鋼號：③熱處理特點：a.預先熱處理：用途：變速箱齒輪、內(nèi)燃機上的凸輪、活塞銷,如20CrMnTi。2）合金調(diào)質(zhì)鋼

Wc=0.25%～0.50%保證綜合力學性能，碳量太低強度不足，碳量過高韌性、塑性不夠；加入Cr、Ni、Mn、Si、B等提高淬透性；加入Mo、W、V、Ti等細化晶粒，提高回火穩(wěn)定性，Mo、W還可防止第二類回火脆性。用途：機床主軸、連桿等，如40CrNiMo。a.預先熱處理：b.最終熱處理：退火或正火淬火+高溫回火受力復雜，要求綜合力學性能好的重要零件。②成分特點、用途及典型的鋼號：①性能要求：③熱處理特點：3）合金彈簧鋼

用途：a.預先熱處理：b.最終熱處理：退火淬火+中溫回火高的彈性極限，疲勞強度，足夠的韌性。①性能要求：②成分特點、典型的鋼號及用途：Wc=0.45%～0.70%合金元素有Mn、Si、Cr、W、Mo、V等，其中Mn、Si主要提高鋼的淬透性和彈性極限，Si尤其突出。但Si易表面脫碳，Mn易于過熱。Cr、W、Mo、V提高淬透性，還可防止脫碳、過熱，并能細化晶粒，提高屈強比，彈性極限、高溫強度和韌性。制造各種機器和儀表中的彈簧、彈性元件。如60Si2Mn③熱處理特點：滾動軸承的內(nèi)、外套圈和滾動體，還可制造精密量具、冷沖模、絲杠等。如GCr15。4）滾動軸承鋼①性能要求：高的硬度和耐磨性、高的彈性極限和接觸疲勞強度、足夠的韌性和耐蝕性。②成分特點及典型的鋼號：Wc=0.95%～1.10%保證高硬度高耐磨性。加入Cr，提高淬透性、形成合金滲碳體、提高硬度、接觸疲勞強度、耐磨性和耐蝕性。大型的軸承中再加入Si、Mn可進一步提高淬透性、提高強度和彈性極限。用途：a.預先熱處理：b.最終熱處理：球化退火進一步消除應力、穩(wěn)定尺寸要進行冷處理+時效處理。淬火+低溫回火③熱處理特點：5）超高強度鋼：屈服點大于1300MPa或抗拉強度大于1400MPa,航空航天工業(yè)，制造超音速飛機及火箭殼體的重要材料。3.合金工具鋼合金工具鋼（刃具、量具、模具）刃具鋼的基本要求是：①高的耐磨性；

②高硬度；一般大于60HRC

③高的彎曲強度和足夠的塑性、韌性；

④高的紅硬性（熱穩(wěn)定性）。制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、刨刀、鉆頭等。1）低合金工具鋼a.高C:0.9%～1.1%；b.加入Cr、Mn、Si提高淬透性；Si提高回火穩(wěn)定性；c.加入W、V細化晶粒，提高耐磨性。a.高硬度:HRC＞60b.高耐磨性c.高熱硬性d.足夠塑性和韌性①成分特點：②性能特點：組織：M＋合金ｋ＋少量A'③典型鋼號：9SiCr、CrWMn9SiCr如板牙,絲錐,冷沖模,木工工具,低速切削刃具CrWMn如拉刀,沖模,樣板,量規(guī)④熱處理特點：預先熱處理：最終熱處理：球化退火淬火+低溫回火2)高速鋼在高速切削過程中，刀具的刃部溫度可達600℃以上，它在600℃時，仍能使硬度保持HRC60以上，從而保證其切削性能和耐磨性。高速鋼刀具的切削速度可比碳素工具鋼和合金工具鋼刀具增加1～3倍，而耐用性增加7～14倍，因此，高速鋼在機械制造工業(yè)中被廣泛地采用。①成分特點a.高C:0.7%～1.5%b.加入Cr提高淬透性c.加入W,Mo提高熱硬性d.加入V提高耐磨性②性能特點及典型鋼號高硬度:HRC＞60；高耐磨性；高熱硬性；足夠塑性和韌性。絲錐、鉸刀、鉆頭等耐磨性和韌性好。鍛造特點：反復鍛造為了打碎魚骨狀的碳化物。W18Cr4VW6Mo5Cr4V2車刀、銑刀、刨刀、鉆頭、拉刀、③熱處理特點高溫淬火：等溫或球化退火＋1280℃淬火＋560℃～580℃回火(三次)為了讓更多的合金元素溶入奧氏體，為二次硬化打下基礎；多次預熱：因為大量的合金元素使導熱性變差，為了升溫均勻，加熱均勻。為了減少殘余奧氏體的量，提高硬度。多次回火：W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織和鍛后退火組織W18Cr4V鋼鑄態(tài)組織500×W18Cr4V鋼鍛后退火組織500×W18Cr4V鋼的淬火、回火工藝曲線W18Cr4V鋼的淬火、回火工藝W18Cr4V鋼的淬火組織W18Cr4V鋼的淬火組織500×淬火的組織經(jīng)8%～10%的硝酸酒精侵蝕后，主要是把未溶碳化物和奧氏體晶界顯露出來，而馬氏體卻不能顯示。常見的刀具、刃具絲錐機鉸刀手鉸刀高速鋼鉆頭高速鋼銑刀板牙3）合金量具鋼用途：各種測量工具如卡尺、千分尺、量塊、塞規(guī)等。性能要求：成分特點：量具用鋼：①高硬度和高耐磨性②高尺寸穩(wěn)定性，熱處理變形小。高碳WC=0.9％～1.5％加入Cr、W、Mn等提高淬透性。10、20或50、55、60、60Mn、65MnT10A、T12A、9SiCr一般量規(guī)和量塊Cr、CrMn、GCr15高精度量規(guī)和量塊CrWMn高精度形狀復雜的量規(guī)和量塊抗蝕量具4Cr13、9Cr18樣板或卡規(guī)4)合金模具鋼分類：冷作模具鋼熱作模具鋼塑料模具鋼一般用其它鋼替。①冷作模具鋼常用冷作模具包括拉延模、拔絲模、壓彎模、沖裁模(落料、沖孔、修邊模、沖頭、剪刀模等)、冷鐓模和冷擠壓模等。a.服役條件：冷沖裁?！锌诮?jīng)受反復沖擊摩擦和彎曲應力。冷擠壓模—承受很高的壓縮應力和承受拉應力。也承受著沖擊負荷。其刃口部分與強烈流動的金屬之間摩擦。b.性能要求：高硬度:58～62HRC高耐磨性和紅硬性足夠韌性和疲勞抗力淬透性好，熱處理變形小c.成分特點：d.典型鋼號：Cr12MoV高C:1.4%～2.3%加入大量Cr提高耐磨性和淬透性加入W、Mo、V提高耐磨性常用的冷作模具鋼及用途主要用途小動載、高耐磨、簡單形狀之拉伸機沖裁模下料模、沖頭、滾絲輪、冷鐓模、剪刀片等下料模、沖頭、成型模、搓絲板及小型塑料模下料模、搓絲板、壓印模、頂出桿、刀片等重載鐵板落料及剪刀片等冷作模具鋼中國(GB)Cr12Cr12MoVCrWMn9SiCr6Crw2Sie.熱處理特點

球化退火＋(950℃～1000℃)淬火＋低溫回火耐磨性和韌性好，用于重載模具；球化退火＋1100℃～1150℃淬火＋510℃～520回火（3次）耐磨性和紅硬性好400℃～450℃溫度下工作的模具。②熱作模具鋼熱作模具鋼是用以制造在高溫下金屬材料塑性成形的一類模具。如熱鍛模、熱擠壓模、熱沖裁模和金屬壓鑄模。a.工作條件—大的沖擊載荷、強烈的摩擦、劇烈的冷熱循環(huán)所引起的熱應變和熱應力，以及高溫氧化。b.失效的基本形式可分為：塑性變形；磨損；疲勞；斷裂。c.性能要求高的高溫耐磨性和紅硬性；高的熱強性和抗氧化性能；足夠韌性和熱疲勞抗力；淬透性好，熱處理變形小。d.成分特點：中C:0.3%～0.6%以保證高強度、韌性、熱疲勞抗力和較高的硬度；加入Cr、Ni、Mn、Si提高淬透性、回火穩(wěn)定性和熱疲勞抗力；加入W、Mo、V提高熱硬性和熱強性。

f.熱處理特點：預先熱處理：最終熱處理：退火或正火淬火+中溫/高溫回火e.典型鋼號及其應用：5CrMnMo：淬透性一般，價格較低，淬火后硬度和5CrNiMo相近，而塑性韌性相對低一些。用于制造形狀簡單，厚度小于250毫米的小型熱錘鍛模。5CrNiMo：淬火后綜合力學性能較好，熱強性和淬透性一般。用于制造形狀簡單，工作溫度一般，厚度在250-350毫米之間的中型熱錘鍛模塊。3Cr2W8V：有較高的強度、硬度及抗回火穩(wěn)定性，用于制造工作溫度≥550℃并承受較高的靜載荷，而沖擊載荷較低的鍛造壓力機?；驘釘D壓模具。5CrNiMoV：淬透性，淬硬性較5CrNiMo、5CrMnMo顯著改善.用于制造厚度＞350毫米，型腔復雜，受力載荷較大的大型錘鍛?；蝈懺靿毫C熱鍛模。是一種新型熱作模具鋼，它具有高的熱強性、高韌性和冷熱疲勞性能。用該鋼制作的鑲塊模在鍛造耐熱合金、耐熱不銹鋼時，其壽