廣石化工程材料七工業(yè)用鋼3

第四節(jié)常見工業(yè)用鋼的性能及用途一、結(jié)構(gòu)鋼二、工具鋼三、特殊性能鋼1二、工具鋼

工具鋼是用來制造刀具、模具和量具的鋼。按化學(xué)成分分為碳素工具鋼、低合金工具鋼、高合金工具鋼等。按用途分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。

21.刃具鋼（1）切削刃具的工作條件及對(duì)性能的要求（2）碳素工具鋼（3）低合金工具鋼（4）高速鋼（5）硬質(zhì)合金要求：高的切斷抗力，高的耐磨性，高的彎曲強(qiáng)度和足夠的韌性，高的熱穩(wěn)定性。用于刃具的材料：

用來制造各種切削刀具的鋼種。3（2）碳素工具鋼a）碳素工具鋼的成分與用途

高碳（0.65~1.35%C）隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。T7~T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具，沖子、鑿子、錘子等。

共有七個(gè)牌號(hào)：T7~T13。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。木工鑿手錘圓沖4絲錐銼刀手鋸條鉆頭T10~T11：

制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。T12~T13：

制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。5b）碳素工具鋼的熱處理★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?！锸褂脿顟B(tài)下的組織：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)

6板牙絲錐（3）低合金工具鋼

在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素(≤3~5)形成?！锔咛迹?.75~1.5%C★合金元素作用提高淬透性:Cr、Mn、Si

提高耐磨性、細(xì)化晶粒:W、V

a.成分特點(diǎn)：7絲錐板牙★同碳素工具鋼，只是淬火介質(zhì)為油（碳工鋼為水）?！锸褂脿顟B(tài)下的組織為：

M回+顆粒狀碳化物+A’（少量）b.熱處理及組織c.常用鋼號(hào)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。

8（4）高速鋼制造高速切削刃具用鋼。（俗稱風(fēng)鋼）a.高速鋼的成分特點(diǎn)與常用鋼種

★高C：1％左右，最高達(dá)1.6%，形成W2C、VC、高碳M體，硬度↑，耐磨性↑；

★

W：＞10%，F(xiàn)e4W2C部分溶入A，高溫回火時(shí)析出W2C，產(chǎn)生二次硬化，這種碳化物在

500～600℃時(shí)非常穩(wěn)定，熱硬性提高↑；

★

Cr：4%，Cr23C6全部溶入A體中(A穩(wěn)定性

↑)，淬透性↑；

★

V：<1.5%，V形成C4V3或VC非常穩(wěn)定、極難溶解、硬度極高(大大超過W2C)，↑硬度和耐磨性作用很大。9

常用高速鋼是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，簡稱18-4-1和6-5-4-2。前者的過熱敏感性小，磨削性好，但由于熱塑性差，通常適于制造一般高速切削刀具，如車刀、銑刀、絞刀等；由于后者的耐磨性、韌性和熱塑性較好些，適于制造耐磨性和韌性很好配合的高速刀具，如絲錐、齒輪銑刀、插齒刀等。

車刀銑刀鉆頭10b.高速鋼的熱處理

由于高速鋼的合金元素含量多，使得它的C曲線右移，淬火臨界冷卻速度大為降低，在空氣中冷卻就可得到馬氏體組織，因此高速鋼也被俗稱為風(fēng)鋼（鋒鋼）。同樣因?yàn)楹辖鹪氐淖饔茫笷e-Fe3C相圖中的E點(diǎn)左移，這樣在高速鋼鑄態(tài)組織中出現(xiàn)大量的共晶萊氏體組織，魚骨狀的萊氏體及大量分布不均勻的大塊碳化物，使得鑄態(tài)高速鋼既脆又硬，無法直接使用。

11W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織鍛造：魚骨狀碳化物不能用熱處理來消除,只能依靠反復(fù)多次鍛打來擊碎。12鑄造→鍛造→球化退火→機(jī)加工→

淬火+三次570℃回火→磨削加工W18Cr4V鋼的生產(chǎn)工藝及熱處理特點(diǎn)：★鍛造比要大(>10)★三鐓三拔，打碎、揉勻魚骨狀碳化Ld′；★緩慢升溫，兩次預(yù)熱，緩冷；★漸變形：由小到大；13A’25%15～18%3～5%1～2%M回+K+A’少W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖1）球化退火：硬度↓，消除應(yīng)力，改善切削性能，為淬火作好組織準(zhǔn)備；2)緩慢預(yù)熱：該鋼導(dǎo)熱差、塑性低，溫升快會(huì)開裂；3)淬火溫度高：K十分穩(wěn)定,必須高溫才使合金元素溶入到奧氏體中去，↑紅硬性；4)三次高溫回火：A′多（20～25%）,一次回火難以全部消除，而且后一次回火可消除前一次回火中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。鑄造→鍛造→球化退火→機(jī)加工→

淬火+三次570℃回火→磨削加工14W18Cr4V鋼淬火、回火后的組織M回+顆粒狀碳化物+A’（少量）未溶KM回+A'15（5）硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金是把一些高硬度、高熔點(diǎn)的粉末（WC、TiC等）和膠結(jié)物質(zhì)（Co、Ni等）混合、加壓、燒結(jié)成形的一種粉末冶金材料。特點(diǎn)：硬度極高（89-91HRA）、熱硬性好（切削溫度達(dá)1000℃）、耐磨性好。硬質(zhì)合金分兩類：1）鎢鈷類：YG+數(shù)字表示，如YG8表示Co含量8％，WC含量92％的鎢鈷類硬質(zhì)合金。2）鎢鈷鈦類：YT+數(shù)字表示，如YT15表示Ti含量15％，其余為WC、Co的鎢鈷鈦類硬質(zhì)合金。YW1和YW2稱為通用或萬能硬質(zhì)合金16汽車沖壓模具（1）冷作模具鋼制造金屬冷成型模具的鋼種a.性能要求1）

高硬度和耐磨性。2）足夠的強(qiáng)度和韌性。3）良好的工藝性。2.模具鋼用以制造冷熱模具的鋼種。17Cr12鋼●

碳素工具鋼和低合金工具鋼：用于小尺寸、形狀簡單、受力不大的模具。●Cr12型冷作模具鋼⑴成分特點(diǎn)：高碳(1.4~2.3%C)；高鉻(11.5~13%Cr)合金元素作用：

Cr提高淬透性和細(xì)化晶粒；

Mo、V提高耐磨性，細(xì)化晶粒。碳含量高：保證與鉻形成碳化物。b.常用鋼種18汽車外板冷沖模②加工及熱處理：同高速鋼相。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）③常用鋼號(hào)為Cr12和Cr12MoV。用于制造冷沖模、擠壓模等。19曲軸模具制造使加熱金屬或液態(tài)金屬成型模具的鋼種。如熱鍛模、熱擠壓模和壓鑄模等。a.性能要求⑴高溫下良好的綜合力學(xué)性能。⑵抗熱疲勞性能。

⑶高的淬透性和良好的導(dǎo)熱性(2)熱作模具鋼20熱鐓模凸緣模b.常用鋼種⑴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。對(duì)于壓鑄模，常用3Cr2W8V。成分特點(diǎn)、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。21型板壓鑄模⑵壓鑄模鋼常用3Cr2W8V。為過共析鋼。中碳（0.3~0.4%C），合金元素作用同高速鋼。W、Cr有提高抗熱疲勞作用。淬火+回火后組織：

M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)22汽車四缸壓鑄模231.性能要求:高的硬度(≥HRC62)和高的耐磨性，以保證使用不失去原有的精度；高的尺寸穩(wěn)定性，以保證其高精度;在使用時(shí)，偶爾受到碰撞和沖擊不致發(fā)生崩落和破壞?？ǔ吡恳?guī)千分尺3.量具鋼24量塊2、量具用鋼⑴

低碳鋼滲碳、中碳鋼表面淬火。⑵

碳素工具鋼、低合金工具鋼用于尺寸小、形狀簡單、精度要求不高的量具。⑶

滾動(dòng)軸承鋼、冷作模具鋼用于制造精密量具。⑷

不銹鋼用于制造接觸腐蝕介質(zhì)的量具。25千分尺卡尺3、量具鋼的熱處理特點(diǎn)⑴

預(yù)備熱處理組織為球化退火或調(diào)質(zhì)處理組織。⑵

下限溫度淬火及冷處理，目的是減少A’。⑶

長時(shí)間低溫時(shí)效，以消除內(nèi)應(yīng)力，降低馬氏體的正方度。26三、特殊性能鋼1.不銹鋼2.耐熱鋼3.耐磨鋼特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的鋼.

271.不銹鋼

不銹鋼（又稱不銹耐酸鋼）是指能抵抗大氣或酸等化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼。不銹鋼并非不生銹，只是在不同介質(zhì)中的腐蝕行為不一樣。

空氣中的年腐蝕量為0.01mm以內(nèi)的鋼,稱為在空氣中使用的不銹鋼。在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中的年腐蝕量為0.1mm以內(nèi)的鋼,稱為在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中使用的不銹鋼。

全世界年均因腐蝕而不能使用的金屬占總量的10%——吃金屬的老虎28（1）金屬腐蝕的一般概念

金屬與介質(zhì)(電解質(zhì)溶液,即酸、堿、鹽溶液)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕?！锘瘜W(xué)腐蝕:★電化學(xué)腐蝕:金屬腐蝕大多數(shù)是電化學(xué)腐蝕。

金屬與介質(zhì)(干燥氣體和非電解質(zhì)溶液)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。例如:高溫氧化、脫碳等。29

電化學(xué)腐蝕實(shí)際是電池作用。當(dāng)兩種互相接觸的金屬放入電解質(zhì)溶液時(shí)，由于兩種金屬的電極電位不同，彼此之間就形成一個(gè)微電池，并有電流產(chǎn)生。電極電位低的金屬為陽極，電極電位高的金屬為陰極，陽極的金屬將不斷被熔解，而陰極金屬就不被腐蝕。對(duì)于同一種合金，由于組成合金的相或組織不同，也會(huì)形成微電池，造成電化學(xué)腐蝕。例如鋼組織中的P，是由F和Cm兩相組成的，在電解質(zhì)溶液中就會(huì)形成微電池，由于F的電極電位低，為陽極被腐蝕。而Cm的電極電位高，為陰極而不被腐蝕?！镫娀瘜W(xué)腐蝕原理:30圖7-5珠光體腐蝕示意圖

陽極(電極電位低)：失去電子，F(xiàn)eFe3++3e

(被腐蝕）陰極：發(fā)生析氫反應(yīng)3H++3e3/2H2↑

在觀察碳鋼的顯微組織時(shí)，要把拋光的試樣磨面放在硝酸酒精溶液中浸蝕，使鐵素體腐蝕后，才能在顯微鏡下觀察到珠光體的組織，就是利用電化學(xué)腐蝕的原理實(shí)現(xiàn)的。31金屬發(fā)生電化學(xué)腐蝕的條件是：不同金屬間或同一金屬的各個(gè)部分之間存在著電極電位差，且它們是相互接觸并處于相互連通的電解質(zhì)溶液中構(gòu)成微電池。1)盡量使合金在室溫下為單相組織，避免形成微電池效應(yīng)，如Cr>17%——F體；Ni>9%——A體；2)加入合金元素提高金屬基體的電極電位，例如在鋼中加入大于13%的Cr，則F的電極電位由

-0.56V↗0.2V，從而使金屬的抗腐蝕性能提高；3)鈍化處理：加入Cr、Si等元素，使工件表面形成致密的氧化膜（Al2O3、Cr2O3），稱為鈍化處理；氧化膜把金屬與介質(zhì)分隔開，從而防止進(jìn)一步的腐蝕。鉻是不銹鋼合金化的主要元素。提高金屬的抗電化學(xué)腐蝕能力措施：32化學(xué)成分特點(diǎn):Wc=0.1～0.4%

碳越高，硬度、強(qiáng)度越高，但耐蝕性下降，因?yàn)镃r與C形成Cr3C，使F體中Cr含量下降，電極電位下降，耐蝕性下降；

WCr=13%

主要是提高耐蝕性。a.馬氏體型不銹鋼——

Cr13型鋼鍛造空冷便可獲得馬氏體，硬度較高；（2）常用不銹鋼33熱處理和用途：牌號(hào):1Cr13～4Cr13醫(yī)用鑷子1Cr13、2Cr13淬火+高回S回汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥等；3Cr13、4Cr13淬火+低回M回醫(yī)療器械。34化學(xué)成分特點(diǎn):

Wc=0.1%左右高鉻，WCr=17～30%熱處理特點(diǎn):無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，不能用熱處理強(qiáng)化。牌號(hào):1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。用途:主要用于耐蝕性要求高而強(qiáng)度要求不高的構(gòu)件、如化工設(shè)備、容器和管道、食品設(shè)備等。b.鐵素體型不銹鋼35鐵素體型不銹鋼的用途硝酸生產(chǎn)裝置合成氨生產(chǎn)裝置在硝酸工業(yè)用途較廣，幾乎制N的構(gòu)件均用這類鋼36化學(xué)成分特點(diǎn):

Wc=0.08～0.14%WCr=17～19%WNi=8～11%Cu、Ti、Mo等。Cr：產(chǎn)生鈍化，提高耐蝕性；Ni：使鋼在室溫下呈單相A，進(jìn)一步提高耐蝕性；Ti：防止晶間腐蝕。加工特點(diǎn):不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,只能冷塑性變形強(qiáng)化。3.奧氏體型不銹鋼——Cr18Ni9型（

18–8型鋼）37熱處理特點(diǎn):

固溶處理；穩(wěn)定化處理；消除應(yīng)力退火。牌號(hào):0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、

0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti1)固溶處理：加熱（使Cr23C6溶入A體）→快冷（不使Cr23C6析出）→得到單相A體，提高鋼的耐蝕性；2)穩(wěn)定化處理：加熱溫度高于Cr23C6的溶解點(diǎn)，使其溶解到A體中，低于TiC、NbC的溶解點(diǎn)，保留住非Cr碳化物，緩冷后TiC、NbC析出，這樣，C幾乎全部穩(wěn)定于TiC中，不再可能形成碳化鉻，有效防止晶間腐蝕；3)去應(yīng)力退火：消除冷加工應(yīng)力（加熱溫度300～350℃）；消除焊接殘余應(yīng)力（加熱溫度>850℃）。38用途:化工容器、管道等。大型化工儲(chǔ)罐管板換熱器392.耐熱鋼珠光體型

16Mo，工作溫度600℃，如鍋爐管道、氣閥等；馬氏體型1Cr13，工作溫度600℃，受力較大的，如汽輪機(jī)葉片等；奧氏體型18-8型，工作溫度850℃，較重要的零件，如燃?xì)廨啓C(jī)輪盤等。汽輪機(jī)葉片過熱器集箱常用的耐熱鋼403.耐磨鋼在強(qiáng)烈沖擊和嚴(yán)重磨損條件下發(fā)生沖擊硬化，因而具有很高耐磨能力的鋼。1.定義:高錳鋼是目前最主要的耐磨鋼。41

高錳鋼由于機(jī)械加工困難，故基本上是鑄態(tài)下使用，其牌號(hào)為ZGMn13。3.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳Wc=1～1.3%高錳WMn=11～14%

4.熱處理特點(diǎn):水韌處理。過飽和單相奧氏體。2.典型鋼種:5.室溫組織:42水韌處理的工藝特征鑄態(tài)組織高錳鋼1050～1100℃水淬單相A受到劇烈沖擊或較大壓力表層MHB500心部AHB220

A+Cm碳化物完全溶入A防止碳化物沿晶界析出軟相HB≈220當(dāng)舊的表面磨損后，新露出的表面又可在沖擊與摩擦條件下獲得新的耐磨層。436.常用鋼號(hào)ZG

Mn13錳含量WMn

13%鑄鋼高錳鋼44鐵路道岔履帶球磨機(jī)襯板挖掘機(jī)鏟齒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(jī)的履帶板、球磨機(jī)的襯板、破碎機(jī)的牙板、挖掘機(jī)的鏟齒和鐵路的道岔等。45鋼號(hào)鋼種合金元素的主要作用熱處理特點(diǎn)使用狀態(tài)下組織Q345低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Mn:強(qiáng)化F，增加P量，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度熱軋空冷F+P65Mn彈簧鋼Mn:提高淬透性，強(qiáng)化F淬火+中溫回火T回ZGMn13耐磨鋼Mn:獲得單相A組織水韌處理表:M+碳化物心:A20Cr滲碳鋼Cr:提高淬透性，強(qiáng)化F滲碳+淬火+低溫回火表:M回+顆粒狀碳化物+A’心:M回+F40Cr調(diào)質(zhì)鋼Cr:提高淬透性，強(qiáng)化F調(diào)質(zhì)處理S回9SiCr低合金工具鋼Cr:提高淬透性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)GCr15滾動(dòng)軸承鋼Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蝕性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr13馬氏體不銹鋼Cr:提高耐蝕性淬火+高溫回火S回5CrNiMo熱作模具鋼Cr、Ni:提高淬透性，強(qiáng)化F淬火+高溫回火S回Mo:防止高溫回火脆性Cr12MoV冷作模具鋼Mo:細(xì)化晶粒，提高耐磨性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)W18Cr4V高速鋼V:提高耐磨性、熱硬性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr18Ni9Ti不銹鋼Ti:防止晶間腐蝕固溶處理A461.要制造齒輪、連桿、熱鍛模具、彈簧、冷沖壓模具、滾動(dòng)軸承、車刀、銼刀等零件，試從下列牌號(hào)中分別選出合適的材料并敘述所選材料的名稱、成分、熱處理工藝和零件制成后的最終組織。

T1065MnW6Mo5Cr4V2GCr15Mo40Cr20CrMnTiCr12MoV5CrMnMo課堂作業(yè)