工程材料第七章工業(yè)用鋼

工程材料第七章工業(yè)用鋼第1頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

工業(yè)用鋼包括碳素鋼（簡(jiǎn)稱碳鋼）和合金鋼兩大類。在工業(yè)用鋼中，除Fe和C元素外，還含有其他元素，包括雜質(zhì)元素（常存元素、隱存元素）和合金元素。雜質(zhì)元素(Impurity)：泛指鋼冶煉后殘留在鋼中的元素。合金元素(AlloyingElement)：為提高鋼的性能特意添加到鋼中的元素。

碳鋼（CarbonSteel）：含碳量為0.0218%～2.11%的鐵碳合金，具有較好的性能，產(chǎn)量大、價(jià)格低，應(yīng)用廣泛，但淬透性、回火抗力差、屈強(qiáng)比低。

合金鋼（AlloySteel）：在碳鋼的基礎(chǔ)上添加合金元素的鐵基合金，總體性能優(yōu)于碳鋼，但加工困難、價(jià)格昂貴。選材時(shí)，如果碳鋼能夠滿足要求，一般不使用合金鋼。第七章工業(yè)用鋼第2頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)鋼的分類和編號(hào)一、鋼的分類

1.按化學(xué)成分分類碳素鋼低碳鋼（wC＜0.25%）高碳鋼（wC＞0.60%）工業(yè)用鋼合金鋼低合金鋼（wMe＜5%）中合金鋼（wMe＝5～10%）高合金鋼（wMe＞10%）中碳鋼（wC＝0.25～0.60%）第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)第3頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.按用途分類結(jié)構(gòu)鋼工程構(gòu)件用鋼建筑用鋼工業(yè)用鋼特殊性能鋼不銹鋼耐熱鋼機(jī)器零件用鋼工具鋼橋梁用鋼船舶用鋼車輛用鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼軸承鋼刃具鋼模具鋼量具鋼第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)第4頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

3.按金相組織分類（退火狀態(tài)）亞共析鋼過共析鋼工業(yè)用鋼（正火狀態(tài)）珠光體鋼貝氏體鋼馬氏體鋼共析鋼萊氏體鋼奧氏體鋼復(fù)相鋼第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)第5頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

4.按質(zhì)量分類普通鋼（wS≤0.055%，wP≤0.045%）工業(yè)用鋼高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼優(yōu)質(zhì)鋼（wS≤0.040%，wP≤0.040%）（wS≤0.030%，wP≤0.035%）注：高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在其編號(hào)后加注“A”

特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼在其編號(hào)后加注“E”第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)特級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（wS≤0.015%，wP≤0.025%）第6頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鋼的編號(hào)普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（PlainConstructionalCarbonSteel）用“符號(hào)＋數(shù)字”表示舉例：

Q235屈服點(diǎn)的漢語拼音字頭屈服強(qiáng)度值不小于235MPa第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)第7頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月平均含碳量的萬分之幾

08鋼的平均wC=0.08%第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（QualityConstructionalCarbonSteel）用兩位數(shù)字表示舉例：4508平均含碳量的萬分之幾

45鋼的平均wC=0.45%第8頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)合金結(jié)構(gòu)鋼（ConstructionalAlloySteel）用“數(shù)字＋元素符號(hào)＋數(shù)字”表示舉例：36Mn2Si平均含碳量的萬分之幾

平均wC=0.36%含有錳元素，平均wMn=2%含有硅元素，平均wSi<1.5%第9頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)碳素工具鋼（CarbonToolSteel）用“T＋數(shù)字”表示舉例：T12A“碳素工具鋼”之漢語拼音字頭平均含碳量的千分之幾

平均wC=1.2%高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼第10頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)合金工具鋼（AlloyToolSteel）用“數(shù)字＋元素符號(hào)＋數(shù)字”表示舉例：9Mn2V平均含碳量的千分之幾

平均wC=0.9%含有錳元素，平均wMn=2%含有釩元素，平均wV<1.5%第11頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)滾動(dòng)軸承鋼（RollingBearingSteel）用“G＋數(shù)字”表示，不標(biāo)出含碳量舉例：GCr15“滾動(dòng)軸承鋼”之漢語拼音字頭含有鉻元素，平均wCr=1.5%第12頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)高速工具鋼（HighSpeedToolSteel）用“元素符號(hào)＋數(shù)字”表示，不標(biāo)出含碳量舉例：W18Cr4V含有鎢元素，平均wW=18%含有鉻元素，平均wCr=4%含有釩元素，平均wV<1.5%第13頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.1鋼的分類和編號(hào)不銹鋼（StainlessSteel）用“數(shù)字＋元素符號(hào)＋數(shù)字”表示舉例：1Cr18Ni9Ti平均含碳量的千分之幾

平均wC=0.1%含有鉻元素，平均wCr=18%含有鎳元素，平均wNi=9%含有鈦元素，平均wTi<1.5%第14頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素第二節(jié)鋼中的雜質(zhì)及合金元素一、雜質(zhì)元素對(duì)鋼性能的影響1.有益元素

錳（Mn）Mn能脫氧、消除硫的有害作用。Mn能溶入鐵素體中產(chǎn)生固溶強(qiáng)化，提高鋼的硬度和強(qiáng)度。

硅（Si）Si有脫氧作用。Si能溶入鐵素體中起固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的硬度和強(qiáng)度。第15頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素2.有害元素

硫（S）S易與Fe在晶界上形成低熔點(diǎn)(985C)共晶體，在1150C～1200C的熱加工時(shí)，由于其熔化而導(dǎo)致開裂，從而導(dǎo)致鋼的“熱脆”。

磷（P）P能全部溶入鐵素體中，使鋼在常溫下硬度提高，塑性、韌性急劇下降，從而引起鋼的“冷脆”。晶界上的低熔點(diǎn)硫化物共晶第16頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素3.氣體元素

氮（N）過量N會(huì)使鋼的塑性、韌性顯著降低，產(chǎn)生“時(shí)效脆化”。

氧（O）O是有害元素，易成為非金屬夾雜物而降低鋼的性能。

氫（H）H是有害元素，引起鋼的“氫脆”和形成“白點(diǎn)”（微裂紋）。鋼中的氧化物夾雜鋼中的白點(diǎn)第17頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素二、合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中的存在形式：

①溶解于碳鋼原有的相中舉例：溶入F中、溶入A中、溶入Fe3C中（形成合金滲碳體）。②形成某些碳鋼中沒有的新相舉例：Cr23C6、W2C、VC等。合金元素的種類：①非碳化物形成元素（Non-carbideFormer）

舉例：Ni、Si、Al、Co、Cu、N、B等。②碳化物形成元素（CarbideFormer）

舉例：Ti、Zr、V、Nb、W、Mo、Cr、Mn等。第18頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素1.合金元素對(duì)鋼中基本相的影響

溶入鐵素體，起固溶強(qiáng)化作用非碳化物形成元素及過剩的碳化物形成元素都溶于鐵素體，形成合金鐵素體，起固溶強(qiáng)化作用，提高鋼的硬度和強(qiáng)度。Cr、Ni在適當(dāng)范圍內(nèi)還能提高鋼的韌性。Me對(duì)F硬度的影響Me對(duì)F沖擊韌性的影響第19頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素

形成碳化物，起強(qiáng)化相作用碳化物形成元素在鋼中與C作用形成碳化物，作為強(qiáng)化相，可顯著提高鋼的強(qiáng)度、硬度和耐磨性。碳化物形成元素與碳的親和力的大小：

Ti＞Zr＞V＞Nb＞W(wǎng)＞Mo＞Cr＞Mn＞Fe（1）強(qiáng)碳化物形成元素Ti、V、Nb等與碳親合力很強(qiáng)，幾乎總是與碳形成特殊碳化物。特殊碳化物的穩(wěn)定性、熔點(diǎn)、硬度、耐磨性高。（2）中強(qiáng)碳化物形成元素W、Mo、Cr等，當(dāng)其含量較少時(shí)，多溶于滲碳體中而形成合金滲碳體(Fe，Me)3C；當(dāng)含量較高時(shí)，則可能形成特殊碳化物。（3）弱碳化物形成元素Mn等與碳的親合力較弱，除少量可溶于滲碳體中形成合金滲碳體外，大部分溶于鐵素體或奧氏體中。第20頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素2.合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響鋼中加入合金元素后，F(xiàn)e-Fe3C相圖將發(fā)生變化，這些元素或者擴(kuò)大奧氏體區(qū)域，或者縮小奧氏體區(qū)域。

擴(kuò)大

區(qū)的元素

Ni、Mn、C、N等。①使奧氏體區(qū)域擴(kuò)大。②使A1和A3溫度降低。③使S點(diǎn)和E點(diǎn)向左下方移動(dòng)。特例：當(dāng)Mn13%或Ni24%時(shí)，S點(diǎn)降到室溫以下，即在室溫下可獲得奧氏體組織。Mn對(duì)區(qū)的影響第21頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素

縮小

區(qū)的元素Cr、Mo、Si、W等。①使奧氏體區(qū)域縮小。②使A1和A3溫度升高。③使S點(diǎn)和E點(diǎn)向左上方移動(dòng)。特例：當(dāng)Cr13%時(shí)，在室溫下奧氏體相區(qū)消失，即可獲得單相鐵素體組織。Cr對(duì)區(qū)的影響第22頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素3.合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響

對(duì)奧氏體化的影響

大多數(shù)合金元素延緩鋼的奧氏體化過程。它們阻礙C和Me的擴(kuò)散，因此合金鋼的A化溫度較高、時(shí)間較長(zhǎng)。

Ni、Co等部分非碳化物形成元素使奧氏體的形成速度加快。

Al、Si、Mn等對(duì)奧氏體形成速度影響不大。

對(duì)奧氏體晶粒度的影響

幾乎所有合金元素都細(xì)化奧氏體晶粒。碳化物形成元素的細(xì)化晶粒效果尤其顯著，它們形成的碳化物分布在A中時(shí)，能夠阻礙晶界的遷移，從而阻止晶粒長(zhǎng)大。

Mn、P具有促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的傾向。第23頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素

對(duì)鋼的淬透性的影響除Co外，幾乎所有合金元素只要溶入奧氏體中，均使C曲線向右移，即提高鋼的淬透性。常用提高淬透性的元素：Mn、Cr、Ni、Si、B。合金元素對(duì)C曲線的影響第24頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.2鋼中的雜質(zhì)及合金元素

對(duì)鋼的回火轉(zhuǎn)變的影響

提高鋼的回火穩(wěn)定性。回火穩(wěn)定性（TemperedStability）

：淬火鋼在回火過程中抵抗硬度下降的能力。又稱回火抗力。大多數(shù)合金元素能夠阻礙M的分解和碳化物的析出與聚集長(zhǎng)大。

產(chǎn)生二次硬化二次硬化（SecondaryHardening）

：鋼在回火時(shí)硬度不僅不下降，反而升高的現(xiàn)象。W、Mo、V含量較高的高合金鋼回火時(shí),硬度不是隨回火溫度升高而單調(diào)降低,而是到某一溫度（約400℃）后反而開始增大,并在另一更高溫度（一般為550℃左右）達(dá)到峰值，即產(chǎn)生二次硬化。

防止第二類回火脆性W、Mo等元素有防止第二類回火脆性產(chǎn)生的作用。第25頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼第三節(jié)結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)鋼是制造各種工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件的鋼。結(jié)構(gòu)鋼的性能要求：①使用性能以強(qiáng)韌性為主。②工藝性能以焊接性、淬透性為主。③良好的耐大氣、水腐蝕性。結(jié)構(gòu)鋼的成分特點(diǎn)：大多數(shù)結(jié)構(gòu)鋼含合金元素在5%以內(nèi)，屬于低合金鋼。第26頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼一、工程構(gòu)件用鋼（EngineeringConstructionalSteel）

工程構(gòu)件用鋼是橋梁、建筑、船舶、化工、石油、車輛、電站、國(guó)防等國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門制造各種重要構(gòu)件的金屬材料。工程構(gòu)件用鋼的性能要求：①高的彈性極限和高的剛度，低的屈強(qiáng)比。②良好的焊接性和冷變形性。③良好的耐大氣、水腐蝕性。工程構(gòu)件用鋼的成分特點(diǎn)：①低含碳量：wC＜0.25%。②含微量合金元素：V、Ti、Nb、Zr、Ca、RE（稀土元素）等。第27頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼（1）化學(xué)成分特點(diǎn)低碳：0.10～0.20%（2）典型鋼號(hào)Q235（3）熱處理特點(diǎn)一般不進(jìn)行專門的熱處理，只保證力學(xué)性能和工藝性能。（4）使用狀態(tài)及組織使用狀態(tài)：熱軋態(tài)，組織：F＋P（少量）。（5）應(yīng)用

建筑鋼筋。第28頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月建筑鋼筋第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼第29頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼建筑鋼筋第30頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼

低合金高強(qiáng)度鋼（High-strengthLow-alloySteel）

過去稱為普通低合金結(jié)構(gòu)鋼、普低鋼。（1）化學(xué)成分特點(diǎn)低碳：0.10～0.20%，錳含量：1.2～1.6%。（2）典型鋼號(hào)Q345（16Mn）

相當(dāng)于是在Q235的基礎(chǔ)上多添加了0.6～0.8%的Mn。（3）熱處理特點(diǎn)一般不進(jìn)行專門的熱處理，只保證力學(xué)性能和工藝性能。（4）使用狀態(tài)及組織使用狀態(tài)：熱軋態(tài)或正火態(tài)，組織：F＋P（少量）。（5）應(yīng)用

橋梁鋼構(gòu)、船用鋼板等。第31頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月南京長(zhǎng)江大橋第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼第32頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月南京長(zhǎng)江大橋中的鋼結(jié)構(gòu)第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼第33頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼二、機(jī)器零件用鋼（MachineSteel）

機(jī)器零件用鋼是于制造齒輪、軸、彈簧、軸承等各種機(jī)器零件的金屬材料。機(jī)器零件用鋼的性能要求：①高的強(qiáng)度和塑性、韌性。②高的疲勞強(qiáng)度。③高的淬透性。機(jī)器零件用鋼的成分特點(diǎn)：除C元素外，通常含有提高淬透性和細(xì)化晶粒的合金元素，如Cr、Ni、Mn、Si、Mo、Ti、V、W等。第34頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼

滲碳鋼（CarburizingSteel）（1）化學(xué)成分特點(diǎn)低碳：0.1～0.25%

合金元素：Cr、Ni、Mn、Mo、B、Ti、W、V等滲碳后，表層為0.8%～1.0%的高碳成分，保證高硬度、高耐磨性，心部保持原始成分，保證良好的韌性和足夠的強(qiáng)度。（2）典型鋼號(hào)20CrMnTi（3）熱處理特點(diǎn)

滲碳（920～930C）→

淬火（830C）

→

低溫回火（200C，2h）（4）組織和性能表層：高碳M回＋k＋A，硬度：HRC56～62。心部：低碳M回＋

F（淬透），硬度：HRC30～45。F＋S（未淬透）。（5）應(yīng)用

重載荷齒輪、凸輪、活塞銷等。第35頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼滲碳爐凸輪第36頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車變速箱齒輪東風(fēng)153汽車后橋螺傘齒輪第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼第37頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼

調(diào)質(zhì)鋼（ThermalRefinedSteel）

（1）化學(xué)成分特點(diǎn)中碳：0.30～0.50%

合金元素：Cr、Ni、Mn、Mo、W、V、Ti、B等保證鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合力學(xué)性能。（2）典型鋼號(hào)40Cr（3）熱處理特點(diǎn)

淬火（830C）→

高溫回火（525C），即調(diào)質(zhì)處理。（4）組織和性能組織：S回，硬度：HRC25～35。（5）應(yīng)用

機(jī)床主軸、輕載荷齒輪、汔車后橋半軸、連桿、螺栓等。第38頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼連桿破碎機(jī)主軸第39頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼汽車半軸曲軸第40頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼

彈簧鋼（SpringSteel）

（1）化學(xué)成分特點(diǎn)中、高碳：0.45～0.70%；合金元素：Si、Mn、Cr、V等。（2）典型鋼號(hào)熱成形彈簧（彈簧用鋼的尺寸較大）：60Si2Mn冷成形彈簧（彈簧用鋼絲的直徑一般小于10mm）：50CrVA

（3）熱處理特點(diǎn)熱成形彈簧：淬火（870C）→中溫回火（460C）

冷成形彈簧：卷簧

→

去應(yīng)力退火（250C）

（4）組織和性能組織：T回，硬度：HRC35～45。（5）應(yīng)用60Si2Mn：汽車減振板彈簧、懸掛彈簧。50CrVA：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣門彈簧。第41頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車減振板彈簧第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼第42頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車減振懸掛彈簧第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼第43頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽門彈簧第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼第44頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼第45頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼滾動(dòng)軸承鋼（RollingBearingSteel）（1）化學(xué)成分特點(diǎn)高碳：0.95～1.15%；合金元素：Cr（主要）、Si、Mn等。（2）典型鋼號(hào)GCr15（3）熱處理特點(diǎn)預(yù)備熱處理：球化退火。降低硬度，改善切削性能，獲得P球。

最終熱處理：淬火（840C）→低溫回火（150～160C）（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：＞HRC61。（5）應(yīng)用滾動(dòng)軸承的滾珠、軸承套等。也可用于制造模具、量具等。第46頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.3結(jié)構(gòu)鋼向心球軸承圓柱滾子軸承自動(dòng)調(diào)心球軸承第47頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼第四節(jié)工具鋼工具鋼是用來制造各種刃具、模具和量具的鋼。刃具模具量具第48頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼一、刃具鋼（CutlerySteel）刃具鋼是制造各種車刀、銑刀、鉆頭等切削工具的金屬材料。刃具鋼的性能要求：①高的硬度和耐磨性。HRC＞60。②高的熱硬性（又稱紅硬性）。

熱硬性（RedHardness）：材料在高溫下保持高硬度的能力。③足夠的塑性和韌性。防止脆斷和崩刃。刃具鋼的成分特點(diǎn)：①高碳：保證高的硬度，并形成足夠多的碳化物以提高耐磨性。②合金元素：提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等；

提高熱硬性的元素W、Mo、V、Co等。第49頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

碳素工具鋼（CarbonToolSteel）（1）化學(xué)成分特點(diǎn)高碳：0.65～1.35%高的含碳量保證高硬度及形成足夠的碳化物，提高耐磨性。（2）典型鋼號(hào)T7、T8、T10、T12。（3）熱處理特點(diǎn)預(yù)備熱處理：球化退火（T8、T10、T12）；完全退火（T7）。

最終熱處理：淬火（780C）→低溫回火（180C）（除T7外）（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：＞HRC60（除T7外）。（5）應(yīng)用T7、T8：木工工具、切削軟金屬的刃具等。T10、T12：手用鋸條、銼刀、要求不高的刀具、鉆頭等。第50頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼木工鑿手錘木工鉆木工刨鐵鉆頭銼刀手用鋸條第51頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

低合金工具鋼（LowAlloyToolSteel）（1）化學(xué)成分特點(diǎn)高碳：0.75～1.5%；合金元素：

Cr、Mn、Si、W、V等。高的含碳量保證高硬度及形成足夠的碳化物，提高耐磨性和熱硬性。（2）典型鋼號(hào)9SiCr（3）熱處理特點(diǎn)預(yù)備熱處理：球化退火

最終熱處理：淬火（830～860C）→低溫回火（180～200C）

（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：HRC61～63。（5）應(yīng)用絲錐、板牙、鉆頭、鉸刀等。第52頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月絲錐第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼板牙銑刀鉸刀第53頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

高速鋼（HighSpeedSteel）（1）化學(xué)成分特點(diǎn)高碳：0.70～1.6%；合金元素：W、Mo、Cr、V、Co等。高的含碳量保證形成足夠的碳化物，提高熱硬性。（2）典型鋼號(hào)W18Cr4V（3）熱處理特點(diǎn)鍛造→等溫退火→淬火（1280C）

→回火（560C，3次）

（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：＞HRC62。（5）應(yīng)用高速車刀、拉刀、鉆頭等。等同于球化退火使大塊的碳化物破碎消除A'，產(chǎn)生二次硬化第54頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織（組織中含有大量“魚骨”狀碳化物）W18Cr4V鋼的退火組織（碳化物基本上呈顆粒狀）第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼第55頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月W18Cr4V鋼的淬火組織M＋k＋AW18Cr4V鋼的回火組織M回＋k＋A（少量）第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼第56頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼拉刀鉆頭車刀銑刀第57頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼二、模具鋼（DieSteel）模具鋼是制造各種沖模、擠壓模、錘鍛模等模具的金屬材料。根據(jù)模具的工作條件，模具鋼分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩類。模具鋼的性能要求：

冷作模具鋼①高的硬度和耐磨性。HRC58～60。②高的強(qiáng)度和足夠的韌性。③良好的工藝性能。熱處理變形小、淬透性高。

熱作模具鋼①良好的綜合力學(xué)性能。高的高溫強(qiáng)度、良好的韌性。②良好的抗熱疲勞性能和熱磨損性能。③良好的抗氧化和耐腐蝕性能。第58頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼模具鋼的成分特點(diǎn)：冷作模具鋼①高碳：保證高的硬度，并形成足夠多的碳化物，提高耐磨性。②合金元素：Cr、Mo、V、W等，提高淬透性、細(xì)化晶粒。熱作模具鋼①中碳：保證良好的綜合力學(xué)性能。②合金元素：Cr、Ni、Mn、W、Mo、V等。Cr、Ni、Mn、Mo提高淬透性；Cr、Mo提高回火抗力；Cr、W、Mo縮小區(qū)，提高A1溫度，提高抗冷熱疲勞性能。第59頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

冷作模具鋼（ColdDieSteel）（1）化學(xué)成分特點(diǎn)

高碳：1.4～2.3%；合金元素：Cr、Mo、V、W等。高的含碳量保證形成足夠的碳化物，提高硬度及耐磨性。（2）典型鋼號(hào)碳素工具鋼、低合金工具鋼。高碳高鉻的Cr12型模具鋼：Cr12和Cr12MoV。（3）熱處理特點(diǎn)預(yù)備熱處理：球化退火（850～870C）

最終熱處理：淬火（980～1030C）→

低溫回火（160～180C）

（4）組織和性能組織：M回＋k＋A，硬度：HRC61～63。（5）應(yīng)用冷沖模、冷擠壓模、拉絲模等。第60頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼拉絲模汽車外板冷沖模汽車沖壓模具第61頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

熱作模具鋼（HotDieSteel）（1）化學(xué)成分特點(diǎn)

中碳：0.5～0.6%；合金元素：Cr、Ni、Mn、W、Mo、V等。（2）典型鋼號(hào)及熱處理熱鍛模：5CrMnMo熱處理：完全退火

→

淬火（820～850C）

→

中溫回火或高溫回火組織：T回或S回。熱擠壓模或壓鑄模：3Cr2W8V熱處理：球化退火

→

淬火（1050～1150C）→

回火（550C,2～3次）組織：M回＋k＋A，硬度：HRC49～55。（3）應(yīng)用熱鍛模、熱擠壓模、壓鑄模等。第62頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月汽車四缸壓鑄模普通熱鍛模型板壓鑄模第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼第63頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼三、量具鋼（GaugeSteel）量具鋼是制造計(jì)量工件尺寸的工具的金屬材料。量具鋼的性能要求：保持尺寸精度（或尺寸穩(wěn)定性）是量具最基本的性能要求。①高的硬度和耐磨性。HRC58～64。②高的組織穩(wěn)定性。盡量減少殘余奧氏體量。③良好的耐腐蝕性。量具鋼的成分特點(diǎn)：①高碳：保證高的硬度，并形成足夠多的碳化物以提高耐磨性。②合金元素：Cr、Mn、W等，提高淬透性、耐磨性。第64頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼

量具鋼（1）化學(xué)成分特點(diǎn)高碳：0.9～1.5%；合金元素：

Cr、Mn、W等。高的含碳量保證形成足夠的合金碳化物提高硬度及耐磨性。（2）典型鋼號(hào)低合金工具鋼：CrWMn、GCr15碳素工具鋼：T10、T12（3）熱處理特點(diǎn)

球化退火→淬火→冷處理→長(zhǎng)時(shí)間低溫回火→人工時(shí)效（4）組織和性能組織：M回＋k＋A(少量)，硬度：HRC58～64。（5）應(yīng)用游標(biāo)卡尺、千分尺、直尺、塞尺、塊規(guī)等。淬火后繼續(xù)冷至－70～－80C，減少A'提高鋼的組織穩(wěn)定性低溫回火后在120～130C長(zhǎng)時(shí)間保溫，進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸第65頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月千分尺第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼千分尺卡尺卡尺第66頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼塞尺量規(guī)量規(guī)第67頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.4工具鋼塊規(guī)第68頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼第五節(jié)特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊的物理、化學(xué)性能的鋼。特殊性能鋼主要有不銹鋼和耐熱鋼。不銹鋼棒鍋爐管不銹鋼刀第69頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼一、不銹鋼（StainlessSteel）

不銹鋼是能抵抗大氣或酸等化學(xué)介質(zhì)腐蝕的鋼種。不銹鋼又稱不銹耐酸鋼。金屬腐蝕的形式：①化學(xué)腐蝕金屬與介質(zhì)（干燥氣體和非電解質(zhì)溶液）直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕，稱為化學(xué)腐蝕。例如氧化。②電化學(xué)腐蝕金屬與介質(zhì)（電解質(zhì)溶液，即酸、堿、鹽溶液）由于形成原電池而發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的腐蝕，稱為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕是金屬腐蝕的主要形式。第70頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月電化學(xué)腐蝕的過程：兩種金屬放入電解液，由于電極電位不同而形成原電池。電極電位高的金屬（Cu）為陰極，電極電位低的金屬（Fe）為陽極。陽極不斷被溶解，轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子態(tài)而進(jìn)入電解液中，同時(shí)有電子從陽極流向陰極而形成電流。而陰極不會(huì)被腐蝕，當(dāng)?shù)玫诫娮雍蟊惴懦鰵錃?。第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼Fe-Cu原電池原理圖H2SO4水溶液FeCu－＋H2eFe2+陰極陽極第71頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月合金中的原電池：在合金中，由于組成合金的相不同，而不同相的電極電位有高有低，因此就會(huì)形成無數(shù)個(gè)原電池。第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼舉例：鋼中的珠光體，由F和Fe3C組成，F(xiàn)的電極電位低，為陽極，F(xiàn)e3C的電極電位高，為陰極，如果鋼的表面覆蓋了酸性介質(zhì)（如酸雨）,則作為陽極的F（鋼的基體）就會(huì)被腐蝕掉，從而造成鋼的腐蝕。珠光體腐蝕示意圖第72頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼防止金屬電化學(xué)腐蝕的措施：

室溫下獲得單相組織例如：加入＞24%Ni，室溫下可獲得單相奧氏體組織。加入＞13%Cr，室溫下可獲得單相鐵素體組織。

提高金屬基體的電極電位例如：加入＞13%Cr，F(xiàn)e的電極電位從－0.56V躍增至0.2V。

金屬表面形成鈍化膜例如：加入Cr、Al、Si可在金屬的表面形成致密的氧化膜，將金屬與介質(zhì)分隔開。第73頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

馬氏體不銹鋼（MartensiticStainlessSteel）（1）化學(xué)成分特點(diǎn)

碳含量：0.1～0.45%；鉻含量：12～14%（2）典型鋼號(hào)Cr13型：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13（3）熱處理特點(diǎn)及組織預(yù)備熱處理：完全退火或高溫回火。

最終熱處理：淬火（1000～1100C）→回火。

1Cr13、2Cr13的回火：高溫回火（600～700C），組織：S回。

3Cr13、4Cr13的回火：低溫回火（200～300C），組織：M回。（4）應(yīng)用1Cr13、2Cr13：汽輪機(jī)葉片、水壓機(jī)閥等。3Cr13、4Cr13：醫(yī)用手術(shù)刀、耐蝕彈簧等。第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼重要結(jié)論：不銹鋼的強(qiáng)度和硬度隨wC%增加而增大；不銹鋼的耐腐蝕性隨wC%增加而降低。第74頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼醫(yī)用鑷子汽輪機(jī)葉片透平轉(zhuǎn)輪醫(yī)用手術(shù)刀第75頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月

鐵素體不銹鋼（FerriticStainlessSteel）（1）化學(xué)成分特點(diǎn)高鉻低碳：wC%

＜0.15，wCr%＝12～30%。（2）典型鋼號(hào)Cr17型：1Cr17（3）熱處理特點(diǎn)及組織鐵素體不銹鋼在加熱、冷卻時(shí)不發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，組織始終為F，因此不能通過熱處理進(jìn)行強(qiáng)化。鐵素體不銹鋼可采用冷塑性變形，通過加工硬化提高強(qiáng)度。（4）應(yīng)用硝酸、氮肥、磷酸工業(yè)中的耐蝕零件。第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼耐蝕性的獲得：高含鉻量，提高了基體的電極電位，并獲得室溫單相F組織。第76頁，課件共84頁，創(chuàng)作于2023年2月第七章工業(yè)用鋼－§7.5特殊性能鋼1Cr17削片刀