成分工藝組織課件

材料改性實(shí)驗(yàn)4.1鋼的基本知識(shí)一、鋼的合金化

碳鋼→鐵碳合金

合金鋼→含有合金元素的鋼

第四章材料成分、工藝、組織與性能材料改性實(shí)驗(yàn)4.1鋼的基本知識(shí)第四章材料成分、常用的合金元素有：

硅(Si)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鉬(Mo)、鎢(W)釩(V)、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鋯(Zr)、鋁(Al)、銅(Cu)、鈷(Co)、氮(N)、硼(B)、稀土等合金相碳鋼的五大元素：C

S

P

Mn

Si固溶體金屬化合物

(中間相)間隙固溶體置換固溶體間隙化合物電子化合物正?；衔锍Ｓ玫暮辖鹪赜校汗?Si)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鎳2金屬化合物(中間相)金屬化合物的組成一般可用化學(xué)式表示金屬化合物的晶格類型不同于任一組元具有復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)熔點(diǎn)高、硬度高、脆性大。能提高合金的硬度和耐磨性，塑性和韌性降低。金屬化合物(中間相)3過渡族金屬元素間隙化合物碳、氮、氫、硼等非金屬元素原子半徑較小過渡族金屬元素間隙化合物碳、氮、氫、硼等非金屬元素原子半徑較4間隙化合物r非金屬/r金屬＜0.59

單晶格間隙相

復(fù)雜間隙化合物

r非金屬/r金屬＞0.59極高的熔點(diǎn)、硬、脆，如Fe3C

非常高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，如TiN

間r非金屬/r金屬＜0.59單晶格間隙相復(fù)雜間隙化合物5電子化合物第二至第四元素第一族或過渡族金屬元素不遵守化合價(jià)規(guī)律，但滿足一定的電子濃度，雖然電子化合物可用化學(xué)式表示，但實(shí)際成分可在一定的范圍變動(dòng)，可溶解一定量的固溶體

如Cu5Zn8(γ-黃銅）電子化合物第二至第四元素第一族或過渡族金屬元素不遵守化合價(jià)規(guī)6二、鋼的分類1．

按成分分

碳鋼：低、中（0.3~0.6%）、高合金鋼：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊性能鋼2．

按用途分

（1）結(jié)構(gòu)鋼(建筑工程構(gòu)件用鋼，多為型鋼；機(jī)器零件用鋼)

（2）工具鋼(刃具、量具、冷熱模具、耐沖擊工具等)

（3）特殊性能鋼(不銹耐酸、耐磨、耐熱等)二、鋼的分類1．

按成分分7性能要求高硬度——機(jī)加工刀具HRC＞60高耐磨性——刀具壽命和生產(chǎn)率↑組織要求：硬而細(xì)小的碳化物，均勻分布在強(qiáng)而韌的鋼基體中高的熱硬性（紅硬性）——高溫下保持高硬度的能力，與回火穩(wěn)定性有關(guān)足夠的韌性——以承受沖擊載荷合金工具鋼（合金刃具鋼、合金模具鋼、合金量具鋼）1、合金刃具鋼性能要求合金工具鋼（合金刃具鋼、合金模具鋼、合金量具鋼）1、81）低合金刃具鋼成分——w(C)=0.9~1.5%，合金元素＜5%。性能——HRC＞60，使用溫度200~300℃。鋼號(hào)主要化學(xué)成分，w/%熱處理及性能CMnSiCr淬火℃回火℃回火后HRC9SiCr0.85~0.950.30~0.601.20~1.600.95~1.25860~880油180~20060~62CrWMn0.90~1.050.80~1.10W1.2~1.600.90~1.20820~840油140~16062~65（摘自GB/T1299－2000）1）低合金刃具鋼成分——w(C)=0.9~1.592）高速鋼成分——w(C)=0.7~1.2%，合金元素＞10%。性能

高硬度、耐磨性——VC等彌散硬化

高熱硬性——600℃時(shí)HRC≈62，W2C等提高熱硬性。

高淬透性——尺寸不大時(shí)可空冷淬火，Cr等元素提高淬透性。

鋼號(hào)主要化學(xué)成分，w，%熱處理及性能CWVCrMo淬火℃回火℃回火后HRCW18Cr4V0.70~0.8017.5~19.01.00~1.403.80~4.401270~1285油550~570

三次≥63W6Mo5Cr4V20.80~0.905.50~6.751.75~2.203.80~4.404.75~5.501210~1230油540~560

三次≥632）高速鋼成分——w(C)=0.7~1.2%102、合金模具鋼１）冷模具鋼——冷沖、冷鐓、冷擠壓模等。性能——高硬度、耐磨性，足夠的韌性和疲勞抗力。應(yīng)用小型模具——9Mn2V、9SiCr、CrWMn等。

大型模具——Cr12、Cr12MoV等，熱處理變形小。最終熱處理——淬火+低溫回火最終組織——回火M+碳化物+少量A'2、合金模具鋼１）冷模具鋼——冷沖、冷鐓、冷擠壓模等。性11２）熱模具鋼——熱鍛、熱擠壓、壓鑄模等。性能——耐熱性、熱疲勞抗力高。應(yīng)用

中小型模具——5CrMnMo等。

大型模具——3Cr2W8V等，淬透性好。最終熱處理——淬火+高溫回火最終組織——回火T

或回火S２）熱模具鋼——熱鍛、熱擠壓、壓鑄模等。性能——耐熱123、量具用鋼——卡尺、千分尺、塞規(guī)等性能——高的硬度和耐磨性、良好的尺寸穩(wěn)定性。應(yīng)用

簡(jiǎn)單量具——T10A、T12A等。

高精度量具——GCr15、CrWMn等。最終熱處理——淬火+（-70～-80℃）冷處理+低溫回火+時(shí)效處理

時(shí)效處理：120～130℃，保溫幾～幾十小時(shí)，使M、A'穩(wěn)定，消除內(nèi)應(yīng)力。最終組織——回火M+碳化物+少量A'3、量具用鋼——卡尺、千分尺、塞規(guī)等性能——高的硬度和耐134.1.不銹鋼1）鋼的抗腐蝕措施油漆與電鍍，以隔離保護(hù)；加入Ni，形成單相奧氏體組織；加入Cr，提高電極電位，降低兩相的電極電位差；加入Cr、Al等，生成致密的表面氧化膜。4、特殊性能鋼2）不銹鋼的成分特點(diǎn)含碳量：0.03～1.0％含合金總量：＞10％（主加元素：Cr、Ni、Mo、Cu、Mn、Ti、Nb等）

Cr—提高電極電位（＞12.5％，F(xiàn)e電極電位突然升高）；形成鈍化膜。

Ni—穩(wěn)定奧氏體。

Mo—提高耐蝕性和抗晶間腐蝕的能力。

Cu—提高耐酸腐蝕的能力。

4.1.不銹鋼1）鋼的抗腐蝕措施4、特殊性能鋼2）不銹鋼143）常用不銹鋼（1）

M型不銹鋼（熱處理后獲得M）成分：C%:0.1~1.0％、Cr＞12.5％性能:高強(qiáng)度、硬度、耐磨性。應(yīng)用：汽輪機(jī)葉片、手術(shù)器械、量具等。如1Cr13，2Cr13性能類似于調(diào)質(zhì)鋼，用于汽輪機(jī)葉片；3Cr13，4Cr13性能類似于工具鋼，做手術(shù)器具及刀具（2）

A不銹鋼(室溫下呈單相奧氏體組織)

成分:低碳（0.1％左右)、高鉻鎳。性能：高耐蝕性，良好的塑性、韌性、耐熱性和焊接性，無磁性。應(yīng)用：抗磁儀表、耐熱零件和管道等。0Cr18Ni9,1Cr18Ni9（3）

F型不銹鋼（高溫和低溫均保持單相鐵素體組織）成分：低碳（＜0.15％）、高鉻。性能：塑性較好，耐酸、抗氧化，抗應(yīng)力腐蝕性能好，機(jī)械性能和工藝性能較差。應(yīng)用：受力不大的耐酸結(jié)構(gòu)和抗氧化零件。如0Cr13用作耐熱鋼，1Cr28耐強(qiáng)腐蝕介質(zhì)3）常用不銹鋼（1）M型不銹鋼（熱處理后獲得M）如1Cr15不銹鋼的成分、熱處理、性能鋼號(hào)主

要

化

學(xué)

成

分,%淬火

℃回火

℃CCrNiTi類別機(jī)械性能

bMPa

sMPa

5

%HRC

HB1Cr13

0.1512~

14950~

1000水,油700~

7504Cr130.36~

0.4512~

141050~

1100油200~

300M型540345680400254159501Cr17

0.1216~

18780~

850正火0Cr18Ni9

0.0717~

198~

121010~

1150水F型A型A-F型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti

0.1217~

199~

12

0.5

~0.8920~

1150水520205401871Cr21Ni5Ti0.09~

0.1420~

224.8~

5.8

0.35

~0.8950~

1100水,空60035020不銹鋼的成分、熱處理、性能鋼號(hào)主要化學(xué)成分,%164.2.耐熱鋼抗氧化性：金屬在高溫下的抗氧化能力熱強(qiáng)性：熱強(qiáng)性是指鋼在高溫下的強(qiáng)度用途：鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)，排氣閥等珠光體耐熱鋼：15CrMo，用于鍋爐構(gòu)件馬氏體耐熱鋼：1Cr13、2Cr13，用于渦輪葉片

4Cr9Si2氣閥鋼奧氏體耐熱鋼：1Cr18Ni9Ti4.2.耐熱鋼抗氧化性：金屬在高溫下的抗氧化能力用途：鍋17類別鋼號(hào)主

要

化

學(xué)

成

分,%淬火

℃回火

℃CCrNiTiM型1Cr13

0.1512~

14950~

1000油700~

7501Cr11MoV0.11~

0.1810~

11.5Mo0.5

~0.71050~

1100空720~

740A型1Cr18Ni9Ti

0.1217~

198~

11

0.5

~0.8920~

1150水機(jī)械性能

bMPa

sMPa540345490685520205

5

%2040HB

159159187類鋼號(hào)主要化學(xué)成分,%淬火

℃回火

℃CC184.3.耐磨鋼ZGMn13熱處理：1000℃～1100℃，保溫，水冷→A，硬度低，韌性高。性能：工件在工作中受到?jīng)_擊變形時(shí)，表層產(chǎn)生加工硬化，及M轉(zhuǎn)變，硬度顯著提高，心部保持高韌性。用途：履帶、鐵道岔道4.3.耐磨鋼ZGMn13熱處理：1000℃～110019三、鋼的編號(hào)方法1．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（萬分之一）

20鋼—0.2%C

45鋼—0.45%C“20鍋”或“20g”

2．碳素工具鋼

(千分之一)

以“碳”字或字母“T”代表后為含碳量如T8—0.8%C,T12—1.2%C3．合金鋼

（1）含碳量

（2）合金元素含量

20CrMnTi

9SiCr

GCr15W18Cr4V三、鋼的編號(hào)方法1．優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（萬分之一）201、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)——如45鋼，含C量為45/10000=0.45%。優(yōu)質(zhì)碳素鋼的化學(xué)成分和性能鋼號(hào)化學(xué)成分，%

s

，MPa≥CMnSiSP08F10203540455060650.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.80

0.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.37<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035<0.035175205245315335355375400420(摘自GB/T699-1999)1、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)——如45鋼，含C量為45212．碳素工具鋼

牌號(hào)——如T12A鋼，含C量為12/1000=1.2%，

A表示高級(jí)優(yōu)質(zhì)，w(S)

0.020%，w(P)

0.030%。鋼號(hào)C,%Mn,%Si,%S,%

P,%

退火后HBS,

水冷淬火溫度，℃T7T8T8MnT9T10MnT10T12T130.65-0.740.75-0.840.80-0.900.85-0.940.95-1.040.95-1.041.15-1.241.25-1.35

0.40

0.400.40-0.60

0.400.40-0.60

0.40

0.40

0.40

0.35

0.35

0.35

0.35

0.35

0.35

0.35

0.350.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0300.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035187187187192192207207217800-820780-800780-800760-780760-780760-780760-780760-780碳素工具鋼的化學(xué)成分和性能（淬火后HRC≥62)(摘自GB/T1298-1986)2．碳素工具鋼牌號(hào)——如T12A鋼，含C量為12221）．低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)舊鋼號(hào)主要化學(xué)成分，%機(jī)械性能CMnSi，

s

，MPa

b

，MPa

5，%Q29509MnNb

12Mn

0.160.80

~1.500.5529557023Q34516Mn

16MnRe0.18

~0.201.00

~1.600.5534563021~22Q39016MnNb

15MnTi

0.201.00

~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe

15MnVN

0.201.00

~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV

18MnMoNb

0.201.00

~1.700.5546072017常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分、性能（厚度(直徑)16mm，AKV≥34J）成分——w(C)＜0.2%，主加元素Mn，附加V、Ti、Nb。性能——強(qiáng)度、韌性高，焊接、冷成形性能好。3、合金結(jié)構(gòu)鋼1）．低合金結(jié)構(gòu)鋼鋼號(hào)舊鋼號(hào)主要化學(xué)成分，%機(jī)械性232)．滲碳鋼成分

:w(C)=0.1～0.25%,韌性好。合金元素提高淬透性、耐磨性,細(xì)化晶粒。性能

:滲層硬度高，耐磨，抗接觸疲勞；心部韌性高、強(qiáng)度大。滲C鋼的牌號(hào)（摘自GB/T3077-1999）（滲C:930℃，回火：200℃）

主要化學(xué)成分,%預(yù)備處理／淬火,℃CMnCr，Ni0.17~0.24

0.17~0.240.50~0.80

1.30~1.600.70~1.00

880／800水,油880水,油0.17~0.230.17~0.23

0.90~1.200.80~1.10

0.90~1.201.00~1.30

850油880

／870油鋼號(hào)20Cr

20MnV20CrMn20CrMnTi

淬透性低中高18Cr2Ni4WA

20Cr2Ni4A0.13~0.19

0.17~0.23W0.8~1.2

0.30~0.601.35~1.65

4.0~4.51.25~1.65

3.25~3.75950

／850空

880／780

油機(jī)械性能

bMPa

sMPa835

785540

5909301080

735835

1180

1180835

1080aKU2J47

554755

78

632)．滲碳鋼成分:w(C)=0.1～0.25%,韌性好243)．調(diào)質(zhì)鋼成分——w(C)=0.25～0.50%，合金元素消除回火脆性,提高回火抗力,強(qiáng)化F。性能——綜合機(jī)械性能高調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)（摘自GB/T3077－1999）淬透性鋼號(hào)主

要

成

分,%淬火

℃回火

℃CMnSi

Cr低450.42~

0.500.50~

0.800.17~

0.37830~

840水580~

640空40Cr0.37~

0.450.50~

0.80Cr0.8

~1.10850油500

水，油中高35CrMo0.32~

0.400.40~

0.70Cr0.8

~1.10850油550

水，油38CrMoAlA0.35~

0.42Al0.7

~1.1Cr1.35

~1.65940

水，油640

水，油40CrMnMo0.37~

0.450.90~

1.20Cr0.9

~1.20850油600

水，油機(jī)械性能

bMPa

sMPaaKU2J

600

3553940MnB0.37~

0.441.10~

1.400.20~

0.40850油500

水，油98078547980785479808356398083571980785633)．調(diào)質(zhì)鋼成分——w(C)=0.25～0.50%，合金254)．彈簧鋼成分——w(C)=0.45～0.70%，Si,Mn為主要元素，提高屈強(qiáng)比。性能——σe

、σs、屈強(qiáng)比和疲勞抗力高，塑性大，耐震動(dòng)、沖擊。鋼號(hào)主

要

成

分,%淬火

油

℃回火

℃機(jī)械性能

CMnSi,Cr

bMPa

sMPa

10

%akkJ/m2650.62~

0.700.50~

0.800.17~

0.37840

油50010008009450850.82~

0.900.50~

0.800.17~

0.37820

油48011501000660065Mn0.62~

0.700.90~

1.200.17~

0.37830

油5401000800880060Si2Mn0.56~

0.640.60~

0.901.50~

2.00870

油48013001200580050CrVA0.46~

0.540.50~

0.80Cr0.8

~1.10850

油50013001150

59800（摘自GB/T1222－1985）4)．彈簧鋼成分——w(C)=0.45～0.70%，266)．滾動(dòng)軸承鋼成分——w(C)=0.95～1.10%，主加元素是Cr，形成細(xì)小的碳化物。性能——高接觸疲勞強(qiáng)度、高硬度和耐磨性，韌性、淬透性好。鋼號(hào)主要化學(xué)成分，w/%熱處理規(guī)范及性能CCrSiMn淬火℃回火℃回火后HRCGCr40.95~1.050.35~0.00.15~0.300.15~0.30800~820150~17062~66GCr150.95~1.051.40~1.650.15~0.350.25~0.45820~840150~16062~66GCr15SiMn0.95~1.051.40~1.650.45~0.750.95~1.25820~840170~200>62GMnMoVRE0.95~1.050.15~0.401.10~1.40770~810170

5

62GSiMoMnV0.95~1.100.45~0.650.75~1.05780~820175~200

626)．滾動(dòng)軸承鋼成分——w(C)=0.95～1.10%，27四、合金元素對(duì)鋼的影響1．

對(duì)鐵碳狀態(tài)圖的影響2．

合金元素對(duì)C曲線的影響3．

合金元素與鋼的特性（1）鋼的淬透性

（2）淬透性與淬硬性

（3）鋼的回火穩(wěn)定性四、合金元素對(duì)鋼的影響1．

對(duì)鐵碳狀態(tài)圖的影響284．2幾種常用合金鋼簡(jiǎn)介一、

合金結(jié)構(gòu)鋼1．合金滲碳鋼

20CrMnTi20Cr18Cr2Ni4W2．合金調(diào)質(zhì)鋼

40Cr40CrMn3．合金彈簧鋼

65Mn60Si2Mn二、

合金工具鋼1．合金刃具鋼

W18Cr4VW6