第七章合金钢课件.ppt

1、分类及编号分类及编号合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用合金结构钢合金结构钢合金工具钢合金工具钢特殊钢特殊钢一、合金钢介绍一、合金钢介绍1、什么叫合金钢、什么叫合金钢 为了提高钢的力学性能，在冶炼时特意加入一些合金元素为了提高钢的力学性能，在冶炼时特意加入一些合金元素（主要是过渡族元素主要是过渡族元素）所得到的钢称为）所得到的钢称为合金钢合金钢。 合金元素的作用：合金元素的作用：提高强度，塑韧性；提高强度，塑韧性；提高淬透性提高淬透性提高高温强度、热硬性提高高温强度、热硬性提高抗氧化、耐腐蚀、提高抗氧化、耐腐蚀、耐热、耐热、耐磨、电磁等特殊性能耐磨、电磁等特殊性能碳钢的缺点碳钢的缺点：1.

2、 基本相基本相 ( F、 Fe3C ) 性能不够好性能不够好；2. 淬透性低；淬透性低；3. 使用温度不能超过使用温度不能超过200；4. 没有特殊性能，如耐腐蚀、抗氧没有特殊性能，如耐腐蚀、抗氧 化、化、 高耐磨高耐磨。2、为什么添加合金元素？、为什么添加合金元素？3、钢中常用合金元素、钢中常用合金元素合金钢中除合金钢中除FeFe、C C 外，一般还包括：外，一般还包括： 常存合金元素常存合金元素 SiSi、MnMn （冶炼时带入冶炼时带入）未清除净的杂质未清除净的杂质 S S、P P、H H、O O 主要合金元素主要合金元素( (含量较高含量较高) ) CrCr、NiNi、W W、Mo M

3、o 强碳化物元素（少量）强碳化物元素（少量） V V、NbNb、TaTa、ZrZr、B B 其他元素（少量）其他元素（少量）Re(Re(稀土稀土) )1 1按用途分类按用途分类 2 2按成分分类按成分分类 为达到某种性能要求，人为加入了必要的合金元素。为达到某种性能要求，人为加入了必要的合金元素。 按合金总量分为按合金总量分为低、中、高合金钢低、中、高合金钢。 10%合金结构钢合金结构钢合金钢合金钢合金工具钢合金工具钢特殊性能钢特殊性能钢机械零件机械零件工程构件工程构件刀刀 具具量量 具具模模 具具耐蚀钢耐蚀钢耐热钢耐热钢不锈钢不锈钢低温钢低温钢合金结构钢合金结构钢 例：例： 18Cr2Ni4

4、WA18Cr2Ni4WA 1818Cr2Cr2Ni4Ni4W WA A 牌号的组成为：牌号的组成为：两位两位数字数字元素符号和数字元素符号和数字字母字母。如：如：18Cr2Ni4WA 18Cr2Ni4WA 其中第一部分两位数字其中第一部分两位数字：碳含量的万分之几；碳含量的万分之几； C C0.18 wt0.18 wt 第二部分第二部分的的元素符号表示主要或关键合金元素，元素含量超过元素符号表示主要或关键合金元素，元素含量超过1.51.5， 则则标注在元素符号的后面标注在元素符号的后面。 如：如：CrCr2 2，NiNi4 4，W1.5W1.5 第三部分的字母第三部分的字母表示表示级别级别，

5、如：如：A A优质钢优质钢合金工具钢合金工具钢 例：例：9SiCr 9SiCr 9 9 SiSiCrCr 牌号的组成和牌号的组成和合金结构合金结构钢基本相同，仅第一部分用钢基本相同，仅第一部分用一位数字表示一位数字表示含碳含碳量的千分之几，量的千分之几，若若含碳量含碳量大于大于1.01.0的将这部分数字略去的将这部分数字略去。 如如：9SiCr 9SiCr 表示表示C C0.90.9，Si1.5Si1.5，Cr1.5Cr11，CrCr、W W、MnMn 1.5 1%, GC1%, G：滚动滚动） 一、对钢中基本相的影响一、对钢中基本相的影响 1 1、弱（非）碳化物形成元素、弱（非）碳化物形成元

6、素： MnMn， CoCo ，NiNi， AlAl， SiSi等，基本上能溶入等，基本上能溶入铁素体铁素体使钢的强度和硬度提高（使钢的强度和硬度提高（固溶强化固溶强化），）， 但韧性降低但韧性降低。 作用作用：1 1）固溶强化固溶强化 2 2）提高）提高淬透性淬透性 2 2、强、强碳化物碳化物形成元素：形成元素：Cr，Mo，W，V，Nb，Ti （前过渡族）等元素与（前过渡族）等元素与碳的碳的亲合力比铁强亲合力比铁强，一部分能溶入，一部分能溶入Fe3C形形成成合金渗碳体合金渗碳体(Fe,M)(Fe,M)3 3C C ，另一部分则，另一部分则形成特殊碳化物，如：形成特殊碳化物，如：Cr23C6，W

7、C，NbC，TiC等，这些碳化物等，这些碳化物比渗碳体比渗碳体更高的熔点和更高的硬度更高的熔点和更高的硬度 （弥散强（弥散强化化），并阻碍），并阻碍A体晶粒长大体晶粒长大（细化晶（细化晶粒）粒） 作用：作用： （1）细化晶粒）细化晶粒 （2）弥散强化）弥散强化 1.1. 扩大扩大相区相区：元素元素 NiNi，MnMn，W W等促进等促进奥氏体化，扩大奥氏体化，扩大区。区。 原因是这些合原因是这些合金元素使金元素使 A3 A3 线降低。线降低。这类元素也称这类元素也称为为相稳定化元素相稳定化元素。如。如1Cr181Cr18Ni9Ni9TiTi不不锈钢就是锈钢就是奥氏体类型钢奥氏体类型钢。2.扩大

8、扩大区：区：元素元素SiSi，Cr Cr 等使等使A3A3线升高，线升高，扩大扩大区。如：加入一定量的区。如：加入一定量的CrCr，SiSi可可使使区消失，得到全部铁素体组织，如区消失，得到全部铁素体组织，如Cr17Cr17，Cr25Cr25，属于铁素体不锈钢。属于铁素体不锈钢。3.3. 对对S S点（共析点）和点（共析点）和E E点（点（A A最大最大C C浓度）浓度）影响影响： 一些添加元素（如：一些添加元素（如： CrCr、MnMn）使使S S、E E点左移，使共析钢中的碳含量点左移，使共析钢中的碳含量减少。如：减少。如：4Cr134Cr13不锈钢，其不锈钢，其C C0.40.4， 但为

9、过共析钢。但为过共析钢。 LFe3C Mn Mn, Cr, Cr使使S S点左移点左移, , Mn Mn使使A3A3线降低，线降低， CrCr使使A3A3线升高线升高1 1对对奥氏体奥氏体化及晶粒度的影响（化及晶粒度的影响（升温升温过程）过程） （1 1）奥氏体化：）奥氏体化： Co Co 可加速奥氏体化，大部分强碳化物合金元素（如可加速奥氏体化，大部分强碳化物合金元素（如CrCr，MoMo，W W，V V，TiTi）都延缓奥氏体化过程。）都延缓奥氏体化过程。 原因原因：这些强碳化物形成元素阻止：这些强碳化物形成元素阻止Fe, C Fe, C 的迁移，减缓奥氏体的形成。的迁移，减缓奥氏体的形成

10、。（2 2）奥氏体的晶粒度奥氏体的晶粒度： 强碳化物形成元素，如强碳化物形成元素，如V V、TiTi、NbNb、ZrZr可以强烈阻止奥氏体晶粒生长；可以强烈阻止奥氏体晶粒生长； 原因：原因：合金碳化物弥散分布在合金碳化物弥散分布在 A A 上，阻碍晶界迁移。上，阻碍晶界迁移。2 2对对过冷奥氏体过冷奥氏体转变的影响（降温过程）转变的影响（降温过程） 合金元素对过冷奥氏体分解的影响主要反映在对合金元素对过冷奥氏体分解的影响主要反映在对TTTTTT曲线（曲线（C C 曲线）的影响。曲线）的影响。1.1. C C曲线移动：曲线移动：lCoCo使使C C曲线左移，曲线左移，即：即：降低降低淬透性淬透性

11、；lNiNi，SiSi，MnMn，Al CuAl Cu等（等（均均为弱或非碳化物形成元为弱或非碳化物形成元素素）, , 使使C C曲线右移，即：曲线右移，即：提高淬透性提高淬透性。原因：原因：稳定奥氏体稳定奥氏体 所以，大多数合金钢均使用所以，大多数合金钢均使用油淬油淬，降低工件热应力，降低工件热应力2 2、C C曲线的曲线的形状：形状： C C曲线分解为两个曲线分解为两个C C曲曲线，一个对应线，一个对应珠光体珠光体转变转变曲线，另一个对曲线，另一个对应应贝氏体转变贝氏体转变曲线。曲线。严重的造成这两个转严重的造成这两个转变曲线分离，中间出变曲线分离，中间出现一亚稳区现一亚稳区 。 一些合金

12、钢在连续冷一些合金钢在连续冷却过程中也能获得却过程中也能获得贝贝氏体。氏体。P P转转变变B B转转变变1 1提高钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性 所谓回火稳定性是指钢在回火时发生所谓回火稳定性是指钢在回火时发生软化的软化的抵抗能力抵抗能力。几乎。几乎所有的合金元素都能提高回所有的合金元素都能提高回火稳定性。火稳定性。 原因原因：合金元素能阻止：合金元素能阻止C C的扩散（的扩散（特别是强特别是强碳化物形成元素碳化物形成元素），从而推迟或减缓），从而推迟或减缓马氏体马氏体的分解，提高耐回火性。如的分解，提高耐回火性。如: :W18Cr4V钢的钢的红硬性红硬性好好 2 2产生二次硬化产生二次硬化

13、 一些含一些含W W、MoMo、V V较高的钢中，回火温度升高到一定程度后，出现硬度上升较高的钢中，回火温度升高到一定程度后，出现硬度上升（如右上图所示）（如右上图所示），这种现象称为，这种现象称为“二次硬化二次硬化”。原因原因： （1 1）残余奥氏体残余奥氏体马氏体：马氏体： 在添加了合金元素后，在添加了合金元素后，残余奥氏体很稳残余奥氏体很稳 定，在回火时并未发生转变，而在冷却时定，在回火时并未发生转变，而在冷却时发生马氏体转变发生马氏体转变，使材，使材 料的硬度得到提高料的硬度得到提高 （相变强化相变强化）；）； （2 2）析出碳化物：析出碳化物：在在500500600600下，马氏体才

14、出现分解，析出的高硬下，马氏体才出现分解，析出的高硬 度的度的碳化物碳化物弥散细小，自身硬度高，同时强化了铁素体的基体。弥散细小，自身硬度高，同时强化了铁素体的基体。 （弥散强化）（弥散强化）碳钢力学性能随退火温度上午变化碳钢力学性能随退火温度上午变化一、低合金高强度钢一、低合金高强度钢 结构钢主要用来制造结构钢主要用来制造工程构件工程构件，是机械、交通、石化、建筑用金属，是机械、交通、石化、建筑用金属材料的主体，在构件中主要是材料的主体，在构件中主要是承受力的作用。承受力的作用。 用途：用途：制造制造桥梁、船舶桥梁、船舶、大型钢架、农业机械等等、大型钢架、农业机械等等。性能：性能：强度高，塑

15、、韧性好。强度高，塑、韧性好。成分：成分：C C0.250.25 主要合金元素：主要合金元素： MnMn： W合金元素合金元素 3%, 固溶于铁素体（固溶于铁素体（固溶强化固溶强化） 辅助合金元素：辅助合金元素： V V，TiTi，NbNb， 作用：形成作用：形成VCVC，TiCTiC，NbCNbC等（等（弥散强化，细化晶粒弥散强化，细化晶粒） 热处理：热处理：热轧热轧+ +空冷空冷 ( (相当于正火相当于正火) )组织：组织： 鉄素体珠光体（或索氏体鉄素体珠光体（或索氏体），（），（F+PF+P）或（）或（F+S)F+S) 牌号：牌号： 16Mn16Mn（旧），（旧）， 两位数字：两位数字：

16、C C含量的万分之几；合金元素含量表示同前。含量的万分之几；合金元素含量表示同前。 Q345C Q345C （新）（新） Q: Q: 屈服，屈服，345345：屈服强度，：屈服强度， C C：等级：等级 武汉长江大桥武汉长江大桥 19551955年年9 9月月- 1957- 1957年年1010月月16Mn16Mn用途：用途：适用于适用于表硬内韧表硬内韧的的工件。工件。 如：如：齿轮齿轮、活塞、活塞等等。 热处理及组织热处理及组织： 热处理热处理表面渗碳直接淬火低温回火表面渗碳直接淬火低温回火（P.171)。 组组 织织 表面为过共析钢：表面为过共析钢： M 回回+ 碳化物碳化物+A ，约，约

17、HRC60； 心部为亚共析钢：心部为亚共析钢： M M 回回+ A + A ，HRC3050。 成分：成分：低碳合金钢低碳合金钢 C C： 0.10-0.250.10-0.25：保证淬火后，心部保证淬火后，心部形成形成板条马氏体板条马氏体，心部有好的韧性心部有好的韧性 主要合金元素主要合金元素： MnMn，NiNi，CrCr，B B等，等，保证好的淬透性保证好的淬透性 辅助合金元素辅助合金元素： TiTi，V V，W W 等，用于形成稳定化合物，细化晶粒，提等，用于形成稳定化合物，细化晶粒，提 高回火稳定性。高回火稳定性。性能：性能： 心部韧性好心部韧性好 表面硬度高表面硬度高 常用的牌号：常

18、用的牌号：低淬透性渗碳钢低淬透性渗碳钢 15Cr15Cr、20Cr20Cr、16Mn216Mn2、20Mn220Mn2等，淬透性不高，用等，淬透性不高，用于受力不大的耐磨零件，如滑块、活塞销等。于受力不大的耐磨零件，如滑块、活塞销等。中淬透性渗碳钢中淬透性渗碳钢 20CrMnTi20CrMnTi、12CrNi3A12CrNi3A、20CrMnMo20CrMnMo、20MnVB20MnVB，这类，这类钢中合金元素总量较高钢中合金元素总量较高( (但，但，44) )，淬透性和韧性均较高，用于，淬透性和韧性均较高，用于变速变速箱齿轮箱齿轮、十字轴等零件。、十字轴等零件。高淬透性渗碳钢高淬透性渗碳钢

19、12Cr2Ni4A12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4W18Cr2Ni4W等，这类钢中含有的合金等，这类钢中含有的合金元素总量更高元素总量更高( (但但7.57.5) )，淬透性很大，强韧性配合好，可承受重载，淬透性很大，强韧性配合好，可承受重载，用于用于尺寸大尺寸大的重要零件，如大马力内燃机的主动牵引齿轮。的重要零件，如大马力内燃机的主动牵引齿轮。 淬透性高低取决于合金元素的多少淬透性高低取决于合金元素的多少第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：20CrMnTi20CrMnTi用途：用途：轴、连杆轴、连杆、低速齿轮低速齿轮， 高强度螺栓。高强度螺栓。 性能：性能：高强度和

20、高韧性高强度和高韧性的配合。的配合。 成分：成分： C C：0.35-0.500.35-0.50 属于属于中碳钢中碳钢，主要合金元素：主要合金元素： CrCr，MnMn，NiNi，SiSi，B B（弱碳化物元素），（弱碳化物元素），提高淬透性，提高淬透性，固溶强化固溶强化，辅助合金元素：辅助合金元素： MoMo，W W，V V（强碳化物元素），提高回火稳定性、细（强碳化物元素），提高回火稳定性、细化晶粒化晶粒。 热处理：热处理：调质调质处理处理，即，即: : 淬火高温回火淬火高温回火。 组织：组织： 回火回火索氏体索氏体；牌号牌号 低淬透性低淬透性 40Cr40Cr， 中淬透性中淬透性 40C

21、rMn40CrMn、40CrNi40CrNi， 高淬透性高淬透性 40CrMnSi40CrMnSi、40CrNiMo40CrNiMo、40CrMnMo40CrMnMo等等 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：轴、轴、连杆连杆40Cr 40Cr 40CrMn40CrMn性能性能：高弹性极限，高屈强（高弹性极限，高屈强（S S/b b）比；）比； 硬度适中，硬度适中，404050 HRC50 HRC。 热处理及组织：热处理及组织： 热成形弹簧热成形弹簧，材料加热到奥氏体进行成型，再进行材料加热到奥氏体进行成型，再进行 淬火淬火 +中温回火中温回火 回火回火温度：温度：450-

22、550450-550。 组织：组织：回火屈氏体回火屈氏体 （T回回），）， HRC4050 冷成形弹簧冷成形弹簧，材料加热到奥氏体化，然后在，材料加热到奥氏体化，然后在500-550500-550等温，形成索氏体，等温，形成索氏体， 冷加工产生加工硬化后冷成形，再在冷加工产生加工硬化后冷成形，再在200-300200-300去应力退火。去应力退火。 组织：组织：索氏体索氏体牌号：牌号： 6565、7070、65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn、50CrMo50CrMo、55SiMnMoV55SiMnMoV等等成分成分：W WC C0.5-0.90.5-0.9 高高C C以保证高的以保

23、证高的弹性极限弹性极限。 主要合金元素主要合金元素 MnMn，Si Si 提高淬透性，提高提高淬透性，提高S S/ /b b比，固溶比，固溶强化。强化。 辅助元素辅助元素 CrCr，MoMo，W W，V V 形成碳化物，提高回火稳定性，细化晶形成碳化物，提高回火稳定性，细化晶粒。粒。用途：用途：用来制造用来制造各种弹簧和弹性元件各种弹簧和弹性元件。 第三节第三节 合金结构钢合金结构钢 常用的钢号常用的钢号：汽车板簧汽车板簧60Si2Mn60Si2Mn用途：用途：用来制造滚动轴承，简称轴承钢用来制造滚动轴承，简称轴承钢。 性能要求：性能要求：高强度高强度，高，高硬度硬度（HRC60HRC60）；

24、 高的接触疲劳抗力；高的接触疲劳抗力； 高的耐磨损能力。高的耐磨损能力。 成分特点：成分特点： 高碳高碳：C C0.950.951.15%C1.15%C，确保淬火后的硬度；，确保淬火后的硬度； 主合金元素主合金元素：CrCr，提高淬透性提高淬透性，形成细小的合金渗碳体形成细小的合金渗碳体（Fe,CrFe,Cr）3 3C C，提，提高耐磨性和接触疲劳性能高耐磨性和接触疲劳性能（弥散强化）（弥散强化）； 辅助元素：辅助元素：MnMn、MoMo、V V，形成碳化物，形成碳化物，细化晶粒，弥散强化细化晶粒，弥散强化，以进一步提以进一步提高耐磨性；高耐磨性；钢号：钢号：GCr6GCr6、GCr9GCr9

25、、GCr9SiMnGCr9SiMn、GCr15GCr15、GCr15SiMnGCr15SiMn等。等。 第一个字母第一个字母G G表示滚动轴承，碳含量通常在表示滚动轴承，碳含量通常在1.01.0左右左右，不用标注，不用标注， 元素符号元素符号CrCr后的数字为其含量的后的数字为其含量的千分数千分数（针对常用滚动轴承钢（针对常用滚动轴承钢）。 热处理：热处理：球化退火球化退火机械加工机械加工淬火、淬火、低温回火低温回火磨削精加工产磨削精加工产品。品。 淬火淬火：一般在一般在840840860860加热，用加热，用油淬火油淬火， 回火回火：低温回火，低温回火，180 x 2 h180 x 2 h。

26、 对于精密轴承，为保证尺寸和形状稳定性，需进行对于精密轴承，为保证尺寸和形状稳定性，需进行冷处理冷处理。 冷处理冷处理：淬火时在淬火时在130130180180进行等温分级进行等温分级回火回火，在冷却到室温后继，在冷却到室温后继续冷冻到续冷冻到-60 -60 -80-80以下以下( (用干冰或工业冷冻机用干冰或工业冷冻机) )，取出后回升到，取出后回升到室温再低温回火室温再低温回火。热处理举例：热处理举例：组织：组织：回火回火 M M 细小碳化物细小碳化物AA（少）（少）常用的钢号常用的钢号：微合金非调质钢：微合金非调质钢：在碳素结构钢或低合金钢中加入微量合金元素在碳素结构钢或低合金钢中加入微

27、量合金元素（MnMn， V V）使之无须经调质处理便可达到性能要求的专用结使之无须经调质处理便可达到性能要求的专用结构钢，称为非调质机械结构钢构钢，称为非调质机械结构钢（组织可为（组织可为B B下下），简称，简称非调质非调质钢钢。易切削钢：易切削钢：在钢中加入某些合金元素，使其切削加工性能得到明在钢中加入某些合金元素，使其切削加工性能得到明显改善的结构钢，可简称微显改善的结构钢，可简称微易切削钢易切削钢。常用的合金元素有。常用的合金元素有S S、CaCa等，切削摩擦力小，易断屑，但力学性能并不高，用于用等，切削摩擦力小，易断屑，但力学性能并不高，用于用于受力不大、批量生产、精密构件。于受力不大

28、、批量生产、精密构件。低淬透性钢：低淬透性钢：含含TiTi优质碳素结构钢，碳量中偏高，如优质碳素结构钢，碳量中偏高，如55Ti55Ti、60Ti60Ti、70Ti70Ti等。用于感应加热达到表面高硬度，心部因不能淬透而等。用于感应加热达到表面高硬度，心部因不能淬透而保持强韧状态。部分保持强韧状态。部分代替渗碳钢代替渗碳钢。一、刃具钢一、刃具钢 工具：工具：刃刃具、模具、量具具、模具、量具，用于制备这些用于制备这些工具的工具的合金合金钢钢统统称为称为合金合金工具钢。工具钢。 1 1、用途、用途 车刀、铣刀、钻头等。车刀、铣刀、钻头等。2 2、性能要求：、性能要求： 高硬度、高耐磨性高硬度、高耐磨

29、性一般都在一般都在HRC60HRC60以上；以上； 高的红硬性，高的红硬性，指刃部受热升温后，刃具钢仍能维持高硬度；指刃部受热升温后，刃具钢仍能维持高硬度； 一定的韧性和塑性，一定的韧性和塑性，防止崩刃。防止崩刃。 3 3、成分：成分：（1）（高碳）低合金钢）（高碳）低合金钢 C0.9-1.100.9-1.10， 高高C量，保证硬度量，保证硬度 主要合金元素主要合金元素 Cr，MnMn，Si Si 提高淬透性提高淬透性（2 2）高速钢高速钢 特殊钢（高合金：特殊钢（高合金： 20 wt% 20 wt%） C C0.7-1.30.7-1.3，高，高C量，保证硬度量，保证硬度 主要合金元素：主要合

30、金元素： Cr Cr 提高淬透性；提高淬透性； 辅助合金元素：辅助合金元素：W W，MoMo，V V（强碳化物形成元素强碳化物形成元素） 提高红硬性提高红硬性 4 4、牌号、牌号：（1）低合金钢：）低合金钢：9SiCr，CrWMn （一位数字或一位数字或无数字，无数字，C1%)） 9SiCr 热硬性好，热硬性好， 适合用于适合用于薄刃刀具薄刃刀具和和冷冲模具冷冲模具。 CrWMn，工件变形小，适合用于大截面工件，如长，工件变形小，适合用于大截面工件，如长丝锥丝锥，拉刀。，拉刀。（2 2）高速钢：高速钢：W18Cr4V，W6Mo5Cr4V2 （特殊钢）（特殊钢） W18Cr4V (C:0.7-0

31、.8) 的热硬性高，过热倾向小，的热硬性高，过热倾向小，适合于制作车刀；适合于制作车刀； W6Mo5Cr4V2 (C:0.95-1.95) 的热塑性和韧性较好，适合于的热塑性和韧性较好，适合于 制作麻花钻头制作麻花钻头。丝锥丝锥丝锥丝锥拉刀拉刀麻花钻麻花钻5 5、热处理、热处理：（1）低合金钢：）低合金钢： 以以9CrSi9CrSi为例，为例，600600650650预热、预热、850850870870加热加热奥氏体化奥氏体化、油淬、油淬(200(200硝盐浴分级硝盐浴分级) )、190190低温回火。该低温回火。该钢钢的的回火脆性回火脆性温度区在温度区在250250左右，回火温度不许超过左右

32、，回火温度不许超过200200，硬度可以达到，硬度可以达到HRC60HRC606363。（2 2）高速钢：高速钢： 典型工艺过程为：典型工艺过程为：锻造锻造球化退火球化退火机械加工机械加工 淬火、多次高温回火淬火、多次高温回火喷砂喷砂磨刃磨刃成品。成品。预先热处理（预先热处理（锻造锻造球化退火球化退火）：）： 高速钢属于高速钢属于莱氏体莱氏体钢钢，的铸锭中碳化的铸锭中碳化物粗大，不均匀，必需经过良好的锻物粗大，不均匀，必需经过良好的锻造。锻造后进行造。锻造后进行球化退火球化退火，工艺如，工艺如右右图。达到改善组织，消除应力，为最图。达到改善组织，消除应力，为最终热处理作好组织准备。终热处理作好

33、组织准备。 最终热处理最终热处理( (高温高温淬火多次高温回火淬火多次高温回火) )：淬火淬火 （1 1）850850预热，发生奥氏体转变预热，发生奥氏体转变；（2 2）1200120012801280高温加热，高温加热，合金碳化合金碳化物充分溶解物充分溶解，保证奥氏体的含碳量在，保证奥氏体的含碳量在0.7%0.7%以上。以上。（3 3） 600600分级分级淬火淬火，再，再空冷空冷。W18Cr4VW18Cr4V，W6Mo5Cr4V2W6Mo5Cr4V2 回火回火： 在在540540560560多次高温回火（至少多次高温回火（至少3 3次）；次）； 目的：获得二次硬化，提高硬度和耐磨性。目的：

34、获得二次硬化，提高硬度和耐磨性。 原因：原因： （1 1） 回火过程中回火过程中析出细小的碳化物析出细小的碳化物， 组织依然为组织依然为回火马氏体，回火马氏体，弥散强化弥散强化。 （2 2）在回火后的冷却中，）在回火后的冷却中，残余奥氏体转变残余奥氏体转变 马氏体马氏体，使硬度进一步提高，使硬度进一步提高，相变强化相变强化。回火后的组织：回火后的组织：回火马氏体回火马氏体( (黑色基体黑色基体) ) 碳化物碳化物( (白色白色) ) 少量残余奥氏体。少量残余奥氏体。一般硬度可以保证在一般硬度可以保证在 HRC62HRC626464。第四节第四节 合金结构钢合金结构钢 3 3高速钢高速钢 专门用

35、来制造各种模具的钢材称为模具钢，分为专门用来制造各种模具的钢材称为模具钢，分为冷作模具钢冷作模具钢和和热作模热作模具钢具钢两大类。两大类。1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢用途：用途：在接近室温状态对金属进行加工的模具，如冷冲模、冷镦、冷挤压、在接近室温状态对金属进行加工的模具，如冷冲模、冷镦、冷挤压、拉丝等。拉丝等。 性能要求：性能要求：高硬度高硬度；高的耐磨性高的耐磨性；足够的韧性和足够的韧性和耐疲劳抗力耐疲劳抗力。 1 1、冷作、冷作常用的钢号常用的钢号： T10AT10A，T12AT12A，9SiCr9SiCr（适用于尺寸较小、轻载的模具）。（适用于尺寸较小、轻载的模具）。 Cr12Cr

36、12、Cr12MoVCr12MoV 适用于尺寸较大、重载的和要求较精密的模具。适用于尺寸较大、重载的和要求较精密的模具。成分：成分： 高高 C C，C C1.0-2.01.0-2.0，保证热处理后的硬度在保证热处理后的硬度在 HRC60 HRC60 以上以上； 主要合金元素：主要合金元素： CrCr，MoMo，W W，V V提高淬透性；形成难溶提高淬透性；形成难溶C C化物化物， 提高耐磨性。提高耐磨性。热处理：热处理： 加工工序：锻造加工工序：锻造球化退火球化退火加工加工淬火淬火回火回火粗磨粗磨成品成品 热处理工艺热处理工艺：以：以Cr12MoVCr12MoV钢为例，热处理工艺有两种：钢为例

37、，热处理工艺有两种： 其一：其一：低淬低回低淬低回（一次硬化法一次硬化法），），1000100010501050加热，油淬，加热，油淬，180180240240回火，硬度回火，硬度585860HRC60HRC； 其二：其二：高淬高回高淬高回（二次硬化法二次硬化法），），1100110011201120加热加热, ,油淬，油淬，510510回火三回火三次，硬度次，硬度585860HRC60HRC。后者为了提高使用温度。后者为了提高使用温度。组织组织：回火马氏体颗粒状碳化物残余奥氏体回火马氏体颗粒状碳化物残余奥氏体 1 1、冷作、冷作1. 1. 冷作模具钢冷作模具钢2. 2. 热作模具钢热作模具钢

38、用途用途：热锻模，热挤压模等，工作温度为：热锻模，热挤压模等，工作温度为600600左右左右。 性能要求性能要求： 高的高的热硬度热硬度和和高温耐磨性高温耐磨性（硬度硬度40-50HRC40-50HRC）； 高的高的热稳定性热稳定性； 高高应力应力疲劳抗力疲劳抗力和和热疲劳抗力热疲劳抗力。 成分特点：成分特点：C C0.4-0.60.4-0.6（中中C C） ，保证强韧性最佳配合保证强韧性最佳配合，HRC35HRC355252之间之间； 主合金元素：主合金元素：CrCr，MnMn，NiNi提高淬透性；提高淬透性； 辅合金元素：辅合金元素：MoMo，W W，V V产生二次硬化产生二次硬化 。 常

39、用的钢号：常用的钢号：5CrMnMo5CrMnMo、5CrNiMo5CrNiMo、5Cr2NiMoVSi5Cr2NiMoVSi等。第等。第1 1、2 2种种用于普通模具，用于普通模具，第第3 3种用于要求较高的模具，后者性能更优。种用于要求较高的模具，后者性能更优。 热处理：热处理：锻造锻造粗加工成形粗加工成形淬火淬火高温回火高温回火精加工精加工 。 工艺：工艺：以以5CrMnMo5CrMnMo为例，为例，加热到加热到820820850850奥氏体化，出炉预冷至奥氏体化，出炉预冷至750750780780（防止开裂防止开裂），油冷到，油冷到210(210(马氏体点附近马氏体点附近）取出，立即进

40、行回火取出，立即进行回火（以防开裂以防开裂），回火温度为，回火温度为500500540540。组织组织： 回火屈氏体或回火索氏体回火屈氏体或回火索氏体，硬度为，硬度为HRC41HRC414444。 汽车曲轴汽车曲轴第四节第四节 合金结构钢合金结构钢 华中科技大学材料系开发研制的部分模具钢华中科技大学材料系开发研制的部分模具钢用途：用途： 制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、塞规、螺旋测微仪等等。制造各种测量工具，如卡尺、千分尺、塞规、螺旋测微仪等等。 性能要求：性能要求： 必须保证尺寸的稳定性必须保证尺寸的稳定性（组织需稳定）（组织需稳定） 高硬度高硬度（62HRC62HRC）；高耐磨性；耐腐蚀

41、）；高耐磨性；耐腐蚀常用的钢号：常用的钢号：简单量具可用简单量具可用T10AT10A、T12AT12A等。等。 复杂、高精度量具采用低合金刃具钢复杂、高精度量具采用低合金刃具钢 CrWMnCrWMn。 热处理：热处理： 锻造锻造球化退火球化退火机械加工机械加工淬火淬火冷处理冷处理低温回火低温回火粗磨粗磨低温人工时效低温人工时效精磨精磨去应力回火去应力回火研磨。研磨。 冷处理冷处理：降温至降温至-70-70 -80-80消除残余奥氏体的影响，硬度可达消除残余奥氏体的影响，硬度可达HRC66HRC66。 回火回火：140140160 x 3hr160 x 3hr，减小淬火的应力，回火后硬度在，减小

42、淬火的应力，回火后硬度在HRC62HRC626565。 人工时效人工时效：120 X 36hr120 X 36hr，用来消除粗磨产生的应力。，用来消除粗磨产生的应力。 去应力回火去应力回火 120 X 3hr120 X 3hr。 成分特点成分特点：高：高C C，C0.9-1.50.9-1.5（与高（与高C C低合金刃具钢类似），保证淬火硬度。低合金刃具钢类似），保证淬火硬度。主要合金元素主要合金元素 CrCr，W W，MnMn提高淬透性提高淬透性 （不希望残余奥氏体）（不希望残余奥氏体） 工艺举例：工艺举例： 一、不锈钢一、不锈钢什么是特殊性能钢？什么是特殊性能钢？具有特殊具有特殊物理物理、化

43、学化学性能的专用钢。如不性能的专用钢。如不锈钢、耐热钢、低温用钢、电工钢等。这些钢往往用在特殊工锈钢、耐热钢、低温用钢、电工钢等。这些钢往往用在特殊工况条件下，故应具有某些特殊的性能。况条件下，故应具有某些特殊的性能。1 1金属的腐蚀金属的腐蚀 腐蚀介质：腐蚀介质： 大气大气 化学介质化学介质腐蚀：腐蚀：金属表面和金属表面和周围介质周围介质发生发生化学或电化学反应化学或电化学反应引起的损坏现象叫做腐引起的损坏现象叫做腐 蚀。腐蚀时有化学反应的叫做蚀。腐蚀时有化学反应的叫做化学腐蚀化学腐蚀. . 如如: :氧化氧化。 腐蚀时有电流产生的叫做腐蚀时有电流产生的叫做电化学腐蚀电化学腐蚀。 1 1金属

44、的腐蚀金属的腐蚀化学腐蚀：化学腐蚀：化学腐蚀主要是化学腐蚀主要是氧化氧化。电化学腐蚀电化学腐蚀：是由于金属在电解质是由于金属在电解质溶液中形成溶液中形成原电池原电池或或微电池微电池。当不同的材料当不同的材料，或同一材料不，或同一材料不同同相相处于同一电解质中时，它处于同一电解质中时，它们之间存在们之间存在电势差电势差。在电解质。在电解质中两电极之间可以形成通路，中两电极之间可以形成通路，有电流通过，电极有电流通过，电极电位较低的电位较低的阳极阳极上金属原子失去电子，变上金属原子失去电子，变成离子溶入电解质中，即造成成离子溶入电解质中，即造成腐蚀。腐蚀。右图为珠光体在电解质右图为珠光体在电解质中

45、的电化学腐蚀过程。中的电化学腐蚀过程。阳阳极极阳阳极极阳阳极极 产生电化学腐蚀必须具备三个条件：产生电化学腐蚀必须具备三个条件： （1 1）要构成阳极和阴极（存在具有不同电势的两个相）要构成阳极和阴极（存在具有不同电势的两个相）； （2 2）有电解质存在有电解质存在； （3 3）阳极和阴极形成通路阳极和阴极形成通路。 防腐就是阻止其中的某一个环节。防腐就是阻止其中的某一个环节。防防电化学电化学腐蚀措施：腐蚀措施： 尽量为单相组织，减少自己内部构成原电池的可能性；尽量为单相组织，减少自己内部构成原电池的可能性； 加入合金元素，使两相的电极电位相近，减少电势差；加入合金元素，使两相的电极电位相近，

46、减少电势差； 添加元素在表面形成致密的钝化膜；添加元素在表面形成致密的钝化膜； 牺牲阳极。在钢的表面镀上一层比钢的电极电位更低的金属层，牺牲阳极。在钢的表面镀上一层比钢的电极电位更低的金属层， 使金属镀层成为阳极被腐蚀，而钢得到保护。如：钢表面镀锌。使金属镀层成为阳极被腐蚀，而钢得到保护。如：钢表面镀锌。 按成分分为按成分分为：CrCr不锈钢和不锈钢和 Ni-CrNi-Cr不锈钢不锈钢。 按组织分为：按组织分为： 马氏体马氏体不锈钢不锈钢 鉄素体鉄素体不锈钢不锈钢 奥氏体奥氏体不锈钢不锈钢低碳含量低碳含量，减少珠光体数量。，减少珠光体数量。高高Cr含量含量，元素，元素Cr主要作用是主要作用是提

47、高阳极的电极电位提高阳极的电极电位及及钝化能力钝化能力，特别是，特别是含量达到含量达到12处，阳极电位突然增加，所以一般不锈钢中的处，阳极电位突然增加，所以一般不锈钢中的Cr含量都大于含量都大于12含有足够含有足够Cr或或Ni，扩大奥氏体区使钢成为，扩大奥氏体区使钢成为单相组织单相组织，避免形成双相组织。，避免形成双相组织。 加入加入Ti、V，与碳优先形成化合物，避免在晶界上生成，与碳优先形成化合物，避免在晶界上生成Cr的碳化物而出现的碳化物而出现贫铬，减轻了材料晶间腐蚀倾向。贫铬，减轻了材料晶间腐蚀倾向。 Cr13Cr13系列，包括系列，包括1Cr131Cr13、2Cr132Cr13、3Cr

48、133Cr13、4Cr134Cr13，其中，其中CrCr的含量一般在的含量一般在1313左右，充分利用左右，充分利用CrCr对电极电位提高的作用。第一位数字表示钢的含碳量对电极电位提高的作用。第一位数字表示钢的含碳量从从0.1%0.1%0.4%0.4%。 1Cr131Cr13、2Cr132Cr13不锈钢主要用来制造耐腐蚀构件，如汽轮机叶片、水压不锈钢主要用来制造耐腐蚀构件，如汽轮机叶片、水压机的阀、结构架等。机的阀、结构架等。 3Cr133Cr13、4Cr134Cr13淬火后能保证一定的硬度，广泛用在医疗器械上。淬火后能保证一定的硬度，广泛用在医疗器械上。3Cr133Cr13的弹性好的弹性好，

49、可以旨在，可以旨在医疗用钳子、镊子医疗用钳子、镊子等。等。4Cr134Cr13的回火马氏体有相当的硬的回火马氏体有相当的硬度，常用来制造手术剪子、手术刀等。度，常用来制造手术剪子、手术刀等。 （1 1）马氏体型）马氏体型（2 2）铁素体型不锈钢：）铁素体型不锈钢： 主要有主要有Cr17Cr17系列，常用牌号是系列，常用牌号是1Cr17Mo1Cr17Mo。当。当CrCr的含量大于的含量大于1717后，在加后，在加热过程中热过程中没有奥氏体化转变没有奥氏体化转变，始终保持单相的铁素体，故成为铁素体不锈，始终保持单相的铁素体，故成为铁素体不锈钢。铁素体型可以用来制造化工设备中的容器、管道等。钢。铁素

50、体型可以用来制造化工设备中的容器、管道等。 奥氏体型不锈钢：奥氏体型不锈钢： 常称为常称为18188 8型，常用牌号型，常用牌号0Cr18Ni90Cr18Ni9、1Cr18Ni91Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti。这类钢为单相奥氏体组织，故称。这类钢为单相奥氏体组织，故称为奥氏体不锈钢。为奥氏体不锈钢。 当当CrCr的含量大于的含量大于18.5%18.5%后能产生自钝化，阻碍阳极反应；含后能产生自钝化，阻碍阳极反应；含NiNi达到达到9 9主要是扩大主要是扩大相区，相区，FeFeC C相图中的相图中的 S S 点降低到室温点降低