6成分工艺组织课件2.ppt

1、材料改性实验材料改性实验4.1 钢的基本知识一、钢的合金化 碳钢碳钢铁碳合金铁碳合金 合金钢合金钢含有合金元素的钢含有合金元素的钢 第四章第四章 材料成分、工艺、组织与性能材料成分、工艺、组织与性能 硅硅(Si)、锰、锰(Mn)、铬、铬(Cr)、镍、镍(Ni)、钼、钼(Mo)、钨、钨(W)钒钒(V)、钛、钛(Ti)、铌、铌(Nb)、锆、锆(Zr)、铝、铝(Al)、铜、铜(Cu)、钴钴(Co)、氮、氮(N)、硼、硼(B)、稀土等、稀土等合金相合金相碳钢的五大元素碳钢的五大元素：C S P Mn Si固溶体固溶体金属化合物金属化合物 (中间相中间相)间隙固溶体间隙固溶体置换固溶体置换固溶体间隙化合

2、物间隙化合物电子化合物电子化合物正常化合物正常化合物v金属化合物金属化合物(中间相中间相)v金属化合物的组成一般可用化学式表示v金属化合物的晶格类型不同于任一组元v具有复杂的晶格结构v熔点高、硬度高、脆性大。v能提高合金的硬度和耐磨性，v塑性和韧性降低。过渡族金属元素间隙化合物碳、氮、氢、硼等非金属元素原子半径较小间隙化合物r非金属非金属/r金属金属0.59 单晶格间隙相单晶格间隙相 复杂间隙化合物复杂间隙化合物 r非金属非金属/r金属金属0.59极高的熔点、硬、脆，极高的熔点、硬、脆，如如Fe3C 非常高的熔点、硬度和脆性，非常高的熔点、硬度和脆性，如如TiN 电子化合物电子化合物第二至第四

3、元素第二至第四元素第一族或过渡族金属元素第一族或过渡族金属元素n不遵守化合价规律，不遵守化合价规律，n但满足一定的电子浓度，但满足一定的电子浓度，n虽然电子化合物可用虽然电子化合物可用化学式化学式表示，表示，n但实际成分可在一定的范围变动，但实际成分可在一定的范围变动，n可溶解一定量的可溶解一定量的固溶体固溶体 n如如Cu5Zn8(-黄铜）黄铜）二、钢的分类v1 按成分分 碳钢：碳钢：低、中低、中（0.30.6%）、高、高 合金钢：合金钢：结构钢、工具钢、特殊性能钢结构钢、工具钢、特殊性能钢v2 按用途分 （1）结构钢）结构钢(建筑工程构件用钢，多为型钢；机器零件用钢建筑工程构件用钢，多为型钢

4、；机器零件用钢)（2）工具钢）工具钢(刃具、量具、冷热模具、耐冲击工具等刃具、量具、冷热模具、耐冲击工具等)（3）特殊性能钢）特殊性能钢(不锈耐酸、耐磨、耐热等不锈耐酸、耐磨、耐热等)性能要求性能要求高硬度高硬度 机加工刀具机加工刀具HRC60 高耐磨性高耐磨性 刀具寿命和生产率刀具寿命和生产率组织要求：组织要求：硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中硬而细小的碳化物，均匀分布在强而韧的钢基体中高的热硬性（红硬性）高的热硬性（红硬性）高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关高温下保持高硬度的能力，与回火稳定性有关足够的韧性足够的韧性 以承受冲击载荷以承受冲击载荷合金工具钢（合金刃具钢、合

5、金模具钢、合金量具钢）合金工具钢（合金刃具钢、合金模具钢、合金量具钢）1、合金刃具钢、合金刃具钢1）低合金刃具钢）低合金刃具钢成分成分 w(C)=0.9 1.5%，合金元素合金元素5%。性能性能 HRC60，使用温度使用温度200 300 。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w/%热处理及性能热处理及性能CMnSiCr淬火淬火回火回火回火后回火后HRCHRC9SiCr0.850.950.300.601.201.600.951.25860880油油1802006062CrWMn0.901.050.801.10W1.21.600.901.20820840油油1401606265（摘自（摘自GB/

6、T12992000）2）高速钢）高速钢 成分成分 w(C)=0.7 1.2%，合金元素合金元素10%。性能性能高硬度、耐磨性高硬度、耐磨性 VC等弥散硬化等弥散硬化高热硬性高热硬性 600 时时HRC62，W2C等提高热硬性。等提高热硬性。高淬透性高淬透性 尺寸不大时可空冷淬火，尺寸不大时可空冷淬火，Cr 等元素提高淬透性。等元素提高淬透性。钢号钢号主要化学成分，主要化学成分，w，%热处理及性能热处理及性能CWVCrMo淬火淬火回火回火回火后回火后HRCW18Cr4V0.700.8017.519.01.001.403.804.4012701285 油油550570三次三次63W6Mo5Cr4V

7、20.800.905.506.751.752.203.804.404.755.5012101230 油油540560三次三次632、合金模具钢、合金模具钢）冷模具钢）冷模具钢 冷冲、冷镦、冷挤压模等。冷冲、冷镦、冷挤压模等。性能性能 高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力。高硬度、耐磨性，足够的韧性和疲劳抗力。应用应用小型模具小型模具 9Mn2V、9SiCr、CrWMn 等。等。大型模具大型模具 Cr12、Cr12MoV 等，热处理变形小。等，热处理变形小。最终热处理最终热处理 淬火淬火+低温回火低温回火最终组织最终组织 回火回火M+碳化物碳化物 +少量少量 A）热模具钢）热模具钢 热锻、热挤压

8、、压铸模等。热锻、热挤压、压铸模等。性能性能 耐热性、热疲劳抗力高。耐热性、热疲劳抗力高。应用应用 中小型模具中小型模具 5CrMnMo 等。等。大型模具大型模具 3Cr2W8V等，淬透性好。等，淬透性好。最终热处理最终热处理 淬火淬火 +高温回火高温回火最终组织最终组织 回火回火T 或或 回火回火S3、量具用钢、量具用钢 卡尺、千分尺、塞规等卡尺、千分尺、塞规等性能性能 高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。应用应用 简单量具简单量具 T10A、T12A 等。等。高精度量具高精度量具 GCr15、CrWMn 等。等。最终热处理最终热处理 淬火淬火 +（-70

9、-80）冷处理）冷处理+低温回火低温回火+时效处理时效处理时效处理：时效处理：120130，保温几几十小时，使，保温几几十小时，使M、A 稳定，消除内应力。稳定，消除内应力。最终组织最终组织 回火回火M+碳化物碳化物 +少量少量A 4.1.不锈钢不锈钢1）钢的抗腐蚀措施）钢的抗腐蚀措施油漆与电镀，以隔离保护；油漆与电镀，以隔离保护；加入加入Ni，形成单相奥氏体组织；，形成单相奥氏体组织；加入加入Cr，提高电极电位，降低两相的电极电位差；，提高电极电位，降低两相的电极电位差；加入加入Cr、Al等，生成致密的表面氧化膜等，生成致密的表面氧化膜。4、特殊性能钢、特殊性能钢2）不锈钢的成分特点）不锈钢

10、的成分特点 含碳量：含碳量：0.031.0 含合金总量：含合金总量：10 （主加元素：（主加元素：Cr、Ni、Mo、Cu、Mn、Ti、Nb等）等）Cr提高电极电位（提高电极电位（12.5，Fe电极电位突然升高）；电极电位突然升高）；形成钝化膜。形成钝化膜。Ni稳定奥氏体。稳定奥氏体。Mo提高耐蚀性和抗晶间腐蚀的能力。提高耐蚀性和抗晶间腐蚀的能力。Cu提高耐酸腐蚀的能力。提高耐酸腐蚀的能力。3）常用不锈钢）常用不锈钢（1）M型不锈钢（热处理后获得型不锈钢（热处理后获得M）成分：成分：C%:0.11.0、Cr 12.5 性能性能:高强度、硬度、耐磨性。高强度、硬度、耐磨性。应用：汽轮机叶片、手术器

11、械、量具等。应用：汽轮机叶片、手术器械、量具等。如如 1Cr13，2 Cr13 性能类似于调质钢，用于汽轮机叶片；性能类似于调质钢，用于汽轮机叶片；3Cr13，4 Cr13性能类似于工具钢，做手术器具及刀具性能类似于工具钢，做手术器具及刀具（2）A不锈钢不锈钢 (室温下呈单相奥氏体组织室温下呈单相奥氏体组织)成分成分:低碳（低碳（0.1 左右左右)、高铬镍。、高铬镍。性能：高耐蚀性，良好的塑性、韧性、耐热性和焊接性，无磁性。性能：高耐蚀性，良好的塑性、韧性、耐热性和焊接性，无磁性。应用：抗磁仪表、耐热零件和管道等。应用：抗磁仪表、耐热零件和管道等。0Cr18Ni9,1Cr18Ni9（3）F F

12、型不锈钢（高温和低温均保持单相铁素体组织）型不锈钢（高温和低温均保持单相铁素体组织）成分：低碳（成分：低碳（0.15）、高铬。）、高铬。性能：塑性较好，耐酸、抗氧化，抗应力腐蚀性能好，机械性性能：塑性较好，耐酸、抗氧化，抗应力腐蚀性能好，机械性 能和工艺性能较差。能和工艺性能较差。应用：受力不大的耐酸结构和抗氧化零件。应用：受力不大的耐酸结构和抗氧化零件。如如 0Cr13用作耐热钢，用作耐热钢，1Cr28耐强腐蚀介质耐强腐蚀介质不锈钢的成分、热处理、性能不锈钢的成分、热处理、性能钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分,%淬火淬火回火回火CCrNiTi类类别别机械性能机械性能 bMPasMP

13、a5%HRCHB1Cr13 0.1512149501000水水,油油7007504Cr130.360.45121410501100 油油200300M型型540345680400254159501Cr170.121618780850 正火正火0Cr18Ni90.07171981210101150 水水F型型A型型A-F型型45020552020522401831871Cr18Ni9Ti0.1217199120.50.89201150 水水520205401871Cr21Ni5Ti0.090.1420224.85.80.350.89501100水水,空空600350204.2.耐热钢耐热钢抗氧化

14、性：抗氧化性：金属在高温下的抗氧化能力金属在高温下的抗氧化能力热强性：热强性：热强性是指钢在高温下的强度热强性是指钢在高温下的强度用途：锅炉、燃气轮机，排气阀等用途：锅炉、燃气轮机，排气阀等珠光体耐热钢：珠光体耐热钢：15CrMo，用于锅炉构件，用于锅炉构件马氏体耐热钢：马氏体耐热钢：1Cr13、2Cr13，用于涡轮叶片，用于涡轮叶片 4Cr9Si2气阀钢气阀钢奥氏体耐热钢：奥氏体耐热钢：1Cr18Ni9Ti类类别别钢号钢号主主 要要 化化 学学 成成 分分,%淬火淬火回回火火CCrNiTiM型型1Cr130.1512149501000油油7007501Cr11MoV0.110.181011.

15、5Mo 0.50.710501100空空720740A型型1Cr18Ni9Ti0.1217198110.50.89201150 水水机械性能机械性能 bMPasMPa5403454906855202055%2040HB 1591591874.3.耐磨钢耐磨钢ZGMn13热处理：热处理：10001100，保温，水冷，保温，水冷A，硬度低硬度低，韧性高。韧性高。性能：工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及性能：工件在工作中受到冲击变形时，表层产生加工硬化，及M转变，硬度显著转变，硬度显著提高，心部保持高韧性。提高，心部保持高韧性。用途：履带、铁道岔道用途：履带、铁道岔道 1优质碳素结构钢

16、优质碳素结构钢（万分之一）（万分之一）20钢钢 0.2%C 45钢钢0.45%C “20锅锅”或或“20g”2碳素工具钢碳素工具钢(千分之一千分之一)以以“碳碳”字或字母字或字母“T”代表后为含碳量代表后为含碳量 如如T80.8%C,T121.2%C 3合金钢合金钢 （1）含碳量含碳量 （2）合金元素含量合金元素含量 20CrMnTi 9SiCr GCr15 W18Cr4V牌号牌号 如如 45 钢，含钢，含C量为量为 45/10000=0.45%。优质碳素钢的化学成分和性能优质碳素钢的化学成分和性能钢号钢号化学成分，化学成分，%s ，MPaCMnSiSP08F10203540455060650

17、.05-0.110.07-0.130.17-0.230.32-0.390.37-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.35-0.650.35-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.030.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.17-0.370.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0

18、350.0350.0350.0350.03562GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GSiMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062 1 对铁碳状态图的影响对铁碳状态图的影响 2 合金元素对合金元素对C曲线的影响曲线的影响 3 合金元素与钢的特性合金元素与钢的特性 （1）钢的淬透性钢的淬透性 （2）淬透性与淬硬性淬透性与淬硬性 （3）钢的回火稳定性钢的回火稳定性 一、合金结构钢 1合金渗碳钢合金渗碳钢 20CrMnTi 20Cr 18Cr2Ni4W 2合金调质钢合金调质钢 40Cr 40CrMn 3

19、合金弹簧钢合金弹簧钢 65Mn 60Si2Mn 二、合金工具钢 1合金刃具钢合金刃具钢 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 2冷作模具钢冷作模具钢 Cr12 9SiCr 3热作模具钢热作模具钢 3Cr2W8V 5CrMnMo1 1、了解常用钢材的性能特点及影响因素。、了解常用钢材的性能特点及影响因素。2 2、了解常用代表性钢材的热处理工艺、组织、了解常用代表性钢材的热处理工艺、组织及性能特点。及性能特点。3 3、加深理解钢材成分、工艺、组织与性能之、加深理解钢材成分、工艺、组织与性能之间的关系间的关系 实验原理 钢的共性：淬透性、淬硬性、回火稳定性淬透性、淬硬性、回火稳定性 钢的个性：某种成

20、分的钢所具有的特性某种成分的钢所具有的特性 1、用热处理方法区分不同材料，用虚拟用热处理方法区分不同材料，用虚拟 实验软件进行实验。实验软件进行实验。（个人设计一份实验方案）（个人设计一份实验方案）2、用显微分析法区分不同材料：根据工、用显微分析法区分不同材料：根据工 艺、成分及组织形态。艺、成分及组织形态。实验报告 选择一种区分方法，将实验过程及原理阐述清楚。选择一种区分方法，将实验过程及原理阐述清楚。实验时交设计方案实验时交设计方案，实验报告交实验记录实验报告交实验记录。实验名称：实验名称：设计实验方案设计实验方案题目：每人一题，写全名，不要省略。（封皮不要写内容）题目：每人一题，写全名，

21、不要省略。（封皮不要写内容）1.引言（前言）引言（前言）2.实验材料、实验设备等实验材料、实验设备等3.实验方法实验方法4.实验原理及分析实验原理及分析5.结论结论6.参考文献：作者参考文献：作者 书名书名 出版社出版社 日期日期淬透性淬透性是钢在淬火时得到马氏体的能力。是钢在淬火时得到马氏体的能力。(以在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材以在规定条件下钢试样淬硬深度和硬度分布表征的材料特性料特性)淬透性与何有关？淬透性与何有关？淬透性的测定方法。淬透性的测定方法。淬硬性淬硬性是钢在淬火后能够获得的最高硬度。是钢在淬火后能够获得的最高硬度。淬硬性淬硬性与何有关？与何有关？淬透性与淬硬性

22、的关系。淬透性与淬硬性的关系。淬透性与淬透层深度的关系。淬透性与淬透层深度的关系。碳钢回火的三个阶段：碳钢回火的三个阶段：200 低温回火低温回火 回火马氏体回火马氏体400 中温回火中温回火 回火屈氏体回火屈氏体600 高温回火高温回火 回火索氏体回火索氏体1.合金元素的加入，强烈阻碍碳的扩散，从而使马氏合金元素的加入，强烈阻碍碳的扩散，从而使马氏体的分解迟缓，碳化物的析出温度提高。体的分解迟缓，碳化物的析出温度提高。2.合金元素合金元素w、v等，在高温回火时还会形成特殊碳等，在高温回火时还会形成特殊碳化物，硬度反而还会升高，即二次硬化现象。如高化物，硬度反而还会升高，即二次硬化现象。如高速钢（速钢（W18Cr4V）。）。实验报告要求：1、记录实验原理、过程 2、分析鉴别依据