第5章碳素钢与合金钢课件.ppt

1、上海第二工业大学上海第二工业大学机电工程学院机电工程学院机械制造基础机械制造基础2022-12-281第第5 5章章 碳素钢与合金钢碳素钢与合金钢二二一五年四月一五年四月钢的分类与编号钢的分类与编号钢中常存杂质元素及影响钢中常存杂质元素及影响合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用结构钢结构钢工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢.2022-12-282022-12-282碳素钢（碳钢）：含碳量在碳素钢（碳钢）：含碳量在0.02180.02182.112.11的铁碳合金。的铁碳合金。合金钢：在碳钢基础上添加适量合金后形成。合金钢：在碳钢基础上添加适量合金后形成。1 1 钢的分类与编号钢的分类与编号1

2、.1 1.1 钢的分类钢的分类.2022-12-282022-12-283按化学成份分按化学成份分 低碳钢低碳钢 c c0.25%0.25%中碳钢中碳钢 0.250.25c c0.60%0.60%高碳钢高碳钢 c c0.60%0.60%按钢的质量分按钢的质量分 普通质量钢普通质量钢 (s s=0.035%-0.050=0.035%-0.050，p p=0.035=0.035-0.045-0.045)优质质量钢优质质量钢 (s s0.0350.035，p p0.0350.035)高级优质钢高级优质钢 (s s=0.020=0.020-0.030-0.030，p p0.0250.025-0.030

3、-0.030)特级优质钢特级优质钢 (s s0.0150.015，p p0.0250.025)碳素钢碳素钢合金钢合金钢低合金钢低合金钢 Me5 5中合金钢中合金钢 5 5Me1010高合金钢高合金钢 MeMe1010 按钢脱氧程度分按钢脱氧程度分沸腾钢（标沸腾钢（标F F）镇静钢（标镇静钢（标Z Z，可省略），可省略）半镇静钢（标半镇静钢（标b b）特殊镇静钢（标特殊镇静钢（标TZTZ）.2022-12-282022-12-284按用途分按用途分结构钢结构钢 工具钢工具钢特殊性能钢特殊性能钢普通碳素结构钢普通碳素结构钢合金结构钢合金结构钢(优质碳素结构钢优质碳素结构钢铸钢铸钢(0.15(0.1

4、5 c c0.60%)0.60%)合金结构钢（合金结构钢（工程结构用工程结构用钢钢碳素工具钢（刃具、模具和量具用钢）碳素工具钢（刃具、模具和量具用钢）合金刃具钢合金刃具钢合金模具钢合金模具钢合金量具钢合金量具钢合金工具钢合金工具钢机器零件用机器零件用钢钢不锈钢不锈钢耐热钢耐热钢耐磨钢耐磨钢.2022-12-282022-12-285硅：硅：能溶于铁素体，使铁素体强化，提高钢的强度和硬度。硅来自炼钢能溶于铁素体，使铁素体强化，提高钢的强度和硬度。硅来自炼钢时的生铁和脱氧剂硅铁。作为杂质存在时，硅的质量分数不超过时的生铁和脱氧剂硅铁。作为杂质存在时，硅的质量分数不超过0.5%0.5%，多在多在 S

5、 Si i=0.10-0.40%=0.10-0.40%。硅在钢中是有益元素，含量不多而作为杂质元。硅在钢中是有益元素，含量不多而作为杂质元素存在时，对钢的性能影响不大。素存在时，对钢的性能影响不大。锰：锰：能溶于铁素体，使铁素体强化，也能溶于渗碳体，提高渗碳体硬度，能溶于铁素体，使铁素体强化，也能溶于渗碳体，提高渗碳体硬度，对钢有一定的强化作用。锰来自炼钢时的生铁和脱氧剂锰铁。锰在钢中对钢有一定的强化作用。锰来自炼钢时的生铁和脱氧剂锰铁。锰在钢中作为杂质元素存在时，其含量小于作为杂质元素存在时，其含量小于0.8%0.8%，是一种有益元素。，是一种有益元素。硫：硫：来自于炼钢时的生铁和燃料。硫在

6、固态下不溶于铁，以来自于炼钢时的生铁和燃料。硫在固态下不溶于铁，以FeSFeS形式存形式存在。在。FeSFeS与与FeFe形成低熔点（形成低熔点（985985）共晶体）共晶体Fe+FeSFe+FeS，且分布在奥氏体晶，且分布在奥氏体晶界上。当钢在界上。当钢在1000120010001200进行压力加工时，由于低熔点共晶体熔化，进行压力加工时，由于低熔点共晶体熔化，显著减弱晶粒之间的联系，出现晶界开裂，称此种现象为热脆。因此，显著减弱晶粒之间的联系，出现晶界开裂，称此种现象为热脆。因此，钢中硫的含量必须严格控制。炼钢时增加锰可消除硫所形成的热脆。钢中硫的含量必须严格控制。炼钢时增加锰可消除硫所形

7、成的热脆。MnMn与与S S形成高熔点（形成高熔点（16201620）的）的MnSMnS，呈颗粒状分布在晶粒内，呈颗粒状分布在晶粒内，MnSMnS在高在高温时有一定塑性，可避免钢的热脆产生。温时有一定塑性，可避免钢的热脆产生。2 2 钢中常存杂质元素及影响钢中常存杂质元素及影响.2022-12-282022-12-286 硫虽然产生热脆，但对改善钢的切削加工性有利。如在硫的质硫虽然产生热脆，但对改善钢的切削加工性有利。如在硫的质量分数较高量分数较高(=0.08=0.080.450.45%)%)的钢中适当提高锰的质量分数的钢中适当提高锰的质量分数（MnMn=0.71=0.71.55.55%)%)

8、可形成较多的可形成较多的MnSMnS，切削过程中，切削过程中MnSMnS能起断能起断屑作用，可改善钢的切削加工性，依此特性开发出的钢称为易切削屑作用，可改善钢的切削加工性，依此特性开发出的钢称为易切削钢。这些钢主要用于标准件的生产中。钢。这些钢主要用于标准件的生产中。磷：磷：炼钢时由生铁带入的杂质。磷能全部溶于铁素体，可提高铁素炼钢时由生铁带入的杂质。磷能全部溶于铁素体，可提高铁素体的强度、硬度，但急剧降低钢在室温下的塑性和韧性，使钢变脆，体的强度、硬度，但急剧降低钢在室温下的塑性和韧性，使钢变脆，称此现象为冷脆。故磷是一种有害元素，须严格控制其在钢中的含称此现象为冷脆。故磷是一种有害元素，须

9、严格控制其在钢中的含量。量。磷的有害作用在一定条件下可实现转化，如在易切钢中，把磷磷的有害作用在一定条件下可实现转化，如在易切钢中，把磷的含量提高到的含量提高到 P P=0.050=0.050.15%.15%，使铁素体脆化，可改善钢的切削，使铁素体脆化，可改善钢的切削加工性。加工性。其它元素（其它元素（O O、H H、N N）的作用：）的作用：这些元素在钢中基本上是有害的。这些元素在钢中基本上是有害的。OO使钢的强度、塑性降低；使钢的强度、塑性降低；HH可使钢中出现白点和氢脆；可使钢中出现白点和氢脆；NN可可使钢产生兰脆。使钢产生兰脆。.2022-12-282022-12-2872.1 2.1

10、 合金元素在钢中的存在形式合金元素在钢中的存在形式 在炼钢过程中有目的地加入的一些元素，称为合金元素。常用的合金在炼钢过程中有目的地加入的一些元素，称为合金元素。常用的合金元素有锰（元素有锰（MnMn1%1%）、硅（）、硅（SiSi0.5%0.5%）、铬、镍、钼、钨、钒、钛、）、铬、镍、钼、钨、钒、钛、铝、钴、硼、稀土（铝、钴、硼、稀土（RERE）等。合金元素的加入，改变了钢的组织结构和）等。合金元素的加入，改变了钢的组织结构和力学性能，同时也改变了钢的相变点和合金状态图。力学性能，同时也改变了钢的相变点和合金状态图。2 2 合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用 强化铁素体强化铁素体 绝大

11、多数合金元素都可或多或少地溶于铁素体中，形成合绝大多数合金元素都可或多或少地溶于铁素体中，形成合金铁素体。合金元素的溶入，一是引起铁素体晶格畸变，金铁素体。合金元素的溶入，一是引起铁素体晶格畸变，二是易于分布在晶体缺陷处，使位错移动困难，提高钢的二是易于分布在晶体缺陷处，使位错移动困难，提高钢的塑性变形抗力。固溶的结果，使铁素体的强度、硬度提高，塑性变形抗力。固溶的结果，使铁素体的强度、硬度提高，塑性、韧性有下降趋势。对常见的硅、锰、铬、镍而言，塑性、韧性有下降趋势。对常见的硅、锰、铬、镍而言，其含量必须控制在一定范围，才能取得预期强化效果。其含量必须控制在一定范围，才能取得预期强化效果。形成

12、合金碳化物形成合金碳化物 钒、铌、锆、钛为强碳化物形成元素，铬、钼、钨为中碳钒、铌、锆、钛为强碳化物形成元素，铬、钼、钨为中碳化物形成元素，锰为弱碳化物形成元素。化物形成元素，锰为弱碳化物形成元素。.2022-12-282022-12-288 合金碳化物有合金碳化物有合金渗碳体合金渗碳体和和特殊碳化物特殊碳化物两类。两类。合金渗碳体比渗碳体略为稳定，硬度也较高，是一般合金渗碳体比渗碳体略为稳定，硬度也较高，是一般低合金钢中碳化物的主要存在形式。低合金钢中碳化物的主要存在形式。特殊渗碳体是与渗碳体完全不同的合金碳化物，通常特殊渗碳体是与渗碳体完全不同的合金碳化物，通常由中强或强碳化物形成元素与碳

13、所形成。特殊碳化物，特由中强或强碳化物形成元素与碳所形成。特殊碳化物，特别是间隙相碳化物，比合金碳化物有更高的熔点、硬度与别是间隙相碳化物，比合金碳化物有更高的熔点、硬度与耐磨性，并且更为稳定，不易分解。耐磨性，并且更为稳定，不易分解。合金碳化物的种类、性能和在钢中的分布形态直接影合金碳化物的种类、性能和在钢中的分布形态直接影响到钢的性能及热处理时的相变。如当钢中存在弥散分布响到钢的性能及热处理时的相变。如当钢中存在弥散分布的特殊碳化物时，将显著提高钢的强度、硬度与耐磨性，的特殊碳化物时，将显著提高钢的强度、硬度与耐磨性，而不降低韧性，这有利于提高钢的使用性能。而不降低韧性，这有利于提高钢的使

14、用性能。.2022-12-282022-12-2892.2 2.2 合金元素对合金元素对Fe-FeFe-Fe3 3C C相图的影响相图的影响 对临界温度的影响对临界温度的影响 降低临界温度降低临界温度A A1 1、A A3 3 NiNi、MnMn、CuCu、CoCo、N N等元素加入等元素加入后可使钢的后可使钢的A A1 1、A A3 3温度点降低，温度点降低，GSGS线向左下方移动，奥氏线向左下方移动，奥氏体区扩大，这类元素大都具有面心立方晶格，当这些元素体区扩大，这类元素大都具有面心立方晶格，当这些元素在钢中的质量分数足够高时，将使在钢中的质量分数足够高时，将使A A3 3降至室温以下，此

15、时降至室温以下，此时钢为单相奥氏体组织，即奥氏体钢。该类钢具有特殊的性钢为单相奥氏体组织，即奥氏体钢。该类钢具有特殊的性能，如能，如ZGMn13ZGMn13具有高耐磨性，具有高耐磨性，1Cr18Ni91Cr18Ni9奥氏体钢具有奥氏体钢具有耐蚀、耐高温，并具有抗磁、无冷脆等特性。耐蚀、耐高温，并具有抗磁、无冷脆等特性。提高临界温度提高临界温度A A1 1、A A3 3 AlAl、SiSi、CrCr、WW、MoMo、V V、TiTi等元等元素的加入可使钢的素的加入可使钢的A A1 1、A A3 3温度升高，使铁素体相区扩大，温度升高，使铁素体相区扩大，当钢中这些元素含量足够高时，钢的组织在高温及

16、室温时当钢中这些元素含量足够高时，钢的组织在高温及室温时均为单相铁素体。均为单相铁素体。.2022-12-282022-12-2810 改变改变Fe-FeFe-Fe3 3C C相图中相图中S S、E E点位置点位置 C C C C C C C C.2022-12-282022-12-28112.3 2.3 合金元素对钢的热处理的影响合金元素对钢的热处理的影响 2.3.1 2.3.1 对奥氏体加热转变的影响对奥氏体加热转变的影响对奥氏体化的影响对奥氏体化的影响 绝大多数合金元素（尤其是碳化物形成元素）对非奥氏体绝大多数合金元素（尤其是碳化物形成元素）对非奥氏体组织转变为奥氏体时的形核与长大、残余

17、碳化物的溶解、奥氏体成分均匀化有不组织转变为奥氏体时的形核与长大、残余碳化物的溶解、奥氏体成分均匀化有不同程度的阻碍与延缓作用，由此大多数合金钢在热处理时一般要有较高的加热温同程度的阻碍与延缓作用，由此大多数合金钢在热处理时一般要有较高的加热温度和较长的保温时间。度和较长的保温时间。对奥氏体晶粒度的影响对奥氏体晶粒度的影响 钛、钒、锆、铌等强碳化物形成元素可强烈阻止奥氏钛、钒、锆、铌等强碳化物形成元素可强烈阻止奥氏体晶粒长大，有细化晶粒作用，钨、铬、钼等元素的作用中等，镍、硅、铜等非体晶粒长大，有细化晶粒作用，钨、铬、钼等元素的作用中等，镍、硅、铜等非碳化物元素的作用微弱，可不予考虑。锰、磷等

18、则提高奥氏体晶粒的长大倾向，碳化物元素的作用微弱，可不予考虑。锰、磷等则提高奥氏体晶粒的长大倾向，故含故含MnMn钢（如钢（如65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn）加热时要严格控制加热温度和保温时间，否）加热时要严格控制加热温度和保温时间，否则将会得到粗大的晶粒而降低钢的强韧性则将会得到粗大的晶粒而降低钢的强韧性即出现过热缺陷。即出现过热缺陷。2.3.2 2.3.2 对钢冷却时过冷奥氏体转变的影响对钢冷却时过冷奥氏体转变的影响 除钴外，大多数合金元素溶入奥氏体后都降低原子扩散速度，使奥氏体稳定除钴外，大多数合金元素溶入奥氏体后都降低原子扩散速度，使奥氏体稳定性增加，性增加，C C曲线

19、右移。由于曲线右移。由于C C曲线右移，钢的临界冷却速度降低，增大了钢的淬曲线右移，钢的临界冷却速度降低，增大了钢的淬透性。透性。除钴、铝外，固溶于奥氏体中的合金元素均可使马氏体转变时的除钴、铝外，固溶于奥氏体中的合金元素均可使马氏体转变时的MsMs、MfMf降降低，增加钢淬火后的残留奥氏体量，某些高碳合金钢（如低，增加钢淬火后的残留奥氏体量，某些高碳合金钢（如W18Cr4V)W18Cr4V)残留奥氏体残留奥氏体量高达量高达30%-40%30%-40%。为消除残留奥氏体的不利影响，淬火后必须进行冷处理和回。为消除残留奥氏体的不利影响，淬火后必须进行冷处理和回火处理来消除之。火处理来消除之。.2

20、022-12-282022-12-2812 2.3.3 2.3.3 对淬火钢回火转变的影响对淬火钢回火转变的影响提高钢的回火稳定性提高钢的回火稳定性 钢在回火时抵抗硬度下降的能力，称为回火稳定性。淬钢在回火时抵抗硬度下降的能力，称为回火稳定性。淬火时溶于马氏体的合金元素回火时有阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大的作用，火时溶于马氏体的合金元素回火时有阻碍马氏体分解和碳化物聚集长大的作用，使硬度降低过程变缓，提高钢的回火稳定性。要得到相同的回火硬度，合金钢的使硬度降低过程变缓，提高钢的回火稳定性。要得到相同的回火硬度，合金钢的回火温度要比相同碳质量分数的碳钢高，回火时间也长。当回火温度相同时，合回火

21、温度要比相同碳质量分数的碳钢高，回火时间也长。当回火温度相同时，合金钢的强度、硬度要比碳钢高。金钢的强度、硬度要比碳钢高。产生二次硬化效应产生二次硬化效应 含有较多量中强或强碳化物形成元素，如钨、钼、铬、钒含有较多量中强或强碳化物形成元素，如钨、钼、铬、钒等的钢，在等的钢，在500-600500-600回火时会从马氏体中析出特殊碳化物，析出的碳化物高度回火时会从马氏体中析出特殊碳化物，析出的碳化物高度弥散分布在马氏体基体上，如弥散分布在马氏体基体上，如WW2 2C C、MoMo2 2C C、VCVC等。这些碳化物硬度极高、热等。这些碳化物硬度极高、热稳定性高且不易长大，此时钢的硬度与强度不但不

22、降低，反而会明显升高（甚至稳定性高且不易长大，此时钢的硬度与强度不但不降低，反而会明显升高（甚至会比淬火钢硬度还高），此即为二次硬化现象。由于会比淬火钢硬度还高），此即为二次硬化现象。由于特殊碳化物的析出特殊碳化物的析出，使残余，使残余奥氏体中碳及合金元素的浓度降低，提高奥氏体中碳及合金元素的浓度降低，提高MsMs温度，随后冷却时会有温度，随后冷却时会有部分残余奥部分残余奥氏体转变为马氏体氏体转变为马氏体，这，这两者两者均致产生二次硬化作用。均致产生二次硬化作用。二次硬化现象对需要较高红硬性的工具钢（如高速钢）具有重要意义。二次硬化现象对需要较高红硬性的工具钢（如高速钢）具有重要意义。产生高温

23、回火脆性产生高温回火脆性 含有铬、锰、镍等元素的合金钢，淬含有铬、锰、镍等元素的合金钢，淬火后在后在450-650450-650高高温范围内回火并缓慢冷却后，会出现冲击韧性急剧下降的现象，此即为回火脆性。温范围内回火并缓慢冷却后，会出现冲击韧性急剧下降的现象，此即为回火脆性。回火脆性分为可逆和不可逆两种情况，产生原因一般为锑（回火脆性分为可逆和不可逆两种情况，产生原因一般为锑（PbPb）、锡（）、锡（SnSn）、）、磷等杂质元素在原奥氏体晶界上的偏聚，钢中镍、铬等合金元素有促进杂质偏聚磷等杂质元素在原奥氏体晶界上的偏聚，钢中镍、铬等合金元素有促进杂质偏聚的作用，而且本身也向晶界偏聚。减少钢中杂

24、质元素的质量分数，或者加入能抑的作用，而且本身也向晶界偏聚。减少钢中杂质元素的质量分数，或者加入能抑制晶界偏聚的元素，可解决或减轻高温回火脆性倾向。制晶界偏聚的元素，可解决或减轻高温回火脆性倾向。.2022-12-282022-12-2813（P49P49，表，表5.4.15.4.1）牌号牌号:Q+:Q+数字数字质量等级质量等级脱氧程度符号脱氧程度符号例例：Q235AF Q235AF （屈服强度（屈服强度235MPa,A235MPa,A级沸腾钢）级沸腾钢）Q195Q195Q215Q215塑性好，钢板、钢筋、型钢、螺钉、螺帽。塑性好，钢板、钢筋、型钢、螺钉、螺帽。制作强度较高的零件，如小轴、销子

25、、连杆和农机零件。制作强度较高的零件，如小轴、销子、连杆和农机零件。Q235 重要焊接结构件重要焊接结构件 质量等级质量等级A A、B B、C C、D DF F、b b、Z Z普通普通质量质量优质优质3 3 结构钢结构钢3.1 3.1 工程结构用结构钢工程结构用结构钢3.1.1 3.1.1 碳素结构钢碳素结构钢为为“屈服屈服”字字拼音首字母拼音首字母屈服强屈服强度数值度数值Q255Q255Q275Q275.2022-12-282022-12-2814牌号牌号:Q+:Q+数字数字质量等级质量等级脱氧程度符号脱氧程度符号例：例：Q390A Q390A 屈服强度屈服强度390MPa,A390MPa,

26、A级低合金高强度结构钢。级低合金高强度结构钢。结合我国资源条件发展起来的钢种，属低碳结构钢，合金元素总量结合我国资源条件发展起来的钢种，属低碳结构钢，合金元素总量在在3%3%以下，以以下，以MnMn为主。新产品同时保证力学性能与化学成分。为主。新产品同时保证力学性能与化学成分。与碳素结构钢相比，低合金高强度结构钢有较高强度、足够塑性、与碳素结构钢相比，低合金高强度结构钢有较高强度、足够塑性、韧性，良好的焊接工艺性，较好的耐腐蚀性和较低的冷脆转变温度。韧性，良好的焊接工艺性，较好的耐腐蚀性和较低的冷脆转变温度。屈服强度屈服强度数值数值质量等级质量等级A A、B B、C C、D D、E EF F、

27、b b、Z Z、TZTZ为为“屈服屈服”字拼音首字拼音首字母字母3.1.2 3.1.2 低合金高强度结构低合金高强度结构钢钢（P50P50，表，表5.4.25.4.2）.2022-12-282022-12-2815牌号牌号:用两位数字表示用两位数字表示 +锰的化学元素符号锰的化学元素符号例：例：08F08F，30A30A，4545，15Mn 15Mn F F表沸腾钢，表沸腾钢，0.30%C0.30%C，后有，后有“A”A”表高级优质钢）表高级优质钢）08F,10F 08F,10F 塑性好，焊接性能好，主要用于制造冲压件和焊接件。轧成薄板，塑性好，焊接性能好，主要用于制造冲压件和焊接件。轧成薄板

28、，钢带和冷冲压件。钢带和冷冲压件。1515，2020，2525冷冲压件，焊接件，适于渗碳处理。冷冲压件，焊接件，适于渗碳处理。3535，4040，4545，5050，5555齿轮、轴类、连杆、销类件，适于调质处理，具有良齿轮、轴类、连杆、销类件，适于调质处理，具有良好的综合力学性能。好的综合力学性能。6060、6565，70 70 主要用于制造弹簧等弹性零件及耐磨零件。经淬火主要用于制造弹簧等弹性零件及耐磨零件。经淬火+中温回火后中温回火后可获得高的比例极限。可获得高的比例极限。平均碳质量分平均碳质量分数的万分数数的万分数若钢中锰的含若钢中锰的含量超过量超过0.7%0.7%3.2.1 3.2.

29、1 优质碳素结构钢优质碳素结构钢（P51P51，表，表5.4.35.4.3）3.2 3.2 机械零件用结构钢机械零件用结构钢.2022-12-282022-12-2816牌号牌号:两位数字两位数字 +合金元素符号合金元素符号1 1和其百分含量和其百分含量 +类推类推合金元素含量少于合金元素含量少于1.51.5时不标数字时不标数字1.51.5-2.49-2.49标标2 2 2.52.5-3.49-3.49标标33类推类推平均碳质量分平均碳质量分数的万分数数的万分数合金渗碳钢合金渗碳钢 c c=0.10=0.10-0.25-0.25 （P53P53，表，表5.4.45.4.4）合金调质钢合金调质钢

30、 c c=0.25=0.25-0.50-0.50 （P54P54，表，表5.4.55.4.5）合金弹簧钢合金弹簧钢 c c=0.500.50-0.70-0.70例：例：20CrMnTi 20CrMnTi C C=0.2%=0.2%，CrCr 1.5%1.5%，MnMn 1.5%1.5%，TiTi 1.5%1.5%40Cr 40Cr C C=0.4%=0.4%，CrCr 1.5%1.5%60Si2Mn 60Si2Mn C C=0.6%=0.6%，SiSi 1.5%1.5%、MnMn 1.5%1.5%3.2.2 3.2.2 合金结构钢合金结构钢.2022-12-282022-12-2817牌号牌号

31、:G+Cr+:G+Cr+数字数字为为“滚动轴承滚动轴承”字拼音首字母字拼音首字母为为CrCr含量含量的千分数的千分数（P56P56，表，表5.4.65.4.6）滚动轴承钢的纯度要求极高，硫、磷含量限制极严滚动轴承钢的纯度要求极高，硫、磷含量限制极严(s s0.0200.020，p p0.0270.027)。因硫、磷形成非金属夹杂物，降低接触疲劳抗力。故它是一。因硫、磷形成非金属夹杂物，降低接触疲劳抗力。故它是一种高级优质钢种高级优质钢(但在牌号后不加但在牌号后不加“A”A”字字)。合金钢合金钢-易切削结构钢易切削结构钢 在钢中加入一种或几种元素，利用其本身或与其它元素形成一种对在钢中加入一种或

32、几种元素，利用其本身或与其它元素形成一种对切削加工有利的夹杂物来改善钢的切削加工性能。材料被切削加工的难切削加工有利的夹杂物来改善钢的切削加工性能。材料被切削加工的难易程度，一般以硬度的高低来考虑。对切削性能来说，最好的硬度值为易程度，一般以硬度的高低来考虑。对切削性能来说，最好的硬度值为(170-220)HBS(170-220)HBS。硫和铅是最广泛应用的易切削添加元素，钙和磷也较。硫和铅是最广泛应用的易切削添加元素，钙和磷也较为常用。常用钢种有为常用。常用钢种有Y15PbY15Pb、Y12Y12、Y40MnY40Mn。3.2.3 3.2.3 滚动轴承钢滚动轴承钢.2022-12-28202

33、2-12-2818屈服强屈服强度数值度数值为为“铸钢铸钢”字字拼音首字母拼音首字母牌号牌号:ZG+:ZG+数字数字 -数字数字 主要用于制造形状复杂，需要一定强度，塑性和韧性的主要用于制造形状复杂，需要一定强度，塑性和韧性的零件。如重型机械机架，齿轮，轧辊，机座，缸体，阀体等。零件。如重型机械机架，齿轮，轧辊，机座，缸体，阀体等。例：例：ZG200-400ZG200-400，机座，箱体，机座，箱体 ZG230-450ZG230-450，外壳、轴承盖、阀体，外壳、轴承盖、阀体 ZG270-500ZG270-500，机架、轴承座、连杆、箱体、缸体等，机架、轴承座、连杆、箱体、缸体等 抗拉强抗拉强度

34、数值度数值3.2.4 3.2.4 铸造碳钢铸造碳钢（P56P56，表，表5.4.75.4.7）.2022-12-282022-12-2819平均碳质量分平均碳质量分数的千分数数的千分数为为“碳碳”字拼字拼音首字母音首字母牌号牌号:T+:T+数字数字+锰的化学元素符号锰的化学元素符号例：例：T10AT10A，T9T9，T12MnT12Mn，(A(A表示高级优质碳素工具钢）表示高级优质碳素工具钢）T7T7，T8T8：强度，韧性较高，用于制作冲头、凿子、榔头。：强度，韧性较高，用于制作冲头、凿子、榔头。T9T9，T10T10，T11T11：强度，韧性适中，用于制作钻头。：强度，韧性适中，用于制作钻头

35、。T10AT10A，T12AT12A：刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。：刨刀、丝锥、手锯及冷作模具。若钢中锰的含若钢中锰的含量超过量超过0.4%0.4%板牙板牙丝锥丝锥4 4 工具钢工具钢4.1 4.1 刃具钢刃具钢4.1.1 碳素工具钢碳素工具钢 （c c=0.65-1.35=0.65-1.35），），（P58P58，表，表5.5.15.5.1）.2022-12-282022-12-28204.1.2 低合金刃具钢低合金刃具钢 （c c=0.75-1.45=0.75-1.45），），（P59P59，表，表5.5.25.5.2）牌号牌号:一位数字（或没有数字）一位数字（或没有数字）+合金元素符号合

36、金元素符号1 1和其百分含量和其百分含量 +类推类推合金元素含量少于合金元素含量少于1.51.5时不标数时不标数1.51.5-2.49-2.49标标2 2 2.52.5-3.49-3.49标标3 33.53.5-4.49-4.49标标4 4 类推类推一位数字表示碳质量分数的千分数一位数字表示碳质量分数的千分数没有数字表示碳质量分数大于没有数字表示碳质量分数大于1 1例：例：9SiCr 9SiCr c c=0.9%=0.9%，crcr 0.9%0.9%，sisi 1.5%1.5%.2022-12-282022-12-2821成分特点：成分特点：高高C C（0.7%-1.5%0.7%-1.5%）加

37、入加入CrCr提高淬透性提高淬透性 加入加入WW，MoMo提高热硬性提高热硬性 加入加入V V提高耐磨性提高耐磨性性能特点：性能特点：高硬度（高硬度（HRCHRC6060）高耐磨性高耐磨性 高热硬性高热硬性 足够塑性和韧性足够塑性和韧性 一种合金元素含量很高的刃具钢，它在一种合金元素含量很高的刃具钢，它在600600时，仍能使硬度保持时，仍能使硬度保持在在HRC60HRC60以上，从而保证其切削性能和耐磨性。高速钢刀具的切削速以上，从而保证其切削性能和耐磨性。高速钢刀具的切削速度可比碳素工具钢和合金工具钢刀具增加度可比碳素工具钢和合金工具钢刀具增加1-31-3倍，耐用性增加倍，耐用性增加7-1

38、47-14倍。倍。由此，其在机械制造业中应用广泛。由此，其在机械制造业中应用广泛。典型钢号及其应用：典型钢号及其应用：W18Cr4V W18Cr4V 车刀、铣刀、刨刀、钻头、拉刀。车刀、铣刀、刨刀、钻头、拉刀。W6Mo5Cr4V2 W6Mo5Cr4V2 丝锥、铰刀、钻头等。丝锥、铰刀、钻头等。机铰刀机铰刀手铰刀手铰刀4.1.3 高速钢高速钢（c c=0.70-1.60=0.70-1.60），（），（P60P60，表，表5.5.35.5.3）.2022-12-282022-12-2822热处理：等温或球化退火热处理：等温或球化退火12801280淬火淬火560-580560-580回火回火(三次

39、三次)高速钢高速钢 钻头钻头高速钢高速钢 铣刀铣刀.2022-12-282022-12-28234.2.1 冷作模具钢冷作模具钢 （P61P61，表，表5.5.45.5.4）牌号牌号:一位数字（或没有数字）一位数字（或没有数字）+合金元素符号合金元素符号1 1和其百分含量和其百分含量 +类推类推合金元素含量少于合金元素含量少于1.51.5时不标数时不标数1.51.5-2.49-2.49标标2 2 2.52.5-3.49-3.49标标3 33.53.5-4.49-4.49标标4 4 类推类推一位数字表示碳质量分数的千分数一位数字表示碳质量分数的千分数没有数字表示碳质量分数大于没有数字表示碳质量分

40、数大于1 1Cr12MoV Cr12MoV c c 1.0%,1.0%,crcr=11=11%-13%,-13%,MoMo 1.5%1.5%4.2 4.2 模具钢模具钢.2022-12-282022-12-28244.2.2 4.2.2 热作模具钢（热作模具钢（c c=0.4%-0.6=0.4%-0.6），（），（P62P62，表，表5.5.55.5.5）牌号牌号:一位数字（或没有数字）一位数字（或没有数字）+合金元素符号合金元素符号1 1和其百分含量和其百分含量 +类推类推合金元素含量少于合金元素含量少于1.51.5时不标数时不标数1.51.5-2.49-2.49标标2 2 2.52.5-3

41、.49-3.49标标3 33.53.5-4.49-4.49标标4 4 类推类推一位数字表示碳质量分数的千分数一位数字表示碳质量分数的千分数没有数字表示碳质量分数大于没有数字表示碳质量分数大于1 13Cr2W8V 3Cr2W8V c c=0=0.3%.3%，crcr=1.5%-2.49%=1.5%-2.49%，MoMo 7 7.5-9.0%.5-9.0%.2022-12-282022-12-2825用于制造游标卡尺、千分尺、量块、塞规等测量工具。因使用于制造游标卡尺、千分尺、量块、塞规等测量工具。因使用过程中与工件接触，受到磨损与碰撞，故要求工作部分应用过程中与工件接触，受到磨损与碰撞，故要求工

42、作部分应有高硬度（有高硬度（HRC5864HRC5864）和高耐磨性以及高的尺寸稳定性）和高耐磨性以及高的尺寸稳定性及足够的韧性。及足够的韧性。4.3 4.3 量具钢量具钢碳素工具钢碳素工具钢 T10AT10A和和T12AT12A 经淬火和低温回火后能获得高硬度和耐磨经淬火和低温回火后能获得高硬度和耐磨性，但长时间使用和存放会引起尺寸变化，故不能用来制造精密量具。性，但长时间使用和存放会引起尺寸变化，故不能用来制造精密量具。合金工具钢合金工具钢 9Mn2V9Mn2V、CrWMnCrWMn和和GCr15GCr15 淬透性好，用油淬造成的内淬透性好，用油淬造成的内应力比水淬的碳钢小，低温回火后残余

43、内应力也较小；同时合金元素使应力比水淬的碳钢小，低温回火后残余内应力也较小；同时合金元素使马氏体分解温度提高，因而组织稳定性提高，使用过程中尺寸变化倾向马氏体分解温度提高，因而组织稳定性提高，使用过程中尺寸变化倾向比碳素工具钢小。精度要求高、形状复杂的量具可用合金工具钢制造。比碳素工具钢小。精度要求高、形状复杂的量具可用合金工具钢制造。量具钢的最终热处理量具钢的最终热处理 淬火、低温回火以获得高硬度和高耐磨性。淬火、低温回火以获得高硬度和高耐磨性。对高精度量具对高精度量具，为保证尺寸稳定，在淬火与回火之间进行一次冷处理，为保证尺寸稳定，在淬火与回火之间进行一次冷处理（-80-70-80-70）

44、，以消除淬火后组织中存在的大部分残余奥氏体以消除淬火后组织中存在的大部分残余奥氏体。对精度要求特别高的量具对精度要求特别高的量具，在淬火、回火后还需进行时效处理，时效温在淬火、回火后还需进行时效处理，时效温度度120130 120130，时间，时间2436h2436h，以进一步稳定组织，消除内应力。量，以进一步稳定组织，消除内应力。量具精磨后再进行具精磨后再进行8h8h左右时效处理，以消除精磨中产生的内应力。左右时效处理，以消除精磨中产生的内应力。.2022-12-282022-12-2826 具有特殊的物理、化学性能的钢。常用的特殊性能钢有具有特殊的物理、化学性能的钢。常用的特殊性能钢有不锈

45、钢、耐热钢和耐磨钢。不锈钢、耐热钢和耐磨钢。马氏体不锈钢马氏体不锈钢 c c=0.1=0.1-0.4-0.4，crcr11.5011.50-14.00-14.00如：低碳如：低碳lCrl3lCrl3和和2Crl32Crl3钢。具有良好的抗大气、海水、蒸汽等介质腐蚀钢。具有良好的抗大气、海水、蒸汽等介质腐蚀的能力，塑性、韧性很好。的能力，塑性、韧性很好。高碳的高碳的3Crl33Crl3、7Crl77Crl7钢，用于制造医疗手术工具、量具、弹簧、轴承及钢，用于制造医疗手术工具、量具、弹簧、轴承及弱腐蚀条件下工作而要求高硬度的耐蚀零件。弱腐蚀条件下工作而要求高硬度的耐蚀零件。铁素体不锈钢铁素体不锈钢

46、 c c 0.12 0.12，crcr1212-13-13如：如：1Crl71Crl7、lCrl7MolCrl7Mo钢。耐蚀性、塑性、焊接性均优于马氏体不锈钢，钢。耐蚀性、塑性、焊接性均优于马氏体不锈钢，但强度比马氏体不锈钢低，主要用于制造耐蚀零件，广泛用于硝酸和氮但强度比马氏体不锈钢低，主要用于制造耐蚀零件，广泛用于硝酸和氮肥工业中。肥工业中。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 c cr r1717-19-19，NiNi8 8-11-11如：如：lCrl8Ni9lCrl8Ni9、0Crl8NillTi0Crl8NillTi、01Crl7Nil4Mo2 01Crl7Nil4Mo2 钢等。耐蚀性高，不仅钢

47、等。耐蚀性高，不仅能抵抗大气、海水、燃气的腐蚀，而且能抗酸的腐蚀，抗氧化温度可达能抵抗大气、海水、燃气的腐蚀，而且能抗酸的腐蚀，抗氧化温度可达850850，具有一定的耐热性。，具有一定的耐热性。5 5 特殊性能钢特殊性能钢5.1 5.1 不锈钢不锈钢(具有抗腐蚀能力的钢具有抗腐蚀能力的钢)（P64P64，表，表5.6.1)5.6.1).2022-12-282022-12-28275.3 5.3 耐磨钢（耐磨钢（P67P67，表，表5.6.35.6.3）具有高温抗氧化性能好，高温强度高的钢。如：具有高温抗氧化性能好，高温强度高的钢。如：15CrMo15CrMo可用于制造可用于制造在在500500

48、以下长期工作的零件，又称锅炉钢。以下长期工作的零件，又称锅炉钢。4Cr9Si24Cr9Si2、4Cr10Si2Mo4Cr10Si2Mo用于制造用于制造650650以下受动载荷的部件，如汽以下受动载荷的部件，如汽车发动机、柴油机的排气阀，故此两种钢又称为气阀钢。车发动机、柴油机的排气阀，故此两种钢又称为气阀钢。在冲击和磨损条件下使用的高锰钢。在冲击和磨损条件下使用的高锰钢。c c0.90.9-1.5-1.5，MnMn1111-14-14 如如ZGMn13-1,ZGMn13-1,数字数字1313表示锰平均质量分数的百分数。最后一位数表示锰平均质量分数的百分数。最后一位数字字1 1、2 2、3 3、

49、4 4表示顺序号。顺序号不同，碳的质量分数也不同。表示顺序号。顺序号不同，碳的质量分数也不同。高锰钢用来制造在高压力，强冲击和剧烈摩擦条件下工作的抗磨零高锰钢用来制造在高压力，强冲击和剧烈摩擦条件下工作的抗磨零件，如坦克和矿山拖拉机履带板，破碎机颚板、挖掘机铲齿、铁道道岔件，如坦克和矿山拖拉机履带板，破碎机颚板、挖掘机铲齿、铁道道岔及球磨机衬板等。及球磨机衬板等。5.2 5.2 耐热钢（耐热钢（P65,P65,表表5.6.25.6.2）.2022-12-282022-12-2828工程材料与成形工艺基础工程材料与成形工艺基础 (修订版修订版)/)/王纪安王纪安 主编，高等教主编，高等教育出版社育出版社机械加工工艺基础机械加工工艺基础第二版第二版 司乃钧司乃钧 主编主编机械制造基础机械制造基础 乔世民乔世民 主编主编http:/218.65.5.218/Mpt/jxsc/pingmian.htmlhttp:/218.65.5.218/Mpt/jxsc/pingmian.html.