碳钢及合金钢应用与区别

钢铁材料的特征 品种繁多 性能丰富矿藏丰富 冶炼加工相对容易 价格较低应用广泛 是最重要的工程材料 钢铁生产及使用的数量和质量是一个国家经济发展水平及实力大小的评价标准 碳钢及合金钢的应用与区别 碳钢与合金钢的比较 碳钢的特点冶炼加工容易成本低 应用广可热处理强化回火稳定性差淬透性差基本相强度低 韧性差不能满足特殊性能要求 合金钢的特点冶炼加工困难成本高回火稳定性高淬透性高基本相强度高 韧性好能满足特殊性能要求 使用性能 以强韧性为主工艺性能 以可焊性 淬透性为主常用钢种 碳素结构钢 优质碳素结构钢 合金结构钢等 工程用钢 建筑 桥梁 船舶 车辆 渗碳钢调质钢弹簧钢滚动轴承钢耐磨钢 机器用钢 结构钢 3结构钢 普通 碳素结构钢 牌号 Q195Q215Q235Q255Q275A BA B C DA B成分特点 低C 高S P 高非金属夹杂性能特点 冶炼容易 冶金质量差 机械性能低可焊性 塑性好 工艺性好使用状态 热轧空冷S F用途 工程结构件 钢板 钢筋 型钢等 普通机械零件 少 Wc低时可用作焊接 铆接件等 重要零件用Q235C Q235D 普通 碳素结构钢 牌号 08 10 15 20 75 80 85 F 成分特点 Wc 0 08 0 85 C S P 0 04 性能特点 冶金质量较好 塑性韧性高 淬透性及回火稳定性差使用状态 使用前一般都要经过热处理 渗碳 淬火 回火等 用途 比较重要的零件 如齿轮 轴 连杆 弹簧等 优质碳素结构钢 低合金结构钢 牌号 或 16Mn 09MnV 09MnNb 15MnTi 14MnVTiRe成分特点 Q295Q345Q390Q420Q460A BA EA EA EC D E 低合金 WMe 3 低C Wc 0 2 保证钢的韧性 焊接性和冷成形性能 Mn V Ti Nb Cu P Si Re 提高F的强度 Mn Si 细化晶粒 V Ti Nb 提高 s b ak 增加P 并使之细化 Mn 弥散强化 V Ti Nb 提高耐蚀性 Cu P 脱硫 去气 使钢材净化 改善韧性和工艺性能 Re 性能特点 s 高 s b高减重20 30 具有良好的塑性和足够的韧性 具有较高的冷加工成形性 具有良好的可焊性 耐蚀性 低的韧脆转变温度 低合金结构钢 使用状态 热轧或正火 S F用途 强度较高的工程结构件 调质钢 性能特点 调质处理后具有S回综合性能加工性能成分特点 中碳 0 25 0 50 低合金 3 5 提高淬透性 Mn Si Cr Ni B强化铁素体 Mn Si Cr Ni细化晶粒 Ti V防止第二类回火脆性 W Mo 加工工艺路线 下料 锻造 预备热处理 粗加工 调质 精加工 表面强化 装配调质目的 为表面淬火作组织准备 获得最终心部组织组织 主体 S回表层 M回 正火或退火 淬火 高温回火 淬火 低温回火 回火索氏体 调质钢 螺杆 破碎机主轴 柴油机连杆 分类及用途 低淬透性 D0油60mm 40CrNiMo 40CrMnMo 38CrMoAlA 大截面重载零件 如汽轮机主轴和叶轮 汽轮机主轴 调质钢 弹簧钢 成分特点 中高碳 碳素弹簧钢为0 6 0 9 C合金弹簧钢为0 45 0 7 C 主加元素 Si Mn Cr V 用于制造利用弹性变形储存能量或缓和冲击的零件 性能特点 高的 s s b 高的 1 足够的韧性 耐震动 抗冲击高的淬透性 提高屈强比 淬透性 回火稳定性 细化晶粒 热处理特点 热轧弹簧 10mm大截面弹簧 热成型 淬火 中温回火 喷丸冷轧弹簧 10mm弹簧 淬火 中温回火 冷成型 去应力 喷丸 弹簧钢 大型热卷弹簧 弹簧的表面质量防止表面脱碳 避免表面缺陷 进行喷丸处理 使表面产生压应力 使用状态组织 T回 冷卷螺旋压缩弹簧 弹簧钢 65Mn 60Si2Mn 较大截面弹簧 汽车 拖拉机 机车板簧和螺旋弹簧 50CrV 大截面 大载荷 耐热的弹簧 用途 冷成形弹簧的生产过程 高而均匀的硬度和耐磨性高的 b和接触疲劳强度足够的韧性 淬透性和耐蚀性高的纯净度 工作条件承受高接触应力 达3000 3500MPa 周期性交变载荷 频率达数万次 分 和摩擦 滚动轴承钢 用于制造轴承套和滚动体的专用钢种 向心球轴承 滚针轴承 圆柱滚子轴承 性能要求 滚动轴承钢 成分特点 高碳 0 95 1 10 C主加元素 Cr 提高淬透性 耐磨性和耐蚀性辅加元素 Mn Si 提高淬透性 热处理特点 球化退火 淬火 低温回火冷处理 60 80 时效 120 140 10 20h 减少A 稳定尺寸 去应力 组织 回火M 细颗粒碳化物 少量A 应用 GCr15 中小型轴承 冷冲模 量具 丝锥GCr15SiMn 大型 特大型轴承 滚动轴承钢 轴承生产车间 滚动轴承钢的热处理 渗碳钢 表面 高的硬度 耐磨性和接触疲劳强度心部 应有较高的韧性和塑性 足够的强度在高的渗碳温度下奥氏体晶粒不易长大 并有良好的淬透性 工作条件承受冲击载荷及交变应力作用表面受强烈磨损 用于制造渗碳零件的专用钢种 性能要求 成分特点 低碳 0 10 0 25 C加入提高淬透性元素Cr Ni Mn B加入阻碍奥氏体晶粒长大的元素Ti V W Mo 渗碳钢 分类及应用 低淬透性合金渗碳钢15Cr 20Cr 20Mn2用于受力小的耐磨件 如柴油机的活塞销 凸轮轴中淬透性合金渗碳钢20CrMn 20CrMnTi 20Mn2TiB用于中等载荷的耐磨件 如变速箱齿轮 高淬透性合金渗碳钢18Cr2NiWA 20Cr2Ni4A用于大载荷的耐磨件 如柴油机曲轴 活塞销 20Cr 柴油机曲轴 变速箱齿轮 按用途分为 刃具钢模具钢量具钢 4工具钢 刃具钢的基本要求性能要求 高硬度 HRC60 高的耐磨性 高的弯曲强度和足够的韧性 高的热稳定性 热硬性 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冶金质量 优质或高级优质刃具钢包括 碳素工具钢 低合金工具钢和高速钢 用来制造各种切削刀具的钢种 切削加工 一 刃具钢 碳素工具钢 牌号 T7 T8 T9 T12T13 A 成分特点 高C 0 65 1 35 低S P性能特点 高H 工作温度低时有较好的耐磨性 工艺性好 淬透性低 热硬性差 工艺路线 消除锻造应力 降低硬度 便于切削加工 使球化 为淬火做准备 获得高硬度 高耐磨性 最终组织 碳化物网组织 球化退火后组织 T12钢正常淬火组织 M回 粒状Fe3C A 最终组织 尺寸小 形状简单 低速低温硬度高的工具T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13韧性高硬度高T7 T8 冲头 凿子 锤子等承受冲击的工具T9 T10 T11 钻头 刨刀 丝锥等低速切削工具及冷作模具T12 T13 锉刀 手锯条 刮刀 量规 样套等耐磨工具及量具 碳素工具钢 应用 碳素工具钢 合金元素 高C 0 9 1 5 低合金 5 合金元素作用 提高淬透性 Cr Mn Si提高耐回火性 Si Cr提高耐磨性 细化晶粒 阻止钢过热 W V 低合金工具钢 成分特点 性能要求 HRC 60 使用温度200 300 有一定的强度和韧性 低合金工具钢 热处理 球化退火 机加工 淬火 油冷 低温回火 最终组织 回火M 合金碳化物 少量A 各种薄刃刀具 截面较大 形状复杂 变形小的模具 应用 9SiCr CrWMn 高速钢型材 提高硬度 耐磨性 W V Cr Mo 提高淬透性 Cr 提高回火稳定性 W V 细化晶粒 V 高速钢 制造高速切削刃具用钢 典型钢种 W18Cr4V W6Mo5Cr4V2 成分特点 高C wC 0 65 1 65 高合金 10 高速钢 性能特点 高硬度和耐磨性 锋钢 高热硬性 高速钢 高淬透性 风钢 较高的强度 韧性 锻造 高速钢铸态组织 高速钢 加工及热处理特点 球化退火 W18Cr4V钢退火工艺 退火组织 索氏体 颗粒状碳化物 高速钢 机加工 淬火 高速钢 回火 需560 多次回火 磨削 回火M 粒状碳化物 少量A M回 颗粒状碳化物 A 少量 高速钢 淬火后组织 M 碳化物 A 使用状态下组织 M 碳化物 A 齿轮滚刀 插齿刀 圆锯片 应用 高速切削刃具 车刀 钻头 铣刀等 高速钢 模具钢的基本要求 高的强度 硬度和耐磨性 足够的韧性 高的淬透性和淬硬性 良好的工艺性能模具钢分类 冷作模具钢热作模具钢塑料模具钢 用来制造模具的工具钢 二 模具钢 用于制造对冷状态下的工件进行压制成型的模具 用于制造对高温状态下的工件进行压力加工的模具 使细粉或颗粒状塑料压制成形的模具用钢 冷作模具钢 常温下使金属或非金属变形的模具 冷冲 冷镦 冷挤压 拉丝模 搓丝板 冲裁用模具 粉末压制模具等 冷镦模具 工作温度 T工作 200 300 受力特点 压力 弯曲应力 冲击力 摩擦力失效形式 磨损 崩刃 断裂 变形等 性能要求 高硬度 58HRC 62HRC 高耐磨性 特别是表面抗磨损能力 高淬透性足够的强度 包括抗拉 抗压和抗弯强度 足够的韧性和疲劳抗力热处理变形小良好的工艺性能 汽车外板冷冲模 Cr12钢 冷作模具钢 成分特点 高C wC 1 0 加入Cr Mo W V等合金元素 常用钢种 T10 9Mn2V 9SiCr CrWMn 小型 轻载模具Cr12 Cr12MoV 大型 复杂 重载 高精度 高耐磨模具高速钢 热硬性要求高的模具 热处理特点 碳素工具钢低合金工具钢 球化退火 机加工 淬火 低温回火 冷作模具钢 Cr12型冷模具钢的热处理方案 一次硬化法工艺 低温淬火 950 1000 低温回火 150 180 性能 高硬度 HRC61 64 高耐磨性 韧性较好 淬火变形小应用 重载模具 二次硬化法工艺 高温淬火 1100 1150 510 520 多次回火 三次 性能 硬度60HRC 62HRC 红硬性和耐磨性都较高 韧性较差应用 受强烈磨损 工作温度在400 450 的模具Cr12型钢热处理后组织 回火马氏体 碳化物 残余奥氏体 冷作模具钢 热锻 压铸 热挤压 热作模具钢 包括锤锻模 热挤压模和压铸模三类 工作温度 T工作 400 600 受力特点 高冲击 强摩擦 大而不均匀的热应变和热压力失效形式 高温氧化 崩裂 塌陷 磨损 龟裂等 性能要求 高的热硬性和高温耐磨性 高的抗氧化性能和耐腐蚀性能 高的热强性和足够的韧性 高的热疲劳抗力 高的淬透性和导热性 成分特点 中碳 0 3 0 6 保证高强度 高韧性 较高硬度 HRC35 52 和热疲劳抗力合金元素的作用 提高淬透性 Cr Ni Mn Si W Mo 提高回火稳定性 Cr Ni Mo W V 提高高温强度 耐热疲劳性能 Mo W V 细化晶粒 增加钢的韧性 Ni V 防止第二类回火脆性 Mo W 热作模具钢 常用钢种及应用5CrMnMo 5CrNiMo 5CrMnSiMoV 韧性高 热硬性不太高的热锻模3Cr2W8V 4Cr5MoVSi 热强性更好的大型锻压模或压铸模 热作模具钢 汽车四缸压铸模 热处理特点 预备热处理 完全退火或等温退火最终热处理 热锻模 淬火 模面中温回火 模尾高温回火回火后组织 回火屈氏体和回火索氏体 压铸模 较高温度淬火 略高于二次硬化峰值的温度回火3 4次回火后组织 回火马氏体 粒状碳化物 热作模具钢 塑料模具钢 包括热塑性塑料模具和热固性塑料模具 一定的综合性能 强度 硬度 耐磨性等 良好的工艺性 切削加工性 热处理变形小 补焊性能好 良好的导热性和热稳定性 低的热膨胀系数良好的可抛光性和镜面质量一定的耐腐蚀性低的导磁系数 塑料模具钢 工作温度 T工作 200 受力特点 性能要求 承受温度 压力 侵蚀和磨损的作用 形状复杂 加工难度大 塑料模具钢的分类和应用非合金型塑料模具钢45 50 55等 形状简单 小型 精度要求不高 使用寿命不需要很长T7 T8 T12 形状较简单 小型 耐磨性要求较高的热固性塑料模具渗碳型塑料模具钢10 20 20Cr 12CrNi3 20CrMnTi 20CrMnMo等优点 切削加工性能良好 具有较高的强度 而且心部具有较好的韧性 模具表面硬度高 耐磨性高 抛光性能良好 塑性好 可采用冷挤压成型 无需切削加工 适于大批量生产缺点 热处理工艺较复杂 变形大 塑料模具钢 调质硬化型塑料模具用钢 预硬型塑料模具钢 40Cr 42CrMo 38CrMoAl 3Cr2Mo 3Cr2NiMnMo等工艺过程 热加工后的模块 调质处理 刻模加工成型 使用优点 成型后不需最终热处理 避免热处理而引起的变形和裂纹应用 形状复杂的大 中型精密塑料模具时效硬化型塑料模具钢25CrNi3MoAl 10Ni3MnCuAl等工艺过程 固溶硬化后变软 切削加工成型 时效处理优点 综合性能很高 热处理变形很小 焊接性能好 可进行表面氮化应用 适于制造复杂 精密 高寿命的塑料模具 塑料模具钢 整体淬硬型塑料模具钢低合金工具钢 9SiCr 9Mn2V CrWMn 9Cr WMn冷作模具钢 Cr12 Cr12Mo1V1 Cr12MoV热作模具钢 5CrMnMo 5CrNiMo 4Cr5MoSiV 4Cr3Mo2MnVbB优点 使用状态具有高硬度 高耐磨性和长的使用寿命应用 用于压制热固性塑料 交合强化塑料 尼龙型强化或玻璃纤维强化塑料 大批量生产 要求模具使用寿命很长的塑料模具耐腐蚀型塑料模具钢Cr13型M耐蚀钢 9Cr18高碳高铬M不锈钢 1Cr18Ni9Ti型A不锈钢等用途 生产化学性腐蚀塑料 如聚氯乙烯或聚苯乙烯添加抗燃剂等 制品模具 塑料模具钢 尺寸小 形状简单 精度要求不高的量具 低碳钢渗碳 中碳钢表面淬火 碳素工具钢 低合金工具钢T10A T12A 9SiCr等 精密量具 滚动轴承钢 冷作模具钢等GCr15 CrWMn等 接触腐蚀介质的量具 不锈钢 三 量具钢 性能特点 高硬度和耐磨性 高尺寸稳定性 热处理变形小 足够的韧性成分特点 高碳 0 9 1 5 Cr W Mn等合金元素应用 用来制造各种测量工具的钢种 量具钢的