西工大工程材料金属材料

1、1 1、按用途分类、按用途分类 工程用钢工程用钢 建筑、桥梁、船舶、车辆建筑、桥梁、船舶、车辆 渗渗 碳碳 钢钢 调调 质质 钢钢 弹弹 簧簧 钢钢 滚动轴承钢滚动轴承钢 耐耐 磨磨 钢钢 机器用钢机器用钢 结结 构构 钢钢 刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 工工 具具 钢钢 不锈钢不锈钢 耐热钢耐热钢 特特 殊殊 性能性能 钢钢 挤压模具挤压模具 2 2、按化学成分分类、按化学成分分类 中碳钢中碳钢 0.250.6%C0.250.6%C 高碳钢高碳钢 0.6%C0.6%C 低碳钢低碳钢 0.25%C0.25%C 低合金钢低合金钢 合金元素总量合金元素总量 5%5% 中合金钢中合金钢

2、合金元素总量合金元素总量 510%510% 高合金钢高合金钢 合金元素总量合金元素总量 10%10% 碳素钢碳素钢 合金钢合金钢 钢钢 类类 碳碳 素素 钢钢合合 金金 钢钢 P PS SP PS S 普通质量钢普通质量钢0.0450.0450.0450.0450.0450.0450.0450.045 优优 质质 钢钢 0.0350.0350.0350.0350.0350.0350.0350.035 高级优质钢高级优质钢0.0300.0300.0300.0300.0250.0250.0250.025 特级优质钢特级优质钢0.0250.0250.0200.0200.0250.0250.0150.

3、015 3 3、按质量分类、按质量分类 v钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。钢的质量是以磷、硫的含量来划分的。 v分为分为普通质量钢普通质量钢、优质钢优质钢、高级优质钢高级优质钢和和特级优质钢特级优质钢. . v根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下：根据现行标准，各质量等级钢的磷、硫含量如下： 4 4、按冶炼方法分类、按冶炼方法分类 平炉炼钢平炉炼钢 平炉钢平炉钢 转炉钢转炉钢 电炉钢电炉钢 按按 炉炉 别别 分分 珠光体钢珠光体钢 贝氏体钢贝氏体钢 马氏体钢马氏体钢 铁素体钢铁素体钢 奥氏体钢奥氏体钢 莱氏体钢莱氏体钢 按正火组织分按正火组织分 亚共析钢亚共析钢 共析钢共析钢 过共析钢

4、过共析钢 按退火组织分按退火组织分 5 5、按金相组织分类、按金相组织分类 齿轮齿轮刀具刀具 （三）钢的编号（三）钢的编号 v我国钢材的编号是采用汉我国钢材的编号是采用汉 语拼音字母、化学元素符号语拼音字母、化学元素符号 和阿拉伯数字相结合的方法。和阿拉伯数字相结合的方法。 v采用汉语拼音字母表示钢采用汉语拼音字母表示钢 产品的名称、用途、特性和产品的名称、用途、特性和 工艺方法时，一般从代表钢工艺方法时，一般从代表钢 产品名称的汉字的汉语拼音产品名称的汉字的汉语拼音 中选取第一个字母中选取第一个字母. . 1 1、普通碳素结构钢、普通碳素结构钢 vQ+Q+最低屈服强度值最低屈服强度值+ +质

5、量等级符号质量等级符号+ +脱氧方法符号脱氧方法符号 vQ Q表示表示“屈服强度屈服强度”；屈服强度值单位是；屈服强度值单位是MPaMPa； v质量等级符号为质量等级符号为A A、B B、C C、D D、E E。由。由A A到到E E，其，其P P、 S S含量依次下降，质量提高。含量依次下降，质量提高。 l脱氧方法符号脱氧方法符号: : 沸腾钢沸腾钢F F； 镇静钢镇静钢Z Z；半镇静钢；半镇静钢b b；特；特 殊镇静钢殊镇静钢TZTZ。 l如碳素结构钢牌号表示为如碳素结构钢牌号表示为 Q235AFQ235AF、Q235BZQ235BZ。 v低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢都是镇静钢或特

6、殊镇静钢，其都是镇静钢或特殊镇静钢，其 牌号中没有表示脱氧方法的符号。如牌号中没有表示脱氧方法的符号。如Q345CQ345C。 v根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用根据需要，低合金高强度结构钢的牌号也可以采用 两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化两位阿拉伯数字（表示平均含碳量的万分之几）和化 学元素符号，按顺序表示，如学元素符号，按顺序表示，如16Mn16Mn。 l* *说明：通常情况下，说明：通常情况下， 屈服强度值小屈服强度值小300MPa300MPa时时 为碳素结构钢，大于为碳素结构钢，大于 300MPa300MPa时为低合金高强时为低合金高强 度钢。度钢。 齿轮加工

7、齿轮加工 方钢方钢 2 2、优质碳素结构钢、优质碳素结构钢 v牌号用两位数字表示。牌号用两位数字表示。 v这两位数字表示钢平均含碳量的这两位数字表示钢平均含碳量的万分之几万分之几。 v如如4545钢钢平均含碳量为万分之四十五（即平均含碳量为万分之四十五（即0.45%0.45%） 的优质碳素结构钢。的优质碳素结构钢。 3. 3. 碳素工具钢碳素工具钢 vT + T + 数字数字 vT T表示表示“碳素工具钢碳素工具钢” ； v数字表示平均含碳量的数字表示平均含碳量的千分之几千分之几. . v如如T8T8其平均含碳量为千分之八其平均含碳量为千分之八 (0.8%C)(0.8%C)。 v* *说明：碳

8、素工具钢都是优质以上说明：碳素工具钢都是优质以上 质量的。高级优质钢在钢号后加质量的。高级优质钢在钢号后加 “A A”，如，如T8AT8A。 丝锥丝锥 锉刀锉刀 4. 4. 合金结构钢合金结构钢 v该类钢的牌号由该类钢的牌号由“数字数字+ +元素元素+ +数字数字”三部分组成。三部分组成。 v前两位数字表示平均碳含量的万分之几前两位数字表示平均碳含量的万分之几 v合金元素以汉字或化学元素符号表示合金元素以汉字或化学元素符号表示 v合金元素后面的数字表示该元素的近似含量，单位合金元素后面的数字表示该元素的近似含量，单位 是百分之几是百分之几 5. 5. 合金工具钢合金工具钢 v含碳量含碳量+ +

9、合金元素符号合金元素符号+ +该元素百分含量该元素百分含量+ + v当含碳量小于当含碳量小于1.00%1.00%时，含碳量用一位数字标明，时，含碳量用一位数字标明， 这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.8MnSi. v当含碳量大于当含碳量大于1.00%1.00%时，不标含碳量。时，不标含碳量。 高速钢不标含碳量，如高速钢不标含碳量，如 W6Mo5Cr4V2(W6Mo5Cr4V2(含含0.85%C).0.85%C). * * * 含铬量小于含铬量小于1%1%时，在含铬时，在含铬 量量( (以千分之一为单位以千分之一为单位) )前加前加 数字数字

10、“0 0”，如，如Cr06Cr06。 铣刀铣刀 6 6、滚动轴承钢、滚动轴承钢 vG+Cr+G+Cr+铬含量铬含量( (不标含碳量不标含碳量) ) v“G G”表示表示“滚动轴承钢滚动轴承钢”。 * * 铬含量以铬含量以千分之一千分之一为单位为单位. . v如如“GCr15GCr15”的平均含铬量的平均含铬量 为为 1.5%1.5%。 v渗碳轴承钢牌号的表示方渗碳轴承钢牌号的表示方 法法 与合金结构钢相同，仅在牌与合金结构钢相同，仅在牌 号头部加字母号头部加字母“G G”，如，如 “G20CrNiMoG20CrNiMo”。 7 7、不锈钢和耐热钢、不锈钢和耐热钢 v含碳量含碳量+ +合金元素符

11、号合金元素符号+ +该元素百分含量该元素百分含量+ + v含碳量以含碳量以千分之一千分之一为单位。为单位。 8 8、铸钢、铸钢 vZG + ZG + 两位数字两位数字 vZGZG表示表示“铸钢铸钢”； v两位数字表示平均含碳两位数字表示平均含碳 量的量的万分之几万分之几, , 如如ZG25.ZG25. 二、二、 结构钢结构钢 v对结构钢的性能要求为：对结构钢的性能要求为： v使用性能以强韧性为主。使用性能以强韧性为主。 v工艺性能以可焊性、淬透工艺性能以可焊性、淬透 性为主。性为主。 v合金结构钢除少量为中高合金结构钢除少量为中高 合金钢外，都是低合金钢合金钢外，都是低合金钢. . 铜陵长江公

12、路大桥铜陵长江公路大桥 1 1、用途、用途 v常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总常以热轧板、带、棒及型钢使用，用量约占钢材总 量的量的70%70%。 v用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。用于建筑结构，适合焊接、铆接、栓接等。 螺纹钢螺纹钢 黄河小浪底枢纽工程黄河小浪底枢纽工程 （一）（一）普通普通碳素结构钢碳素结构钢 2 2、成分特点及钢种：、成分特点及钢种： 0.4%C, P0.4%C, P、S S量及非金量及非金 属夹杂较多属夹杂较多. .性能：可焊性能：可焊 性、塑性好。热处理：不性、塑性好。热处理：不 进行专门热处理，热轧空进行专门热处理，热轧空 冷态下使用。使用状态下冷

13、态下使用。使用状态下 组织：组织：F+PF+P 螺纹钢螺纹钢 圆钢圆钢 1 1、对低合金高强度钢的性能要求、对低合金高强度钢的性能要求 v 高强度。高强度。 v 高韧性。高韧性。 v 良好的焊接性能和良好的焊接性能和 冷成型性能冷成型性能 2 2、化学成分特点、化学成分特点 v 低碳：低碳：0.2%C.0.2%C. v 合金元素：主要是合金元素：主要是MnMn，还有少量，还有少量V V、TiTi、NbNb等。等。 3 3、热处理特点、热处理特点：大多大多 数热轧空冷后使用。数热轧空冷后使用。 少数可用正火少数可用正火+ +高温回高温回 火处理。火处理。 v4 4、钢种、牌号与用、钢种、牌号与用

14、 途途： 低合金高强钢合金元素细化晶粒作用低合金高强钢合金元素细化晶粒作用 l MnMn的作用的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。是强化铁素体；增加珠光体的量。 l V V、TiTi、NbNb等等起细化晶粒和弥散强化作用。起细化晶粒和弥散强化作用。 l 另外加另外加CuCu、P P可提高耐蚀性；加可提高耐蚀性；加ReRe（铼）（铼）可提高可提高 韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。韧性、疲劳极限，降低冷脆转变温度。 vQ345Q345钢钢(16Mn)(16Mn)综合性综合性 能好，用于船舶、桥梁、能好，用于船舶、桥梁、 车辆等大型钢结构。车辆等大型钢结构。 vQ390Q390钢含钢含V V、Ti

15、Ti、NbNb， 强度高，用于中等压力的强度高，用于中等压力的 压力容器。压力容器。 vQ460Q460钢含钢含MoMo、B B，正，正 火组织为贝氏体，强度高火组织为贝氏体，强度高, , 用于石化中温高压容器用于石化中温高压容器. . 南京长江大桥南京长江大桥 1 1、典型渗碳零件的工作条、典型渗碳零件的工作条 件、失效方式及性能要求：件、失效方式及性能要求： v制造渗碳零件的钢种。制造渗碳零件的钢种。 v 表面具有高硬度、高表面具有高硬度、高 耐磨性，心部具有足够的耐磨性，心部具有足够的 韧性和强度，即韧性和强度，即表硬里韧表硬里韧。 v 良好的热处理性能良好的热处理性能, ,如如 淬透性

16、和渗碳能力。淬透性和渗碳能力。 （三）渗碳钢（三）渗碳钢 渗碳炉渗碳炉 渗碳件渗碳件传动齿轮传动齿轮 2 2、化学成分特点、化学成分特点 v 低碳：低碳：0.10.25%C0.10.25%C v 合金元素作用：合金元素作用： v 提高淬透性提高淬透性： CrCr、MnMn、NiNi、B B v 强化铁素体强化铁素体： CrCr、MnMn、Ni Ni v 细化晶粒细化晶粒： W W、MoMo、TiTi、V V 渗碳件渗碳件 高精密独高精密独 立导柱立导柱 渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织 3 3、热处理特点、热处理特点 v渗碳件的加工工艺路线为：渗碳件的加工工艺路线为：下料下料锻造锻造正

17、火正火 机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+ +低温回火低温回火 v正火目的正火目的为调整硬度，便于切削加工。为调整硬度，便于切削加工。 v淬火温度淬火温度一般为一般为 AcAc1 1+(or Ac3)30-50+(or Ac3)30-50。( (一次淬火或二次淬火）一次淬火或二次淬火） v4 4、使用状态下组织、使用状态下组织 v心部：心部：M M回 回+F +F v表层：表层：M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少量少量) )； 4 4、渗碳钢种、牌号与用、渗碳钢种、牌号与用 途途 v（1 1）低淬透性钢：）低淬透性钢： 2020、20Cr20Cr。 柴油机凸轮轴柴油机凸轮

18、轴 活塞销活塞销(20Cr)(20Cr) 用于受力小的耐用于受力小的耐 磨件，如柴油机磨件，如柴油机 的活塞销、凸轮的活塞销、凸轮 轴等。轴等。 （2 2）中淬透性）中淬透性 钢：钢： 20CrMnTi20CrMnTi。用用 于于 中等载荷的耐磨中等载荷的耐磨 件，如变速箱齿件，如变速箱齿 轮。轮。 （3 3）高淬透性）高淬透性 钢：钢： 18Cr2Ni4WA18Cr2Ni4WA. .用用 于大载荷的耐磨于大载荷的耐磨 件，如柴油机曲件，如柴油机曲 轴。轴。 增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴 汽车变速箱齿轮汽车变速箱齿轮 调质件（螺杆）调质件（螺杆） 1 1、典型调质零件的工作条、典型调质零件的工

19、作条 件、失效方式及性能要求件、失效方式及性能要求 v 良好的综合力学性能。良好的综合力学性能。 高强度和良好塑性高强度和良好塑性 v 良好的淬透性。良好的淬透性。 2 2、化学成分特点、化学成分特点 v 中碳中碳：0.30.5%C0.30.5%C v 合金元素作用：合金元素作用： v 提高淬透性提高淬透性: Mn: Mn、SiSi、CrCr、NiNi、 B B v 强化铁素体强化铁素体: Mn: Mn、SiSi、CrCr、NiNi v 细化晶粒细化晶粒: Ti: Ti、V V v 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性: W: W、Mo Mo 调质件（冷却轮）调质件（冷却轮） 破碎机主轴破碎机

20、主轴 3 3、热处理特点、热处理特点 v调质件的加工工艺路线为：调质件的加工工艺路线为：下料下料锻造锻造退火退火粗粗 加工加工调质调质精加工精加工 v调质目的：调质目的： v使用状态下的组织为：使用状态下的组织为： l为提高表面耐磨性，调质后可为提高表面耐磨性，调质后可 进行表面淬火或氮化。进行表面淬火或氮化。 回火索氏体回火索氏体调质处理车间调质处理车间 ( (表面淬火表面淬火+ +低温回火低温回火)装配装配 为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织. . 表面：表面： M M回 回；心部： ；心部：S S回 回 柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴 4 4、钢种、牌

21、号与用途、钢种、牌号与用途 （1 1）低淬透性钢：）低淬透性钢： D D0 0油 油3040mm 60mm 60mm, , 常用常用40CrNiMo40CrNiMo, , 用于制造大截面用于制造大截面 重载荷零件，如曲轴等。重载荷零件，如曲轴等。 合金结构钢曲轴合金结构钢曲轴 单缸汽车曲轴单缸汽车曲轴 1 1、典型弹簧零件的工作条典型弹簧零件的工作条 件、失效方式及性能要求：件、失效方式及性能要求： v制造弹簧或类似性能零件制造弹簧或类似性能零件 的钢种。的钢种。 v弹簧是利用弹性变形储存弹簧是利用弹性变形储存 能量或缓和冲击的零件。能量或缓和冲击的零件。 v 高的高的s s，s s/b b；

22、 高的高的-1 -1；足够的韧性 ；足够的韧性 v 高的淬透性。高的淬透性。 2 2、化学成分特点、化学成分特点 v 中高碳中高碳： v碳素弹簧钢为碳素弹簧钢为0.60.9%C0.60.9%C v合金弹簧钢为合金弹簧钢为0.450.7%C 0.450.7%C v 合金元素作用：合金元素作用： v 提高淬透性、强化铁素提高淬透性、强化铁素 体：体：MnMn、SiSi、CrCr v 提高提高 s s/ / b b：SiSi v 细化晶粒：细化晶粒：V V 汽车弹簧汽车弹簧 3 3、热处理特点、热处理特点 v 冷成型弹簧：冷拔冷成型弹簧：冷拔 冷成型冷成型定型处理定型处理 (250300)(2503

23、00)。 铅淬冷拔；油淬回火；退火铅淬冷拔；油淬回火；退火 v用于用于 (10mm)10mm) 汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线 冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧 4 4、钢种、牌号与用途、钢种、牌号与用途 （1 1）SiSi、MnMn弹簧钢，如弹簧钢，如65Mn65Mn、60Si2Mn60Si2Mn，用于制，用于制 造较大截面弹簧。造较大截面弹簧。 （2 2）CrCr、V V弹簧钢，如弹簧钢，如50CrV50CrV，用于大截面、大载，用于大截面、大载 荷、耐热的弹簧。荷、耐热的弹簧。 大型热卷弹簧大型热卷弹簧 汽车板簧汽车板簧 高而均匀的硬度和耐磨性。高而均匀的硬度和耐磨性。 高的高的 b b和

24、接触疲劳强度。和接触疲劳强度。 足够的韧性、淬透性和耐蚀性足够的韧性、淬透性和耐蚀性. . l1 1、 l用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。用于制造轴承套和滚动体的专用钢种。 l承受接触应力承受接触应力( (达达30003500MPa)30003500MPa)、周期、周期 性交变载荷性交变载荷( (频率达数万次频率达数万次/ /分分) )和摩擦。和摩擦。 圆柱滚 圆柱滚 子轴承子轴承 自动调自动调 心球轴承心球轴承 2 2、化学成分特点化学成分特点 v 高碳高碳：0.951.10%C 0.951.10%C v 合金元素：以合金元素：以CrCr为主为主, , 加入加入MnMn、SiSi。 vCr

25、Cr、MnMn、SiSi的主要作用的主要作用 是提高淬透性。是提高淬透性。 推力球轴承推力球轴承 滚针滚针 轴承轴承 lCrCr还提高耐磨性（形成合金渗还提高耐磨性（形成合金渗 碳体）和耐蚀性。碳体）和耐蚀性。 l当当1.65%Cr1.65%Cr时时, ,会因会因A A增加而增加而 使硬度和稳定性下降。使硬度和稳定性下降。 3 3 、热处理特点、热处理特点 v滚动轴承钢是滚动轴承钢是过共析钢过共析钢。 v 热处理：热处理： 球化退火球化退火+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火 v 组织：组织： M M回 回+ +颗粒状碳化 颗粒状碳化+A+A( (少量少量) ) l淬火后进行淬火后进行冷处理冷

26、处理 (-60-80), (-60-80), 可以减可以减 少少A A、稳定尺寸、稳定尺寸. . 轴承生产车间轴承生产车间 滚针轴承滚针轴承 滚柱轴承滚柱轴承滚珠轴承滚珠轴承 大型轴承大型轴承 4 4、钢种、牌号与用途、钢种、牌号与用途 v应用最广的是应用最广的是GCr15GCr15，大量用于大，大量用于大 中型轴承；中型轴承； v大型轴承用大型轴承用GCr15SiMnGCr15SiMn。 v这类钢还可用于制造模具这类钢还可用于制造模具、量具等量具等. . 三、工具钢三、工具钢 按用途分为按用途分为: : 刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 模具模具 刃具刃具 量具量具 切削加工切削加工

27、 高硬度高硬度 (HRC60),(HRC60),主要取决于含碳量。主要取决于含碳量。 高耐磨性高耐磨性 靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。 高热硬性高热硬性 即高温下保持高硬度的能力。即高温下保持高硬度的能力。 足够的韧性足够的韧性 以防止脆断和崩刃。以防止脆断和崩刃。 2. 2. 碳素碳素工具钢工具钢 v共有七个牌号：共有七个牌号： T7T13 T7T13 （1 1）化学成分特点：）化学成分特点： l高碳高碳(0.651.35%C)(0.651.35%C) 随含碳量提高，碳化物随含碳量提高，碳化物 量增加，耐磨性提高，但量增加，耐磨性提高，但 韧性下

28、降。韧性下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带碳素工具钢材料碳素工具钢材料 （2 2）热处理特点）热处理特点 v 热处理：热处理：正火正火+ +球化球化 退火退火+ +淬火淬火+ +低温回火低温回火 v球化退火目的：球化退火目的： v 降低硬度降低硬度, , 便于加工便于加工; ; v 为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 v 使用状态下的组织：使用状态下的组织： M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少量少量) ) 球状珠光体球状珠光体 T12T12钢正常淬火组织钢正常淬火组织 3 3、性能特点、性能特点 由于由于碳钢热硬性、淬透性差碳钢热硬性、淬透性差，只用于制，只用于制 造

29、小尺寸的手工工具和低速刃具。造小尺寸的手工工具和低速刃具。 4 4、钢种、牌号与用途、钢种、牌号与用途 T7T9T7T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、 凿子、锤子等。凿子、锤子等。 木工凿木工凿 木工钻木工钻 vT10T11T10T11：制造低速切削工具，如钻头、丝：制造低速切削工具，如钻头、丝 锥、车刀等。锥、车刀等。 vT12T13T12T13：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。：制造耐磨工具，如锉刀、锯条等。 丝锥丝锥 锉刀锉刀 手锯手锯条条 钻头钻头 （1 1）化学成分特点：）化学成分特点： v 高碳：高碳：0.751.5%C0.751.5

30、%C v 合金元素作用合金元素作用 v 提高淬透性提高淬透性: Cr: Cr、MnMn、Si Si v 提高回火稳定性提高回火稳定性：SiSi v 提高耐磨性提高耐磨性、细化晶粒细化晶粒: : W W、V V l由碳素工具钢基础上加入少量合金元素由碳素工具钢基础上加入少量合金元素(35%)(35%)形成。形成。 低合金工具钢制品低合金工具钢制品 （2 2）热处理特点）热处理特点 v同碳素工具钢，只是淬火介同碳素工具钢，只是淬火介 质为油质为油( (碳素工具钢为水碳素工具钢为水) )。使用。使用 状态下的组织为：状态下的组织为： M M回 回+ +颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A+A( (少量少量

31、) ) （3 3）性能特点）性能特点 锻压及切削加工性降低锻压及切削加工性降低 （4 4）钢种、牌号与用途）钢种、牌号与用途 v应用最多的是应用最多的是9SiCr9SiCr。用于制。用于制 造形状复杂、要求变形小的低造形状复杂、要求变形小的低 速刃具，如丝锥、板牙等速刃具，如丝锥、板牙等. . 丝锥丝锥 板牙板牙 低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手 （1 1）化学成分特点）化学成分特点 v 高碳高碳: 0.701.5%C : 0.701.5%C v 合金元素作用合金元素作用 v 提高淬透性：提高淬透性：CrCr v 提高热硬性、耐磨提高热硬性、耐磨 性性: W: W、MoMo、V V l制造高速

32、切削刃具用钢。制造高速切削刃具用钢。 高速钢冷轧钢带高速钢冷轧钢带 高速钢形材高速钢形材 W18Cr4VW18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织 l加工工艺路线：加工工艺路线：下料下料锻造锻造球化退火球化退火机加工机加工 淬火淬火回火回火磨削磨削 v高速钢是莱氏体高速钢是莱氏体 钢，其铸态组织为钢，其铸态组织为 亚共晶组织，由亚共晶组织，由鱼鱼 骨状莱氏体与树枝骨状莱氏体与树枝 状状M+TM+T组成，脆性组成，脆性 大且无法热处理改大且无法热处理改 善。善。 v退火目的：退火目的： v降低硬度，便于切降低硬度，便于切 加工；加工； v为淬火作组织准备。为淬火作组织准备。 v退火后组织：退火后组织

33、： S+S+颗粒状碳化物颗粒状碳化物 l锻造目的：锻造目的：打碎打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀 分布于基体中。分布于基体中。 W18Cr4VW18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织 v淬火目的淬火目的: : 获得高获得高 合金元素含量的马氏合金元素含量的马氏 体。因此淬火温度高体。因此淬火温度高 (1200)(1200)。 l淬火后组织：淬火后组织： M+M+未溶碳化物未溶碳化物 (10%)+A(10%)+A (20%) (20%) W18Cr4VW18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织 的碳化物，产生二次硬化。的碳化物，产生二次硬化。 v 碳及合金元素含量下降，碳及

34、合金元素含量下降，MsMs点上升，回火冷却点上升，回火冷却 时，时，A A转变为转变为M M。 v多次回火是促进多次回火是促进A A转变为转变为M M回。回。 主要为减主要为减 少少A A。消除内应力、。消除内应力、 稳定组织。稳定组织。 l常用常用560560三次回火三次回火. . l回火时的组织变化：回火时的组织变化： l 析出析出W W、MoMo、V V 高速钢硬度与回火温度关系高速钢硬度与回火温度关系 W18Cr4V钢热处理工艺示意图钢热处理工艺示意图 (4) (4) 钢种、牌号与用途钢种、牌号与用途 v常用钢号为常用钢号为 W18Cr4V(18-4-1)W18Cr4V(18-4-1)

35、和和 W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。 v用于高速切削刃具，如车用于高速切削刃具，如车 刀、刨刀、铣刀、钻头等。刀、刨刀、铣刀、钻头等。 铣刀铣刀 高速钢铣刀高速钢铣刀 汽车冲压模具汽车冲压模具 1. 1. 冷冷作模具钢作模具钢 v制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种. . (1)(1)冷模具的工作条件、失效冷模具的工作条件、失效 方式和性能要求：方式和性能要求： v高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 v足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。 v良好的工艺性能（淬透性、良好的工艺性能（淬透性、 切削加工性等）切削加工性等） 高碳高碳(1.42.

36、3%C)(1.42.3%C)； 高铬高铬(11.513%Cr)(11.513%Cr) l合金元素作用：合金元素作用： l Cr Cr 提高淬透性；提高淬透性； MoMo、V V 提高耐磨性，细提高耐磨性，细 化晶粒。化晶粒。 Cr12Cr12钢钢 冷冲压件冷冲压件 （3 3）锻造及热处理特点：）锻造及热处理特点：Cr12Cr12型模具钢也是莱氏体钢，型模具钢也是莱氏体钢， 需进行锻造、退火需进行锻造、退火, , 目的同高速钢目的同高速钢. . 常用钢号为常用钢号为Cr12Cr12和和 Cr12MoVCr12MoV。用于制造冷冲。用于制造冷冲 模、挤压模等。模、挤压模等。 l最终热处理为最终热处

37、理为: : 淬火淬火+ +低温回火低温回火 l使用状态下的组织使用状态下的组织: : M M回 回+ +颗粒 颗粒 状碳化物状碳化物+A+A( (少量少量) ) 汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模 2. 2. 热热作模具钢作模具钢 （1 1）热模具的工作条件）热模具的工作条件 失效方式和性能要求：失效方式和性能要求： v 高温下良好的高温下良好的综合综合力力 学性能。学性能。 v 抗热疲劳抗热疲劳性能。性能。 v 高的淬透性和良好的高的淬透性和良好的 导热性。导热性。 曲轴模具曲轴模具 热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯 热镦模热镦模 凸缘模凸缘模 （2 2）化学成分特点：）化学成分特点： 成分特点、合金

38、元素作成分特点、合金元素作 用及热处理同调质钢用及热处理同调质钢 （3 3）热处理特点：）热处理特点： 淬火淬火+ +高温回火高温回火 使用状态下的组织使用状态下的组织: : S S回 回 （4 4）钢种、牌号与用途：）钢种、牌号与用途： 5CrNiMo5CrNiMo、5CrMnMo5CrMnMo、 3Cr2W8V3Cr2W8V等。等。 v制造各种量具用钢。制造各种量具用钢。 如千分尺、卡尺、块规如千分尺、卡尺、块规 、塞规等。、塞规等。 卡尺卡尺 塞规塞规千分尺千分尺 1 1、量具钢的工作条件、失效、量具钢的工作条件、失效 方式和性能要求：方式和性能要求： v量具在使用过程中与被测零件量具在

39、使用过程中与被测零件 接触，承受摩擦和冲击。接触，承受摩擦和冲击。 v 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 v 高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。 v 足够的韧性。足够的韧性。 渐开线花键环渐开线花键环 规、塞规规、塞规 矩形花键环矩形花键环 规、塞规规、塞规 光面量规光面量规 3. 3. 量具钢的热处理特点量具钢的热处理特点 v 淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。淬火前预备热处理采用球化退火或调质处理。 v 下限温度淬火及冷处理（下限温度淬火及冷处理（-7080-7080）。目的是减少。目的是减少A A。 v 长时间长时间低温时效低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。，以消除内应力，

40、降低马氏体的正方度。 2. 2. 化学成分特点：化学成分特点： v与低合金刃具钢相同与低合金刃具钢相同 四、特殊性能钢四、特殊性能钢 指具有特指具有特 殊物理、化学性能的钢。殊物理、化学性能的钢。 本节只介绍不锈钢和耐本节只介绍不锈钢和耐 热钢。热钢。 化工管道化工管道 的腐蚀的腐蚀 裂解管裂解管 内壁的内壁的 高温腐高温腐 蚀减薄蚀减薄 （1 1）化学腐蚀是指金属在）化学腐蚀是指金属在非电解质非电解质中的腐蚀。中的腐蚀。 （2 2）电化学腐蚀是指金属在）电化学腐蚀是指金属在电解质溶液电解质溶液中的腐蚀，是中的腐蚀，是 有电流参与作用的腐蚀。有电流参与作用的腐蚀。 l金属的腐蚀分化学腐金属的腐

41、蚀分化学腐 蚀和电化学腐蚀。蚀和电化学腐蚀。 v防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施： v 获得均匀的单相组织。提高合金的电极电位获得均匀的单相组织。提高合金的电极电位 v 减少两极之间的电极电位差，提高阳极电极电位减少两极之间的电极电位差，提高阳极电极电位 v 使表面形成致密的钝化膜。使表面形成致密的钝化膜。 2. 2. 不锈钢的工作条件、失效方式及性能要求：不锈钢的工作条件、失效方式及性能要求： v1 1）良好的耐蚀性）良好的耐蚀性 v2 2）良好的力学性能）良好的力学性能 v3 3）良好的工艺性能）良好的工艺性能 v4 4）价格低廉）价格低廉 3. 3. 化学成分特点：化学成分特点

42、： 碳含量为碳含量为0.080.95%0.080.95%，主加元素为，主加元素为CrCr、 NiNi，辅加元素为，辅加元素为TiTi、NbNb、MoMo、CuCu、MnMn、N N。 v低碳：碳高，则降低耐蚀性。低碳：碳高，则降低耐蚀性。 vCrCr：是提高耐蚀性的主要元素：是提高耐蚀性的主要元素 v 形成稳定致密的形成稳定致密的CrCr2 2O O3 3氧化膜氧化膜. . v Cr Cr含量大于含量大于13%13%时，形成单时，形成单 相铁素体组织。相铁素体组织。 v 提高基体电极电位提高基体电极电位 vNiNi：获得单相奥氏体组织。：获得单相奥氏体组织。 vMoMo：耐有机酸腐蚀。：耐有机

43、酸腐蚀。 vTi, Nb: Ti, Nb: 防止奥氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀. . v晶间腐蚀晶间腐蚀是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大是沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大. . v它是由于它是由于CrCr23 23C C6 6析出于晶界，使晶界附近 析出于晶界，使晶界附近CrCr含量降含量降 到到12%12%以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。以下，在介质作用下发生强烈腐蚀。 v加加 TiTi、NbNb则先于则先于CrCr与与C C形成不易溶于奥氏体的碳化形成不易溶于奥氏体的碳化 物物, , 避免晶界贫避免晶界贫CrCr。 奥氏体不锈钢晶界的奥氏体不锈钢晶界的CrCr23 23C C6

44、 6析出 析出晶间腐蚀晶间腐蚀 （1 1）奥氏体型）奥氏体型 v主要是主要是18-818-8（18Cr-8Ni18Cr-8Ni）型不锈钢。）型不锈钢。低碳低碳 v性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及性能特点：具有良好的耐蚀性，冷热加工性及 可焊性。高的塑韧性可焊性。高的塑韧性, , 无磁性。无磁性。 l热处理：采用固溶处热处理：采用固溶处 理。即加热到理。即加热到11001100使使 碳化物溶解后水冷。碳化物溶解后水冷。 l组织为单相奥氏体。组织为单相奥氏体。 不锈钢不锈钢 带带 1Cr171Cr17削片刀削片刀 （2 2）铁素体不锈钢）铁素体不锈钢 v典型钢号如典型钢号如0Cr130Cr

45、13、 1Cr171Cr17等。等。 v成分：成分：高铬低碳高铬低碳 l 无无相变，不能相变，不能 进行热处理强化。进行热处理强化。 l 组织：单相铁素体组织：单相铁素体 （3 3）马氏体不锈钢）马氏体不锈钢 v主要是主要是Cr13Cr13型不锈钢型不锈钢 钢号为钢号为1Cr134Cr131Cr134Cr13 v随含碳量提高，强度、随含碳量提高，强度、 硬度提高，耐蚀性下降硬度提高，耐蚀性下降. . 1Cr13 1Cr13、2Cr132Cr13 v热处理热处理: : 淬火淬火+ +高温回火高温回火 v使用状态下的组织使用状态下的组织: : S S回 回 不锈钢棒不锈钢棒 3Cr133Cr13、

46、4Cr134Cr13 v热处理：热处理：淬火淬火+ +低温回火低温回火。 v使用状态下的组织：使用状态下的组织：M M回 回。 。 v具有较高强度、硬度。具有较高强度、硬度。 v用于要求耐蚀、耐磨件，用于要求耐蚀、耐磨件， 医疗器械、量具等。医疗器械、量具等。 不锈钢刀不锈钢刀 1. 1. 耐热钢的工作条件、失效方式及性能要求：耐热钢的工作条件、失效方式及性能要求： (1)(1)高的抗氧化性高的抗氧化性 (2)(2)高的高温力学性能高的高温力学性能 (3)(3)组织稳定性高组织稳定性高 (4)(4)膨胀系数小，导热性好膨胀系数小，导热性好 (5)(5)工艺性及经济性好工艺性及经济性好 2. 2

47、. 提高钢的抗氧化性和热强性的途径提高钢的抗氧化性和热强性的途径: : v 固溶强化；固溶强化； v 第二相强化；第二相强化； v 晶界强化晶界强化( (加入加入B B、 ZrZr等降低晶界能量等降低晶界能量) ) 高温合金中的高温合金中的 析出相析出相高温合金中的弯曲晶界高温合金中的弯曲晶界 裂纹中止于晶界颗粒状析出物裂纹中止于晶界颗粒状析出物 涡轮机机壳涡轮机机壳 1 1）珠光体型热强钢）珠光体型热强钢 v常用钢号为常用钢号为15CrMo15CrMo、12Cr1MoV12Cr1MoV，是低合金钢。，是低合金钢。 v合金元素作用：合金元素作用： vCrCr提高抗氧化性提高抗氧化性； vMoM

48、o提高热强性提高热强性(T(T再 再); ); vV V弥散强化。弥散强化。 2 2）马氏体型热强钢）马氏体型热强钢 v常用钢号为常用钢号为1Cr131Cr13、 1Cr11MoV,4Cr9Si21Cr11MoV,4Cr9Si2 v合金元素作用：合金元素作用： vCrCr、SiSi提高抗氧化性提高抗氧化性; ; vMoMo提高热强性提高热强性(T(T再 再); ); vV V弥散强化弥散强化。 v热处理：热处理：调质调质。 v组织：组织： S S回 回。 。 汽轮机叶片汽轮机叶片 过热器管排过热器管排 过热器集箱过热器集箱 3 3）奥氏体型热强钢）奥氏体型热强钢 v最典型钢号是最典型钢号是1C

49、r18Ni9Ti1Cr18Ni9Ti。 vCrCr的作用是提高抗氧化性的作用是提高抗氧化性； vNiNi的作用是获得单相奥氏体的作用是获得单相奥氏体; ; vTiTi的作用是弥散强化的作用是弥散强化。 v热处理采用热处理采用固溶处理或固溶加时效固溶处理或固溶加时效 v组织为单相组织为单相A A。 v主要用于过热器管道等。主要用于过热器管道等。 固溶处理（solution treatment）：指 将合金加热到高温单相区恒温保持， 使过剩相充分溶解到固溶体中后快速 冷却，以得到过饱和固溶体的热处理 工艺。 v高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求高锰钢广泛用于既要求耐磨又要求 耐冲击的零件。如拖拉机的履

50、带板、耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、 破碎破碎机牙板和铁路辙岔等机牙板和铁路辙岔等. . 球磨机衬板球磨机衬板 挖掘机铲齿挖掘机铲齿 铁路辙岔铁路辙岔 （三）（三） 2. 2. 化学成分特点化学成分特点 v只有只有ZGMn13ZGMn13一个钢号一个钢号. . v 高碳：高碳：1.01.3%C1.01.3%C 以保持高耐磨性。以保持高耐磨性。 v 高锰：高锰：1114%Mn1114%Mn 以保证形成奥氏体组织以保证形成奥氏体组织. . 3. 3. 热处理特点热处理特点 v铸态组织为奥氏体铸态组织为奥氏体+ +碳化物碳化物, , 性能硬而脆性能硬而脆. . v热处理采用水韧处理。即将钢加热到热

51、处理采用水韧处理。即将钢加热到11001100，使碳化，使碳化 物溶入物溶入奥氏体奥氏体，并进行水淬。，并进行水淬。( (注意奥氏体硬度低）注意奥氏体硬度低） v室温组织为过饱和单相奥氏体室温组织为过饱和单相奥氏体。 ZGMn13 钢在热处理过程中，钢在热处理过程中，ZGMn13 钢中由于含有较多稳定奥氏体的元素钢中由于含有较多稳定奥氏体的元素 Mn ,马氏体相变的开始温度马氏体相变的开始温度Ms 低于室温。没有发生奥氏体向马氏体的相变低于室温。没有发生奥氏体向马氏体的相变, 因而不同于一般热处理中钢的淬火因而不同于一般热处理中钢的淬火,称为称为“水韧处理水韧处理”。 4. 4. 性能特点性能

52、特点 v水韧处理后，韧性高，硬度低水韧处理后，韧性高，硬度低. .使用使用 时必须伴随着压力和冲击作用。时必须伴随着压力和冲击作用。 v在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅 速加工硬化，形成马氏体并析出碳化速加工硬化，形成马氏体并析出碳化 物，使表面硬度提高到物，使表面硬度提高到HB500550HB500550， 获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织, , 具有高耐冲击能力。具有高耐冲击能力。 颚式破碎机颚式破碎机 挖掘机挖掘机 表层马氏体磨损后继续相变 钢钢 号号钢钢 种种合金元素的主要作用合金元素的主要作用热处理特点热处理特点使用

53、状态下组织使用状态下组织 Q345 低合金高强低合金高强 度结构钢度结构钢 Mn:强化强化F，增加，增加P量，降量，降 低冷脆转变温度低冷脆转变温度 热轧空冷热轧空冷F+P 65Mn弹簧钢弹簧钢Mn:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F淬火淬火+中温回火中温回火T回 回 ZGMn13耐磨钢耐磨钢Mn:获得单相获得单相A组织组织水韧处理水韧处理表表:M+碳化物碳化物 心心:A 20Cr渗碳钢渗碳钢Cr:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F 渗碳渗碳+淬火淬火+低低 温回火温回火 表表: M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A心心: M回 回+F 40Cr调质钢调质钢Cr:提高淬透性，强化提高淬透性

54、，强化F调质处理调质处理S回 回 9SiCr 低合金工具钢低合金工具钢Cr:提高淬透性提高淬透性淬火淬火+低温回火低温回火 M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A (少量少量) GCr15滚动轴承钢滚动轴承钢 Cr:提高淬透性，耐磨性、提高淬透性，耐磨性、 耐蚀性耐蚀性 淬火淬火+低温回火低温回火 M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A (少量少量) 1Cr13 马氏体不锈钢马氏体不锈钢Cr:提高耐蚀性提高耐蚀性淬火淬火+高温回火高温回火S回 回 5CrNiMo热作模具钢热作模具钢 Cr、Ni:提高淬透性，强化提高淬透性，强化F 淬火淬火+高温回火高温回火S回 回 Mo:防止高温回火脆性防

55、止高温回火脆性 Cr12MoV冷作模具钢冷作模具钢Mo:细化晶粒，提高耐磨性细化晶粒，提高耐磨性淬火淬火+低温回火低温回火 M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A (少量少量) W18Cr4V高速钢高速钢V:提高耐磨性、热硬性提高耐磨性、热硬性淬火淬火+回火三次回火三次 M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A (少量少量) 1Cr18Ni9Ti不锈钢不锈钢Ti:防止晶间腐蚀防止晶间腐蚀固溶处理固溶处理A 直径为直径为25mm的的40CrNiMo棒料毛坯，经正火处理棒料毛坯，经正火处理 后硬度高很难切削加工，这是什么原因？试设计一后硬度高很难切削加工，这是什么原因？试设计一 个最简单的热处理

56、方法以提高其机械加工性能。个最简单的热处理方法以提高其机械加工性能。 判断下列钢号的钢种、成分、常用的热处理方法判断下列钢号的钢种、成分、常用的热处理方法 及使用状态下的显微组织：及使用状态下的显微组织：T8、16Mn、20Cr、 40Cr、20CrMnTi、4Cr13、GCr15、3Cr2W8V、 9CrSi、1Cr18Ni9Ti。 作业 第二节第二节 铸铁铸铁 v铸铁是含碳量大于铸铁是含碳量大于2.11%2.11%并含并含 有较多硅、锰、硫、磷等元素的有较多硅、锰、硫、磷等元素的 多元铁基合金。多元铁基合金。 v铸铁具有许多优良的性能及生铸铁具有许多优良的性能及生 产简便、成本低廉等优点，

57、因而产简便、成本低廉等优点，因而 是应用最广泛的材料之一。是应用最广泛的材料之一。 一、铸铁的分类一、铸铁的分类 1 1、根据碳在铸铁中存在的形式分类、根据碳在铸铁中存在的形式分类 v灰口铸铁灰口铸铁 碳大部分以游离态的石墨形式存在，其碳大部分以游离态的石墨形式存在，其 断口呈现暗灰色。是目前应用最广泛的一类铸铁。断口呈现暗灰色。是目前应用最广泛的一类铸铁。 v白口铸铁白口铸铁 碳大部分以碳大部分以FeFe3 3C C的形式存在，断口呈银的形式存在，断口呈银 白色。白色。 v麻口铸铁麻口铸铁 碳一部分以石墨形式存在，另一部分以碳一部分以石墨形式存在，另一部分以 FeFe3 3C C的形式存在，

58、断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色的形式存在，断口夹杂着白亮的渗碳体和暗灰色 的石墨。的石墨。 2 2、根据铸铁中石墨的形态进行分类、根据铸铁中石墨的形态进行分类 灰铸铁 (石墨为片状)；可锻铸铁(石墨为团絮状)； 球墨铸铁(石墨为球状)；蠕墨铸铁(石墨为蠕虫状) ( (一一) )铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程 vFeFe3 3C C是亚稳相，在一定条件下将发生分解：是亚稳相，在一定条件下将发生分解： FeFe3 3C3Fe+CC3Fe+C（石墨）（石墨） 二、铸铁的石墨化及其影响因素二、铸铁的石墨化及其影响因素 v石墨是碳的单质之一，其强度、塑性石墨是碳的单质之一，其强度、塑性、韧性几乎为零。

59、韧性几乎为零。 v铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的铸铁中的碳除少量固溶于基体中外，主要以化合态的 渗碳体渗碳体(Fe(Fe3 3C)C)和游离态的石墨和游离态的石墨(G)(G)两种形式存在。两种形式存在。 存在两个铁碳相图：存在两个铁碳相图： Fe-FeFe-Fe3 3C C和和Fe-GFe-G双重相图双重相图 L L+ +G G L+FeL+Fe3 3C C v铸铁的石墨化过程铸铁的石墨化过程: : v铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化铸铁中的碳原子析出形成石墨的过程称为石墨化。 v铸铁中的石墨可以在铸铁中的石墨可以在结晶过程中直接析出结晶过程中直接析出, ,也可以也可

60、以 由由渗碳体加热时分解渗碳体加热时分解得到。得到。 v石墨化分三个阶段：石墨化分三个阶段： 第一阶段：液体结晶和共晶反应生成石墨第一阶段：液体结晶和共晶反应生成石墨 第二阶段：沿第二阶段：沿E ES S析出二次石墨析出二次石墨 第三阶段：在第三阶段：在P PS SK K线以下发生的石墨化包括冷却时共线以下发生的石墨化包括冷却时共 析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。 （二）影响铸铁石墨化的因素（二）影响铸铁石墨化的因素 （1 1） 冷却速度的影响冷却速度的影响 v铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶铸件冷却缓慢，有利于碳原子的充分扩散，结晶 将按