第五章 常用金属材料-钢工业用钢

1、工程材料及成型技术工程材料及成型技术 第第4章章 常用金属材料常用金属材料-钢钢 常用金常用金 属材料属材料 工业用钢工业用钢 有色合金有色合金 铸铁的石墨化铸铁的石墨化 铸铁的分类、性能及应用铸铁的分类、性能及应用 铸铁铸铁 铝及铝合金铝及铝合金 铜及铜合金铜及铜合金 钛及钛合金钛及钛合金 钢的分类及牌号钢的分类及牌号 合金元素在钢中的作用（合金钢）合金元素在钢中的作用（合金钢） 结构钢、工具钢和特殊钢结构钢、工具钢和特殊钢 轴承合金轴承合金 按化学成分按化学成分 碳素钢碳素钢 （非合金钢）（非合金钢） 合金钢合金钢 低碳钢（低碳钢（Wc0.3%0.3%） 中碳钢（中碳钢（Wc=0.3%-0

2、.6%=0.3%-0.6%） 高碳钢（高碳钢（Wc0.6%0.6%） 按合金按合金 元素分元素分 按合金元按合金元 素含量分素含量分 锰钢锰钢 铬钢铬钢 铬镍钢铬镍钢 低合金钢（低合金钢（Wme5%10%10%） 中合金钢（中合金钢（Wme=5%-10%=5%-10%） 第一节第一节 工业用钢工业用钢 一、钢的分类一、钢的分类 按用途分按用途分 结构钢结构钢 特殊钢特殊钢 船舶用钢船舶用钢 刃具钢刃具钢 模具钢模具钢 量具钢量具钢 工具钢工具钢 工程用钢工程用钢 机器用钢机器用钢 建筑用钢建筑用钢 桥梁用钢桥梁用钢 车辆用钢车辆用钢 调质钢调质钢 渗碳钢渗碳钢 轴承钢轴承钢 弹簧钢弹簧钢 不锈

3、钢不锈钢 耐热钢耐热钢 耐磨钢耐磨钢 按质量分按质量分 普通钢（普通钢（Ws0.045%0.045%，Wp0.05%0.05%） 高级优质钢（高级优质钢（Ws，Wp0.025%0.025%） 优质钢（优质钢（Ws，Wp0.035%0.035%） 二、碳素钢的分类和牌号二、碳素钢的分类和牌号 碳素钢：含碳量小于1.35%(0.1%-1.2%)， 除Fe、C和限量以内的Si、Mn、P、S等杂 质外，不含其他合金元素的钢。 碳素钢的性能主要取决于含碳量。含碳量 增加，钢的强度、硬度升高，塑性、韧性 和可焊性降低。 与其他钢类相比，碳素钢使用最早，成本 低，性能范围宽 ，用量最大。 （一）碳素钢的分类

4、（一）碳素钢的分类 碳素钢碳素钢 （非合金钢）（非合金钢） 低碳钢（低碳钢（Wc0.3%0.3%） 中碳钢（中碳钢（Wc=0.3%-0.6%=0.3%-0.6%） 高碳钢（高碳钢（Wc0.6%0.6%） 按含碳量分按含碳量分 按用途分按用途分 碳素结构钢碳素结构钢 碳素工具钢碳素工具钢 普通碳素结构钢普通碳素结构钢 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 铸造碳钢铸造碳钢 (二二)碳素钢的牌号碳素钢的牌号 编号编号Q235（AF） Q+屈服强度屈服强度+质量等级质量等级+脱氧程度脱氧程度 1. 普通碳素结构钢普通碳素结构钢 屈服强度大于屈服强度大于235MPa，质量等级为，质量等级为A的沸腾钢的沸腾钢

5、2. 优质碳素结构钢优质碳素结构钢 S、 P杂质含量低杂质含量低 塑性、韧性高塑性、韧性高 用两位数字表示碳含量的万分之几用两位数字表示碳含量的万分之几 45号钢号钢 平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.45% 保证成分、性能保证成分、性能 编号编号 3.碳素工具钢碳素工具钢(Tool) T8T8或或T8AT8A 4. 铸造碳钢（铸钢）铸造碳钢（铸钢） ZG200-400ZG200-400 ZG+ZG+s s b b 用于制造各种刃具、模具、量具和其他工具的钢用于制造各种刃具、模具、量具和其他工具的钢 编号编号 编号编号 采用铸造方法而生产出来的一种钢铸件。铸钢主要用于制造采用铸造方法而生产出

6、来的一种钢铸件。铸钢主要用于制造 一些形状复杂、难于进行锻造或切削加工成形而又要求较高一些形状复杂、难于进行锻造或切削加工成形而又要求较高 的强度和塑性的零件的强度和塑性的零件 。 T+数字数字+质量级别质量级别 T8: 平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.8%的优质碳素工具钢的优质碳素工具钢; T8A: 平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.8%的高级优质碳素工具钢的高级优质碳素工具钢 屈服强度大于屈服强度大于235MPa，抗拉强度为，抗拉强度为400MPa的铸钢的铸钢 三、合金钢的分类和牌号三、合金钢的分类和牌号 （一）合金钢的分类（一）合金钢的分类 按性能和用途分按性能和用途分 合金结构钢

7、合金结构钢 合金工具钢合金工具钢 特殊性能钢特殊性能钢 低合金高强结构钢低合金高强结构钢 合金渗碳钢合金渗碳钢 合金调质钢合金调质钢 合金弹簧钢合金弹簧钢 滚动轴承钢滚动轴承钢 合金模具钢合金模具钢 合金刃具钢合金刃具钢 合金量具钢合金量具钢 不锈钢不锈钢 耐热钢耐热钢 耐磨钢耐磨钢 按合金元素含量分按合金元素含量分 低合金钢低合金钢 中合金钢中合金钢 高合金钢高合金钢 5% 5%-10% 10% 编号编号40Cr 平均碳质量分数的平均碳质量分数的万分数万分数+合金元素合金元素+合金元素质量千合金元素质量千 分数（小于分数（小于1.5%时不标出）时不标出） 1. 合金结构钢：合金结构钢：在碳素

8、结构钢的基础上，加入适量的一种或数 种合金元素（总含量一般不超过5）的钢。 平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.4%，平均，平均Cr质量分数小于质量分数小于1.5% 的合金结构钢的合金结构钢 编号编号9SiCr 平均碳质量分数的平均碳质量分数的千分数千分数（大于（大于1%时不标出）时不标出）+合金合金 元素元素+合金元素质量分数（小于合金元素质量分数（小于1.5%时不标出）时不标出） 平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.9%，平均，平均Si、Cr质量分数小于质量分数小于 1.5%的合金工具钢的合金工具钢 2. 合金工具钢合金工具钢在碳素工具钢基础上加入铬、钼、钨、钒等合金 元素以提高淬透性、韧

9、性、耐磨性和耐热性的一类钢种 （二）合金钢的牌号（二）合金钢的牌号 编号编号1Cr18Ni9Ti 平均碳质量分数的平均碳质量分数的千分数千分数+合金元素合金元素+合金元素质量合金元素质量 百分数（小于百分数（小于1.5%时不标出）时不标出） 3. 特殊性能钢：特殊性能钢：具有特殊物理或化学性能，用来制造除要求 具有一定的机械性能外，还要求具有特殊性能的零件。 平均碳质量分数为平均碳质量分数为0.1%，平均，平均Cr、Ni、Ti的质量分的质量分 数分别为数分别为18%、9%以及小于以及小于1.5%的特殊钢的特殊钢 编号编号00Cr18Ni10 平均碳质量分数小于平均碳质量分数小于0.03%，平均

10、，平均Cr、Ni质量分数质量分数 分别为分别为18%和和10%的特殊钢的特殊钢 编号编号0Cr19Ni9 平均碳质量分数小于平均碳质量分数小于0.08%，平均，平均Cr、Ni质量分数质量分数 分别为分别为19%和和9%的特殊钢的特殊钢 Si 能脱氧能脱氧, ,有很强的固溶强化作用，可以有很强的固溶强化作用，可以消消 除除FeO夹杂的影响。夹杂的影响。 Mn脱氧、去硫脱氧、去硫, ,取代取代FeS中的中的Fe形成高熔点形成高熔点 MnS。提高钢的强度和硬度。提高钢的强度和硬度。 四、常存杂质元素对钢性能的影响四、常存杂质元素对钢性能的影响 （一（一）有益元素有益元素Si、Mn元素的影响元素的影响

11、 来源：生铁和脱氧剂来源：生铁和脱氧剂 Mn:0.250.250.8%0.8%Si:0.4%0.4% （二）（二）有害元素有害元素:P:P、S S P 有很强的固溶强化作用有很强的固溶强化作用, ,增加钢的强度和增加钢的强度和 硬度，但使塑性和韧性显著降低，特别是低温硬度，但使塑性和韧性显著降低，特别是低温 下韧性极差下韧性极差 ( ( 冷脆冷脆 ) )。 S 常以常以FeSFeS形式存在，并与形式存在，并与Fe形成低熔点形成低熔点 （985）共晶体（共晶体（FeS+Fe)并分布在晶界，并分布在晶界，引起钢引起钢 在热加工时或高温工作下开裂在热加工时或高温工作下开裂 ( ( 热裂热裂 ) )。

12、 来源：生铁和燃料来源：生铁和燃料 S 0.055%、P0.045% （三）（三）气体元素气体元素:N、O、H N N：钢中过饱和：钢中过饱和N N在常温放置过程中会发生时效脆化，包括在常温放置过程中会发生时效脆化，包括 淬火时效和应变时效。加淬火时效和应变时效。加TiTi、V V、AlAl等元素可消除时效倾向。等元素可消除时效倾向。 O O：在钢中主要以氧化物夹杂形式存在，破坏了钢基体的连：在钢中主要以氧化物夹杂形式存在，破坏了钢基体的连 续性，易成为疲劳裂纹源。续性，易成为疲劳裂纹源。 H H：原子态的过饱和氢时将降低韧性：原子态的过饱和氢时将降低韧性, , 引起氢脆。当氢在缺引起氢脆。当

13、氢在缺 陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁 为白色，称白点或发裂为白色，称白点或发裂。 钢中白点钢中白点 1. 合金元素与铁和碳的作用。合金元素与铁和碳的作用。 1）.溶于基体中形成合金溶于基体中形成合金F或合金或合金A ：固溶强化：固溶强化。 五、合金元素在钢中的作用五、合金元素在钢中的作用 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr 弱弱强强 2 2）. .与碳作用形成合金碳化物（合金渗碳体）与碳作用形成合金碳化物（合金渗碳体） (Fe,Cr)(Fe,Cr)3 3C C。 3 3）. .单独形成特殊碳化物单独形

14、成特殊碳化物 TiCTiC、VC VC 。 v 弱碳化物元素弱碳化物元素: : Fe、Mn。 v 中强碳化物元素中强碳化物元素: : Cr、Mo、W。 (Fe、Mn)3C、(Fe、Cr)3C、 (Fe、W)3C v 强碳化物元素强碳化物元素: : V、Ti、Nb、Zr。 TiC、NbC、VC。 与碳亲和能力与碳亲和能力 合金渗碳体较渗碳体稳定，硬度更高合金渗碳体较渗碳体稳定，硬度更高 特殊碳化物较合金渗碳体更稳定，显著提高钢的硬度、强特殊碳化物较合金渗碳体更稳定，显著提高钢的硬度、强 度和耐磨性，又不明显降低钢的韧性。度和耐磨性，又不明显降低钢的韧性。 2.2. 合金元素对合金元素对Fe-Fe

15、3C相图的影响。相图的影响。 1）.扩大奥氏体区扩大奥氏体区 Mn、Ni、Co、Cu、C、N等元素。等元素。 作用作用:使使A3线温度下降线温度下降, A4线温度上升。线温度上升。 Mn 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响 A4 2 2）. .缩小奥氏体区缩小奥氏体区 Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等元素。等元素。 作用作用: :使使A3线温度上升线温度上升, A4线温度下降。线温度下降。 Cr 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响 3）.改变改变E E、S S点的位置点的位置 几乎所有的合金元素。几乎所有的合金元素。 作用作用: : 使使S点和点和E点的成分向左移。点的成分向左移

16、。 使使A1线线的温度变化。的温度变化。 合金元素对合金元素对 S 点成分的影响点成分的影响 合金元素对合金元素对A1线线的影响的影响 1.合金元素对加热时奥氏体形成的影响合金元素对加热时奥氏体形成的影响 除除（Co、Ni）元素外元素外, ,多数合金元素的加入多数合金元素的加入, ,均使均使 奥氏体的奥氏体的形成速度形成速度减慢（减慢（AlAl、SiSi、MnMn影响较小）。影响较小）。 强碳化物形成元素和（强碳化物形成元素和（Al-AlN、Al2O3）能强烈的）能强烈的 阻止奥氏体阻止奥氏体晶粒长大晶粒长大( Ti、V、Zr、Nb 等等)。 非碳化物形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大非碳化物

17、形成元素能轻微的阻止奥氏体晶粒长大 ( Si、Ni、Cu、Co 等等)。 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.合金元素对过冷奥氏体转变的影响合金元素对过冷奥氏体转变的影响 v 除除 Co 元素外元素外, 所有的合金元素均使钢的所有的合金元素均使钢的 TTT 曲曲 线向右移。线向右移。 v 提高钢的提高钢的 淬透性淬透性, 常常 用的元素有用的元素有: Cr、Mn、 Mo、Si、Ni、 B等（合金等（合金 钢比碳素钢钢比碳素钢 淬透性高）淬透性高） 。 v 除除 Co、Al 元素外元素外, 所有的合金元素都使马氏体转所有的合金元素都使马氏体转 变温度下降。（变温度

18、下降。（Mn、Cr、Ni最显著）最显著） 3.合金元素对回火转变的影响合金元素对回火转变的影响 回火稳定性回火稳定性（抗力）的增加（抗力）的增加:淬火钢回火时抵抗软淬火钢回火时抵抗软 化的能力化的能力 二次硬化的产生二次硬化的产生 W、Mo、V 等碳等碳 化物在化物在550析出，并析出，并 对马氏体起到弥散强对马氏体起到弥散强 化作用，使钢达到最化作用，使钢达到最 高硬度高硬度, 产生二次硬化。产生二次硬化。 六、结构钢六、结构钢 结构钢结构钢 工程结构用钢工程结构用钢 机械结构用钢机械结构用钢 普通碳素结构钢普通碳素结构钢 低合金高强结构钢低合金高强结构钢 铸造用钢铸造用钢 渗碳钢渗碳钢 调

19、质钢调质钢 弹簧钢弹簧钢 滚动轴承钢滚动轴承钢 易切削钢易切削钢 结构钢：用于形成结构的钢材，主要用途为承载。结构钢：用于形成结构的钢材，主要用途为承载。 （一）普通碳素结构钢（一）普通碳素结构钢 1、成分、成分WC0.2% 2、性能：具有良好的塑性、韧性及焊接性能、性能：具有良好的塑性、韧性及焊接性能 3、用途：建筑、桥梁、用途：建筑、桥梁 铆钉、螺钉铆钉、螺钉 连杆、拉杆等连杆、拉杆等 冲压件冲压件 焊接件焊接件 4、 编号编号 Q235 1 1、工程结构用钢、工程结构用钢 工程结构钢：主要用于各种结构的钢材，一般采用普通结构工程结构钢：主要用于各种结构的钢材，一般采用普通结构 钢。钢。

20、（二）（二） 低合金高强钢低合金高强钢 1、成分普通碳素结构钢中加入少量合金元素、成分普通碳素结构钢中加入少量合金元素( 3%) 主加合金元素主加合金元素: Mn、Si 。 辅加合金元素辅加合金元素:V、Ti、Nb。 2、性能：优于普通碳素结构钢，具有高的塑性、韧、性能：优于普通碳素结构钢，具有高的塑性、韧 性，较高的强度和良好的焊接性能性，较高的强度和良好的焊接性能 3、用途：、用途： 强度级别较低：冲压件、建筑构件、低压锅炉汽包强度级别较低：冲压件、建筑构件、低压锅炉汽包 强度级别较高：工程建筑、船舶、桥梁、车辆、管强度级别较高：工程建筑、船舶、桥梁、车辆、管 道、压力容器、厂房钢架等道、

21、压力容器、厂房钢架等 4、 编号编号 Q295 用途实例用途实例 Q460钢含钢含Mo、B，正火组织，正火组织 为为B，强度高，用于石化中温，强度高，用于石化中温 高压容器。高压容器。 压力容器压力容器 南京长江南京长江 大桥大桥 Q345钢钢(16Mn)综合性能好，综合性能好， 用于船舶、桥梁、车辆等大用于船舶、桥梁、车辆等大 型钢结构。型钢结构。 Q390钢含钢含V、Ti、Nb，强度，强度 高，用于中等压力的容器。高，用于中等压力的容器。 万吨远洋轮万吨远洋轮 （三）（三）铸造碳钢铸造碳钢 1、对于构件形状复杂，用锻造方法难以生产而力学、对于构件形状复杂，用锻造方法难以生产而力学 性能要求

22、又比较高的零件，可用铸造方法生产出的性能要求又比较高的零件，可用铸造方法生产出的 钢铸件。钢铸件。 2、性能：具有较高的强度和塑性，但整体性能差于、性能：具有较高的强度和塑性，但整体性能差于 铸铁铸铁 3、用途：重型机械、矿山机械、机车车辆等、用途：重型机械、矿山机械、机车车辆等 4、 编号编号 ZG200-400 （一）（一） 渗碳钢渗碳钢 2 2、 机械结构用钢机械结构用钢 机械结构钢：主要用于制造各种类型的机器零件，一般采用机械结构钢：主要用于制造各种类型的机器零件，一般采用 优质碳素结构钢和合金结构钢。优质碳素结构钢和合金结构钢。 1、成分、成分WC=0.1%-0.25%（低碳）（低碳

23、） 2、性能：表面具有较高硬度、强度和耐磨性，心部、性能：表面具有较高硬度、强度和耐磨性，心部 具有较高的韧性和足够的强度（具有较高的韧性和足够的强度（表硬里韧表硬里韧）。）。 3、用途：、用途：变速齿轮、齿轮轴、活塞销变速齿轮、齿轮轴、活塞销等等 4、渗碳钢的加工工艺路线为：、渗碳钢的加工工艺路线为： 制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。主要用于制造既承受冲击载制造渗碳零件的钢称为渗碳钢。主要用于制造既承受冲击载 荷，表面又受强烈磨损的零件。荷，表面又受强烈磨损的零件。 正火正火：为了调整硬度，便于切削加工。：为了调整硬度，便于切削加工。 淬火淬火+低温回火低温回火：为了降低残余应力和脆性，获得高硬

24、度，高：为了降低残余应力和脆性，获得高硬度，高 强度和耐磨性强度和耐磨性 5.合金渗碳钢的牌号合金渗碳钢的牌号 20 Mn2 Ti A 等级等级:高级优质高级优质 含钛量含钛量WTi1.5 % 含锰量含锰量WMn 2 % 含碳量含碳量WC 20 %00 碳素渗碳钢碳素渗碳钢合金渗碳钢合金渗碳钢 化学成分 Wc 0.25 %Wc = 0.150.25 % 合金元素:Cr、Mn、 Ni、B、V、W、Mo、 Ti等。 热处理后的 组织 表层:M回+Fe3C+A残 心部:P+F 表层:M回+Fe3C+A残 心部:低碳M回 +F 6.渗碳钢的成分和组织渗碳钢的成分和组织 7.典型合金渗碳钢种介绍典型合金

25、渗碳钢种介绍 低淬透性合金渗碳钢低淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 % 15Cr、20Cr、20Mn2。用用 于受力小的耐磨件，如柴于受力小的耐磨件，如柴 油机的活塞销、凸轮轴等。油机的活塞销、凸轮轴等。 中淬透性合金渗碳钢中淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %左左 右。右。20CrMn、20CrMnTi、 20Mn2TiB。用于中等载荷。用于中等载荷 的耐磨件，如变速箱齿轮。的耐磨件，如变速箱齿轮。 柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴 活塞销活塞销( 20Cr ) 高淬透性合金渗碳钢高淬透性合金渗碳钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在 4 % 6 %。1

26、8Cr2NiWA、 20Cr2Ni4A等。用于大载荷等。用于大载荷 的耐磨件，如柴油机曲轴。的耐磨件，如柴油机曲轴。 柴油机曲轴柴油机曲轴 20 CrMnTi 钢制造齿轮的热处理工艺曲线钢制造齿轮的热处理工艺曲线 （二）（二） 调质钢调质钢 1、成分、成分WC=0.3%-0.5%（中碳）（中碳） 2、性能：表面具有较高硬度、强度和耐磨性，心部、性能：表面具有较高硬度、强度和耐磨性，心部 具有较高的韧性和足够的强度（具有较高的韧性和足够的强度（既强又韧）。既强又韧）。 3、用途：、用途：机床主轴、发动机曲轴、传动齿轮、汽车机床主轴、发动机曲轴、传动齿轮、汽车 后桥半轴后桥半轴等等 4、调质钢的热

27、处理，、调质钢的热处理， 调质钢：经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢调质钢：经调质处理后使用的中碳钢或中碳合金钢 退火退火：消除应力，调整硬度，改善切削加工性能。：消除应力，调整硬度，改善切削加工性能。 调质调质：1）为表面淬火做组织准备；）为表面淬火做组织准备；2）获得优良的综合力学）获得优良的综合力学 性能。性能。 表面淬火表面淬火+低温回火低温回火：提高工件表面硬度和耐磨性。：提高工件表面硬度和耐磨性。 碳素调质钢碳素调质钢合金调质钢合金调质钢 化学成分Wc = 0.250.6 %Wc = 0.250.5 % 合金元素: Cr、Mn、 Ni、B、Si、V、W、 Mo、Ti等。 热处理后

28、的 组织 表层: S回 心部: P + F 表层: S回 心部: S回 5.合金调质钢的牌号合金调质钢的牌号 40Cr 40Mn 40MnB 35CrMo 38 Cr Mo Al A 25Cr2Ni4WA 6.典型合金调质钢种介绍典型合金调质钢种介绍 低淬透性低淬透性调质钢调质钢 钢含合金元素总量钢含合金元素总量3 % 40Cr、40MnB等等 中淬透性中淬透性调质钢调质钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 %左右。左右。 38 CrSi、35 CrMo 等。等。 常用于制造较小的齿轮、常用于制造较小的齿轮、 轴、螺栓等零件。轴、螺栓等零件。 圆圆 锥锥 齿齿 轮轮 柴油机凸轮轴柴油机凸

29、轮轴 高淬透性调质钢高淬透性调质钢 钢含合金元素总量在钢含合金元素总量在4 % 10 %。 制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬 透性的零件等透性的零件等 。 38 Cr Mo Al A、40 Cr Mn Mo、 25 Cr2 Ni4 W A等。等。 40Cr钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线钢制造连杆螺栓的热处理工艺曲线 （三）（三） 弹簧钢弹簧钢 1、成分、成分WC=0.5%-0.7%（中高碳）（中高碳） 2、性能：、性能：高的高的e、高的、高的s/ b、高的、高的-1、良好的韧、良好的韧 性性。 3、用途：车辆上板弹簧或圆弹簧、气阀、安全阀、用途：车辆上板

30、弹簧或圆弹簧、气阀、安全阀 等耐热弹簧等耐热弹簧 4、弹簧钢的热处理：、弹簧钢的热处理： 弹簧钢：用于制造各种弹簧或弹性元件的钢弹簧钢：用于制造各种弹簧或弹性元件的钢 碳素弹簧钢碳素弹簧钢合金弹簧钢合金弹簧钢 化学成分 Wc = 0.60.9 % Wc = 0.50.7 % 合金元素: Si、Mn、 Cr、V、W、Mo等。 热处理后的 组织 T回 制 造 尺 寸 小 于 815mm的小型 弹簧。 T回 制造尺寸在2025 mm左右的弹簧。 5. 弹簧钢的牌号弹簧钢的牌号 65 65 Mn 55 Si 2 Mn 60 Si 2 Mn 50 Cr V A 50 Cr Mn A 55 Si Mn M

31、o V Nb 6.冷成形弹簧生产工艺特点冷成形弹簧生产工艺特点 用于生产尺寸小于用于生产尺寸小于815mm的小型弹簧的小型弹簧,常用常用 弹簧钢丝弹簧钢丝(片片)冷绕成形冷绕成形,其制造方法有其制造方法有: 铅淬后铅淬后S组织组织冷拔后冷拔后冷成型冷成型+200300去应力去应力 退火。退火。 60、75、85、65 Mn。 油淬中温回火油淬中温回火S回 回后冷成型 后冷成型+去应力退火。去应力退火。 退火组织冷成型退火组织冷成型+淬火淬火+中温回火。（中温回火。（较少应用较少应用） 55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。 汽车板簧汽车板簧 大型热卷弹簧大型热卷弹簧 热卷大弹簧热卷大

32、弹簧 簧弹丝簧弹丝 （四）滚动轴承钢（四）滚动轴承钢 滚珠轴承滚珠轴承滚针轴承滚针轴承 滚柱轴承滚柱轴承 用于制造轴承套和混动体的专用钢种。用于制造轴承套和混动体的专用钢种。 1、成分、成分Wc = 0.951.15%（高碳）（高碳） 优质钢材优质钢材: WS 0.2%、 WP 0.27% 主加主加Cr, 0.41.65 %，提高淬透性提高淬透性 辅加辅加Si、Mn、V、Mo，进一步提高淬透性，进一步提高淬透性，V V、MoMo可阻止可阻止 奥氏体晶粒长大奥氏体晶粒长大 2、性能：、性能：高的硬度强度和耐磨性高的硬度强度和耐磨性; 高的接触疲劳强度高的接触疲劳强度; 足够的韧性和耐蚀性足够的韧

33、性和耐蚀性; 3.滚动轴承钢的牌号滚动轴承钢的牌号 G Cr9 Si Mn 含含Mn量量WMn1.5 % 含含Si量量WSi1.5 % 含含Cr量量WCr 0.9 % 滚动轴承钢滚动轴承钢 应用最广的为应用最广的为GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承还，大量用于大中型轴承；大型轴承还 可用可用GCr15SiMn 5.轴承钢热处理后的组织轴承钢热处理后的组织 M回+颗粒状碳化物+A残 4.铬轴承钢制造轴承的工艺路线铬轴承钢制造轴承的工艺路线 球化退火：消除网状渗碳体球化退火：消除网状渗碳体 淬火淬火+冷处理：淬火为了得到冷处理：淬火为了得到M转变，深冷处理为了减少转变，深冷处理为了减少 残余

34、残余A 低温回火：消除内应力低温回火：消除内应力 （五）易切削钢（五）易切削钢 在自动机床上进行的高速切削性能好的钢。在自动机床上进行的高速切削性能好的钢。 1、成分、成分WC=0.1%-0.18%（低中碳（低中碳） 2、性能、性能：降低切削力和切削热降低切削力和切削热,减少刀具磨损减少刀具磨损,延长延长 刀具寿命刀具寿命,排屑容易排屑容易,提高切削速度提高切削速度。 3、用途、用途：适用于高速切削和在自动加工适用于高速切削和在自动加工机床机床上加上加 工的工的材料，螺栓材料，螺栓、螺母、管、螺母、管接头。接头。 4、易切削钢、易切削钢的的热处理：热处理： 低碳易切削钢低碳易切削钢 ( Y12

35、、Y15、Y20、 Y15Pb )：渗：渗 碳或淬火成低碳马氏体。碳或淬火成低碳马氏体。 中碳易切削钢中碳易切削钢 ( Y40 )：调质及表面淬火：调质及表面淬火。 5.易切削钢的牌号易切削钢的牌号 Y 40 Mn 含锰量含锰量WMn 1.5 % 含碳量含碳量WC 0.4 % 易切削钢易切削钢 七、工具钢七、工具钢 碳素工具钢碳素工具钢 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 刃具刃具 量量 具具 模模 具具 用以制造切削刀具、量具、模具和耐磨工具的钢。 工具钢工具钢 低合金刃具钢低合金刃具钢 高速钢高速钢 1. 碳素工具钢碳素工具钢 主要制作手动工具的工具钢。主要制

36、作手动工具的工具钢。 锉锉 刀刀 手手 锤锤 1、成分、成分WC=0.65%-1.35%（高碳）（高碳） 2、性能：随含碳量增加，硬度和耐磨性提高，但韧性、性能：随含碳量增加，硬度和耐磨性提高，但韧性 下降下降 3、用途：由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造、用途：由于碳工钢热硬性、淬透性差，只用于制造 小尺寸的手工工具和低速刃具小尺寸的手工工具和低速刃具。 4、碳工钢的热处理：、碳工钢的热处理：正火正火+球化退火球化退火+淬火淬火+低温回火低温回火 5、热处理后的组织：、热处理后的组织： M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A残 残 T 12 A 高级优质高级优质 Wc = 1.2% 碳

37、素工具钢碳素工具钢 6、碳工钢的牌号、碳工钢的牌号 共有七个牌号：共有七个牌号：T7-T13。 T7-T9：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤：制造承受冲击的工具，如木工工具：冲子、凿子、锤 子等；子等； T10-T11:制造低俗切削工具，如钻头、丝锥、锯条、车刀等；制造低俗切削工具，如钻头、丝锥、锯条、车刀等； T12-T13:制造耐磨工具，如锉刀、刮刀等制造耐磨工具，如锉刀、刮刀等 2. 合金刃具钢合金刃具钢 1、成分、成分Wc=0.75-1.5%（高碳）（高碳）+合金元素合金元素 2、性能：、性能：高硬度、高耐磨性、有一定的高硬度、高耐磨性、有一定的红硬性红硬性 （外部受热升

38、温时工具钢仍能维持高硬度）、强度、强度 和韧性和韧性,工作温度不超过工作温度不超过300。 3、用途：应用最多的是、用途：应用最多的是9SiCr。用于制造形状复。用于制造形状复 杂、要求变形小的低速刃具，如杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙丝锥、板牙等等。 4、同碳工钢的热处理：正火、同碳工钢的热处理：正火+球化退火球化退火+淬火淬火+低温低温 回火回火 5、热处理后的组织：、热处理后的组织： M回 回+颗粒状碳化物 颗粒状碳化物+A残 残 2.1.低合金刃具钢低合金刃具钢 在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素（在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素（5%)。 9 SiCr 钢板牙热处理工艺

39、曲线钢板牙热处理工艺曲线 板板 牙牙 2.2 .高速工具钢高速工具钢(高速钢，锋钢）高速钢，锋钢） 车刀车刀铣刀铣刀钻头钻头 比低合金工具钢允许有更高的切削速度而得名。比低合金工具钢允许有更高的切削速度而得名。 1、成分、成分Wc=0.75-1.5%（高碳）（高碳）+合金元素合金元素 2、性能：、性能：高硬度、高耐磨性、高硬度、高耐磨性、高的红硬性高的红硬性(600 时时,HRC63以上以上) 、有一定的强度和韧性。、有一定的强度和韧性。 3、用途：常用钢号为、用途：常用钢号为W18Cr4V和和W6Mo5Cr4V2。 用于高速切削刃具，如车刀、铣刀、刨刀和钻头等。用于高速切削刃具，如车刀、铣刀

40、、刨刀和钻头等。 锻造锻造目的：高速钢属于莱氏体钢，脆性大且热处理无法消目的：高速钢属于莱氏体钢，脆性大且热处理无法消 除。因此只能用反复锻击的方法将其击碎，并均匀分布在除。因此只能用反复锻击的方法将其击碎，并均匀分布在 基体上；具有成型和改善碳化物形态的双重作用。基体上；具有成型和改善碳化物形态的双重作用。 退火退火：降低硬度，便于切削加工，为淬火做组织准备；：降低硬度，便于切削加工，为淬火做组织准备； 淬火淬火：获得高合金元素含量的马氏体；：获得高合金元素含量的马氏体；M+Fe3C+A残残(20 25%) 回火回火：减少残余奥氏体，消除内应力，稳定组织。：减少残余奥氏体，消除内应力，稳定组

41、织。M回 回 + Fe3C + A残 残 ( 1 2 % ) W18Cr4V钢的热处理过程示意图钢的热处理过程示意图 机加工机加工 三三.合金模具钢合金模具钢 v冷作模钢冷作模钢:工作温度为工作温度为200300。冷冲模、冷挤压模、冷冲模、冷挤压模、 拉丝模拉丝模等等 v热作模钢热作模钢:工作温度为工作温度为600以上。以上。热锻模、热挤压模、压热锻模、热挤压模、压 铸模铸模等等 用于制造模具的钢。用于制造模具的钢。 一一) 冷作模钢冷作模钢 制造金属冷成型模具的钢。制造金属冷成型模具的钢。 1.性能要求性能要求:高的硬度高的硬度,HRC62;高的耐磨性高的耐磨性;足够高的韧性与足够高的韧性与

42、 疲劳抗力疲劳抗力;热处理变形小热处理变形小; 2.化学成分特点化学成分特点:高碳高碳 12 %;合金元素合金元素:Cr, Mo、W、V。 莱氏体钢通过反复锻造将网状共晶碳化物打碎莱氏体钢通过反复锻造将网状共晶碳化物打碎 A.A.低合金冷作模具钢：低合金冷作模具钢：CrWMnCrWMn、9Mn2V9Mn2V 小尺寸、形状简单、受力不大的模具 热处理：热处理：淬火淬火+ +低温回火低温回火 优点：便宜，加工性能好优点：便宜，加工性能好 缺点：淬透性差，缺点：淬透性差，热处理变形较大，热处理变形较大，耐磨性较差耐磨性较差 4 4、分类、用途及热处理、分类、用途及热处理 最终组织最终组织 ：M回 回

43、 + Fe3C + 少量 少量 A残 残 B.高合金冷作模具钢：高合金冷作模具钢：Cr12，Cr12MoV 尺寸大、重载的模具、变形小尺寸大、重载的模具、变形小 热处理：热处理： 二）热作模具钢二）热作模具钢 用于制造经加热的固态或液态金属在压力下成形的模具。用于制造经加热的固态或液态金属在压力下成形的模具。 1.1.要求要求：1 1）高的热硬性高的热硬性和高温和高温耐磨性耐磨性 2 2）高的抗氧化能力）高的抗氧化能力，高高的的热强热强性性和足够高的和足够高的韧性韧性 3 3）高的热疲劳高的热疲劳抗力抗力 2.2.化学成分：化学成分：w w c c =0.4=0.4% %0.60.6% %（中

44、碳），保证（中碳），保证足够的强度和足够的强度和韧性韧性 主主加加元素：元素：CrCr、NiNi、MnMn、SiSi 3.3.常用钢种：常用钢种： 1 1）热锻模钢）热锻模钢 5CrNiMo:5CrNiMo:大型热锻模大型热锻模 5CrMnMo:5CrMnMo:中小型热锻模中小型热锻模 2) 2) 压铸模钢压铸模钢 3Cr2W8V3Cr2W8V，为过共析钢。，为过共析钢。 中中碳碳（0.3-0.4%0.3-0.4%）+ +合金元素合金元素 曲轴模具曲轴模具 3.热处理特点热处理特点: *热锻模钢热锻模钢: 5 CrMnMo 热处理工艺热处理工艺: 淬火淬火 + 550回火回火 热处理后的组织热

45、处理后的组织: S回 回或 或T回 回 温度 时间 500 820850 预冷预冷 油冷油冷 530550 回火回火 *压铸模钢压铸模钢: 3 Cr2W8V 热处理工艺热处理工艺: 淬火淬火 + 600三次回火三次回火 热处理后的组织热处理后的组织: M回 回 + Cm粒状 粒状+A 4.合金量具钢合金量具钢 卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺 1、成分、成分Wc=0.9-1.5%（高碳）（高碳）+合金元素合金元素 2、性能：、性能：高的硬度高的硬度, HRC62;高的耐磨性；高的耐磨性；高的尺高的尺 寸稳定性寸稳定性;足够高的心部韧性足够高的心部韧性;热处理变形小热处理变形小; 尺寸稳尺寸稳

46、定定;良好的耐蚀性良好的耐蚀性; 3、用途：制造千分尺、卡尺、块规、螺旋测微仪、用途：制造千分尺、卡尺、块规、螺旋测微仪 等等。 用于制造测量加工零件的工具的钢。用于制造测量加工零件的工具的钢。 第四节第四节 特殊性能钢特殊性能钢 特殊性能钢：指具有特殊物理、化学性能的钢。主要包括特殊性能钢：指具有特殊物理、化学性能的钢。主要包括 不锈钢、耐热钢和耐磨钢。不锈钢、耐热钢和耐磨钢。 一一.不锈钢不锈钢 1.定义定义: 在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。在腐蚀介质中具有很高的抗腐蚀能力的钢。 2.概念概念:*在空气中的年腐蚀量为在空气中的年腐蚀量为0.01mm以内的钢以内的钢, 称为在空称为在

47、空 气中使用的不锈钢。气中使用的不锈钢。 *在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为在强酸、强碱介质中的年腐蚀量为0.1mm以内的钢以内的钢, 称为在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。称为在强酸、强碱介质中使用的不锈钢。 3金属腐蚀的机理金属腐蚀的机理. 金属腐蚀的种类金属腐蚀的种类: 1)化学腐蚀（化学腐蚀（不产生电流不产生电流）: 金属与介质金属与介质 ( 干燥气体和非电干燥气体和非电 解质溶液解质溶液 ) 发生化学反应而产生的腐蚀。例如发生化学反应而产生的腐蚀。例如:高温氧化、高温氧化、 脱碳等。脱碳等。 2)电化学腐蚀（电化学腐蚀（产生电流产生电流）:金属与介质金属与介质 ( 电解质溶液电解质溶液,

48、即即 酸、碱、盐溶液酸、碱、盐溶液 )发生电化学反应而产生的腐蚀（电极电发生电化学反应而产生的腐蚀（电极电 位不同）。位不同）。 电化学腐蚀过程示意图电化学腐蚀过程示意图 珠光体电化学腐蚀示意图珠光体电化学腐蚀示意图 4. 防腐措施防腐措施: 1)形成氧化层形成氧化层: 加入合金元素加入合金元素Cr、Al、Si 等等,形成形成Cr2O3、 SiO2、Al2O3等氧化膜。等氧化膜。 2)提高金属的电极电位提高金属的电极电位: 加入合金元素加入合金元素Cr、Ni、Si等等,提高金提高金 属基体的电极电位。属基体的电极电位。 3)使钢在室温下呈使钢在室温下呈单相组织单相组织: 加入合金元素加入合金元

49、素 Mn、Ni等能扩大等能扩大区区,可在室温获得奥氏体钢。可在室温获得奥氏体钢。 加入合金元素加入合金元素 Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等能扩大等能扩大区区,可在可在 室温获得铁素体钢。室温获得铁素体钢。 5.5.不锈钢的成分特点、分类及用途不锈钢的成分特点、分类及用途 1 1）化学成分）化学成分特点特点 a a、低碳：碳高，则降低耐蚀性、低碳：碳高，则降低耐蚀性 b b、CrCr：提高耐蚀性的主要因素：提高耐蚀性的主要因素 形成稳定致密的形成稳定致密的CrCr2 2O O3 3氧化膜；氧化膜； CrCr含量大于含量大于13%13%时，形成单相铁素体组织；时，形成单相铁素体组织； 提高基体

50、电极电位提高基体电极电位 c c、NiNi：获得单相奥氏体组织：获得单相奥氏体组织 d d、MoMo：耐有机酸腐蚀；：耐有机酸腐蚀； e e、TiTi，NbNb：防止奥氏体钢晶间腐蚀。：防止奥氏体钢晶间腐蚀。 消防栓消防栓 晶间腐蚀晶间腐蚀 1)铁素体型不锈钢铁素体型不锈钢 l 化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.1 %左右左右 WCr = 12-30 % l 热处理特点热处理特点: 不能进行热处理不能进行热处理强化。强化。 l 牌号牌号: 0Cr13Al、1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等等 l 用途用途:化工设备中要求耐蚀性高、化工设备中要求耐蚀性高、强度低强度低的容器、管道等

51、。的容器、管道等。 l 易出现脆性易出现脆性:析出富析出富Cr相相. 6、常用不锈钢、常用不锈钢 硝酸生产装置硝酸生产装置 合成氨生产装置合成氨生产装置 2)马氏体型不锈钢马氏体型不锈钢 - Cr13型钢型钢, l 化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.1 0.4 % WCr = 13 % l 热处理特点热处理特点:正火后的组织是马氏体正火后的组织是马氏体。 l 牌号牌号: 1Cr134Cr13 l 用途用途: 强度高强度高,又需耐蚀又需耐蚀. l 汽轮机叶片、医疗器械汽轮机叶片、医疗器械 医用镊子医用镊子 3)3)奥氏体型不锈钢奥氏体型不锈钢-18 8-18 8型钢型钢 l 化学成分特点化学成分特点: Wc = 0.08 0.14 %；WCr = 1719 % WNi = 811 %；Cu、Ti、Mo等。等。 l 加工加工特点特点:不能进行热处理强化不能进行热处理强化,只能冷只能冷塑性变形强化塑性变形强化。 l 性能特点性能特点:耐蚀性好耐蚀性好塑性好塑性好焊接性能好焊接性能好无无磁性磁性，价格较高。价格较高。 l 热处理特点热处理特点:固溶处理固溶处理; 消除应力消除应力退火。退火。 l 用途用途: 化工容器、管道等化工容器、管道等。 l 牌号牌号