讲工业用钢PPT课件

1、1 高碳铬轴承钢的牌号、成分及退火硬度(GBT18254-2002)统一数统一数字代号字代号牌号牌号 化化 学学 成成 分分 %退火硬退火硬度度HBwCSiMnCrMoPSNiCu Cu+Ni 179207B00040GCr40.951.050.150.300.150.300.350.500.080.0250.0200.250.20179207B00150GCr150.951.050.150.350.250.451.401.650.100.0250.0250.300.250.50179207B01150GCr15SiMn0.951.050.450.750.951.251.401.650.100

2、.0250.0200.300.250.50179217B03150GCr15SiMo0.951.050.650.850.200.401.401.70.30.40.0270.0200.300.25179217B02180GCr18Mo0.951.050.200.400.250.400.651.950.150.250.0250.0200.250.25179207第1页/共56页25、热处理特点 热处理主要为球化退火、淬火和低温回火。（1）球化退火作为预备热处理，其主要目的是降低硬度，便于切削加工，并为淬火做组织准备。（2）最终热处理是加热到840，在油中淬火，并在淬火后立即进行低温回火(16018

3、0 )，回火后的硬度大于61HRC。使用状态下的组织为回火马氏体加颗粒状碳化物及少量残余奥氏体。为了减少残余奥氏体量，稳定尺寸，可在淬火后进行冷处理(-60-80 )，并在磨削加工后进行低温(120左右)时效处理。6、典型钢种 高碳铬轴承钢应用最广的是GCr15钢，大量用于制造大中型轴承，此外，还常用来制造冷冲模、量具、丝锥等。制造大型轴承也可用GCr15SiMn。 第2页/共56页3 （七） 耐磨钢 耐磨钢主要是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。高锰钢共包括5种牌号，其化学成分和力学性能示于表所示。 高锰钢的化学成分和力学性能（GB/T56801998）牌号牌号化学成分化学成分%力学性

4、能（不小于）力学性能（不小于）HBSCMnSiS P 其他其他sMPabMPa%akJ/cmZGMn13-11.0-1.4511.0-14.00.3-1.00.0400.090 63520ZGMn13-20.9-1.3511.0-14.00.3-1.00.0400.070 68525147300ZGMn13-30.95-1.3511.0-14.00.3-0.80.0400.070 73530147300ZGMn13-40.9-1.3011.0-14.00.3-0.80.0400.070Cr1.22.539073520300ZGMn13-50.76-1.3011.0-14.00.3-1.00.0

5、400.070Mo0.901.20 第3页/共56页41、用途和性能要求 高锰钢主要用于既承受严重磨损又承受强烈冲击的零件，如拖拉机、坦克的履带板、破碎机的颚板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。因此，高的耐磨性和韧性是对高锰钢的主要性能要求。2、成分特点（1）高碳：含碳量为075145，以保证高的耐磨性；（2）高锰：含锰量为1114，以保证形成单相奥氏体组织，获得良好的韧性。第4页/共56页53热处理及使用性能特点 高锰钢的铸态组织为奥氏体加碳化物，性能硬而脆。为此，需对其进行“水韧处理”。（1）水韧处理即把钢加热到1100，使碳化物完全溶入奥氏体，并进行水淬。（2）水韧处理的组织：获得均匀的过饱

6、和单相奥氏体。（3）水韧处理的机械性能：强度、硬度并不高(180HB200HB)，但塑性、韧性却很好。（4）使用时性能特点：使用时伴随着强烈的冲击或强大的压力，表面奥氏体迅速加工硬化，同时形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到500HB550HB，获得高耐磨性，而心部仍为奥氏体组织，具有高耐冲击能力。当表面磨损后，新露出的表面又可在冲击或压力作用下获得新的硬化层。 高锰钢水冷后不应当再受热，因加热到250以上时有碳化物析出，会使脆性增加。这种钢由于具有很高的加工硬化能力，很难切削加工，但采用硬质合金、含钴高速钢等切削工具，并采取适当的刀角及切削条件，还是可以加工的。 第5页/共56页6 第四

7、节 工具钢 用于制造刃具、模具、量具等工具的钢称为工具钢。 一、刃具钢 1、刃具钢 主要指制造车刀、铣刀、钻头等切削刀具的钢种。2、刀具的任务就是将钢材或坯料通过切割，加工成为工件。3、工作条件：刀具受到工件的压应力和弯曲应力，刃部与切屑之间发生相对摩擦，产生热量，使温度升高；切削速度愈大，温度愈高，有时可达500600。4、性能要求 （1）高硬度 刀具硬度必须大于被切削材料的硬度，才能顺利地进行切削。切削金属材料所用刃具的硬度，一般都大于60HRC。刃刃 具具车车刀刀铣铣刀刀钻钻头头锉锉 刀刀第6页/共56页7 （2）高耐磨性 耐磨性不仅取决于硬度，还与钢中的硬质相（碳化物）的数量、颗粒大小

8、、分布情况有关。 （3）高的热硬性（红硬性） 是指钢在高温下保持高硬度的能力。要求高的热硬性是为了防止刀具在高速切削时因摩擦升温而软化。在刃具钢中加入W、V、Nb(铌)等，将显著提高钢的热硬性，如高速钢的热硬性可达600左右。（4）具有一定的强度、韧性和塑性 以免刃部受冲击震动载发生崩刃或脆断。 第7页/共56页8 （一）碳素工具钢 1 1、碳素工具钢碳素工具钢：碳的含量为碳的含量为0.650.651.35%1.35%。2 2、分类分类：根据有害杂质硫、磷含量的不同又分为：根据有害杂质硫、磷含量的不同又分为优质碳素工具优质碳素工具钢钢( (简称为碳素工具钢简称为碳素工具钢) )和和高级优质碳素

9、工具钢高级优质碳素工具钢两类。两类。T8T8钢表示平均碳的质量分数为钢表示平均碳的质量分数为0.8%0.8%的优质碳素工具钢。的优质碳素工具钢。T10AT10A钢表示平均碳的质量分数为钢表示平均碳的质量分数为1.0%1.0%的高级优质碳素工具钢。的高级优质碳素工具钢。 碳素工具钢一般以退火状态供应，使用时再进行适当的热处碳素工具钢一般以退火状态供应，使用时再进行适当的热处理。各种碳素工具钢淬火后的硬度相近，但随着碳含量的增理。各种碳素工具钢淬火后的硬度相近，但随着碳含量的增加，未溶渗碳体增多，钢的耐磨性增加，而韧性降低。加，未溶渗碳体增多，钢的耐磨性增加，而韧性降低。3 3、用途用途：T7T7

10、、T8T8钢适于制造承受一定冲击而要求韧性较高的钢适于制造承受一定冲击而要求韧性较高的工具，如大锤、冲头、凿子、木工工具、剪刀等。工具，如大锤、冲头、凿子、木工工具、剪刀等。 T9T9、T10T10、T11T11钢用于制造冲击较小而要求高硬度和较高耐磨钢用于制造冲击较小而要求高硬度和较高耐磨性的工具，如丝锥、板牙、小钻头、冷冲模、手工锯条等。性的工具，如丝锥、板牙、小钻头、冷冲模、手工锯条等。 T12T12、T13T13钢的硬度和耐磨性很高，但韧性较差，用于制造不钢的硬度和耐磨性很高，但韧性较差，用于制造不受冲击的工具，如锉刀、刮刀、剃刀、量具等。受冲击的工具，如锉刀、刮刀、剃刀、量具等。第8

11、页/共56页9钢 号热 处 理用 途 举 例淬 火回 火温度 /介质硬度HRC温度 /硬度HRCT7T7A780780水61631802006062制造承受震动或冲击及需要在适当硬度下具有较大韧性的工具，如凿子、打铁用模、各种锤子、木工木具、石钻（软岩石用）等T8T8A760780水61631802006062制造承受震动及需要足够韧性而具有较高硬度的工具，如简单模子、冲头、剪切金属用剪刀、木工工具、煤用凿等T9T9A760780水62641802006062制造具有一定硬度及韧性的冲头、冲模、木工工具、凿岩用凿子等T10T10A760780水，油62641802006062制造不受震动及锋利

12、刃口上有少许韧性的工具，如刨刀、拉丝模、冷冲模、手锯锯条、硬岩用钻子等T12T12A760780水，油62641802006062制造不受震动及需要极高硬度和耐磨性的各种工具，如丝锥、锋利的外科刀具、锉刀、刮刀等丝锥第9页/共56页10（二）低合金刃具钢 是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素（3%5%）。常用低合金刃具、量具钢化学成分、热处理及用途举例钢钢 号号化化 学学 成成 分分 (%)淬淬 火火回回 火火用用 途途 举举 例例CMnSiCr其他其他温度温度/介介质质HRC 温度温度 /HRC9SiCr0.85 0.950.3 0.61.2 1.60.95 1.25 850 870油油6

13、2190 2006063板牙板牙,丝锥丝锥,绞刀绞刀,搓丝搓丝板板,冷冲模等冷冲模等CrWMn0.9 1.050.8 1.10.150.350.9 1.21.2 1.6W820 840油油62140 1606265长丝锥长丝锥,长绞刀长绞刀,板牙板牙,拉刀拉刀,量具量具,冷冲冷冲模等模等cr20.951.100.400.400.40.40 01.301.70830860油油626265刀刀,板牙板牙,拉刀拉刀,量具量具,冷冷冲模等冲模等9Cr20.800.950.400.400.40.40 01.301.70820850油油626265冷扎辊、冲头、木工冷扎辊、冲头、木工工具工具cr061.3

14、01.450.400.400.40.40 00.500.70780810水水646265刀片、刮刀、刻刀医刀片、刮刀、刻刀医疗外科刀具疗外科刀具w1.051.250.400.400.40.40 00.100.300.81.2800830水水626265低速刀具低速刀具,麻花钻，车麻花钻，车刀刀CrMn1.3 1.50.45 0.750.40.40 01.3 1.6 840 860油油62130 1406265长丝锥长丝锥,拉刀拉刀,量具等量具等9Mn2V0.85 0.951.7 2.00.40.40 0 0.01 0.25V780 820油油62150 2005863丝锥丝锥,板牙板牙,样板样

15、板,量规量规,中小型模具中小型模具,磨磨床主轴床主轴,精密丝精密丝杠等杠等第10页/共56页11 在低合金工具钢中常加入的合金元素有在低合金工具钢中常加入的合金元素有CrCr、SiSi、MnMn、MoMo、V V等，为避免碳化物的不均匀性，其总量一般不超过等，为避免碳化物的不均匀性，其总量一般不超过4%4%。 例例9SiCr9SiCr钢是一种常用的合金刃具钢，也经常作为冷冲模钢是一种常用的合金刃具钢，也经常作为冷冲模具钢使用。具钢使用。9SiCr9SiCr钢相当于在钢相当于在T9T9钢的基础上加入钢的基础上加入1.21.21.6%1.6%的硅和的硅和0.950.951.25%1.25%铬。由于

16、硅和铬的加入，使钢的铬。由于硅和铬的加入，使钢的临界点有所升高。临界点有所升高。钢 号Ac1Ar1T97307009SiCr770730 硅属于非碳化物形成元素，在加热时能溶于奥氏体，显著提高过冷奥氏体的稳定性； 铬属于碳化物形成元素，由于9SiCr中的铬含量较小，因而只能形成合金渗碳体（FeCr）3C，在正常退火或淬火加热时它能部分的溶入奥氏体，使过冷奥氏体稳定性增加 。第11页/共56页12（三）高速钢 （1、高速钢 是一种高合金工具钢。含有W、Mo、Cr、V等合金元素，其总量超过10%。 高速钢的主要特性是具有良好的热硬性，当切削温度高达600左右时硬度仍无明显下降，能以比低合金工具钢更

17、高的切削速度进行切削加工。2、高速钢的品种有几十种之多，它们具有不同的性能、适用于制造各种用途和不同类型的高速切削刀具。第12页/共56页13名 称钢 号主 要 化 学 成 分 （%）热处理温度/硬 度热硬性HRC*用 途CWMoCrVAl或Co退火淬火回火退火后HB回火后HRC钨高速钢W18Cr4V（18-4-1）0.70 0.8017.5019.000.303.80 4.401.00 1.40-860 88012601300550 570207 255636661.5 62制造一般高速切削用车刀、刨刀、钻头、铣刀等高碳钨高速钢95W18Cr4V0.90 1.0017.5019.000.30

18、3.80 4.401.00 1.40-860 88012601280570 580241 26967.56465在切削不锈钢及其他硬或韧的材料时，可显著提高刀具寿命与被加工零件的光洁度钨钼高速钢W6Mo5Cr4V2（6-5-4-2）0.80 0.905.75 6.754.75 5.753.80 4.401.80 2.20-840 86012201240550 57024163666061制造要求耐磨性和韧性很好配合的高速切削刀具，如丝锥、钻头等；并适用于采用轧制、扭制热变形加工成形新工艺来制造钻头等刀具高钒的钨钼高速钢W6Mo5Cr4V3（6-5-4-3）1.10 1.255.75 6.754

19、.75 5.753.80 4.402.80 3.30-840 88512001240550 5702556564制造要求耐磨性和热硬性较高的，耐磨性和韧性较好配合的，形状稍为复杂的刀具，如拉刀、铣刀等超 硬 高 速 钢高碳高钒高速钢W12Cr4V4Mo1.25 1.4011.5013.000.90 1.203.80 4.403.80 4.40-840 86012401270550 5702626564 64.5只宜制造形状简单的刀具或仅需很少磨削的刀具。优点：硬度热硬性高，耐磨性优越，切削性能良好，使用寿命长；缺点：韧性有所降低，可磨削性和可锻性均差含钴高速钢W18Cr4VCo100.70 0

20、.8018.0019.00-3.80 4.401.00 1.409.00 10.00（Co）870 90012701320540 590277666864制造形状简单截面较粗的刀具，如直径在15mm以上的钻头，某几种车刀；而不宜于制造形状复杂的薄刃成型刀具或承受单位载荷较高的小截面刀具。用于加工难切削材料，例如高温合金、难熔金属、超高强度钢、钛合金以及奥氏体不锈钢等，也用于切削硬度HB300-350合金调质钢W6Mo5Cr4V2Co80.80 0.905.5 6.704.8 6.203.80 4.401.80 2.207.00 9.00（Co）870 90012201260540 590269

21、646664含铝高速钢W6Mo5Cr4V2Al1.10 1.205.75 6.754.75 5.753.80 4.401.80 2.201.00 1.30（Al）850 87012201250550 570255 267676965在加工一般材料时刀具使用寿命为18-4-1的二倍，在切削难加工的超高速强度钢，耐热钢，耐热合金时，其使用寿命接近钴高速钢W10Mo4Cr4V3Al（5F-6）1.30 1.459.00 10.503.50 4.503.50 4.502.70 3.200.70 1.20（Al）84585512301260540 560269676965.5 67.5常用的几种高速钢的

22、化学成分、热处理、硬度、热硬性及用途第13页/共56页143、高速钢主 要 化 学 成 分 （1）碳 一方面要保证能与钨、铬、钒形成足够数量的碳化物，另一方面又要有一定的碳溶于高温奥氏体，获得过饱和的马氏体，以保证高硬度、高耐磨性以及高的热硬性。 W18Cr4V钢的碳含量为0.700.80%，若含碳量过低，则不能保证形成足够数量的合金碳化物，在高温奥氏体和马氏体中的含碳量均减少，以致降低钢的硬度、耐磨性以及热硬性； 若含碳量过高，则碳化物数量增加，同时碳化物不均匀性也增加，致使钢的塑性降低，脆性增加，工艺性变坏。 （2）钨 是保证热硬性的主要元素，它与钢中的碳形成钨的碳化物。在退火状态下，钨以

23、Fe4W2C的形式存在。在淬火加热时，一部分Fe4W2C溶入奥氏体，淬火后存在于马氐体中，提高钢的回火稳定性，同时在560左右回火时一部分钨以W2C形式弥散沉淀析出，形成二次硬化。在淬火加热时未溶的Fe4W2C能阻止高温下奥氏体晶粒长大。所以钨含量的增加，可提高钢的热硬性，并减小其过热敏感性，但W超过20%时，钢中的碳化物呈不均匀性增加，使钢的强度及塑性降低；若钨含量减少，则碳化物总量减少，钢的硬度、耐磨性及热硬性将降低。第14页/共56页15 （3）铬 主要是增加高速钢的耐磨性和淬透性。铬含量低时，水淬和油淬才能得到马氏体；而铬含量大于4时，空冷即可得到马氏体，故高速钢又有“风钢”之称。若铬

24、含量大于4时，使Ms点下降，淬火后残留奥氏体量增加，并使残留奥氏体稳定性增强，致使钢的回火次数增多，工艺操作复杂。因此，一般高速钢的铬含量均为4。(4)钒 能显著提高钢的热硬性、硬度、耐磨性，并且还能细化晶粒，使钢对过热敏感性降低。同时，钒在回火时，也能产生“二次硬化”的作用。但钒含量增加将使钢的磨削性能大大下降，因此，钒含量一般在1一4范围内。第15页/共56页164 、铸态高速钢的组织 高速钢是莱氏体钢，由鱼骨状莱氏体与树枝状的马氏体和托氏体组成,使钢变脆。这种粗大的合金碳化物不能用热处理的方法来消除，必须用锻造的方法使碳化物破碎，并使其均匀分布。碳化物分布的均匀程度影响着高速钢的力学性能

25、和加工性能。所以锻造对于高速钢来说是十分重要的。W18Cr4V铸态组织 420 高速钢锻造后组织中大致有70一80的珠光体和20一30的合金碳化合物第16页/共56页175、高速钢加工工艺下料-锻造- 球化退火-机加工- 淬火+三次570回火 -磨削加工。（1）退火 高速钢的预备热处理是球化退火，其目的是降低硬度，便于切削加工，并为淬火作组织准备。退火后组织为索氏体加细颗粒状碳化物。 W18Cr4V球化退火组织 420 第17页/共56页18(2)淬火 高速钢的导热性较差，故淬火加热时应在600650和800850 预热二次，以防止变形与开裂。高速钢的淬火温度高达1280 ，以使更多的合金元素

26、溶入奥氏体中，达到淬火后获得高合金元素含量马氏体的目的。淬火温度不宜过高，否则易引起晶粒粗大。淬火冷却多采用盐浴分级淬火或油冷，以减小变形和开裂倾向。淬火后的组织为隐针马氏体加颗粒状碳化物和较多的残余奥氏体(约30)。硬度为61HRC63HRC。 W18Cr4V淬火组织 300 第18页/共56页19(3)回火 高速钢淬火后通常在550570 进行三次回火，其主要目的是减少残余奥氏体量，稳定组织，并产生二次硬化。在回火过程中，随温度升高，大量细小弥散的钨、钼、钒碳化物从马氏体中析出，使钢的硬度不仅不降，反而明显提高，同时由于残余奥氏体中的碳和合金元素含量下降及所受马氏体的压力降低，Ms点上升，

27、在回火冷却时转变为马氏体，使硬度提高，产生二次硬化。W18Cr4V钢的硬度与回火温度关系如图所示。第19页/共56页20W18Cr4V淬火+一次回火组织105 W18Cr4V淬火+ 三次回火组织 420 图为W18Cr4V钢热处理工艺示意图采用多次回火是为了逐步减少残余奥氏体量，同时每次回火加热都使前一次回火冷却时产生的淬火马氏体回火。经淬火和三次回火后，高速钢的组织为回火马氏体、细颗粒状碳化物加少量残余奥氏体(3)，如图所示。第20页/共56页21二、模具钢 模具钢分为冷作模具钢和热作模具钢。（一）冷作模具钢主要用于制造各种冷成型模具，如冷冲模、冷挤压模、冷镦模和拔丝模等，工作温度一般不超过

28、200300 1、性能要求材料在冷态变形抗力较大，因而冷模具在工作时承受很大的载荷及冲击、摩擦作用，磨损、变形和断裂是其失效的主要形式。为此，要求冷作模具钢具有以下性能：（1）高硬度(58HRC62HRC)和高耐磨性；（2）足够的强度和韧性。（3）良好的工艺性能，如淬透性、切削加工性等。 第21页/共56页222、冷作模具钢的类型（1）碳素工具钢和低合金工具钢 用于制造小尺寸、形状简单、受力不大的模具，如T8A、9Mn2V、9SiCr、CrWMn等。（2）耐冲击工具用钢 用于制造冶金、机械工业中剪切钢板或型材用的冷剪刀片和热剪刀片，如4CrW2Si、5CrW2Si等。合金元素Cr、W、Si的作

29、用是提高淬透性、耐磨性和耐回火性。汽车冲压模具汽车冲压模具模模 具具第22页/共56页23（3）Cr12型冷作模具钢 用于制造受力大的冷模具。1）成分特点： 高碳 含碳量为140230，以保证高的硬度和耐磨性； 合金元素 主加元素为Cr，其主要作用是提高淬透性，辅加元素有W、Mo、V等，这些元素与Cr一起形成高硬度的碳化物，从而提高耐磨性。此外，辅加元素还有细化晶粒作用。2）热处理特点 Cr12型钢属莱氏体钢，其网状共晶碳化物需通过反复锻造来改善其形态和分布。热处理采用淬火加回火处理。当回火温度较低时，钢的硬度可达61HRC64HRC，耐磨性和韧性较好，适用于重载模具；当在较高温度下多次回火时

30、，会产生二次硬化，钢的硬度达60HRC62HRC，红硬性和耐磨性都较高，适用于在400450 下工作的模具。热处理后的组织为回火马氏体、颗粒状碳化物及少量残余奥氏体。3）常用钢种 Cr12型冷作模具钢和Gr12MoV，其热处理变形小，主要用于制造截面大、负荷大的冷冲模、挤压模、滚丝模、冷剪刀等。第23页/共56页24 冷作模具钢选用举例冲模种类钢 号备 注简单(轻载)复杂(轻载)重 载硅 钢 片 冲 模Cr12,Cr12MoV,Cr6WV同 左- 因加工批量大，要求寿命较长，故均采用高合金钢冲 孔 落 料 模T10A,9Mn2V9Mn2V,Cr6WV,Cr12MoVCr12MoV 压弯模T10

31、A,9Mn2V-Cr12,Cr12MoV,Cr6WV 拔 丝 拉 伸 模T10A,9Mn2V-Cr12,Cr12MoV 冷挤压模T10A,9Mn2V9Mn2V,Cr12MoV,Cr6WVCr12MoV,Cr6WV要求热硬性时还可选用W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2小冲头T10A,9Mn2VCr12MoVW18Cr4VW6Mo5Cr4V2冷挤压钢件,硬铝冲头还可选用超硬高速钢冷镦模T10A,9Mn2V-Cr12MoV,8Cr8Mo2SiV,Cr12MoV,W18Cr4VCr4W2MoV,8Cr8Mo2SiV2基体钢* 第24页/共56页25 2、热作模具钢（热变形模具 ） 热作模具钢主要用于

32、制造使加热金属或液态金属成型的模具，如热锻模、热压模、热挤压模和压铸模等，工作时型腔表面温度可达600以上。 (1)性能要求 热模具在工作时承受很大的冲击载荷、强烈的摩擦和剧烈的冷热循环引起的热疲劳，因此要求热作模具钢具有以下性能： 高温下良好的综合力学性能； 高的抗热疲劳性能； 高的淬透性和良好的导热性；曲轴模具曲轴模具第25页/共56页26 (2)钢种1）热锻模具钢 是中碳低合金钢，其含碳量为0506，加入的合金元素为Cr、Ni、Mn、Mo等，Cr、Ni、Mn的主要作用是提高淬透性、强化铁索体，Mo的主要作用是防止第二类回火脆性，其热处理为淬火加高温回火(凋质)，使用状态下的组织为回火索氏

33、体。典型钢种如5CrNiMo、5CrMnMo，前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。2）压铸模具钢 是中碳高合金钢，其含碳量一般为0306，加入的合金元素有Cr、Mn、Si、W、Mo、V等。 Cr、Mn、Si的主要作用是提高淬透性。 W、Mo、V的主要作用是提高耐磨性，产生二次硬化，W、Cr还有提高抗热疲劳的作用； 热处理为淬火后在略高于二次硬化峰值的温度(600左右)回火，组织为回火马氏体、颗粒状碳化物加少量残余奥氏体。典型钢3Cr2W8V第26页/共56页27名称类 型选 材 举 例硬度HRC锻模高度400mm大型热锻模5CrNiMo，5Cr2MnMo3539寿命要求高的热锻模3Cr2

34、W8V，4Cr5MoSiV，4Cr5W2SiV4054热镦模4Cr3W4Mo2VtiNb，4Cr5MnSiV，4Cr5W2SiV，3Cr3Mo3V,基体钢3954精密锻造或高速锻模3Cr2W8V或4Cr5MoSiV，4Cr5W2SiV，4Cr3W4Mo2VtiNb4554压铸模压铸锌、铝、镁合金4Cr5MoSiV，4Cr5W2SiV，3Cr2W8V4350压铸铜和黄铜4Cr5MoSiV，4Cr5W2SiV，3Cr2W8V，钨基粉末冶金材料，钼、钛、锆难熔金属 压铸钢铁钨基粉末冶金材料，钼、钛、锆难熔金属 挤压模温挤压和温锻镦(300800)8Cr8Mo2SiV,基体钢 热挤压挤压钢、钛或镍合金

35、用4Cr5MoSiV，3Cr2W8V（1000）4347挤压铜或铜合金用3Cr2W8V(1000)3645挤压铝,镁合金用4Cr5MoSiV， 4Cr5W2SiV(500)4650挤压铝用45号钢(100)1620热作模具钢选用举例第27页/共56页28 热固性塑料工作在200250，并在制品中添加云母、石英等磨损材料，要求模具在工作温度下保持力学性能不变，并有足够的抗磨损性能。而塑料成型模具在工作过程中要受到不同的温度、压力、侵蚀和磨损作用，因此要求模具材料组织均匀、无网状及带状出现，热处理过程应具有较小的氧化脱碳及畸变倾向，热处理后应具有一定强度。 由于塑料模具形状较复杂，在制造过程中切削

36、加工成本约占整个模具制造成本的75%（模具钢材成本费20%)，因此必须提高其切削加工性能。 一般塑料模具都形状比较复杂，要求易加工、变形小，所以塑料模具多采用预硬化处理后再加工，如采用调质处理，选用预硬化钢或时效硬化钢等。 较高的冷压性能（采用冷压成形法制造模具时），退火态硬度低、塑性好、冷作硬化倾向小；较高的抛光性能，要求模具表面粗糙度Ra0.1m以下，抛光时模具表面不出现麻点和桔皮状缺陷；塑料模具还应具有较高的耐蚀性能、表面图案花纹的刻蚀性能等。 第28页/共56页29 第29页/共56页30（三）量具钢1、量具钢：用于制造各种测量工具的钢。2、对量具钢的要求 根据量具的工作性质，其工作部

37、分应有高的硬度（62HRC）与耐磨性，某些量具要求热处理变形小，在存放和使用的过程中，尺寸不能发生变化，始终保持其高的精度，并要求有好的加工工艺性。3、量具用钢 高精度的精密量具如塞规、块规等，常采用热处理变形较小的钢制造，如CrMn、CrWMn、GCr15钢等； 精度较低、形状简单的量具，如量规、样板等可采用T10A、T12A、9SiCr等钢制造，也可选用10、15钢经渗碳热处理或50、55、60、60Mn、65Mn钢经高频感应加热处理后制造精度要求不高，使用频繁，碰撞后不致拆断的卡板、样板、直尺等量具。卡卡 尺尺量量 规规千分尺千分尺第30页/共56页314、热处理特点 通过适当热处理可减

38、少变形并提高组织稳定性。 (1)预备热处理采用球化退火或调质处理，因为球状碳化物稳定性最高； (2)采用下限温度淬火和冷处理，目的是减少残余奥氏体量； (3)回火后进行长时间低温(120150)时效处理，以消除内应力，降低马氏体的正方度。第31页/共56页325、块规热处理工艺块规是机械制造工业中的标准量块，常用来测量及标定线性尺寸，要求块规硬度达到6265HRC，淬火不直度0.05mm，并且要求块规在长期的使用中，能够保证尺寸不发生变化。根据上述要求，选用CrWMn钢制造是比较合适的。 CrWMn钢制块规生产过程的工艺路线如下： 锻造球化退火机加工粗磨淬火研磨。CrWMn钢锻造后的球化退火为

39、：780800加热，690710等温，退火后的硬度为217255HBS；CrWMn钢制块规的最终热处理工艺如图所示。 第32页/共56页33第五节 特殊性能钢 所谓特殊性能钢是指具有特殊化学和物理性能的钢。如不锈钢、耐热钢、耐磨钢等。一、 不锈钢 1金属腐蚀的基本概念 腐蚀是金属制件失效的主要方式之一，一般金属腐蚀是有害的，给国民经济造成巨大损失，钢的生锈、氧化，石油管道、化工设备和船艇壳体的损坏都与腐蚀有关。据不完金统计，全世界由于腐蚀而损坏的金属制件约占总产量的10%，因此采取必要的措施提高金属耐蚀性具有非常重要的意义。第33页/共56页34（1）腐蚀分为化学腐烛和电化学腐蚀两种。1）化学

40、腐烛：金属抵抗高温氧化性气氛腐蚀的能力称为抗氧化性。特点：化学腐烛有生成物。钢在高温下的氧化属于典型的化学腐蚀。含有铝、铬、硅等元素的合金钢在高温时能形成比较致密的氧化铝、氧化铬、氧化硅等氧化膜，能阻挡外界氧原子的进一步扩散，提高了钢的抗氧化性。有时利用渗铝、渗铬等表面化学热处理方法，可使碳钢获得良好的抗氧化性。2）电化学腐蚀：腐蚀过程中有电化学反应发生（即在化学反应过程中有电流产生），形成了原电池或微电池，使金属在电解质溶液中产生电化学作用而遭到腐蚀。而钢在常温下的氧化主要是属于电化学腐蚀。第34页/共56页35（2）电化学腐蚀事例 珠光体组织在硝酸酒精溶液中，珠光体的两个相铁素体及渗碳体的

41、电极电位不同，铁素体相的电极电位较低，成为阳极而被腐蚀；渗碳体相的电极电位较高，成为阴极而不被腐蚀。这样就使原来已经被抛光的表面变得凹凸不平。 不同的金属电极电位不同，在潮湿空气、海水、水等环境下也可发生化学腐蚀。第35页/共56页36 （3）防止电化学腐蚀，可采取以下措施： 1）均匀的单相组织，避免形成原电池； 2）提高合金的电极电位； 3）使表面形成致密稳定的保护膜，切断原电池。 2不锈钢用途及性能要求 不锈钢主要在石油、化工、海洋开发、原子能、宇航、国防工业等领域用于制造在各种腐蚀性介质中，工作的零件和结构。 对不锈钢的性能要求主要是耐蚀性。此外，根据零件或构件工作条件的不同，要求其具有

42、适当的力学性能。对某些不锈钢还要求其具有良好的工艺性能。 3、成分特点 (1)碳含量 不锈钢的碳含量在003095范围内。碳含量越低，则耐蚀性越好，故大多数不锈钢的碳含量为0102；对于制造工具、量具等的少数不锈钢，其碳含量较高，以获得高的强度、硬度和耐磨性。第36页/共56页37 (2)合金元素1）铬 铬是提高耐蚀性的主要元素。铬能提高钢基体的电极电位，当铬的原子分数达到18、28、38时，钢的电极电位呈台阶式跃增，称为n8规律。所以铬钢中的含铬量只有超过台阶值(如n=l，换成质量百分数则为117)时，钢的耐蚀性才明显提高；铬是铁素体形成元素，当铬含量大于127时，使钢形成单相铁素体组织；铬

43、能形成稳定致密的Cr2O3氧化膜，使钢的耐蚀性大大提高；2）镍 加镍的主要目的是为了获得单相奥氏体组织。 3）钼 加钼主要是为了提高钢在非氧化性酸中的耐蚀性。4）钛、铌 的主要作用是防止奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀。晶间腐蚀是一种沿晶粒周界发生腐蚀的现象，危害很大 它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近铬含量降到 12%以下，电极电位急剧下降，在介质作用下发生强烈腐蚀，而所加钛、铌先于铬与碳形成不易溶于奥氏体的碳化物，避免了晶界贫铬。 第37页/共56页38 4常用不锈钢 不锈钢按其组织状态主要分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢和奥氏体不锈钢3大类。 (1)马氏体不锈钢 主要是Cr13不锈钢：典型

44、钢号为1Crl3、2Crl3、3Crl3、4Crl3。随含碳量提高，钢的强度、硬度提高，但耐蚀性下降。1）1Cr13、2Cr13、3Cr13的热处理为调质处理，使用状态下的组织为回火索氏体。这3种钢具有良好的耐大气、蒸汽腐蚀能力及良好的综合力学性能，主要用于制造要求塑性、韧性较高的耐蚀件，如气轮机叶片等。2） 04Cr13的热处理为淬火加低温回火，使用状态下的组织为回火马氏体。这种钢具有较高的强度、硬度，主要用于要求耐蚀、耐磨的器件，如医疗器械、量具等。 第38页/共56页39 (2)铁素体不锈钢 典型钢号如1Crl7等。这类钢的成分特点是高铬低碳，组织为单相铁素体。由于铁素体不锈钢在加热冷却

45、过程中不发生相变，因而不能进行热处理强化，可通过加入钛、铌等强碳化物形成元素或经冷塑性变形及再结晶来细化晶粒。 铁素体不锈钢的性能特点是耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好，但有脆化倾向。1）475脆性，即将钢加热到450550 停留时产生的脆化，可通过加热到600 后快冷消除。2）相脆性，即钢在600800 长期加热时，因析出硬而脆的相产生的脆化。这类钢广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。第39页/共56页40bs类别钢号化学成分(%)热处理工艺组织机械性能用途CCr /MPa /MPa%Ak /J硬度HRC马氏体型1Cr130.08 0.15121410001050油或水淬700790回火回火索氏体6

46、00420206072HB 187制作能抗弱腐蚀性介质、能承受冲击负荷的零件，如汽轮机叶片、水压机阀、结构架、螺栓、螺帽等2Cr130.16 0.24121410001050油或水淬700790回火回火索氏体600450165564-3Cr130.25 0.34121410001050油淬200300回火回火马氏体 48制作具有较高硬度和耐磨性的医疗工具、量具、滚珠轴承4Cr130.35 0.45121410001050油淬200390回火回火马氏体 50同 上铁素体型1Cr170.121618750800空冷铁素体4002502050 制作硝酸工厂设备，如吸收塔、热交换器、酸槽、输送管道，以

47、及食品工厂设备等常用马氏体型、铁素体型不锈钢的牌号、成分、热处理及用途GB1220-1992第40页/共56页41(3)奥氏体不锈钢 主要是18-8(1Cr18Ni8)型不锈钢。1）成分特点：是低碳高铬镍，组织为单相奥氏体。2）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。无磁性。3）常用的热处理为固溶处理，即加热到9201150使碳化物溶解后水冷，获得单相奥氏体组织。对于含有钛或铌的钢，在固溶处理后还要进行稳定化处理，即将钢加热到850880 ，使钢中铬的碳化物完全溶解，而钛或铌的碳化物不完全溶解，然后缓慢冷却，使TiC充分析出，以防止发生晶间腐蚀。 常用奥氏体不锈钢为1Cr

48、18Ni9、ICrl8Ni9Ti等，广泛用于化工设备及管道等。 奥氏体不锈钢在应力作用下易发生应力腐蚀，即在特定合金环境体系中，应力与腐蚀共同作用引起的破坏。奥氏体不锈钢易在含Cl 的介质中发生应力腐蚀，裂纹为枯树枝状。 -第41页/共56页42bs常用奥氏体（ 18-818-8型）不锈钢化学成分、热处理、力学性能及用途钢 号化 学 成 分 (%)热 处 理机 械 性 能特 性 及 用 途CCrNiTib /MPa 0.2 /MPa5 %0Cr18Ni90.081719812 10501100水淬 (固溶处理)4901804060具有良好的耐蚀及耐晶间腐蚀性能，为化学工业用的良好耐蚀材料1Cr

49、18Ni90.141719812 10501150水淬 (固溶处理)5502004550制作耐硝酸、冷磷酸、有机酸及盐、碱溶液腐蚀的设备零件0Cr18Ni9Ti0.0817198115(C%0.02)0.810501150水淬 (固溶处理)5502004055耐酸容器及设备衬里，输送管道等设备和零件，抗磁仪表，医疗器械，具有较好的耐晶间腐蚀性1Cr18Ni9Ti0.1217198115(C%0.02)0.8第42页/共56页43 (4)其他类到不锈钢1）复相(或双相)不锈钢 典型钢号如0Cr26Ni5M02、03Cr18Ni5Mo3Si2等。这类钢的组织由奥氏体和铁素体两相组成(其中铁素体占5

50、20)，其晶间腐蚀和应力腐蚀倾向小，韧性高，可焊性较好，可用于制造化工、化肥设备及管道、海水冷却的热交换设备等。2）沉淀硬化不锈钢 典型钢号如0Crl7Ni7AI、0Crl5Ni7Mo2AI等，这类钢经固溶、二次加热及时效处理后，组织为在奥氏体马氏体基体上分布着弥散的金属间化合物，主要用做高强度、高硬度且耐腐蚀的化工机械和航天用的设备、零件等。 第43页/共56页44 二、 耐热钢和高温合金1、 耐热钢和高温合金：是指在高温下具有高的热化学稳定性和热强性的特殊钢及合金。2、用途：它们广泛用于热工动力、石油化工、航空航天等领域制造工业加热炉、锅炉、热交换器、汽轮机、 内燃机、航空发动机等在高温条

51、件下工作的构件和零件。3、性能要求(1)高的热化学稳定性1） 热化学稳定性：是指金属在高温下对各种介质化学腐蚀的抗力，其中最主要的是抵抗氧化的能力，即抗氧化性。2）提高抗氧化性的途径：主要是通过在金属表面形成一层连续致密且结合牢固的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，使内部金属不被继续氧化。 第44页/共56页45 (2)高的热强性1）热强性：指金属在高温下对塑性变形和断裂的抗力。其性能指标为蠕变极限和持久强度。2）蠕变：是指在高于05T熔的温度下，材料承受低于S的应力时发生缓慢塑性变形的现 象。3）蠕变极限：材料抵抗这种高温长期载荷下缓慢塑性变形的能力称为蠕变极限。用一定温度下、一定时间内，产生一定变

52、形量时的应力大小表示，符号为 (符号中T为温度，为变形量，t为 时间)。4）持久强度：材料在高温长期载荷下对断裂的抗力称为持久强度。用一定温度下、一定时间内发生断裂时的应力大小表示，符号为 。T/ttT第45页/共56页464、成分特点 (1)提高抗氧化性 加入Cr、Si、Al可在合金表面上形成致密的Cr2O3、Si02、Al2O3氧化膜。Cr是主要抗氧化元素，当合金中Cr含量为15时，其抗氧化温度可达900，当Cr含量为2025时，抗氧化温度可达1100 。 (2)提高热强性 固溶强化 加入Cr、Ni、W、Mo等元素可产生固溶强化，这些元素还有形成单相组织 并提高再结晶温度的作用，从而提高高

53、温强度。 第二相强化 加入V、Ti、Nb、AI等元素可形成弥散分布且稳定的VC、TiC、NbC等碳化物或稳定性更高的Ni3Ti、Ni3AI()、Ni3Nb()等金属间化合物，它们在高温下不易聚集长大，能有效地提高高温强度； 晶界强化 加入B、Zr锆、Hf铪、Re铼等元素可净化晶界或填充晶界空位，从而强化晶界，提高高温断裂抗力。 第46页/共56页47 4 4、 常用抗氧化钢的主要成分、热处理、性能及用途钢钢 号号化化 学学 成成 分分 （%）热处热处理理室室 温温 机机 械械 性性 能能用途举例用途举例CSiMnCrNiN b/MPas/MPa5 5 %3Cr18Mn12Si2N0.22 0.

54、301.40 2.2010.50 12.5017.0 19.0-0.22 0.301100 1150油、油、水或水或空冷空冷（固（固溶处溶处理）理）70403545锅炉吊钩，锅炉吊钩，渗碳炉构渗碳炉构件，最高件，最高使用温度使用温度约为约为10002Cr20Mn9Ni2Si2N0.17 0.261.80 2.708.50 11.018.0 21.02.0 3.00.20 0.30同上同上654035453Cr18Ni25Si20.30 0.401.50 2.501.5017.0 20.023.0 26.0-同上同上65352540各种热处各种热处理炉、坩理炉、坩埚炉构件埚炉构件和耐热铸和耐热铸

55、件，可使件，可使用到用到1000第47页/共56页485 5、耐热钢（1 1）常用珠光体耐热钢钢号化学成分热处理室温机械性能高温机械性能/MPa用途举例CCrMoVb /MPas /MPa5 %Ak/J15CrMo0.12 0.180.80 1.100.40 0.55 930960正火，680730回 火2404502148500：105=1101401/105=80550：105=50701/105=45壁温550 的过热器， 510的高 中压蒸汽导 管和锻件， 亦用于炼油工业12Cr1MoV0.08 0.150.90 1.200.25 0.350.15 0.309801020正火，7207

56、60回 火2604802148520：105=1601/105=130580：105=801/105=60壁温580过热器， 540导管这类钢一般在正火+回火状态下使用，组织为珠光体加铁素体，其工作温度低于600。由于含合金元素量少，工艺性好，常用于制造锅炉、 化工压力容器、热交换器、气阀等耐热构件。15CrMo主要用于锅炉零件。这类钢在长期的使用过程中，易发生珠光体的球化和石墨化，从而显著降低钢的蠕变和持久强度。通过降低含碳量和含锰量，适当加入铬、钼等元素，可抑制球化和石墨化倾向。 此外，20、20g也是常用的珠光体耐热钢，常用于壁温不超过450 的锅炉管件及主蒸汽 管道等：第48页/共56

57、页49钢 号化 学 成 分 (%)热 处 理室 温 机 械 性 能高温机械性能/MPaCCrMoWVb /MPas /MPa5 %Ak/J1Cr11MoV0.11 0.1810.0 11.50.50 0.70-0.25 0.401050油淬720740空冷或油冷700500165548550：105=1521701/105=631Cr12WMoV0.12 0.1811.0 13.00.50 0.700.70 1.100.150.351000油冷680700空冷或油冷750600154548580：105=1201/105=55(2)马氏体耐热钢（也是不锈钢 ） 常用钢种为Crl2型(1Cr11

58、MoV，1Cr12WMoV)、Cr13型(1Crl3，2Crl3)和4Cr9Si2等：这类钢铬含量高，其抗氧化性及热强性均高于珠光体耐热钢，淬透性好。马氏体耐热钢多在调质状态下使用，组织为回火索氏体。其最高工作温度与珠光体耐热钢相近，多用于制造在600以下工作且受力较大的零件，如汽轮机叶片和汽车阀门等。第49页/共56页50钢 号化 学 成 分 (%)CCrMoWVTiSiBRE12MoVWBSiRE0.080.15 0.450.650.150.400.300.50-0.600.90加入量0.008（电炉）0.01 (平炉) 加入量0.1512CrMoWVTiB0.080.151.602.10

59、0.500.650.300.550.280.420.080.18-0.008-12Cr3MoVSiTiB0.090.152.503.001.001.20-0.250.350.220.380.600.900.0050.011-钢 号室 温 力 学 性 能高 温 机 械 性 能 /MPab /MPas /MPa5 %12MoVWBSiRE9701010正 火,760780回 火32055018580：105=1301741/105=95 12CrMoWVTiB10201050正 火,760790回 火35055018600：105=92.31321/105=5468620：105=69.51261

60、/105=3650 12Cr3MoVSiTiB10401090正 火,720770回 火45064018600：105=941001/105=6064620：105=941001/105=4144 （3）贝氏体热强钢的化学成分、热处理及力学性能第50页/共56页51 (4)奥氏体耐热钢 奥氏体耐热钢的耐热性能优于珠光体耐热钢和马氏体耐热钢，其冷塑性、变形性能和焊接性都很好，一般工作温度为600900，广泛用于航空、舰艇、石油化工等工业部门制造汽轮机叶片、发动机气阀及炉管等。 最典型的牌号是1Cr18Ni9Ti，铬的主要作用是提高抗氧化性，加镍是为了形成稳定的奥氏体组织，并与铬相配合提高高温强度