第四章钢铁材料

1、第第4 4章章 钢铁材料钢铁材料 不锈钢带不锈钢带4.1 钢的分类和牌号钢的分类和牌号4.2 钢中杂质及合金元素钢中杂质及合金元素4.3 结构钢结构钢4.4 工具钢工具钢4.5 特殊性能钢特殊性能钢4.6 铸铁铸铁4.1 钢的分类和牌号钢的分类和牌号钢铁材料：钢+铸铁；钢：以铁为元素，含碳量一般在2%一下并含有其他元素的材料4.1.1 工业用钢的分类工业用钢的分类1化学成分化学成分： 碳素钢：低碳钢：C% 0.25% 合金钢：锰钢 中碳钢：0.25C%0.6%2质量质量 （S、P杂质含量）： 普碳钢 优质碳素钢 高级优质碳素钢 特级优质钢3按冶炼方法分类按冶炼方法分类 ： 炼钢炉：平炉钢、转炉

2、钢、电炉钢 脱氧方式：沸腾钢、镇静钢、半镇静钢4. 按用途分类：按用途分类： 碳素结构钢：工程用钢和机器用钢 碳素工具钢：模具钢、刃具钢和量具钢 特殊性能钢：不锈钢、耐热钢和耐磨钢4.1.2 工业用钢的牌号工业用钢的牌号钢的名称钢的名称采用的汉字采用的汉字表示符号表示符号牌号中的位置牌号中的位置碳素结构钢屈Q牌号头低合金高强度结构钢屈Q牌号头碳素工具钢碳T牌号头沸腾钢沸F牌号尾半镇静钢半b牌号尾镇静钢镇Z牌号尾1碳素结构钢和低合金高强度结构钢碳素结构钢和低合金高强度结构钢 碳素结构钢分为五类20种，其牌号主要依据钢材的厚度（或直径）不大于16mm的钢的屈服强度数值屈服强度数值进行划分，然后以钢

3、的质量等级和脱氧方法进行细分。其牌号中符号的意义如下： Q Q代表钢的屈服点字母。 A A、B B、C C、D D、E E反映碳素结构钢中有害元素(S、P)含量多少的质量等级符号，按字母顺序，等级中含S、P量下降。 F F、b b、Z Z、TZTZ表示脱氧方法的符号。其中： F F沸腾钢、b b半镇静钢、Z Z镇静钢、TZTZ特殊镇静钢。例如例如Q235AF表示屈服强度为表示屈服强度为235MPa的质量等级为的质量等级为A级的沸腾钢。级的沸腾钢。碳素结构钢新旧牌号对照和用途碳素结构钢新旧牌号对照和用途GB70079牌号牌号GB70088牌号牌号备备 注注应应 用用1号钢（A1、B1）Q195Q

4、195的化学成分与B1同，力学性能与A1同塑性好，有一定强度。用于承受载荷不大的桥梁构件，也作铆钉、冲压件、焊接件A2Q215AC2Q215BA3Q235A强度较高，塑性好。用于承受载荷较大的结构，也可制作转轴、心轴、拉杆、螺栓、螺母C3Q235BQ235C用于重要焊接结构Q235D用于重要焊接结构A4Q255A强度更高。可制作链、销、转轴、轧辊、主轴等中等载荷零件C4Q255BC5Q275不分等级，化学成分和力学性能均需保证2优质碳素结构钢优质碳素结构钢 钢号用平均碳含量的万分数的数字平均碳含量的万分数的数字 表示。 如：08F （F表沸腾钢）; 20A（后有“A”表示高级优质钢） ; 45

5、，15Mn （表示含Mn量高） 。 制作各种机器零件，一般进行热处理。 08F 塑性好，冷冲压件 10，20 冷冲压件，焊接件，渗碳处理。 35，45，40，50 齿轮、轴类 60，65 弹簧3合金结构钢和合金弹簧钢合金结构钢和合金弹簧钢碳含量用万分数（两位）碳含量用万分数（两位）C。 如如40Cr， C%=0.4% （1）、）、合金含量用（百分数）表示，如合金含量用（百分数）表示，如20Cr3MoWVA, 其中其中C%=0.2%, （2）、）、Cr%=3%, Mo,W,V1.5%； （3）、合金含量小于）、合金含量小于1.5%不标；不标； （4）、）、 A：表示高级优质。：表示高级优质。 合

6、金钢与前面碳钢比，加入了一种或多种合金钢与前面碳钢比，加入了一种或多种合金元素，目的？作用？对组织、性能的影响？合金元素，目的？作用？对组织、性能的影响？4工具钢工具钢 0.65-1.35C%， 用以制作刃具、量具、模具 钢号用平均碳含量的千分数的数字和平均碳含量的千分数的数字和T一起一起表示。 如：T10A （1.0%C，A表示高级优质碳素工具钢）； T9 （0.9%C） ； T12 （ 1.2%C）； T7，T8：强度，韧性较高，可制作冲头、凿子、榔头 T9、T10、T11：强度，韧性适中，可制作钻头、刨刀、 丝锥、手锯及冷作模具。 T12，T13： 硬度很高，韧性低，可制作锉刀、刮刀、

7、量规。4.1 碳素工具钢碳素工具钢4.1 合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和高速工具钢与合金结构钢基本相同，但是一般不表示含碳的数字。5轴承钢轴承钢 “ ZG”加平均碳含量万分数加平均碳含量万分数表示。 如：ZG25 （ 0.25%C）； ZG45 （0.45%C）形状复杂，需要一定强度、塑性和韧性的零件。7铸钢铸钢 以G开头，不标出含碳量，含铬量以千分之一为单位标出6不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 由表示平均含碳量的数字（千分之一），以其后带有百分含量数字的合金元素符号组成题目4.2 钢中的杂质及合金元素钢中的杂质及合金元素4.2.1、杂质元素对钢性能的影响、杂质元素对钢性能的影响1锰锰 有益

8、；0.25-0.80% a. 脱氧剂： 降低FeO脆性， b. 脱硫剂： Mn+SMnS(降低S的有害作用) 热加工性能 c. 固溶强化，使性能更优。2Si 有益 a. 脱氧脆性 b. 固溶强化3磷磷 有害 Fe3P 室温下100，脆性大冷脆冷脆4硫硫 有害 5 O、N、H O 机械性能 ，强度、塑性降低，有害元素； N 产生兰脆，有害元素； 若钢中存在Al、V、Ti兰脆消失强 度，硬度提高； H 氢脆、白点，有害元素；985时，产生的共晶体（Fe+FeS）加入MnMnS（除硫）热脆热脆（一）、合金元素在钢中的存在方式（一）、合金元素在钢中的存在方式 4.2.2、合金元素对钢组织的影响、合金元

9、素对钢组织的影响1.溶于基体中形成溶于基体中形成固溶体固溶体F 或固溶体或固溶体A 。2.与碳元素作用形成与碳元素作用形成碳化物碳化物K K (Fe,Cr)3C。溶于渗碳体！。溶于渗碳体！3.单独形成单独形成特殊碳化物特殊碳化物Fe、 M n、 C r、 M o、 W 、 V 、 T i、 N b、 Zr弱弱强强弱弱强强弱弱 碳碳 化化 物物 元元 素素 : : Fe、 M n。中中 强强 碳碳 化化 物物 元元 素素 : : C r、 M o、 W 。强强 碳碳 化化 物物 元元 素素 : : V 、 T i、 N b、 Zr。熔熔 点点 、 硬硬 度度 、 耐耐 磨磨 性性 最最 高高 。

10、稳稳 定定 性性 最最 高高 。T i C 、 N b C 、 V C 。存在方式存在方式对相图影响对相图影响对热处理影响对热处理影响（二）、合金元素对铁碳相图的影响（二）、合金元素对铁碳相图的影响 1影响影响A和和F存在的范围存在的范围 B、扩大、扩大区并与区并与 -Fe无限互溶的无限互溶的Fe-Me相图相图A、扩大、扩大区并与区并与 -Fe无限互溶的无限互溶的Fe-Me相图相图（1）、扩大）、扩大A的元素的元素有可能在室温下形成单相有可能在室温下形成单相A的元的元素：素：Mn、Ni、Co有可能在室温下形成单相有可能在室温下形成单相A的元素：的元素：C、N、Cu扩扩大大奥奥氏氏体体区区缩缩小

11、小奥奥氏氏体体区区改改变变共共晶晶点点和和共共析析点点的的参参数数（2）、缩小）、缩小A相区的元素相区的元素C、缩小并封闭、缩小并封闭区，与区，与a-Fe无限互无限互溶的溶的Fe-Me相图相图D、缩小并封闭、缩小并封闭区，与区，与a-Fe有限互有限互溶的溶的Fe-Me相图相图Mn 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响Cr 元素对奥氏体区的影响元素对奥氏体区的影响缩小缩小A相区相区扩大扩大A相区相区（2 2）使）使S S、E E点大大左移点大大左移几几乎乎所所有有的的合合金金元元素素。作作用用: : 使使S点点和和E点点的的成成分分向向左左移移。使使A1线线的的温温度度变变化化。合金元素对合

12、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 S S 点（点（0.770.77）成分的影响）成分的影响合金元素对合金元素对A1A1（727727）线的影响）线的影响Why:Why:3Cr2W8V 热模具钢0.3%C 却属过共析钢？W18Cr4V 高速钢铸态下（1.0%C） 出现莱氏体组织？（三）、合金元素对热处理的影响（三）、合金元素对热处理的影响 加加热热时时对对奥奥氏氏体体形形成成的的影影响响对对过过冷冷奥奥氏氏体体转转变变的的影影响响对对回回火火转转变变的的影影响响1、对奥氏体化过程的影响、对奥氏体化过程的影响 （1）影响）影响A形成速度形成速度 （a）(Cr,Mo,W,

13、V)碳化物形成元素，碳化物形成元素，推迟推迟A转变；转变； （b）非碳化物形成元素：）非碳化物形成元素：Co、Ni加快加快A形成；形成； （c）Al、Si、Mn影响不大。影响不大。（2）影响影响A晶粒长大晶粒长大 （a）强烈阻碍：）强烈阻碍：V、Ti、Nb、Zr(生成特殊碳化物：高熔点、颗粒、弥散间隙生成特殊碳化物：高熔点、颗粒、弥散间隙) （b）中等阻碍：）中等阻碍：W、Mo、Cr （c）影响不大：）影响不大：Si、Ni、Cu （d）促进长大：）促进长大：Mn（只在高温下和碳结合只在高温下和碳结合）、）、P、Ba.a.碳化物稳定性碳化物稳定性b.b.阻碍阻碍C C在在 相中的扩散相中的扩散作

14、为形核核心作为形核核心（1）提高淬透性：）提高淬透性：除除Co以外的固溶于以外的固溶于A中合金中合金元素。常用：元素。常用：Mo、Mn、Cr、Ni、Si、B （2）Ms、Mf温度下降（残余温度下降（残余A增加）：增加）：除除Co、Al以外：以外： Mn、Cr、Ni、Mo、W、Si 强强 弱弱（3）影响）影响M形态：形态：Ni、Cr、Mn、Mo、Co增大增大片状片状M形成倾向形成倾向 除除 Co 元元素素外外, 所所有有的的合合金金元元素素均均使使钢钢的的 TTT 曲曲线线向向右右移移。 除除 Co、Al 元元素素外外, 所所有有的的合合金金元元素素都都使使马马氏氏体体转转变变温温度度下下降降。

15、 提提高高钢钢的的淬淬透透性性, 常常用用的的元元素素有有:Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等等。2、对过冷、对过冷A转变的影响转变的影响位置：形状转变临界温度非碳化合物（非碳化合物（Al,Ni,Cu,SiAl,Ni,Cu,Si）：不改变形状）：不改变形状碳化物碳化物(Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Zr,Ti)(Mn,Cr,Mo,W,V,Nb,Zr,Ti)：分离成上下两个：分离成上下两个C C曲线：曲线：P区区3 3、对回火转变的影响、对回火转变的影响 回回火火抗抗力力的的增增加加( t e m p e r r e s i s t a n c e ) 二二次次硬硬化化的的产产生生( s e

16、c o n d a r y h a r d e n i n g ) 产产生生回回火火脆脆性性( t e m p e r b r i t t l e n e s s )（1）提高耐回火性：）提高耐回火性：V、Si、Mo、W、Ni、Mn、Co（2）产生二次硬化：）产生二次硬化：A M：Mn、Mo、W、Cr、V 、 (Ni、Co协同）协同） 沉淀硬化：沉淀硬化：V、Mo、W、Cr、(Ni、Co协同）协同）（3）防止第二类回火脆性）防止第二类回火脆性（第二类回火（第二类回火脆性脆性450-600oC高温，与高温，与P有关）：有关）：（a）增大第二类回火脆性：）增大第二类回火脆性：Mn、Cr、Ni（b）

17、消除第二类回火脆性：）消除第二类回火脆性：Mo(0.5%)、W(1%) 防止第二类回火脆性产生的方法防止第二类回火脆性产生的方法: :在在500600 快速冷却。快速冷却。加入合金元素加入合金元素W、Mo。三、合金元素对钢的性能的影响三、合金元素对钢的性能的影响1.1.主加元素主加元素: : 对提高钢的性能起主要作用。对提高钢的性能起主要作用。 Si、Mn、Cr、Ni、B。2.2.辅加元素辅加元素: : 配合主加元素进一步提高钢的性能配合主加元素进一步提高钢的性能,弥补主加元素的不足与缺陷。弥补主加元素的不足与缺陷。 W、Mo、V、Ti、Nb。（一）合金元素对钢的强度的影响（一）合金元素对钢的

18、强度的影响 1钢的强化机制钢的强化机制 a. a. 固溶强化固溶强化 碳、硼等溶质原子对碳、硼等溶质原子对aFe强度的影响强度的影响溶质原子溶质原子晶格畸度晶格畸度与位错相互作用与位错相互作用 阻碍位错运动阻碍位错运动强化。强化。Mn，Si是主要强化是主要强化元素元素b. 细晶强化细晶强化 Nb，V，Al，Ti 晶界晶界阻碍位错运动阻碍位错运动强化强化 c. 位错强化位错强化 位错位错增殖并相互作用增殖并相互作用 阻碍位错运动阻碍位错运动强化强化 d. 第二相强化第二相强化 第二相粒子第二相粒子阻碍位错运动阻碍位错运动强化。强化。 2钢的强化钢的强化 （1）、热处理）、热处理 a. 淬火：淬火

19、：AM 1、固溶强化：固溶强化：过饱和过饱和C和和Me； 2、位错强化：位错强化：高密度位错；高密度位错； 3、细晶强化：细晶强化：极细小、不同取向的马氏体束极细小、不同取向的马氏体束细晶强化。细晶强化。 b. 回火回火 1、第二相强化第二相强化：析出细小碳化物粒子；：析出细小碳化物粒子； 2、基本保持了淬火态的细小晶粒；、基本保持了淬火态的细小晶粒； 3、高密度位错仍然存在；、高密度位错仍然存在； 4、一定的固溶强化作用。、一定的固溶强化作用。（2）、合金化）、合金化 1、固溶强化；、固溶强化； 2、提高回火稳定性；、提高回火稳定性； 3、提高淬透性。、提高淬透性。淬火回火淬火回火综合利用四

20、种强化手段综合利用四种强化手段（二）（二）Me对钢韧性的影响对钢韧性的影响 （1） 细化晶粒细化晶粒 Ti、V、Nb、AlTiC、VC、NbC、AlN阻碍阻碍A长大长大细化晶粒。细化晶粒。 （2） 改善基体韧性改善基体韧性 Nb，Mn可以降低可以降低Tc韧性提高韧性提高 （3） 提高回火稳定性提高回火稳定性 （4） 细化碳化物细化碳化物 Mn，Cr，V （5） 控制非金属夹杂和杂质元素控制非金属夹杂和杂质元素提高韧性的途径提高韧性的途径 钢合金化主要目的及作用（一）（一）首要目的提高淬透性：首要目的提高淬透性：影响曲线右移和改变形状，影响曲线右移和改变形状，保证淬火时容易获得马氏体。为进一步强

21、韧化提供保障。保证淬火时容易获得马氏体。为进一步强韧化提供保障。（二）（二）第二目的提高钢的回火稳定性：第二目的提高钢的回火稳定性：使钢回火析出的碳化使钢回火析出的碳化物更细小，均匀和稳定；并使马氏体的微细晶粒及高密度错物更细小，均匀和稳定；并使马氏体的微细晶粒及高密度错保持较高的温度。保持较高的温度。（三）（三）其它：其它：有的合金能产生二次硬化、良好的高温性能、耐有的合金能产生二次硬化、良好的高温性能、耐腐蚀性能等。腐蚀性能等。（三）合金元素对钢的工艺性能的影响（三）合金元素对钢的工艺性能的影响 （1）铸造性能铸造性能：Cr、Mo、V、Ti、Al使之恶化使之恶化（2）塑性加工性能塑性加工性

22、能： 热加工：热加工： Cr、Mo、W热塑性下降热塑性下降 合金钢加热冷却需缓慢合金钢加热冷却需缓慢 冷加工：固溶合金元素多提高冷加工硬化率，冷加工：固溶合金元素多提高冷加工硬化率， Si、Ni、Cr、Cu降低深冲性能降低深冲性能 Nb、Ti、Zr（改善硫化物形态）提高冲压性能（改善硫化物形态）提高冲压性能（3）焊接性能焊接性能：C%越高，合金元素多降低焊接性能越高，合金元素多降低焊接性能 少量少量 V、Ti可提高焊接性能可提高焊接性能（4）切削性能切削性能（HB170-230）：一般合金钢比碳钢难切削）：一般合金钢比碳钢难切削 易切削钢：易切削钢：S(0.08-0.30%)、P(0.08-0

23、.15%)、 Pb(0.10-0.30%)（5）热处理性能热处理性能：淬透性（高）、变形与开裂倾向（大）、过热敏感：淬透性（高）、变形与开裂倾向（大）、过热敏感性（性（P、Mn、Si大）、回火脆化倾向（大）、回火脆化倾向（ P主导、主导、Mn、Cr、Ni协同）、协同）、氧化脱碳倾向（氧化脱碳倾向（Si大，大，Ni、Mo次之）次之）4.3 结构钢结构钢结构钢包括工程用钢和机器用钢。按化学成分和用途不同分类7类： 碳素结构钢； 优质碳素结构钢； 低合金高强度结构钢； 渗碳钢； 调制钢； 弹簧钢； 滚动轴承钢1、结构钢：普通碳素结构钢，含碳量低，含硫、磷较高。、结构钢：普通碳素结构钢，含碳量低，含硫

24、、磷较高。性能：热轧空冷状态下使用，塑性高，可焊性好组织：F+P使用：以热轧板、带、棒及型钢使用，用量占70%，用于焊接、铆 接、螺纹连接等典型材料：Q195、Q215、Q235、Q2753、低合金高强度结构钢、低合金高强度结构钢 、低、低C:0.2%、Me以以Mn为主、为主、Mn和和Si固溶强化固溶强化、加入、加入V,Nb,Ti 等元素细化等元素细化F晶粒和细化晶粒和细化k而沉淀强化而沉淀强化、加入、加入P细化珠光体细化珠光体、加入、加入Cu抗腐蚀抗腐蚀 、高强度、高强度:s300MPa 、高韧性、高韧性 、良好焊接性能和冷成形性能、良好焊接性能和冷成形性能 成分特点与合金化原则：成分特点与

25、合金化原则： 性能特点性能特点: 2、优质碳素结构钢：含、优质碳素结构钢：含S、P含量较低，性能优于碳素结构钢含量较低，性能优于碳素结构钢性能：优于碳素结构钢组织：F+P使用：用于制造叫重要机械零件，如螺钉、螺母、齿轮、各种轴、弹簧等典型材料：45、80、08F、30Mn等P细F 按按 分分6级级: 、低强度级别、低强度级别:16Mn一般工程结构一般工程结构 、中等强度级别、中等强度级别:15MnVN大型桥梁大型桥梁,锅炉锅炉,船舶船舶,焊接结构焊接结构. 、高强度级别、高强度级别:18MnMoNb高压锅炉高压锅炉,高压容器高压容器 一般供应状态一般供应状态(热轧空冷热轧空冷 )下直接使用下直

26、接使用,不热处理焊不热处理焊接结构可进行一次正火接结构可进行一次正火,改善焊区性能改善焊区性能 使用态组织使用态组织: 典型钢号及其应用典型钢号及其应用 热处理特点热处理特点 碳钢和低合金钢焊条碳钢和低合金钢焊条 低合金高强钢低合金高强钢、渗碳钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢调质钢、弹簧钢、轴承钢成分特点与合金化原则：成分特点与合金化原则： 性能特点性能特点 4、渗碳钢、渗碳钢 、低、低C: 0.1%0.25%、加入提高淬透性元素、加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,B、加入、加入Mo,W,V,Nb,Ti等阻碍等阻碍A晶粒长大和形成提高耐磨性晶粒长大和形成提高耐磨性、限制、限制Mn,Cr含量

27、含量,降低渗层降低渗层A 、Ni增加渗层塑、韧性增加渗层塑、韧性 、渗层硬度高、渗层硬度高,耐磨耐磨,抗接触疲劳抗接触疲劳,且有适当塑性且有适当塑性,韧性韧性、心部高韧性和足够强度、心部高韧性和足够强度、良好的热处理工艺性能、良好的热处理工艺性能 低合金高强钢、低合金高强钢、渗碳钢渗碳钢、调质钢、弹簧钢、轴承钢调质钢、弹簧钢、轴承钢使用态组织：使用态组织： 典型钢号及其应用典型钢号及其应用 热处理特点热处理特点 表层：表层：M A 心部：心部：、淬透，低、淬透，低C的的M、未淬透，、未淬透，TMF(少量少量) p、低淬透性、低淬透性:20Cr,15Cr冲击载荷小的耐磨件冲击载荷小的耐磨件,如小

28、轴如小轴,活塞活塞销销,小齿轮小齿轮. p、中淬透性、中淬透性:20CrMnTi有良好的力性和工艺性能有良好的力性和工艺性能,适合高速适合高速较高载有冲击的耐磨件较高载有冲击的耐磨件,如重要齿轮如重要齿轮,连轴器连轴器,十字销头十字销头. p、高淬透性、高淬透性:18Cr2Ni4WA适合重载大截面重要耐磨件适合重载大截面重要耐磨件,如如柴油机曲轴柴油机曲轴,连杆连杆 一般渗碳前一般渗碳前:正火渗碳后进行正火渗碳后进行: 、一次、一次(二次二次)淬火、淬火、直接淬火、对重要零件直接淬火、对重要零件,为减少为减少A进行尺寸稳定化处理进行尺寸稳定化处理(如如冷处理冷处理) 最后进行最后进行: 低温回

29、火低温回火 。成分特点与合金化原则：成分特点与合金化原则： 性能特点性能特点 5、调质钢、调质钢 、中、中C：0.25%0.50%以以0.4左右为主左右为主、加入提高淬透性元素、加入提高淬透性元素Cr,Ni,Mn,Si,B、加入、加入Mo,W消除回火脆消除回火脆、加入强形成元素提高回火稳定性和细化晶粒、加入强形成元素提高回火稳定性和细化晶粒、Ni,Si,Mn可强化可强化 高水平综合机械性能高水平综合机械性能, 能满足多种和较复杂的工作条件能满足多种和较复杂的工作条件 低合金高强钢、渗碳钢低合金高强钢、渗碳钢、调质钢调质钢、弹簧钢、轴承钢、弹簧钢、轴承钢使用态组织：使用态组织： 典型钢号及其应用

30、典型钢号及其应用 热处理特点热处理特点 S 、低淬透性、低淬透性:40Cr,40MnB一般尺寸重要零件一般尺寸重要零件,如齿轮如齿轮,主轴主轴、中淬透性、中淬透性:35CrMo截面尺寸较大零件截面尺寸较大零件,如曲轴如曲轴,连杆连杆. 、高淬透性、高淬透性:37CrNi3适合大截面重载重要零件适合大截面重载重要零件,如汽轮机如汽轮机主轴和叶轮主轴和叶轮 一般一般:油淬油淬+高温回火调质后高温回火调质后: 表面淬火表面淬火; 专门化学热处理专门化学热处理(如氮化如氮化) (38CrMoAl氮化钢氮化钢) 成分特点与合金化原则：成分特点与合金化原则： 性能特点性能特点 6、弹簧钢、弹簧钢 、中高、

31、中高C:0.45%0.70%、加入、加入Si,Mn为主要元素为主要元素:提高淬透性也提高屈强比提高淬透性也提高屈强比、加入、加入Cr,W,V也提高淬透性也提高淬透性、加入、加入Si-Cr不易脱不易脱C加入加入Cr-V细化晶粒细化晶粒, 耐冲击耐冲击,高温高温强度好强度好 、高、高e 和和s ,高屈强比高屈强比、高疲劳抗力、高疲劳抗力、足够塑韧性、足够塑韧性,能承受震动能承受震动,冲击冲击、有较好淬透性、有较好淬透性,不易脱不易脱C ,易绕卷成形易绕卷成形 低合金高强钢、渗碳钢低合金高强钢、渗碳钢、调质钢、调质钢、弹簧钢弹簧钢、滚动轴承钢、滚动轴承钢使用态组织使用态组织 典型钢号及其应用典型钢号

32、及其应用 热处理特点热处理特点 T 、以、以Si,Mn合金化合金化:65Mn, 60Si2Mn用于汽车用于汽车,拖拉机拖拉机,机机车的板簧和螺旋弹簧车的板簧和螺旋弹簧、以、以Cr,V,W合金化合金化:50CVA350400以下重载以下重载, 较较大型弹簧大型弹簧,如高速柴油机气门弹簧如高速柴油机气门弹簧. 、热成形法制弹簧热轧钢丝钢板、热成形法制弹簧热轧钢丝钢板卷弯曲成型卷弯曲成型淬淬火火+中温回火中温回火喷丸喷丸、冷成形法制弹簧钢丝钢板、冷成形法制弹簧钢丝钢板淬火淬火+中温回火中温回火冷卷冷卷弯曲成型弯曲成型去应力去应力喷丸喷丸 成分特点与合金化原则：成分特点与合金化原则： 性能特点性能特点

33、 7、滚动轴承钢、滚动轴承钢 、高、高C:0.95%1.10%、Cr为基本元素为基本元素:提高淬透性提高淬透性;细化细化;提高耐磨性和接触提高耐磨性和接触疲劳抗力疲劳抗力;增加增加 %、加入、加入Si,Mn提高淬透性提高淬透性;加入加入V耐磨性耐磨性,防止过热防止过热、纯度要求极高、纯度要求极高、GCr15中含中含Cr%1.5% 、高接触疲劳强度、高接触疲劳强度 、高硬度和耐磨性、高硬度和耐磨性、足够的韧性和淬透性、足够的韧性和淬透性 、一定耐蚀能力和良好尺寸稳定性、一定耐蚀能力和良好尺寸稳定性 低合金高强钢、渗碳钢低合金高强钢、渗碳钢、调质钢、弹簧钢、调质钢、弹簧钢、滚动轴承钢滚动轴承钢使用

34、态组织使用态组织 典型钢号及其应用典型钢号及其应用 热处理特点热处理特点 M细少量A 、Cr轴承钢轴承钢: GCr15中小型轴承中小型轴承,冷冲模冷冲模,量具量具,丝锥丝锥. 、添加、添加Mn,Si,Mo,V的轴承钢的轴承钢:GCr15SiMo,GSiMnMoV制造大型轴承制造大型轴承. 、正火、正火:消除消除Cem网网、球化退火、球化退火:便于切削便于切削, 使细小均匀使细小均匀,为淬火作准备为淬火作准备、淬火、淬火:细针细针M+A 、冷处理、冷处理:(精密零件精密零件)尺寸稳定尺寸稳定 、回火、回火:低温回火低温回火、时效、时效:120140,1020h去应力去应力,稳定尺寸稳定尺寸 成分

35、特点与合金化原则：成分特点与合金化原则： 性能特点性能特点 、高、高C:0.9 %1.1 % 、加入、加入Cr,Mn,Si提高淬透性提高淬透性、加入、加入Si提高回火稳定性提高回火稳定性 、加入、加入W,V提高耐磨性提高耐磨性加入加入W,V细化晶粒细化晶粒 、高硬度、高硬度:HRC60 、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 4.4 工具钢工具钢工具钢是用来制造工具的钢种，按用途分可以分为刃具钢、模具钢和量具钢。1、刃具钢刃具钢 (1)、低合金工具钢、低合金工具钢 使用态组织使用态组织 典型钢号及其应用典型钢号及其应用 热处理特点热处理特点 M合金 少量A

36、、Si-Cr系系:9SiCr如如,板牙板牙,丝锥丝锥,冷冲模冷冲模, 木工工具木工工具,低速切削刃具低速切削刃具、Cr系系:Cr,Cr06如如,样板样板,铰刀铰刀,插刀插刀,剃刀剃刀,刀片刀片,刮刀刮刀,锉刀等锉刀等. 、Cr-W-Mn系系:CrWMn 如拉刀如拉刀,冲模冲模,样板样板,量规量规、W和和Cr-W系系:W,W2,CrW小麻花钻小麻花钻,低速切削刃具低速切削刃具 球化退火机加工淬火低温回火球化退火机加工淬火低温回火 成分特点与合金化原则：成分特点与合金化原则： 性能特点性能特点 (2)、高速钢、高速钢 、高、高C:0.7 %1.5 %、加入、加入Cr提高淬透性提高淬透性、加入、加入

37、W,Mo提高热硬性提高热硬性、加入、加入V提高耐磨性提高耐磨性 、高硬度、高硬度:HRC 60 、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 双头钻双头钻高速钢刀具高速钢刀具使用态组织使用态组织 典型钢号及其应用典型钢号及其应用 热处理特点热处理特点 M合金少量合金少量A 、W系系:W18Cr4V、W-Mo系系:W6Mo5Cr4V2作高速切削刃具铸造组织有鱼骨状共晶作高速切削刃具铸造组织有鱼骨状共晶 退火退火1270淬火淬火560580回火回火(三次三次)；若冷处理只需一次回火若冷处理只需一次回火 成分特点成分特点性能特点性能特点 (3)、碳素工具钢、碳素工具钢

38、高高C:0.65 %1.35 %。随。随C增加，耐磨性增加，韧性下降增加，耐磨性增加，韧性下降、高硬度、高硬度:HRC 60 、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 典型钢号及其应用典型钢号及其应用 、T7T9:制造承受冲击的工具制造承受冲击的工具、 T10T11: 低速切削工具低速切削工具、 T12T13: 制造耐磨工具制造耐磨工具热处理特点热处理特点 正火球化退火淬火+低温回火成分特点成分特点性能特点性能特点 (1)、冷作模具钢、冷作模具钢含碳量高，加入元素为含碳量高，加入元素为Cr，辅助加入元素是，辅助加入元素是W、Mo、V、冷态下变形抗力大、冷态下变

39、形抗力大、高耐磨性、高耐磨性、高硬性度、高硬性度 、足够强度和韧性以及良好的加工性能、足够强度和韧性以及良好的加工性能典型钢号及其应用典型钢号及其应用 、Cr12:制造冷冲模、挤压模制造冷冲模、挤压模、 Cr12MoV:制造冷冲模、挤压模制造冷冲模、挤压模热处理特点热处理特点 锻造球化退火淬火+低温回火2、模、模具钢具钢 性能特点性能特点 (2)、热作模具钢、热作模具钢、高温下良好的综合力学性能、高温下良好的综合力学性能、抗热疲劳性能、抗热疲劳性能、高的淬透性和良好的导热性、高的淬透性和良好的导热性典型钢号及其应用典型钢号及其应用 、热锻模钢：用于热锻模、热锻模钢：用于热锻模、 压铸模钢：用于

40、压铸模压铸模钢：用于压铸模成分特点成分特点性能特点性能特点 含碳量高含碳量高0.9%1.5%，合金元素为，合金元素为Cr、Mn、W等等、高尺寸稳定性、高尺寸稳定性、高耐磨性、高耐磨性、高硬性度、高硬性度 、足够韧性、足够韧性典型钢号及其应用典型钢号及其应用 、GCr15:钢耐磨性、尺寸稳定性较好钢耐磨性、尺寸稳定性较好、 4Cr13:用于腐蚀介质中使用用于腐蚀介质中使用热处理特点热处理特点 减少变形，提高量具钢稳定性3、量、量具钢具钢 . 金属腐蚀的方法金属腐蚀的方法(化学腐蚀、电化学腐蚀化学腐蚀、电化学腐蚀). 金属腐蚀破坏的方式金属腐蚀破坏的方式: 、均匀腐蚀 、晶间腐蚀 、点腐蚀 、应力

41、腐蚀 、腐蚀疲劳均匀腐蚀均匀腐蚀晶间腐蚀晶间腐蚀点腐蚀点腐蚀穿晶腐蚀穿晶腐蚀不锈钢带不锈钢带抗腐蚀原理：金属在外部介质作用下发生反应，以致被逐渐破坏的抗腐蚀原理：金属在外部介质作用下发生反应，以致被逐渐破坏的现象现象 4.5 特殊性能钢特殊性能钢1、不锈、不锈钢：具有耐腐蚀性能的钢钢：具有耐腐蚀性能的钢 d.不锈钢的合金化原理：不锈钢的合金化原理： 含C量尽可能低； 加入Crn/8定律含量12.5%电极电位跃升(如M不锈钢)； 含Cr量12.7%单相F(如F不锈钢)； 加入Ni 单相A或F+A(如A不锈钢)； 加入Ti、Nb、B晶界腐蚀c.金属抗腐蚀的原理：金属抗腐蚀的原理： 单相组织原电池形

42、成可能性、金属电极电位 抗腐蚀； 电极电位差、阳极电极电位； 表面保护膜钝化成分特点成分特点性能特点性能特点 含碳量很低，合金元素为含碳量很低，合金元素为Cr、Ni、Mo、Cu、Ti、Nb等等、耐蚀性、耐蚀性、高耐磨性、高耐磨性、高硬性度、高硬性度 、高强度和较好的加工性能、高强度和较好的加工性能 按照不锈钢在高温（9001100）加热并在空气中冷却后的基本组织，不锈钢可以分为马氏体不锈钢、铁素体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体铁素体不锈钢和沉淀硬化不锈钢。常用不锈钢及热处理常用不锈钢及热处理种种 类类含碳量含碳量热处理热处理性性 能能举举 例例马氏体不锈钢0.101.20完全退火或高温回火作预先

43、热处理，淬火及回火作最终热处理较高的强度、较好的耐腐蚀性含碳低的1Cr13、2Cr13作耐腐蚀零件，含碳高的3Cr13等作医疗器械、量具铁素体不锈钢0.12不能通过热处理强化，高铬铁素体不锈钢在退火状态下使用耐腐蚀性优于马氏体不锈钢0Cr13Al、1Cr17等，用于硝酸和氮肥工业奥氏体不锈钢很低0.15固溶处理稳定化处理去应力退火高塑性和良好的焊接性能，耐腐蚀性优于前两者1Cr18Ni9,0Cr18Ni9等，用于食品、化工、热处理设备、飞机等工业典型钢号及其应用典型钢号及其应用 成分特点成分特点性能特点性能特点 有不可缺少的元素有不可缺少的元素Cr、Si、Al，同时加入其它元素提高强度。，同时

44、加入其它元素提高强度。固溶强化、析出强化、晶界强化固溶强化、析出强化、晶界强化、良好的抗蠕变和抗断裂的能力、良好的抗蠕变和抗断裂的能力、良好的抗氧化性、良好的抗氧化性、良好的加工性能、良好的加工性能、足够韧性、足够韧性典型钢号及其应用典型钢号及其应用 、珠光体耐热钢、珠光体耐热钢:15CrMo、12Cr1MoV、马氏体耐热钢：、马氏体耐热钢：1Cr13、 1Cr11MoV、奥氏体耐热钢：、奥氏体耐热钢： 1Cr18Ni9Ti2、耐热、耐热钢钢 成分特点成分特点性能特点性能特点 含碳高、含锰高含碳高、含锰高、高的耐磨性、高的耐磨性、高的韧性、高的韧性典型钢号及其应用典型钢号及其应用 、广泛用于制

45、造耐磨、耐冲击的零件：、广泛用于制造耐磨、耐冲击的零件：ZGMn13-13、耐磨、耐磨钢钢 ：在冲击载荷下发生冲击硬化的铸造高锰钢 热处理特点热处理特点 水韧处理：将高锰钢加热到1100度，是碳化物融入奥氏体，并进行水淬，从而获得均匀的过饱和的单相奥氏体。一、一、 石墨化：石墨化：铸铁中的碳以石墨的形式析出的过铸铁中的碳以石墨的形式析出的过程，程， 称为石墨化。称为石墨化。 石墨化程度石墨化程度 ，G数量数量 ，基体中，基体中P数量数量 ，所以，石墨化程度决定了铸所以，石墨化程度决定了铸铁的组织。铁的组织。 影响石墨化的因素：影响石墨化的因素：Fe-C合金的五大元素：合金的五大元素：C, Si

46、, Mn, P, S原因：原因：SiSi能抑制能抑制FeFe3 3C C的形成，促进的形成，促进FeFe3 3C C分解分解 Si: 是强烈促进是强烈促进G化的元素，化的元素，Si% , G化化 。 C是是G的形成元素，的形成元素，C% ， G化化 ；4.6 铸钢铸钢含碳量大于2.11%并含有较多Si、Mn、S、P等元素的多元铁基合金。石墨化过程： 第一阶段：结晶时的一次石墨、二次石墨，共晶石墨的析出和加热时一次渗碳体、二次渗碳体和共晶渗碳体的析出； 第二阶段；冷却时共析石墨的析出和加热时共析渗碳体的分解。S: 是阻碍是阻碍G化的元素，化的元素，S% , G化化 Mn ：Mn 0.2 0.4%

47、时，形成合金渗碳体时，形成合金渗碳体 (Fe,Mn)3C, G化化 。P： 对石墨化影响不明显。对石墨化影响不明显。V冷冷 ，G化化 ，Fe3C量量 ，G片细小、量少。片细小、量少。 V冷冷 ，G化停止，无石墨形成，化停止，无石墨形成，C Fe3C，即形成白口铸铁。即形成白口铸铁。G化是靠原子扩散进行的，需要温度、时间化是靠原子扩散进行的，需要温度、时间二、灰口铸铁二、灰口铸铁 F灰口铸铁 F+P灰口铸铁 P灰口铸铁 1、灰口铸铁的组织、灰口铸铁的组织 灰口铸铁的组织是由钢的基体组织与片状石墨组成。灰口铸铁的组织是由钢的基体组织与片状石墨组成。钢钢的基体因共析阶段石墨化进行的程度不同有的基体因

48、共析阶段石墨化进行的程度不同有铁素体铁素体、铁素体铁素体珠光体珠光体和和珠光体珠光体三种，相应的有三种灰口铸铁：三种，相应的有三种灰口铸铁：F灰口铸铁灰口铸铁、F+P灰口铸铁灰口铸铁、P灰口铸铁灰口铸铁（如图所示）（如图所示） 。其中珠光体灰口。其中珠光体灰口铸铁的强度最高，应用最广泛。铸铁的强度最高，应用最广泛。铁素体基体组织铁素体基体组织 铁素体基体铁素体基体+片状石墨片状石墨 X100铁素体基体铁素体基体+片状石墨片状石墨 X500 铸铁的三种基体铸铁的三种基体 珠光体基体组织珠光体基体组织 珠光体基体珠光体基体+片状石墨片状石墨 X100珠光体基体珠光体基体+片状石墨片状石墨 X500

49、铁素体铁素体+珠光体基体组织珠光体基体组织 铁素体和珠光体基体铁素体和珠光体基体+片状石墨片状石墨 X100X5002、灰口铸铁的牌号、灰口铸铁的牌号HT100：100表示表示30mm试样的最小抗拉强度值。试样的最小抗拉强度值。 牌号牌号显微组织显微组织性能性能基体基体石墨石墨HT100F+P粗片状粗片状铸造性能好，不用人工时效，铸造性能好，不用人工时效，减振性好减振性好HT150F+P较粗片状较粗片状HT200P中等片状中等片状强度较高，耐磨耐热，铸造性强度较高，耐磨耐热，铸造性较好，但要人工时效，减振性较好，但要人工时效，减振性较好较好HT250细细P较细片状较细片状HT300索氏体或屈氏

50、体索氏体或屈氏体细小片状细小片状高强度，高耐磨性，白口倾向高强度，高耐磨性，白口倾向大，铸造性差，要人工时效大，铸造性差，要人工时效灰口铸铁常见牌号组织灰口铸铁常见牌号组织（1）、牌号越高，铸造性能越差，强度越高；）、牌号越高，铸造性能越差，强度越高；（2）、同一牌号，壁厚增加，抗拉强度下降。）、同一牌号，壁厚增加，抗拉强度下降。说明：说明：3、灰口铸铁的热处理、灰口铸铁的热处理（1）、去应力退火 目的：目的：消除铸造内应力，防止铸件开裂惑减少变形。（2）、改善切削加工性的退火 目的：目的：消除白口组织，改善切削加工性。（3）、表面淬火 目的：目的：提高表面的硬度和耐磨性，其方法有火焰淬火、感

51、应淬火和电接触淬火。 热处理只能改变铸铁的基体组织，不能改变石墨的热处理只能改变铸铁的基体组织，不能改变石墨的形态和分布。形态和分布。效果不大效果不大二、可锻铸铁二、可锻铸铁 完全白口铸铁，经长时间石墨化退火（完全白口铸铁，经长时间石墨化退火（9009800C） 1牌号牌号 F可锻铸铁可锻铸铁KT3006 最低抗拉强度和延伸率；最低抗拉强度和延伸率； P可锻铸铁可锻铸铁KTZ4505 最低抗拉强度和延伸率。最低抗拉强度和延伸率。2热处理热处理 a）铸造纯白口铸铁；）铸造纯白口铸铁； b）经长时间石墨化；）经长时间石墨化； c）控制不同冷速获得）控制不同冷速获得F 和和P基体的可锻铸铁。基体的可锻铸铁。可锻铸铁显微组可锻铸铁显微组织织可锻铸铁腐蚀前石墨形态可锻铸铁腐蚀前石墨形态基体基体+团絮状石墨团絮状石墨 X100基体基体+团絮状石墨团絮状石墨 X500腐蚀后腐蚀后F+P基体基体+团絮状石墨团絮状石墨 X100F+P基体基体+团絮状石墨团絮状石墨 X500三、球墨铸铁三、球墨铸铁 1、组织与性能：、组织与性能：(F, F+P, P) + 球状球状G G球对基体的割裂、应力集中减小到最低程度，所以，球对基体的割裂、应力集中减小到最低程度，所以， 机械性能大大提高。机械性能大大提高