工程材料第8章合金钢及合金化(二)

1、1、Mn: 0.8%时为杂质时为杂质, 是有益元素。作用为：是有益元素。作用为： 强化铁素体（固溶强化）强化铁素体（固溶强化） 消除硫的有害作用消除硫的有害作用一、杂质元素对性能的影响一、杂质元素对性能的影响l钢中的杂质一般是指钢中的杂质一般是指Mn、Si、P、S。是由原料带入或脱氧。是由原料带入或脱氧残留的元素。残留的元素。2、Si： 0.5%时为杂质，是有益元素。作用为：时为杂质，是有益元素。作用为： 强化铁素体；强化铁素体； 增加钢液流动性。增加钢液流动性。 3. S：是有害元素。：是有害元素。l常以常以FeS形式存在。易与形式存在。易与Fe在晶界上在晶界上形成低熔点共晶形成低熔点共晶(

2、985)，热加工时，热加工时(11501200)，由于其熔化而导致开，由于其熔化而导致开裂，称热脆性裂，称热脆性.l钢中的硫应控制在钢中的硫应控制在0.045%以下以下.合金晶界的低熔点硫化物共晶合金晶界的低熔点硫化物共晶lMn可消除硫的有害作用可消除硫的有害作用, FeS + Mn Fe + MnS， MnS熔点高熔点高(1600)。钢中的钢中的MnS夹杂夹杂4、P：也是有害元素。：也是有害元素。l能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性能全部溶入铁素体中，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性急剧下降，称冷脆性。急剧下降，称冷脆性。lP一般控制在一般控制在0.045%以下以下.比利时

3、阿尔伯特运河钢桥因磷高产生比利时阿尔伯特运河钢桥因磷高产生冷脆性于冷脆性于1938年冬发生断裂坠入河中年冬发生断裂坠入河中 5、气体元素、气体元素 N：室温下室温下N在铁素体中溶解度很在铁素体中溶解度很低，钢中过饱和低，钢中过饱和N在常温放置过程在常温放置过程中以中以FeN、Fe4N形式析出使钢变脆形式析出使钢变脆, 称时效脆化称时效脆化.l加加Ti、V、Al等元素可使等元素可使N固定，消固定，消除时效倾向。除时效倾向。 O：氧在钢中以氧化物的形式存在，氧在钢中以氧化物的形式存在，其与基体结合力弱，不易变形，易其与基体结合力弱，不易变形，易成为疲劳裂纹源成为疲劳裂纹源.钢中钢中TiN夹杂夹杂钢

4、中氧化物夹杂钢中氧化物夹杂 H：常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态常温下氢在钢中的溶解度也很低。当氢在钢中以原子态溶解时，降低韧性，引起氢脆。溶解时，降低韧性，引起氢脆。l当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂当氢在缺陷处以分子态析出时，会产生很高内压，形成微裂纹，其内壁为白色，称白点或发裂。纹，其内壁为白色，称白点或发裂。l碳化物形成元素：碳化物形成元素：Zr、Nb、Ti、V、W、Mo、Cr、Mn、Fel非碳化物形成元素：非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B一、一、 对钢中基本相的影响对钢中基本相的影响1. 溶于铁素体溶于铁素体, 起固溶强化作用

5、起固溶强化作用l非碳化物形成元素及过剩的碳化非碳化物形成元素及过剩的碳化物形成元素都溶于铁素体，形成物形成元素都溶于铁素体，形成合金铁素体合金铁素体.lSi、Mn对强度、硬度提高显著。对强度、硬度提高显著。Cr、Ni在适当范围内提高韧性。在适当范围内提高韧性。8.1合金元素在钢中的作用合金元素在钢中的作用对铁素体冲击韧性影响对铁素体冲击韧性影响CrWVMoNiMnSiP2402001601208016202481240硬度/HB合金元素/%图图8-1合元素对铁素体硬合元素对铁素体硬度的影响图度的影响图2. 形成碳化物，起强化相作用形成碳化物，起强化相作用 合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为：

6、合金元素与碳的亲和力从大到小的顺序为： Zr 、 Ti 、Nb、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。1、对奥氏体相区的影响、对奥氏体相区的影响 Ni、Mn、Co、Cu、N等是扩大奥氏体相等是扩大奥氏体相区的元素，区的元素，l当当Mn 13%或或Ni 9%时，时， A3点降点降到到0以下，室温下以下，室温下为单相奥氏体组织，为单相奥氏体组织，称奥氏体钢。称奥氏体钢。锰对奥氏体相区的影响锰对奥氏体相区的影响二、二、 对对Fe - Fe3C相图的影响相图的影响 Cr、Mo、Si、Ti、W、Al等是缩小等是缩小奥氏体相区的元奥氏体相区的元素。素。l当当Cr 13%时，时，奥氏体相区消失，奥氏体相区消失，室

7、温下为单相铁室温下为单相铁素体组织，称铁素体组织，称铁素体钢素体钢.铬对奥氏体相区的影响铬对奥氏体相区的影响2、对、对E点和点和S点位置的影响点位置的影响l所有合金元素均使所有合金元素均使E点和点和S点左移，即这两点的含碳量下降，点左移，即这两点的含碳量下降，使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如使碳含量比较低的钢出现过共析组织（如4Cr13）或共晶组）或共晶组织（如织（如W18Cr4V）。）。 1. 对钢加热时奥氏体形成过程的影响对钢加热时奥氏体形成过程的影响 对奥氏体形成速度的影响：对奥氏体形成速度的影响： 除除Ni、Co外，都减缓奥氏体化过程。外，都减缓奥氏体化过程。 对奥氏体晶粒长大倾向

8、的影响：对奥氏体晶粒长大倾向的影响：l碳化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。碳化物形成元素阻碍奥氏体晶粒长大。lMn、P促进长大。促进长大。 三、合金元素对钢热处理组织转变的影响三、合金元素对钢热处理组织转变的影响2. 对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响对钢冷却时过冷奥氏体转变过程的影响对对C曲线和淬透性的影响：曲线和淬透性的影响：除除Co外，凡溶入奥氏体的合金元外，凡溶入奥氏体的合金元素均使素均使C曲线右移，淬透性提高。曲线右移，淬透性提高。 对马氏体转变对马氏体转变的影响：的影响：除除Co、 Al外外,所有元素所有元素都都 使使Ms、Mf点点下降，导致残下降，导致残余奥氏体的量余奥氏体的量增加

9、。增加。 合金元素对钢合金元素对钢淬透性的影响淬透性的影响淬火碳钢淬火碳钢 回火回火 时的时的 硬度变化硬度变化3.合金元素对淬火钢回火合金元素对淬火钢回火转变过程的影响转变过程的影响 提高回火稳定性：提高回火稳定性：淬火钢淬火钢在回火过程中抵抗硬度下在回火过程中抵抗硬度下降的能力，也称耐回火性。降的能力，也称耐回火性。l合金元素能阻碍马氏体分合金元素能阻碍马氏体分解及碳化物的析出与聚集。解及碳化物的析出与聚集。l当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。如当回火硬度相同时，合金钢比同含碳量碳钢回火温度高。如果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。果同温度回火，合金钢硬度比碳钢高。 产生二次

10、硬化产生二次硬化l含高含高W、Mo、Cr、V钢钢淬火后回火时，由于析出淬火后回火时，由于析出细小弥散的特殊碳化物及细小弥散的特殊碳化物及回火冷却时回火冷却时A转变为转变为M回回,使硬度不仅不下降，反而使硬度不仅不下降，反而升高的现象称二次硬化升高的现象称二次硬化。 防止第二类回火脆性防止第二类回火脆性l加加W、Mo可防止第二类可防止第二类回火脆性。回火脆性。高速钢高速钢1. 对钢强度的影响对钢强度的影响 固溶强化、第二相强化、细晶强化、位错强化固溶强化、第二相强化、细晶强化、位错强化2. 对钢韧度的影响对钢韧度的影响 通过细化晶粒、置换固溶通过细化晶粒、置换固溶 、提高回火稳定性改善、提高回火

11、稳定性改善韧度、细化碳化物、控制非金属夹杂和杂质元素韧度、细化碳化物、控制非金属夹杂和杂质元素改善韧度改善韧度 四、合金元素对钢力学性能的影响四、合金元素对钢力学性能的影响一、合金钢的分类一、合金钢的分类1.按合金元素含量按合金元素含量 微合金钢微合金钢 0.001Me0.1% 低合金钢低合金钢 1Me5% 中合金钢中合金钢 5Me10% 高合金钢高合金钢 Me10%2. 按钢的金相组织按钢的金相组织 铁素体钢铁素体钢 奥氏体钢奥氏体钢 马氏体钢马氏体钢 珠光体钢珠光体钢 贝氏体钢贝氏体钢3. 按钢中按钢中S、P杂质含量杂质含量 普通合金钢普通合金钢 S0.050% P0.045% 优质合金钢

12、优质合金钢 S0.035% P0.035% 高级优质合金钢高级优质合金钢 S0.025% P0.025% 特级优质合金钢特级优质合金钢 S0.015% P0.020%4. 按用途按用途 合金结构钢：合金结构钢：低合金钢、渗碳钢、低合金钢、渗碳钢、调质钢、调质钢、弹簧钢、弹簧钢、 滚动轴承钢、高锰耐磨钢、易切钢等滚动轴承钢、高锰耐磨钢、易切钢等 合金工具钢：合金工具钢：刃具钢、模具钢、量具钢等刃具钢、模具钢、量具钢等 特殊性能钢：特殊性能钢：不锈钢、耐热钢等不锈钢、耐热钢等二、编号二、编号 我国钢材的编号是采我国钢材的编号是采用用汉语拼音字母、化汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯学元素符号和阿拉

13、伯数字数字相结合的方法。相结合的方法。l汉语拼音字母一般从汉语拼音字母一般从代表钢产品名称的汉代表钢产品名称的汉字的汉语拼音中选取字的汉语拼音中选取第一个字母第一个字母,表示钢产表示钢产品的名称、用途、特品的名称、用途、特性和工艺方法，性和工艺方法，名称名称符号符号位置位置名称名称符号符号位置位置碳素结构钢碳素结构钢Q头头桥梁用钢桥梁用钢q尾尾低合金高强度钢低合金高强度钢Q头头锅炉用钢锅炉用钢g尾尾易切削钢易切削钢Y头头焊接气瓶用钢焊接气瓶用钢HP尾尾碳素工具钢碳素工具钢T头头车辆车轴用钢车辆车轴用钢LZ头头(滚珠滚珠)轴承钢轴承钢G头头机车车轴用钢机车车轴用钢JZ头头焊接用钢焊接用钢H头头沸

14、腾钢沸腾钢F尾尾铆螺钢铆螺钢ML头头半镇静钢半镇静钢b尾尾船用钢船用钢国际符号国际符号镇静钢镇静钢Z尾尾汽车大梁用钢汽车大梁用钢L尾尾特殊镇静钢特殊镇静钢TZ尾尾压力容器用钢压力容器用钢R尾尾质量等级质量等级A.B.C.D.E尾尾1. 低合金结构钢低合金结构钢 Q+最低屈服强度值最低屈服强度值+质量等级符号质量等级符号lQ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MPa；l质量等级符号为质量等级符号为A、B、C、D、E。由。由A到到E，其，其P、S含量含量依次下降，质量提高。依次下降，质量提高。l低合金高强度结构钢都是镇静钢或低合金高强度结构钢都是镇静钢或特殊镇静钢，其牌

15、号中没有表示脱特殊镇静钢，其牌号中没有表示脱氧方法的符号。如氧方法的符号。如Q345C。 *说明：说明：通常情况下，屈服强度值通常情况下，屈服强度值小小300MPa时为碳素结构钢，大于时为碳素结构钢，大于300MPa时为低合金高强度钢。时为低合金高强度钢。钢管钢管2. 合金结构钢合金结构钢 两位数字（表示平均含碳量的万分之几）两位数字（表示平均含碳量的万分之几）+合金元素符号合金元素符号+该元素百分含量数字该元素百分含量数字+l当合金元素的平均含量小于当合金元素的平均含量小于1.50%时，只标元素符号，不标时，只标元素符号，不标含量；含量；l当合金元素的平均含量为当合金元素的平均含量为1.50

16、2.49%、2.50 3.49%、3.504.49%、4.505.49%、时，在相应的合金元素符号时，在相应的合金元素符号后标后标2、3、4、5 等数字。如等数字。如20CrNi3。l高级优质钢在牌号后加字母高级优质钢在牌号后加字母A，如，如60Si2MnA。l特级优质钢在牌号后加字母特级优质钢在牌号后加字母E，如，如30CrMnSiE。 不锈钢制管板式换热器不锈钢制管板式换热器所有合金所有合金钢的合金钢的合金元素量标元素量标法相同法相同3. 合金工具钢和高速工具钢合金工具钢和高速工具钢 含碳量含碳量+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+l当含碳量小于当含碳量小于1.00%

17、时，含碳量用一位数字标明，这一位数时，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，如字表示平均含碳量的千分之几，如8MnSi.l当含碳量大于当含碳量大于1.00%时，不标含碳量。时，不标含碳量。* 高速钢不标含碳量，高速钢不标含碳量，如如W6Mo5Cr4V2(含含0.85%C).* 含铬量小于含铬量小于1%时，在含铬量时，在含铬量(以以千分之一为单位千分之一为单位)前加数字前加数字“0”，如如Cr06。4. 滚动轴承钢滚动轴承钢 高碳铬轴承钢：高碳铬轴承钢： G+Cr+铬含量铬含量(不标含碳量不标含碳量) “G”表示表示“滚动轴承钢滚动轴承钢”。* 铬含量以千分之一为单位铬含量以

18、千分之一为单位. 如如“GCr15”的平均含铬量为的平均含铬量为1.5%。l渗碳轴承钢牌号的表示方法与合渗碳轴承钢牌号的表示方法与合金结构钢相同，仅在牌号头部加金结构钢相同，仅在牌号头部加字母字母“G”，如，如“G20CrNiMo”。 5. 不锈钢和耐热钢不锈钢和耐热钢 含碳量含碳量+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+ 含碳量以千分之一为单位。含碳量以千分之一为单位。l含碳量的表示方含碳量的表示方法为：法为：当平均含碳量当平均含碳量1.00%时，用两位时，用两位数字表示，如数字表示，如11Cr17(平均含碳量平均含碳量为为1.10%)；涡轮叶片涡轮叶片 当当1.0%平均含

19、碳量平均含碳量0.1%时，用一位数字表示时，用一位数字表示,如如2Cr13（平均含碳量为（平均含碳量为0.20%） 当当0.1%含碳量上限含碳量上限 0.03%时，以时，以“0”表示，如表示，如0Cr18Ni9（含碳量上限为（含碳量上限为0.08%） 当当0.03%含碳量上限含碳量上限0.01%时时,以以“03”表示，如表示，如03Cr19Ni10 (含碳量上限为含碳量上限为0.03%） 当含碳量上限当含碳量上限0. 01%时，以时，以“01”表示，如表示，如01Cr19Ni11（含（含碳量上限为碳量上限为0.01%）。）。汽轮机叶片汽轮机叶片6. 铸钢铸钢l 以强度为主要特征以强度为主要特征

20、 ZG+ZG+数字数字- -数字数字 第一组数字表示屈服强第一组数字表示屈服强度最低值，第二组表示度最低值，第二组表示抗拉强度最低值。如抗拉强度最低值。如ZG200-400l以化学成分为主要特征以化学成分为主要特征 ZG + 两位数字（平均两位数字（平均含碳量的万分之几）含碳量的万分之几）+合金元素合金元素+数字（合金数字（合金元素百分含量）元素百分含量） 如如ZG25Cr1Mo1V铸钢件铸钢件2.5吨大齿轮铸件吨大齿轮铸件 对结构钢的性能要求为：对结构钢的性能要求为：l使用性能以强韧性为主。使用性能以强韧性为主。l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。 合金结构钢除少量

21、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. .铜陵长江公路大桥铜陵长江公路大桥1. 性能特点性能特点 高强度及足够韧性。高强度及足够韧性。 良好的焊接性能。良好的焊接性能。 良好的耐蚀性及低良好的耐蚀性及低 的韧脆转变温度。的韧脆转变温度。2. 成分特点成分特点 低碳：低碳：0.2%C. 合金元素：主要是合金元素：主要是Mn、Si，还有少量，还有少量V、Ti、Nb等。等。一、低合金高强度结构钢一、低合金高强度结构钢3. 热处理：热处理：大多数大多数热轧退火（或正热轧退火（或正火）后使用。火）后使用。4. 使用状态下组织：使用状态下组织：F+P低合金高强钢合金元素

22、细化晶粒作用低合金高强钢合金元素细化晶粒作用 Mn、Si的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。的作用是强化铁素体；增加珠光体的量。 V、Ti、Nb等起细化晶粒和弥散强化作用。等起细化晶粒和弥散强化作用。 5. 用途用途lQ345钢综合性能好，钢综合性能好，用于船舶、桥梁、车用于船舶、桥梁、车辆等。辆等。lQ390钢含钢含V、Ti、Nb，强度高，用于大中型强度高，用于大中型钢结构、压力容器等。钢结构、压力容器等。lQ460钢，强度高钢，强度高,用于用于大型重要桥梁、船舶大型重要桥梁、船舶等等. (鸟巢，鸟巢，4.2万吨万吨Q460）南京长江大桥南京长江大桥 渗碳后使用的钢种。渗碳后使用的钢种。 1

23、. 性能特点性能特点 经渗碳、淬火和低温经渗碳、淬火和低温回火后，即表硬里韧。回火后，即表硬里韧。 良好的热处理性能良好的热处理性能,如淬透性和渗碳能力。如淬透性和渗碳能力。二、合金渗碳钢二、合金渗碳钢渗碳炉渗碳炉2、成分特点、成分特点 低碳：低碳：0.10.25%C 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性：提高淬透性： Cr、Mn、Ni、B 强化铁素体：强化铁素体： Cr、Mn、Ni 细化晶粒：细化晶粒： W、Mo、Ti、V 渗碳件渗碳件高精密独高精密独立导柱立导柱3. 常用钢号及用途常用钢号及用途l低淬透性钢：低淬透性钢：20Cr柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴用于受力小的用于受力小的耐磨件，如

24、柴耐磨件，如柴油机的活塞销、油机的活塞销、凸轮轴等。凸轮轴等。l中淬透性钢：中淬透性钢：20CrMnTi。用用于中等载荷的于中等载荷的耐磨件，如变耐磨件，如变速箱齿轮。速箱齿轮。l高淬透性钢：高淬透性钢：18Cr2Ni4WA.用于大载荷的用于大载荷的耐磨件，如柴耐磨件，如柴油机曲轴。油机曲轴。 增压柴油机曲轴增压柴油机曲轴渗碳淬火后的表层组织渗碳淬火后的表层组织4. 热处理特点热处理特点l渗碳件的加工工艺路线为：下料渗碳件的加工工艺路线为：下料锻造锻造正火正火机加工机加工渗碳渗碳淬火淬火+低温回火低温回火磨削磨削l淬火温度一般为淬火温度一般为Ac1+30-50。 5. 使用状态下组织使用状态下

25、组织l心部：心部：T+M回回+F（2540HRC)l表层：表层：M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物 +A(少量少量)；(5862HRC）调质件（螺杆）调质件（螺杆） 调质后使用的钢种。调质后使用的钢种。 1. 性能特点性能特点 调质后具有良好的综合力学调质后具有良好的综合力学性能性能. 较高的淬透性。较高的淬透性。三、合金调质钢三、合金调质钢2. 成分特点成分特点 中碳：中碳：0.30.5%C 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性提高淬透性: Mn、Si、Cr、Ni、B 强化铁素体强化铁素体: Mn、Si、Cr、Ni 提高回火稳定性提高回火稳定性: V、 W、Mo 调质件（冷却轮）调质件（冷

26、却轮）破碎机主轴破碎机主轴l调质件的加工工艺路线为：下料调质件的加工工艺路线为：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装配装配l调质目的：获得良好综合力学性能调质目的：获得良好综合力学性能l使用状态下的组织为：使用状态下的组织为：S回回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) )为表面淬火作组织准备；为表面淬火作组织准备；获得最终心部组织获得最终心部组织.表面：表面： M回回；心部：；心部：S回回柴油机凸轮轴柴油机凸轮轴4. 常用钢号及用途常用钢号及用途l低淬透性钢：低淬透性钢： D0油油60mm, 常用常用40CrNiMo, 用

27、于制造大用于制造大截面重载荷零件，如曲轴、汽轮机主轴、叶轮等。截面重载荷零件，如曲轴、汽轮机主轴、叶轮等。 制造弹簧和弹性元件的钢种。制造弹簧和弹性元件的钢种。1、性能特点、性能特点 高的弹性极限高的弹性极限e，屈强比，屈强比s/b(2) 高的疲劳极限高的疲劳极限(3)足够的塑性和韧性足够的塑性和韧性四、合金弹簧钢四、合金弹簧钢2. 成分特点成分特点 中高碳：中高碳：l0.50.7%C 合金元素作用：合金元素作用： 提高淬透性、强化铁素体：提高淬透性、强化铁素体：Mn、Si 提高提高 s/ b：Si 细化晶粒：细化晶粒：Cr、V、W汽车弹簧汽车弹簧3. 常用钢号及用途常用钢号及用途lSi、Mn

28、弹簧钢，如弹簧钢，如65Mn、60Si2Mn，用于制造较大截面弹，用于制造较大截面弹簧。簧。 lCr、V弹簧钢，如弹簧钢，如50CrV，用于大截面、大载荷、耐热的弹，用于大截面、大载荷、耐热的弹簧。簧。 汽车板簧汽车板簧汽车板簧淬火线汽车板簧淬火线4. 热处理及组织特点热处理及组织特点 冷成型弹簧：冷成型弹簧： 冷拔冷拔 冷成型冷成型定型处理定型处理(250 300去应力退火去应力退火)l 用于用于 8mm)冷卷螺旋压缩弹簧冷卷螺旋压缩弹簧大型热卷弹簧大型热卷弹簧 高而均匀的硬度（高而均匀的硬度（6165HRC)和耐磨性。和耐磨性。 高接触疲劳强度。高接触疲劳强度。 一定的韧性、淬透性和耐蚀性

29、一定的韧性、淬透性和耐蚀性.五、滚动轴承钢五、滚动轴承钢 用于制造滚动轴承零件的钢种。用于制造滚动轴承零件的钢种。1. 性能特点性能特点l轴承工作时轴承工作时, 承受接触应力承受接触应力(达达3000 3500MPa)、周期性、周期性交变载荷交变载荷( (频率达频率达数万次数万次/ /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. 成分特点成分特点 高碳：高碳：0.951.10%C 合金元素：合金元素：以以Cr为主为主,加入加入Mn、Si、Mo。推力球轴承推力球轴承滚针滚针轴承轴承lCr提高淬透性提高淬透性、耐磨耐磨性（形成合金渗碳体）性（形成合金渗碳体）

30、和耐蚀性。和耐蚀性。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3. 常用钢号及用途常用钢号及用途l应用最广的是应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴，大量用于大中型轴承；承；l大型轴承用大型轴承用GCr15SiMn。l还可用于制造模具、量具等还可用于制造模具、量具等.4. 热处理和组织特点热处理和组织特点 热处理：热处理：预备预备:（正火（正火+）球化退火）球化退火最终：淬火最终：淬火+低温回火低温回火 组织：组织： M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l淬火后进行冷处理淬火后进行冷处理(-60 -80), 可以减少可以减少A、稳定尺寸稳定尺寸. 轴承生产车

31、间轴承生产车间 只有只有ZGMn13一个钢号一个钢号.性能特点：高耐磨性和韧性性能特点：高耐磨性和韧性1. 成分特点成分特点 高碳：高碳：0.751.45%C 以保持高耐磨性。以保持高耐磨性。 高锰：高锰：1114%Mn 以保证以保证形成奥氏体组织形成奥氏体组织.六、高锰耐磨钢六、高锰耐磨钢高锰钢铸件高锰钢铸件高锰钢高锰钢2. 热处理及组织热处理及组织l铸态组织为奥氏体铸态组织为奥氏体+碳碳化物化物, 性能硬而脆性能硬而脆.l热处理采用热处理采用水韧处理水韧处理。即将钢加热到即将钢加热到1100，使碳化物溶入奥氏体，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。并进行水淬。l室温组织为过饱和单相室温组织为过

32、饱和单相奥氏体。奥氏体。高锰钢水韧处理组织高锰钢水韧处理组织浇铸高锰钢件浇铸高锰钢件l广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击广泛用于既要求耐磨又要求耐冲击的零件。如拖拉机的履带板、球磨的零件。如拖拉机的履带板、球磨机衬板、破碎机机衬板、破碎机牙板、挖掘机铲牙板、挖掘机铲齿和铁路辙岔等齿和铁路辙岔等. . 球磨机衬球磨机衬板板挖掘机铲齿挖掘机铲齿铁路辙岔铁路辙岔破碎机牙板破碎机牙板3.使用及用途使用及用途 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。按用途分为按用途分为: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

33、钢模具模具l用来制造各用来制造各种切削刀具种切削刀具的钢种。的钢种。一、合金刃具钢一、合金刃具钢切削加工切削加工1. 性能特点性能特点l高硬度高硬度 (60HRC),主要取决主要取决于含碳量。于含碳量。 l高耐磨性高耐磨性 靠高硬度和析出靠高硬度和析出细小均匀硬碳化物来达到。细小均匀硬碳化物来达到。l高热硬性高热硬性 即高温下保持高即高温下保持高硬度的能力。硬度的能力。l足够的韧性足够的韧性 以防止脆断和以防止脆断和崩刃。崩刃。切削加工的基本形式切削加工的基本形式2. 低合金刃具钢低合金刃具钢(1) 成分特点：成分特点：高碳：高碳：0.91.1%C合金元素：合金元素： 提高淬透性提高淬透性:

34、Cr、Mn、Si 提高耐回火性：提高耐回火性：Si 提高耐磨性、细化晶粒提高耐磨性、细化晶粒: W、V 低合金工具钢制品低合金工具钢制品(2) 热处理及组织热处理及组织l淬火淬火+低温回火。低温回火。l使用状态下的组织为：使用状态下的组织为： M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量) (3) 常用钢号及用途常用钢号及用途l9SiCr。用于制造形状复杂、用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等丝锥、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)性能特点性能特点高热硬性高热硬性(600)、高淬透性高淬透性 (2) 成分特点成分特点 高

35、碳高碳: 0.701.5%C 合金元素合金元素: 提高淬透性：提高淬透性：Cr 提高热硬性、耐磨性提高热硬性、耐磨性: W、Mo、V 3. 高速工具钢高速工具钢l制造高速切削刃具用钢。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W18Cr4V钢的铸态组织钢的铸态组织(3) 加工与热处理加工与热处理l加工工艺路线：下料加工工艺路线：下料锻造锻造球化球化退火退火机加工机加工淬火淬火+回回火火喷砂喷砂磨削磨削l高速钢是莱氏体钢，高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状体与树枝状M+T组成，组成，脆性大且无法热处理脆

36、性大且无法热处理改善。改善。W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织(4) 使用状态下组织使用状态下组织 M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A（少量）（少量）铸态铸态淬火回火态淬火回火态淬火态淬火态退火态退火态5、常用钢号及用途、常用钢号及用途l常用钢号为常用钢号为W18Cr4V和和W6Mo5Cr4V2。l用于高速切削刃具，如车刀、用于高速切削刃具，如车刀、刨刀、铣刀、钻头等。刨刀、铣刀、钻头等。车刀车刀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l用以制造冷热模具的钢种用以制造冷热模具的钢种. 冷作模具钢冷作模具钢l制造金属冷成型模具钢种制造金属冷成型模具钢种. .1.

37、 性能特点性能特点 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 足够的强度和韧性。足够的强度和韧性。 良好的工艺性能（淬透性、切良好的工艺性能（淬透性、切削加工性等）削加工性等）二、合金模具钢二、合金模具钢2. 成分特点成分特点 高碳高碳(1.02.0%C)；高铬；高铬(11.513%Cr)l合金元素合金元素: Cr 提高淬透性；提高淬透性；Mo、W、V 提高耐磨性，细化晶提高耐磨性，细化晶粒。粒。 3. 常用钢种常用钢种 小尺寸、形状简单、受力不小尺寸、形状简单、受力不大的模具大的模具, 可用碳素工具钢可用碳素工具钢和低合金刃具钢制造。和低合金刃具钢制造。 截面、受力大的冷模具用截面、受力大的冷模具用

38、Cr12型冷作模具钢制造如型冷作模具钢制造如Cr12和和Cr12MoV.Cr12钢钢4. 加工及热处理：加工及热处理： Cr12型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火型模具钢也是莱氏体钢，需进行锻造、退火, 目的同高速目的同高速钢钢.l最终热处理为最终热处理为: 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回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模 热作模具钢热作模具钢l用于制造对金属进行热变用于制造对金属进行热变形加工的模具形加工的模具.1.性能要求性能要求 高温下良好的高温下良好的 综合力学综合力学性能。性能。 抗热疲劳性能。抗热疲

39、劳性能。 高的淬透性和良好的导高的淬透性和良好的导热性。热性。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. 常用钢种常用钢种 热锻模钢热锻模钢 5CrNiMo、5CrMnMol前者用于大型热锻模，前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模后者用于中小型热锻模.l成分特点及热处理同调成分特点及热处理同调质钢。质钢。l使用状态下的组织使用状态下的组织: S回回 压铸模钢压铸模钢l如如3Cr2W8V.lW、Cr提高抗热疲劳性能提高抗热疲劳性能.型板压铸模型板压铸模压铸工艺压铸工艺、l制造各种量具用钢。制造各种量具用钢。如千分尺、卡尺、块如千分尺、卡尺、块规、塞规等。规、塞规等。三、量具钢三

40、、量具钢卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺1. 性能特点性能特点l量具在使用过程中与被测零件接量具在使用过程中与被测零件接触，承受摩擦和冲击。触，承受摩擦和冲击。 高硬度和耐磨性。高硬度和耐磨性。 高的尺寸稳定性。高的尺寸稳定性。 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2. 量具用钢量具用钢 低碳钢渗碳、低碳钢渗碳、 中碳钢表面中碳钢表面淬火淬火 碳素工具钢、低合金工具碳素工具钢、低合金工具钢钢 两者用于尺寸小、形状简单、两者用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具精度要求不高的量具。 滚动轴承钢、冷作模具钢。滚动轴承钢、

41、冷作模具钢。用于制造精密量具用于制造精密量具. . 不锈钢不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。用于制造接触腐蚀介质的量具。 量块量块電子卡尺電子卡尺3. 热处理特点热处理特点预备热处理采用球化退火。预备热处理采用球化退火。 最终热处理为淬火最终热处理为淬火+低温回火。低温回火。量规量规指指具有特殊物理、具有特殊物理、化学性能的钢。化学性能的钢。本节只介绍不锈本节只介绍不锈钢和耐热钢。钢和耐热钢。化工管道化工管道的腐蚀的腐蚀裂解管内裂解管内壁的高温壁的高温腐蚀减薄腐蚀减薄l化学腐蚀是指金属直接与介质发生化学反应造成的腐蚀。化学腐蚀是指金属直接与介质发生化学反应造成的腐蚀。l电化学腐蚀是指金属在电解

42、质溶液中的腐蚀，是有电流参与电化学腐蚀是指金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。作用的腐蚀。一、不锈钢一、不锈钢 在腐蚀介质中具有耐蚀在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢性能的钢。1. 金属的腐蚀的概念金属的腐蚀的概念l金属的腐蚀分化学腐蚀金属的腐蚀分化学腐蚀和电化学腐蚀和电化学腐蚀。 l不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。l防止电化学腐蚀的措施：防止电化学腐蚀的措施： 获得单一均匀的获得单一均匀的 组织。组织。 提高合金的电极电位。提高合金的电极电位。 使表面形成致密的钝化膜。使表面形成致密的钝化膜。l工业发达国家每年金属腐蚀造成工业发

43、达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占的直接经济损失占GNP的的4%左左右。中国每年腐蚀的损失至少到右。中国每年腐蚀的损失至少到400亿元以上亿元以上.ZnZnZn-Cu原电池示意图原电池示意图珠光体腐蚀示意图珠光体腐蚀示意图电解液电解液2. 成分特点成分特点(1) 低碳：低碳：碳高，则降低耐蚀性。碳高，则降低耐蚀性。(2) Cr：是提高耐蚀性的主要元素是提高耐蚀性的主要元素l 形成稳定致密的形成稳定致密的Cr2O3氧化膜氧化膜.l Cr含量大于含量大于13%时，形成单相铁素时，形成单相铁素体组织。体组织。l 提高基体电极电位提高基体电极电位(3) Ni：获得单相奥氏体组织。获得单相奥氏体组织

44、。 (4) Mo：耐有机酸腐蚀。耐有机酸腐蚀。(5) Ti, Nb: 防止奥氏体钢晶间腐蚀防止奥氏体钢晶间腐蚀. .l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.l它是由于它是由于Cr23C6析出于晶界，使晶界附近析出于晶界，使晶界附近Cr含量降到含量降到12%以以下，在介质下，在介质l加加 Ti、Nb则先于则先于Cr与与C形成不易溶于奥氏体的碳化物形成不易溶于奥氏体的碳化物, 避免避免晶界贫晶界贫Cr。 晶间腐蚀晶间腐蚀304不锈钢不锈钢消火栓消火栓齿轮架齿轮架3. 常用不锈钢常用不锈钢(1) 马氏体不锈钢马氏体不锈钢l主要是主要是Cr13型不锈

45、钢型不锈钢 钢号为钢号为1Cr134Cr13l随含碳量提高，强度、硬度随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降提高，耐蚀性下降. 1Cr13、2Cr13l热处理热处理: 淬火淬火+高温回火高温回火l使用状态下的组织使用状态下的组织: S回回不锈钢棒不锈钢棒l1Cr13、2Cr13具有具有耐大气耐大气、蒸汽腐蚀蒸汽腐蚀能力及良好的综合能力及良好的综合力学性能。力学性能。用于要求塑韧性用于要求塑韧性较高的耐蚀件，较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等如汽轮机叶片等.汽轮机叶片汽轮机叶片透平转轮透平转轮 3Cr13、4Cr13l热处理：淬火热处理：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

46、：M回回。l具有较高强度、硬度。具有较高强度、硬度。l用于要求耐蚀、耐磨件，医疗用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。器械、量具等。医疗器械医疗器械不锈钢刀不锈钢刀1Cr17削片刀削片刀(2) 铁素体不锈钢铁素体不锈钢l典型钢号如典型钢号如0Cr13、1Cr17等。等。 成分：成分：高铬低碳高铬低碳无无相变相变，不能进，不能进行热处理强化。行热处理强化。组织：组织：单相铁素体单相铁素体 用途用途 耐酸蚀，抗氧化能力强，塑耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好，广泛用于硝酸和氮性好，广泛用于硝酸和氮肥工业的耐蚀件。肥工业的耐蚀件。硝酸生产装置硝酸生产装置铁素体不铁素体不锈钢制品锈钢制品(3) 奥氏体不锈

47、钢奥氏体不锈钢 主要是主要是18-8（18Cr-8Ni）型不锈钢。）型不锈钢。 性能特点：性能特点：具有良好的耐蚀性，具有良好的耐蚀性，高的塑韧性高的塑韧性, , 可焊性。无磁性。可焊性。无磁性。 热处理：热处理：采用固溶处采用固溶处理。即加热到理。即加热到1100使碳化物溶解后水冷。使碳化物溶解后水冷。l组织为组织为单相奥氏体单相奥氏体。不锈钢带不锈钢带 常用钢种常用钢种 1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti 广泛用于化工设备及管道广泛用于化工设备及管道. .反应釜反应釜(316L)大型化工储罐大型化工储罐(304)热交换器热交换器(316L) 应力腐蚀应力腐蚀l奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀

48、。奥氏体不锈钢易发生应力腐蚀。即在特定合金环境体系中，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。应应力与腐蚀共同作用引起的破坏。应 力腐蚀易在含力腐蚀易在含Cl的介的介质中发生，裂纹为树枝状。质中发生，裂纹为树枝状。 发生应力腐蚀奥氏发生应力腐蚀奥氏体不锈钢管道内壁体不锈钢管道内壁应力腐蚀裂纹应力腐蚀裂纹1. 性能要求性能要求(1) 高的抗氧化性高的抗氧化性l指钢在高温下对氧指钢在高温下对氧化作用的抗力。化作用的抗力。l钢中加入钢中加入Cr、Si、Al可形成致密稳定可形成致密稳定的氧化膜，阻碍氧的氧化膜，阻碍氧进一步扩散，提高进一步扩散，提高抗氧化性。抗氧化性。二、耐热钢二、耐热钢气轮机叶片气轮机叶片l提高热强性的途径提高热强性的途径: 固溶强化固溶强化(Cr,Ni,W,Mo)； 第二相强化第二相强化(V,Ti,Nb,Al)； 晶界强化晶界强化(加入加入B、Zr等等)高温合金