工程材料过控钢的合金化对组织和性能的影响

1、会计学1工程材料过控钢的合金化对组织和性能工程材料过控钢的合金化对组织和性能的影响的影响 合金钢合金钢 合金钢合金钢 发展合金钢的原因发展合金钢的原因 合金元素在钢中的存在形式和作用合金元素在钢中的存在形式和作用 合金钢合金钢 合金元素在钢中的存在形式和作用合金元素在钢中的存在形式和作用（2 2）形成碳化物）形成碳化物 碳化物形成元素可形成合金渗碳体和特殊碳化物碳化物形成元素可形成合金渗碳体和特殊碳化物. . A A 合金渗碳体合金渗碳体 B B 特殊碳化物特殊碳化物 合金元素在钢中的存在形式和作用合金元素在钢中的存在形式和作用B B 特殊碳化物特殊碳化物 合金元素与碳的亲合力很强，主要以特殊

2、碳化物形式合金元素与碳的亲合力很强，主要以特殊碳化物形式存在，如存在，如V V、TiTi、NbNb、ZrZr。特殊碳化物。特殊碳化物熔点、硬度、熔点、硬度、耐磨性最高，稳定性最高。耐磨性最高，稳定性最高。 合金元素（合金元素（CrCr、MoMo、WW）与碳的亲合力较强，含量较）与碳的亲合力较强，含量较少时，它们主要固溶于渗碳体中，含量较高时，才能少时，它们主要固溶于渗碳体中，含量较高时，才能形成特殊碳化物形成特殊碳化物, , 如：如：CrCr2323C C6 6、WCWC、MoCMoC、CrCr7 7C C6 6。 Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱弱强强v 弱碳化物元素弱碳化

3、物元素: : Fe、Mn。v 中强碳化物元素中强碳化物元素: : Cr、Mo、W。v 强碳化物元素强碳化物元素: : V、Ti、Nb、Zr。 合金元素在钢中的存在形式和作用合金元素在钢中的存在形式和作用 合金元素在钢中的存在形式和作用合金元素在钢中的存在形式和作用 合金元素对合金元素对Fe-Fe3C相图的影响相图的影响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钢的合金化对组织和性能的影响钢的合金化对组织和性能的影响（1）改变）改变A相区相区 扩大扩大A相区元素相区元素缩小缩小A相区元素相区元素使使A1，A3，Acm线线使使A1，A3，Acm线线 （2）改变）改变S、E点位置点位置多数

4、元素使多数元素使S点左移点左移 0.77%C的钢中可能的钢中可能 出现过共析组织出现过共析组织多数元素使多数元素使E点左移点左移 1.65%Cr时时,会因会因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。 滚动轴承钢滚动轴承钢 M回回+颗粒状碳化物颗粒状碳化物+A(少量少量)l淬火后进行淬火后进行冷处理冷处理(- -60 - -80), 可以可以减少减少A、稳定尺寸、稳定尺寸. 轴承生产车间轴承生产车间 滚动轴承钢滚动轴承钢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 滚动轴承钢滚动轴承钢七、高锰钢铸件高锰钢铸件高锰钢高锰钢 结构钢结构钢高锰钢水韧处理组织高锰钢水韧

5、处理组织浇铸高锰钢件浇铸高锰钢件 耐磨钢耐磨钢颚式破碎机颚式破碎机挖掘机挖掘机 耐磨钢耐磨钢机牙板、挖机牙板、挖掘机铲齿和掘机铲齿和铁路辙岔等铁路辙岔等. 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破碎机牙板破碎机牙板 耐磨钢耐磨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 工业用钢工业用钢一、刃具钢一、刃具钢切削加工切削加工 工具钢工具钢切削加工的基本形式切削加工的基本形式 刃具钢刃具钢l高碳高碳(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，量增加，耐磨性提高，但韧性下降。但韧性下降。 碳素工具钢带碳素工具钢带碳素

6、工具钢材料碳素工具钢材料 工具钢工具钢球状珠光体球状珠光体T12钢正常淬火组钢正常淬火组织织 工具钢工具钢木工凿木工凿木工钻木工钻 工具钢工具钢丝锥丝锥锉刀锉刀手锯条手锯条钻钻头头 工具钢工具钢l 低合金工具钢低合金工具钢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)形成。形成。 低合金工具钢制品低合金工具钢制品 工具钢工具钢丝锥丝锥板牙板牙低合金工具钢扳手低合金工具钢扳手 低合金工具钢低合金工具钢l 高速钢（俗称风钢）高速钢（俗称风钢） 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 工具钢工具钢W18Cr4V钢

7、的铸态组织钢的铸态组织l3、加工与热处理加工与热处理l加工工艺路线：加工工艺路线：下料下料锻造锻造退火退火机加工机加工淬火淬火回火回火磨削磨削 高速钢高速钢l 锻造目的锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。匀分布于基体中。W18Cr4V钢的退火组织钢的退火组织 高速钢高速钢l淬火后组织淬火后组织： M+未溶碳化物未溶碳化物(10%)+A (20%)W18Cr4VW18Cr4V钢的淬火组织钢的淬火组织Fe77W18Cr4V1C相相图图 高速钢高速钢l 回火目的回火目的：主要主要为减少为减少A。消除内应。消除内应力、稳定组织。力、稳定组织。l常用常用

8、560三次回火三次回火.l回火时的组织变化回火时的组织变化： l 析出析出W、Mo、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 高速钢高速钢W18Cr4V钢淬火、回火后的组织钢淬火、回火后的组织 高速钢高速钢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车刀车刀铣刀铣刀高速钢铣刀高速钢铣刀钻头铣刀钻头铣刀 高速钢高速钢汽车冲压模具汽车冲压模具二、模具钢二、模具钢 工具钢工具钢l 成分特点成分特点：高碳高碳(1.42.3%C)；高铬；高铬(11.513%Cr)l合金元素作用：合金元素作用： Cr 提高淬透性；提高淬透性； Mo、V 提高耐磨性，细化晶粒。提高耐磨性，细化晶粒。 Cr

9、12钢钢 冷作模具钢冷作模具钢l 常用钢号：常用钢号：Cr12和和Cr12MoV。用于制。用于制造造冷冲模冷冲模、挤压模挤压模等等。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+颗粒颗粒状碳化物状碳化物+A(少量少量)汽车外板冷冲模汽车外板冷冲模冲压模具冲压模具 冷作模具钢冷作模具钢热模锻曲轴毛坯热模锻曲轴毛坯 模具钢模具钢热镦模热镦模凸缘模凸缘模 热作模具钢热作模具钢型板压铸模型板压铸模压铸工艺压铸工艺压铸模具压铸模具 热作模具钢热作模具钢 热作模具钢热作模具钢三、量具钢三、量具钢卡尺卡尺塞规塞规千分尺千分尺 工具钢工具钢渐开线花键环规

10、、塞规渐开线花键环规、塞规矩形花键环规、塞规矩形花键环规、塞规光面量规光面量规 量具钢量具钢l 滚动轴承钢、冷作模具钢。滚动轴承钢、冷作模具钢。用于制造精密量具用于制造精密量具. l 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 量具钢量具钢l 下限温度下限温度淬火及冷处理淬火及冷处理。目。目的是减少的是减少A。l 长时间长时间低温时效低温时效，以消除内，以消除内应力，降低马氏体的正方度。应力，降低马氏体的正方度。量规量规 量具钢量具钢指指具有特殊物理、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

11、。 工业用钢工业用钢化工管道的化工管道的腐蚀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一、不锈钢一、不锈钢l在腐蚀介质中具有在腐蚀介质中具有耐蚀性能的钢。耐蚀性能的钢。l 金属的腐蚀金属的腐蚀l金属的腐蚀分化金属的腐蚀分化学学腐蚀腐蚀和和电化学腐蚀电化学腐蚀。 特殊性能钢特殊性能钢 金属的腐蚀金属的腐蚀l工业发达国家每年金属腐蚀工业发达国家每年金属腐蚀造成的直接经济损失占造成的直接经济损失占GNP的的4%左右。中国每年腐蚀左右。中国每年腐蚀的损失至少到的损失至少到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 金属的腐蚀

12、金属的腐蚀 不锈钢不锈钢晶间腐蚀晶间腐蚀 不锈钢不锈钢304不锈不锈钢钢消火栓消火栓齿轮架齿轮架 不锈钢不锈钢不锈钢棒不锈钢棒 不锈钢不锈钢用于要求用于要求塑韧性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 马氏体不锈钢马氏体不锈钢医疗器械医疗器械不锈钢刀不锈钢刀 马氏体不锈钢马氏体不锈钢1Cr17削片刀削片刀l 无相变，不能进行热处理强化。l 组织：单相铁素体 不锈钢不锈钢钢中钢中相相 再加热到再加热到600快冷可消除。快冷可消除。l 相脆化相脆化： 在在600 800长期加热时，析长期加热时，析出硬而脆的出硬而脆的 相相。 铁素体不锈钢

13、铁素体不锈钢合成氨厂合成氨厂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 铁素体不锈钢铁素体不锈钢 可焊性可焊性。高的。高的塑韧性塑韧性, 无磁性。无磁性。 l 热处理热处理：采用：采用固固溶处理溶处理。即加热到。即加热到1100使碳化物溶解使碳化物溶解后水冷。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 不锈钢不锈钢反应釜反应釜(316L)大型化工储罐大型化工储罐(304)热交换器热交换器(316L) 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢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 奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢二、耐热钢二、耐热钢气轮机

14、叶片气轮机叶片 特殊性能钢特殊性能钢飞机发动机飞机发动机过热器过热器 耐热钢耐热钢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 耐热钢耐热钢涡轮机机壳涡轮机机壳钢制法兰钢制法兰 耐热钢耐热钢l 用途：600以下的锅炉零件,压力容器，热交换器等。 烟管式锅炉烟管式锅炉锅炉管锅炉管 耐热钢耐热钢汽轮机叶片汽轮机叶片 耐热钢耐热钢汽车阀门汽车阀门锅炉安全泄压阀锅炉安全泄压阀(2Cr13) 马氏体耐热钢马氏体耐热钢过热器管排过热器管排过热器集箱过热器集箱 耐热钢耐热钢钢种钢种C%典型牌号典型牌号合金元素作用合金元素作

15、用热处理热处理使用状态下组织使用状态下组织性能性能用途用途碳素结碳素结构钢构钢0.4Q195Q235热轧空热轧空冷冷F+P塑性塑性,焊接性焊接性好好建筑结建筑结构构低合金低合金高强度高强度钢钢0.2Q345(16Mn)Mn:强化强化F,增加增加P,降低降低脆转温度脆转温度热轧空热轧空冷冷F+P塑性塑性,焊接性焊接性好好桥梁桥梁,船舶船舶, 容器容器渗碳钢渗碳钢0.10.252020Cr20CrMnTiCr,Mn:提高提高淬透性淬透性,强强化化F,Ti:细化细化晶粒晶粒渗碳渗碳+淬淬火火+低温低温回火回火表面：表面：M回回+ A (少量少量)+颗粒颗粒状状Fe3C心部心部：M回回+F表硬表硬里韧

16、里韧轴、齿轴、齿轮轮调质钢调质钢0.30.54540Cr40CrNiMoCr,Ni:提高淬透提高淬透性性,强化强化F,Mo:防止第二防止第二类回火脆性类回火脆性调质调质S回回良好综良好综合力学合力学性能性能轴、齿轴、齿轮轮弹簧钢弹簧钢0.60.90.450.765Mn60Si2MnCr,Mn:提高淬提高淬透性透性,强化强化F；Si:提高屈强比提高屈强比淬火淬火+中中温回火温回火T回回高高 s/ b高高 -1弹簧弹簧 常用金属材料常用金属材料钢种钢种C%典型牌号典型牌号合金元素作合金元素作用用热处理热处理使用状态下组使用状态下组织织性能性能用途用途滚动轴滚动轴承钢承钢0.951.10GCr15C

17、r:提高淬提高淬透性透性,耐磨耐磨耐蚀性耐蚀性球退球退+淬淬火火+低温低温回火回火M回回+ A(少少量量)+颗粒状颗粒状Fe3C高耐磨高耐磨高高 - -1足够足够ak滚动轴滚动轴承承耐磨钢耐磨钢1.01.3ZGMn13Mn:形成形成A组织组织水韧处水韧处理理表：表：M+碳化物碳化物心：心：A高耐磨高耐磨耐冲击耐冲击铲齿，铲齿，履带板履带板碳素工碳素工具钢具钢0.651.35T7T13球退球退+淬淬火火+低温低温回火回火M回回+ A(少少量量)+颗粒状颗粒状Fe3C高硬度高硬度高耐磨高耐磨冲子、冲子、丝锥、丝锥、锉刀锉刀低合金低合金工具钢工具钢0.751.59SiCrSi、Cr：提：提高淬透性高

18、淬透性球退球退+淬淬火火+低温低温回火回火M回回+ A(少少量量)+颗粒状颗粒状Fe3C高硬度高硬度高耐磨高耐磨低速刃低速刃具具高速钢高速钢0.71.5W18Cr4VCr:提高淬透性；提高淬透性；W、V：提高：提高热硬、耐磨性热硬、耐磨性锻、退火、锻、退火、淬火淬火+三三次回火次回火M回回+ A(少少量量)+颗粒状碳颗粒状碳化物化物高热硬高热硬高硬度高硬度高耐磨高耐磨高速刃高速刃具具 常用金属材料常用金属材料钢种钢种C%典型牌号典型牌号合金元素作用合金元素作用热处理热处理使用状态组织使用状态组织性能性能用途用途冷作冷作模具模具钢钢1.42.3Cr12Cr12MoVCr:提高淬透提高淬透性。性。

19、MoV:提提高耐磨性高耐磨性锻，退，锻，退，淬火淬火+低低温回火温回火M回回+ A(少量少量) +颗粒状碳化物颗粒状碳化物高硬度高硬度高耐磨高耐磨冷冲模冷冲模挤压模挤压模热锻热锻模钢模钢0.50.65CrNiMo5CrMnMo合金元素作用合金元素作用同调质钢同调质钢调质调质S回回抗热疲抗热疲劳劳热锻模热锻模压铸压铸模钢模钢0.30.63Cr2W8V合金元素作用合金元素作用同高速钢同高速钢淬火淬火+回回火火M回回+ A(少量少量) +颗粒状碳化物颗粒状碳化物抗热疲抗热疲劳劳,耐磨耐磨压铸模压铸模不不锈锈钢钢0.03-0.951Cr13,2Cr13Cr:提高耐蚀提高耐蚀性；性；Ni:形成形成A；Ti:防止晶间防止晶间腐蚀腐蚀调质调质S回回高耐蚀高耐蚀性性(随随C%增增加加,耐蚀耐蚀性下降性下降)汽轮机叶片汽轮机叶片3Cr13,4Cr13淬火淬火+低温低温回火回火M回回医疗器医疗器械械0Cr13不能热处理不能热处理F硝酸氮肥