常用黑色金属材料及处理方法介绍SC

常用黑色金属材料

及处理方法介绍主讲：陈茂涛研究员工业零件的常用材料现代工业中的材料及发展趋势人类使用材料已经有几万年的历史;

机械工程材料已不仅是工业生产的基础，而且成为推动工业技术不断前进的重要保证。材料分为三大类:

金属材料,非金属材料,复合材料。材料：金属材料：分为黑色金属(钢铁)材料和有色金属(非铁金属及其合金)；复合材料：通常指将两种以上材料用人工方法合成的材料。(金属陶瓷、强化塑料)非金属材料：以上两种之外的材料。（玻璃、橡胶、皮革、木材等等）常用黑色金属分类钢定义：含碳量<2%的铁碳合金.分为:结构钢、工具钢、特殊钢。结构钢:按钢的品质分为:

普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金钢、铸钢。碳素钢成分和分类主要元素C：0.0218-2.11%有益常存元素Si、Mn：产生固溶强化有害常存元素P：冷脆

S：热脆

O、H、N：强度、塑性、韧性↓1.成分按含碳量分类2.分类低碳钢：0.0218-0.25%中碳钢：0.25-0.6%高碳钢：0.6-2.11%按质量（S、P含量）分类普通碳素钢：S不大于0.05%P不大于0.045%优质碳素钢：S不大于0.035%P不大于0.035%高级优质碳素钢：S不大于0.025%P不大于0.025%按用途分类碳素结构钢碳素工具钢碳素钢的牌号及用途1.普通碳素结构钢成分：

含碳量在0.06-0.38%之间；非金属夹杂物和有害元素含量较高。牌号：Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成，质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号F表示沸腾钢，B表示半镇静钢，Z表示镇静钢，TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即ZT和TZ都可不标。如：Q235-A，F其中Q表示屈服强度，235为屈服强度最小值，A为质量等级，F脱氧方法碳素结构钢的牌号和化学成分牌号等级化学成分脱氧方法w(C)%w(Mn)%w(Si)%w(S)%w(P)%不大于Q195－0.06-0.120.25-0.500.600.0500.045F,b,ZQ215A/B0.09-0.150.25-0.550.600.050/0.0450.045F,b,Z

Q265

A0.14-0.220.60-0.650.600.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.60-0.700.600.0450.045F,b,ZC0.180.65-0.800.600.0400.040ZD0.170.65-0.800.600.0650.065TZQ255A/B0.18-0.280.40-0.700.600.050/0.0450.045ZQ275－0.28-0.680.50-0.800.650.0500.045Z应用：钢板、钢筋、型钢等，做桥梁建筑构件多边型角钢螺钉、铆钉建筑构件钢桥梁钢筋、螺纹钢2.优质碳素钢成分：含碳量在0.05-0.7%之间；有害元素含量较低。牌号：如45钢（0.45%），60钢（0.6%）等

两位数字表示含碳量，以万分之一为单位优质碳素钢的化学成分和性能钢号化学成分，%s

，MPa≥CMnSiSP08F10206540455060650.05-0.110.07-0.160.17-0.260.62-0.690.67-0.440.42-0.500.47-0.550.57-0.650.62-0.700.25-0.500.65-0.650.65-0.650.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.50-0.800.060.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.670.17-0.67<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065<0.065175205245615665655675400420应用：较重要机械零件，如轴、齿轮、弹簧等汽车曲轴需要进行一定的热处理，如淬火、回火，渗碳等3.碳素工具钢成分：

含碳量较高；

S和P的含量严格控制。牌号：如T8（0.8%），T12（1.2%）

如在数字后出现A，表示高级优质钢，如T12A钢号C,%Mn,%Si,%S,%P,%退火后HBS,水冷淬火温度，℃T7T8T8MnT9T10MnT10T12T160.65-0.740.75-0.840.80-0.900.85-0.940.95-1.040.95-1.041.15-1.241.25-1.650.400.400.40-0.600.400.40-0.600.400.400.400.650.650.650.650.650.650.650.650.0600.0600.0600.0600.0600.0600.0600.0600.0650.0650.0650.0650.0650.0650.0650.06518718718719219207207217800-820780-800780-800760-780760-780760-780760-780760-780碳素工具钢的化学成分和性能（淬火后HRC≥62)用途：冲头、凿子、钻头、锉刀、量规等螺纹量规热处理：淬火+低温回火组织：回火M＋粒状Fe3C+A'

碳素钢总结

碳素钢冶炼、加工成型比较简单，价格低廉。经过一定的热处理后，其力学性能得到不同程度的改善和提高，可满足许多场合的需求。但是碳素钢的淬透性比较差，强度、屈强比、高温强度、耐磨性、耐腐蚀性、导电性和磁性等也都比较低，它的应用受到了限制。为了提高钢的某些性能，满足现代工业和科学技术迅猛发展的需要，人们在碳素钢的基础上，有目的地加入了锰、硅、镍、钒、钨、钼、铬、钛、硼、铝、铜、氮和稀土等合金元素，形成了合金钢合金钢的种类繁多，根据选材、生产，研究和管理等不同的要求，可采用不同的分类方法：

1.按合金钢的用途分类

1)合金结构钢2)合金工具钢3)特殊性能用钢2.按合金元素的含量分类

低合金钢：钢中合金元素总的质量分数WMe≤5％。中合金钢：钢中合金元素总的质量分数Wme：5％～10％。高合金钢：钢中合金元素总的质量分数WMe≥10％。

3.按平衡状态或退火组织分类

亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢。合金钢合金结构钢一、普通低合金结构钢二、易切削钢三、渗碳钢四、调质钢五、弹簧钢六、滚动轴承钢这类钢是在优质碳素结构钢基础上加入一定量的合金元素而构成的钢，其质量等级一般都属于特殊质量级别，使用前一般都需热处理以充分发挥其性能潜力，主要用于较重要的机器零件。一般表示方法：“两位数字+元素符号+数字+……”表示含碳量，万分之一为单位表示合金含量，百分之一为单位，四舍五入取整，当含量低于1.5%时，数字省略高级优质钢在最后加A表示举例60Si2Mnw(C)=0.6%,w(Si)=1.5-2.4%,w(Mn)﹤1.5%18Cr2Ni4WAw(C)=0.18%,w(Cr)=1.5-2.4%,w(Ni)=3.5-4.4%,w(W)﹤1.5%高级优质钢特例：滚动轴承钢（GCr15）：G表示滚动轴承，Cr是常加元素，

15表示含铬量千分之一为单位

易切削钢（Y40Mn），Y表示易切削钢，后面部分与一般表示方法相同牌号及其表示方法：普通低合金结构钢普通低合金结构钢（普低钢）：在低碳碳素结构钢的基础上加入少量合金元素（﹤3%）获得的钢种。又称为：低合金高强度钢，同碳下，较碳素钢强度高10-30%。含碳量：﹤0.2%主加元素：Mn（1.25-1.5）%，溶入铁素体，起固溶强化作用；细化珠光体，起细晶强化作用辅加元素：V、Ti，形成稳定碳化物，起第二相弥散强化作用，并阻碍A晶粒长大，起细晶强化作用性能：强度、韧性高，焊接、冷成形性能好钢号旧钢号主要化学成分，%机械性能CMnSi，s

，MPab

，MPa5，%Q29509MnNb

12Mn0.160.80

~1.500.5529557023Q34516Mn

16MnRe0.18

~0.201.00

~1.600.5534563021~22Q39016MnNb

15MnTi0.201.00

~1.600.5539065019~20Q42014MnVTiRe

15MnVN0.201.00

~1.700.5542068018~19Q46014MnMoV

18MnMoNb0.201.00

~1.700.5546072017常用低合金结构钢的牌号、成分、性能（厚度(直径)16mm，AKV≥34J）普通低合金结构钢应用：常用于工程机械领域，如高压容器桥梁船舶车辆返回普通低合金结构钢易切削钢易切削钢：为了提高钢的切削加工性能，而加入一种或几种合金元素，形成易切削钢。主加元素：S（0.08-0.30）%，形成夹杂物，使切屑容易脆断具有减摩作用，降低切削力和切削热减低表面粗糙度，延长刀具使用寿命性能：具有良好的切削性能Pb（0.15-0.25）%，降低摩擦系数、切屑变脆易断

Ca（0.001-0.005）%，形成硅酸盐保护膜，降低磨损

渗碳钢：用于制造渗碳零件的钢。性能要求：表面具有较高的硬度和耐磨性心部具有良好的塑性和韧性外硬内韧成分：w(C)=(0.1-0.25)%，保证心部具有良好的塑性和韧性

合金元素Cr、Mn、B：提高淬透性，强化铁素体，改善表面

和心部的组织和性能

Ni：提高心部强度，提高韧性和淬透性少量Mo、W、V、Ti：稳定的合金碳化物，细化晶粒，提高表层硬度和耐磨性热处理：正火处理（改善锻造的不良组织）+渗碳+淬火+低温回火室温组织：表面是回火马氏体+合金碳化物+残余奥氏体，60-62HRC

心部淬透时：低碳回火马氏体+铁素体心部为淬透：索氏体+铁素体渗碳钢常用渗碳钢：低淬透性渗碳钢，20Cr、15Cr、20Mn2、20Mn2V等中淬透性渗碳钢，20CrMnTi、20CrMnMo等高淬透性渗碳钢，18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A渗C钢的牌号主要化学成分,%预备处理／淬火,℃CMnCr，Ni0.17~0.24

0.17~0.240.50~0.80

1.30~1.600.70~1.00

880／800水,油880水,油0.17~0.230.17~0.23

0.90~1.200.80~1.10

0.90~1.201.00~1.30

850油880

／870油钢号20Cr

20MnV20CrMn20CrMnTi

淬透性低中高18Cr2Ni4WA

20Cr2Ni4A0.13~0.19

0.17~0.23W0.8~1.2

0.30~0.601.35~1.65

4.0~4.51.25~1.65

3.25~3.75950

／850空

880／780

油机械性能

bMPasMPa835

785540

5909301080

735835

1180

1180835

1080aKU2J47

554755

78

63应用：低淬透性渗碳钢，活塞销、小齿轮等中淬透性渗碳钢，汽车变速齿轮、连轴节等高淬透性渗碳钢，内燃机的牵引齿轮、柴油机的曲轴等返回调质钢：经调制处理后使用的钢称为调质钢。性能要求：较高的强度和良好的塑韧性相配合良好的综合机械性能成分：w(C)=0.3～0.50%，中碳钢，保证强硬度和塑韧性的搭配

Zr、Ni、Si、Mn：提高淬透性，强化铁素体

V、Ti、Mo、W：细化晶粒，提高回火稳定性，Mo、W还能防止第二类回火脆性热处理：退火或正火+淬火+高温回火（快速冷却）室温组织：回火索氏体常用调质钢：低淬透性合金调质钢：40Cr、40MnB等中淬透性合金调质钢：35CrMo等高淬透性合金调质钢：40CrNiMoA等调质钢举例说明：40Cr做柴油机曲轴、拖拉机连杆、螺栓等

Cr（0.8-1.1%）提高淬透性，C保证强硬度和塑韧性的搭配；回火索氏体调质钢的热处理：调质件的加工工艺路线为：下料→锻造→退火→粗加工→调质→精加工→装配调质目的:获得良好综合力学性能使用状态下的组织为：S回*为提高表面耐磨性，调质后可进行表面淬火或氮化。圆锥齿轮柴油机凸轮轴调质钢性能：良好的综合力学性能。常用钢号及用途常用钢号为45、40Cr、40CrNi。用于制造较小的齿轮、轴、螺栓等零件。制造大截面重载荷零件，如曲轴等用高淬透性的40CrNiMo等。弹簧钢：用于制造各种弹性零件的钢。性能要求：具有较高的弹性极限和强度具有较高的疲劳强度和屈强比具有较高的塑性和韧性，承受冲击载荷具有耐热性和耐腐蚀性成分：w(C)=(0.4-0.7)%，中碳钢

Si、Mn提高淬透性和屈强比，但易引起脱碳和过热

Cr、V、W减小脱碳和过热倾向同时，提高淬透性和强度热处理：

热轧弹簧：热成型→淬火+中温回火→喷丸冷轧弹簧：淬火+中温回火→冷成型→去应力→喷丸弹簧钢弹簧钢热处理及组织特点冷成型弹簧：冷拔→冷成型→定型处理（250～300℃）。用于<φ10mm弹簧。

热成型弹簧：热成型→淬火+中温回火使用状态下的组织：T回。用于大截面弹簧（>φ10mm）热卷大弹簧弹簧丝常用弹簧钢：Si、Mn系列弹簧钢：65Mn、60Si2Mn等，用于制作大截面的弹簧Cr、V、W、Mo系列弹簧钢：50CrVA、60Si2CrVA，制作较高温度下使用的承重弹簧

汽车板簧火车螺旋弹簧滚动轴承钢：用于制造各种滚动轴承零件如轴承内外套圈，滚动体的专用钢。性能要求：具有较高的淬透性具有高而且均匀的硬度和耐磨性具有良好的韧性、弹性极限和接触疲劳强度具有良好的耐腐蚀性（润滑介质条件下）化学成分：w(C)=0.95～1.10%（不标出含碳量的数字）

合金元素Cr：提高淬透性和回火稳定性，形成细小合金渗碳体

Si、Mn、V：进一步提高淬透性、强度、耐磨性和回火稳定性热处理：球化退火+淬火+低温回火（61-65）HRC常用轴承钢：铬轴承钢GCr15

其它轴承钢GCr15SiMn、GSiMnV等组织：回火马氏体+细小碳化物+少量残余奥氏体滚动轴承钢轴承钢的热处理：滚动轴承钢是过共析钢。⑴热处理：球化退火+淬火+低温回火⑵组织：

M回+颗粒状碳化物+A’（少量）淬火后可进行冷处理(-60～-80℃)，以减少A’，稳定尺寸。滚针轴承滚柱轴承滚珠轴承大型轴承性能及用途：应用最广的是GCr15，大量用于大中型轴承；大型轴承用GCr15SiMn。这类钢还可用于制造模具、量具等。钢号主要化学成分，w/%热处理规范及性能CCrSiMn淬火℃回火℃回火后HRCGCr40.95~1.050.65~0.00.15~0.600.15~0.60800~820150~17062~66GCr150.95~1.051.40~1.650.15~0.650.25~0.45820~840150~16062~66GCr15SiMn0.95~1.051.40~1.650.45~0.750.95~1.25820~840170~200>62GMnMoVRE0.95~1.050.15~0.401.10~1.40770~810170562GSiMoMnV0.95~1.100.45~0.650.75~1.05780~820175~20062主要分类：刃具钢模具钢

量具钢合金工具钢

在碳素工具钢基础上加人一定种类和数量的合金元素，用来制造各种刃具、模具、量具等用钢就称为合金工具钢。刃具钢刃具钢：用来制造车刀、铣刀、锉刀、丝锥、钻头、板牙等刃具的钢。工作条件：强摩擦，磨损严重，刃部高温至500-600℃，常受冲击和振动性能要求：高硬度，一般都在60HRC以上

高耐磨性，严重影响刃具的使用寿命和使用效率

高红硬性，高硬度下保持高硬度的能力

良好配合的强度、塑性和韧性，防止冲击和振动载荷分类：低合金刃具钢、高速钢一、低合金刃具钢：在碳素工具钢的基础上加入（3-5%）合金元素就形成低合金刃具钢化学成分：

含碳量：（0.75-1.5）%

Si、Mn、Cr

：提高淬透性，Si还能提高回火稳定性

W、V：细小弥散的合金碳化物，提高硬度和耐磨性，细化晶粒，进一步增加回火稳定性热处理特点：

预处理：球化退火，改善锻造组织和切削加工性能最终热处理：淬火+低温回火室温组织：

回火M+碳化物+少量残余奥氏体性能：

HRC60以上，使用温度200-600℃9SiCr钢制造圆板牙工艺路线：下料→球化退火→机加工→淬火+低温回火→磨平面→抛槽→开口热处理工艺：

800-810℃2-4h炉冷700-720℃炉冷出炉空冷6-8h500℃600-650℃850-870℃160-200℃190-200℃常用的低合金刃具钢板牙丝锥9SiCr、9Mn2V等，用于几何形状复杂、加工精度要求较高、切削速度不大的板牙、丝锥、铰刀、搓丝板等二：高速钢：合金元素总量超过10%的的高合金工具钢化学成分：

含碳量：w(C)=0.7~1.2%

W：提高红硬性的主要元素，“二次硬化”现象

Cr：提高淬透性、硬度和耐磨性

V：细化晶粒，提高硬度和耐磨性性能：

高硬度、耐磨性

——VC等弥散硬化

高红硬性

——600℃时HRC≈62，W2C等提高热硬性。高淬透性

——尺寸不大时可空冷淬火，Cr等元素提高淬透性。W18Cr4V钢的铸态组织高速钢零件加工路线：加工工艺路线：下料→锻造→退火→机加工→淬火→回火→磨削高速钢是莱氏体钢，其铸态组织为亚共晶组织，由鱼骨状莱氏体与树枝状M+T组成，脆性大且无法通过热处理改善。W18Cr4V钢的退火组织⑵退火目的：降低硬度,便于切加工；为淬火作组织准备。退火后组织：

S+颗粒状碳化物*⑴锻造目的：打碎粗大的鱼骨状碳化物，使其均匀分布于基体中。W18Cr4V钢的淬火组织⑶淬火目的：获得高合金元素含量的马氏体。淬火温度高(>1200℃)。淬火后组织：

M+未溶碳化物（~10%）+A’（~20%）⑷回火目的：主要为减少A’。消除内应力。常采用560℃三次回火。回火时的组织变化：①析出W、Mo、V的碳化物，产生二次硬化。②碳及合金元素含量下降，Ms点上升，回火冷却时，A’转变为M。每次回火加热都使前一次的淬火马氏体回火。W18Cr4V硬度与回火温度关系1270-1280℃800-840℃580-620℃560℃分级淬火预热，保证表面心部均匀加热热处理工艺

：淬火（1280℃，油冷）+三次回火（560℃）W18Cr4V钢淬火、回火后的组织高速钢使用状态下组织：

M回+颗粒状碳化物+A’（少量）不同状态下W18Cr4V的组织铸态淬火回火态淬火态退火态三，模具钢：用作冷冲压模、热锻压模、挤压模、压铸模等模具的钢，分为冷作模具和热作模具两大类冷作模具钢：室温下对金属进行变形加工的模具，包括冷冲模、冷镦模、冷挤压模。拉丝模、落料模等性能要求：较高的硬度和耐磨性，良好的韧性和疲劳强度化学成分：w(C)﹥1%，Cr、Mn、W、Mo、V应用：大型模具--Cr12、Cr12MoV等，热处理变形小。小型模具--9Mn2V、9SiCr、CrWMn等，要求不高时也可用碳素工具钢最终热处理：淬火+低温回火最终组织：回火M+碳化物+少量A'常用冷模钢种：●碳素工具钢和低合金工具钢：用于小尺寸、形状简单、受力不大的模具。●Cr12型冷作模具钢

成分特点：高碳(1.4~2.3%C)；高铬(11.5~13%Cr)合金元素作用：

Cr提高淬透性；

Mo、V提高耐磨性，细化晶粒。汽车冲压模具汽车外板冷冲模加工及热处理：同高速钢相类似。最终热处理为：淬火+低温回火使用状态下的组织：M回+颗粒状碳化物+A’（少量）

常用钢号为Cr12和Cr12MoV。用于制造冷冲模、挤压模等。热作模具钢：用于制造在受热（400-600℃）状态下对金属进行变形加工的模具性能要求：较高的温度下具有良好的强韧性、较高的硬度、耐磨性、导热性、抗热疲劳能力，较高的淬透性和尺寸稳定性化学成分：w(C)=（0.3-0.6）%，

Cr、Ni、Mn提高淬透性和强度

W、Mo、V产生二次硬化，提高红硬性应用：中小型模具——5CrMnMo等。大型模具——6Cr2W8V等，淬透性好。最终热处理：淬火+高（中）温回火最终组织：回火索氏体（回火托氏体）热镦模凸缘模热模钢常用钢种：⑴热锻模钢

5CrNiMo、5CrMnMo前者用于大型热锻模，后者用于中小型热锻模。成分特点、合金元素作用及热处理同调质钢。使用状态下的组织：S回。压铸模钢：常用3Cr2W8V。为过共析钢，中碳（0.3-0.4%C），合金元素作用同高速钢。W、Cr有提高抗热疲劳作用。淬火+回火后组织：M回+颗粒状碳化物+A’(少量)型板压铸模汽车四缸压铸模四，量具钢：用于制造卡尺、千分尺、样板、塞规、块规、螺旋测微仪

等各种测量工具的钢性能要求：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸稳定性。化学成分：w(C)=（0.9-1.5）%，

Cr、W、Mn提高淬透性和减小应力应用：简单量具：T10A、T12A等。高精度量具：GCr15、CrWMn等。量具用钢的选材：⑴低碳钢渗碳、中碳钢表面淬火。⑵碳素工具钢、低合金工具钢⑴⑵用于尺寸小、形状简单、精度要求不高的量具。⑶滚动轴承钢、冷作模具钢用于制造精密量具。⑷不锈钢用于制造接触腐蚀介质的量具。量块没有专用的量具钢千分尺卡尺量具钢的热处理特点：⑴预备热处理组织为球化退火或调质处理组织。⑵下限温度淬火及冷处理，目的是减少A’。

⑶长时间低温时效，以消除内应力，降低马氏体的正方度。最终热处理：淬火+（-70～-80℃）冷处理+低温回火+时效处理最终组织：回火索氏体（回火托氏体）时效处理：120～160℃，保温几～几十小时，使M、A'稳定，消除内应力。650℃820-840℃油冷冷处理-75～-78℃140-160℃3h时效处理110-120℃36h110-120℃3h返回指具有特殊物理、化学性能的钢，如不锈钢、耐热钢和耐磨钢等。特殊性能钢化工管道的腐蚀裂解管内壁的高温腐蚀减薄一、不锈钢

具有抵抗大气、酸、碱、盐等腐蚀作用的合金钢统称为不锈耐蚀钢。金属的腐蚀包括：

化学腐蚀：金属在非电解质中的腐蚀。电化学腐蚀：金属在电解质溶液中的腐蚀，是有电流参与作用的腐蚀。不同组织、成分、应力区域之间都可构成微电池。常用不锈耐蚀钢:1、马氏体不锈钢主要为Cr13型钢号为1Cr13~4Cr13随含碳量提高，强度、硬度提高，耐蚀性下降。

热处理：淬火+高温回火使用状态下的组织：S回汽轮机叶片1Cr13–3Cr13:性能：耐大气、蒸汽腐蚀及良好的综合力学性能。用途：用于要求塑韧性较高的耐蚀件，如汽轮机叶片等。医疗器械不锈钢直尺4Cr13:热处理：淬火+低温回火使用状态下的组织：M回性能：强度、硬度较高用途：用于要求耐蚀、耐磨件，医疗器械、量具等。1Cr17削片刀铁素体不锈钢水加热器2、铁素体不锈钢典型钢号如0Cr13、1Cr17等。⑴成分：高铬低碳⑵无α↔γ相变不能进行热处理强化。⑶组织：单相铁素体⑷性能特点:耐酸蚀，抗氧化能力强，塑性好。但有脆化倾向：

用途:广泛用于硝酸和氮肥等化工业的耐蚀件。硝酸生产装置合成氨生产装置3、奥氏体不锈钢主要为18-8（18Cr-8Ni）型。⑴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。⑵热处理：采用固溶处理。即加热到1100℃使碳化物溶解后水冷。⑶组织：单相奥氏体。不锈钢带反应釜(316L)管板换热器(304)大型化工储罐(304)⑷常用钢种：1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti。⑸用途：广泛用于化工设备及管道。二、耐热钢耐热钢是指在高温下具有较高强度和良好的化学稳定性的一类合金钢的总称。按钢的主要特性可分为抗氧化钢（高温不起皮钢）和热强钢两大类。抗氧化钢一般要求高温下具有较好的化学稳定性，但承受的载荷较低。热强钢则要求有较高的高温强度和合适的抗氧化性。性能要求：1、高的抗氧化性：指钢在高温下对氧化作用的抗力。2、高的热强性：热强性是指金属在高温下的强度。发动机叶片航空发动机提高高温强度的途径：

①固溶强化加入Mo、W、Co，增大原子间结合力，减慢扩散过程，提高热强性；②析出强化采用难熔碳化物MC、M6C、M23C6等作强化相，高温稳定，不易聚集长大，保持高度弥散分布；③晶界强化减少晶界，采用粗晶粒；丁香凝固，消除与外力垂直的晶界；加入B、Zr（锆）或稀土元素等降低晶界能量，净化晶界和提高其强度；使晶界呈锯齿状，阻碍晶界滑动。飞机发动机过热器耐热钢的成分特点：低中碳Cr、Si：提高抗氧化性Mo：提高热强性(T再)V、Ti：弥散强化Ni：获得单相A组织涡轮机机壳钢制法兰常用耐热钢种类：1、珠光体耐热钢常用15CrMo、12Cr1MoV，⑴热处理：正火+高温回火⑵组织:F+P⑶用途：600℃以下的锅炉零件，压力容器，热交换器等。2、马氏体耐热钢常用1Cr13、1Cr11MoV、4Cr9Si2。

(1)热处理：调质。

(2)组织：S回。

(3)用途：1Cr13、1Cr11MoV用于550℃

以下汽轮机叶片。4Cr9Si2是汽车阀门用钢。汽轮机叶片汽车阀门过热器管排过热器集箱3、奥氏体耐热钢常用1Cr18Ni9Ti。热处理：固溶处理组织：单相A。用途：主要用于过热器管道等。三、耐磨钢是指在冲击载荷作用下发生冲击硬化的高锰钢。牌号为ZGMn13。1、成分特点⑴高碳：0.75~1.45%C。以保持高耐磨性。⑵高锰：11~14%Mn。以保证形成奥氏体组织。高锰钢铸件挖掘机颚式破碎机球磨机2、热处理及组织铸态组织为奥氏体+碳化物，性能硬而脆。热处理：水韧处理。即将钢加热到1100℃，使碳化物溶入奥氏体，并进行水淬。室温组织：过饱和单相奥氏体。高锰钢铸件使用时必须伴随着压力和冲击作用。在压力及冲击作用下，表面奥氏体迅速加工硬化，形成马氏体并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，获得高耐磨性。而心部仍为奥氏体组织，具有高耐冲击能力。3、使用及用途水韧处理后，韧性高，硬度低（HB180~200）。高锰钢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、球磨机的衬板、破碎机的牙板、挖掘机的铲齿和铁路的道岔等。球磨机衬板铁路道岔履带挖掘机铲齿其他材料铸钢：含碳量<2%

牌号：ZG+σ0.2*(屈服)－σb

(抗拉)

如ZG230–450(表示其σs=230MPa,σb=450MPa

)σ0.2

是应变ε=0.2时的应力值.铸铁：含碳量>2%

特点：脆性大，不宜焊接和锻压.

常见的有：灰口铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁等.

牌号：灰口铸铁(HT)、球墨铸铁(QT)、可锻铸铁(KT).

如HT150(表示灰口铸铁,其σb=150MPa)金属材料的热处理钢的热处理就是:对固态的钢材加热的一种处理方法.目的：通过不同温度的加热、保温和冷却的工艺方法，使钢的内部结构发生变化，从而达到改善钢材性能（硬度、强度、韧性、可加工行等等）的目的，从而可以提高零件的质量，尽量降低成本.方法：退火、正火、淬火、回火和调质及化学处理等方法.热处理方法退火：加热临界温度以上、保温、

随炉冷却

目的:消除内应力正火：加热临界温度以上、保温、

空气冷却

目的:改善材料的综合力学性能淬火：加热临界温度以上、保温油冷水冷特点：硬度、脆性增大，内应力增加甚至开裂化学热处理

(把零件放入化学介质中加热保温使介质元素渗入零件表层中,

使其化学成分改变,从而使表层的组织性能变化.)渗碳：钢材的特点-C低则软。渗碳可提高表面硬度和耐磨性，心部仍保持塑性和韧性。用于低碳钢和低碳合金钢渗氮：可在表面形成高硬度层，但是不能承受大的冲击和压力渗氮零件。用于低碳钢和中碳钢氰化处理：共渗处理以后，可以再淬火，低温回火具有前两种的共同优点用于低碳钢和中碳钢热处理工艺方法热处理普通热处理表面热处理特殊热处理退火正火淬火回火表面淬火化学热处理火焰加热感应加热渗碳氮化碳氮共渗其他形变真空其他退火：是将钢加热到一定温度并保温一定时间以后，以缓慢的速度冷却（炉冷）下来，使之获得接近平衡状态的组织的热处理工艺。

正火：加热温度为Ac3或Accm以上30～50℃，保温以后的冷却方式在空气中进行。由于正火比退火的冷却速度大，故珠光体的片层间距较小，因而正火后强度、硬度较高。钢的退火与正火将钢加热到Ac1或Ac3以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺称为淬火。将淬火后的钢件加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间后冷却至室温的热处理工艺叫回火。钢的淬火与回火不同冷却条件下的转变产物等温退火P退火(炉冷)正火(空冷)S(油冷)T+M+A’等温淬火B下M+A’分级淬火M+A’淬火(水冷)A1MSMf时间温度淬火PP均匀A细A？？？盐炉－淬火箱式炉－淬火、调质低温回火：中温回火：高温回火：150—250℃350—500℃500—650℃回火的分类：低温回火：150—250℃回火后的组织：Ｍ回回火后的性能：高的硬度和耐磨性，但塑性和韧性较差应用：主要用于刃具、量具、冷作模具、滚动轴承、渗碳淬火件、表面淬火件等中温回火：350—500℃回火后的组织：Ｔ回回火后的性能：较高的弹性极限和强度，较好的韧性应用：主要用于弹性零件、热锻模具等。高温回火：500—650℃回火后的组织：Ｓ回回火后的性能：良好的综合力学性能。应用：广泛用于各种重要的结构零件，如螺栓、连杆、齿轮、轴等。调质：淬火+高温回火的热处理工艺钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量和一定碳浓度梯度的工艺。目的：使零件获得高的表面硬度、耐磨性及高的接触疲劳强度和抗疲劳强度。渗碳技术渗碳方法分类固体渗碳法液体渗碳法气体渗碳法真空渗碳法把渗碳工件装入有固体渗剂的密封箱内，在渗碳温度加热进行渗碳。固体渗碳剂主要由一定大小的固体炭粒和起催渗作用的碳酸盐等组成。常用的固体渗碳温度为900~930℃。固体渗碳法优点：操作简单、灵活；目前在一些特别的领域仍然有应用；缺点：质量难以控制，零件表面清洁度差；固体渗碳的优缺点在能析出活性碳原子的盐浴中进行的渗碳方法。盐浴成份由加热介质、渗碳介质、催化剂组成；渗碳温度一般为920~940℃；优点：加热速度快，加热均匀，可以直接淬火；缺点：有毒性，零件表面清洁度差，盐份清理困难；液体渗碳工件在气体介质中进行碳的渗入过程的方法；渗碳气体有煤油、丙酮、丙烷、天燃气等；气体渗碳技术渗碳介质的分解气体向钢表面的对流钢件表面吸碳碳向钢表面迁移渗入原子的扩散气体渗碳的基本过程直生式滴注式氮甲醇式吸热式ABCD气体渗碳主要的工艺方式滴注式采用两种液体同时滴入炉内，一种做为稀释气体，一种做为富化气；稀释气：甲醇、乙醇等；富化气：煤油、丙酮等；直生式直接把天燃气经脱硫处理后与空气混合通入炉内；吸热式气氛：一种应用很广的经典发生器式气氛，用碳氢化合物气体如甲烷、丙烷等与空气按一定比例混合后，在高温（1050~1100℃）和催化剂的作用下反应得到20:40:40(CO:H2:N2)的气体组分，通入工作炉使用；常用于连续炉；国外用得较多；氮-甲醇式：通入氮气以及滴入甲醇做为载气，同时通入丙烷做为富化气；最初是模仿吸热式气体组分发展出来的，同样是20：40：40组分，随后出现不同的氮分压这一变化；优点：气氛组分稳定，CO值恒定；炉气甲烷含量也在1%左右，不易积碳；不需要发生炉；缺点：对甲醇质量要求高，运行成本较高；可控气氛渗碳氧探头碳控仪控制炉势利用氧化锆在一定温度下，不同的氧含量产生不同的电势值特性；优点：反应速度快，测量精度高；氧探头控制示意图钢箔法控制炉内碳势采用含碳量约为0.05~0.11%的钢制成厚度小于0.1mm的箔片。炉气碳势C=（渗碳后箔片重量-渗碳前箔片重量）+C0也可以直接测出表面碳含量,对应出炉内碳势值井式渗碳炉氧探头控制系统周期式多用炉生产线

多用炉演示

底装料式多用炉全自动生产线的优点：显著降低员工的劳动强度，甚至可以在夜班实现无人化生产；降低了对操作者的技术要求；降低了人为因素对工件质量的影响；可以实现远程监控；不仅适用于大批量生产，更适合多品种的生产；井式渗碳炉工艺渗碳工艺多用炉渗碳工艺渗氮也称氮化，是指向工件表面渗入氮原子，以形成高氮硬化层的化学热处理工艺。氮碳共渗是将氮和碳同时渗入工件表面，并以渗氮主主的化学热处理工艺。渗氮及氮碳共渗技术第一PPT模板网/tubiao/

氨的分解扩散过程吸收过程生成活性氮原子；2NH3→6H+2[N]先溶解形成饱和固溶体，再形成氮化物向内层扩散，形成一定深度的氮化层渗氮的过程按用途分：强化渗氮（硬氮化）；耐蚀渗氮（氮碳共渗）；按工艺分：液体渗氮气体渗氮离子渗氮真空渗氮渗氮的分类液体氮化技术浸入熔盐中进行氮化，多采用硝酸盐或氰化盐；优点：加热速度快，工件变形小；缺点：零件表面清洁度差，有一定毒性；盐浴氮化后渗层形貌：离子氮化技术是在0.1～10Torr（Torr=133.3Pa）的含氮气氛中，以炉体为阳极，被处理工件为阴极，在阴阳极间产生辉光放电现象，依靠溅射及离子化作用进行氮化处理。气体渗氮技术气体渗氮是把工件放入密封容器中﹐通以流动的氨气并加热﹐保温较长时间后﹐氨气热分解產生活性氮原子﹐不断吸附到工件表面﹐并扩散渗入工件表层内﹐从而改变表层的化学成分和组织﹐获得优良的表面性能；如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散﹐则称为氮碳共渗（软氮化）；一段式气体渗氮工艺二段式三段式多段式循环氮化精密可控气氛渗氮技术：采用氢分析仪或氢探头进行氮势值KN的精确测量及控制。KN

=P3NHP2H3/2氮势Lehrer图德国PE氢分仪是一个高度集成化的精确测量系统，由氢探头、带流量计的取气泵、旁路调节阀及内置高精度控制系统组成。STANGE渗氮控制系统通过渗氮指数模块，渗氮层深模块和氢探头可对渗氮炉内气氛进行精确的控制来达到控制渗氮层相的构成及渗氮层深；是基于H2具有很高热传导性的原理和H2扩散性原理来工作的；井式气体渗氮设备可控气氛渗氮设备及工艺角影响区传统渗氮尼萃斯技术IPSEN渗氮设备及工艺底装料式立式精密渗氮炉硬度不足炉内氮势不够；炉内温度超过氮化温度；材料表面脱碳层未去除干净；工件表面不清洁；渗氮件常见缺陷及分析脆性较大炉内氮势过高；表面脱碳层未去除；工件变形氮化前进行预先去应力处理；通过实验，掌握变形规律，事先留出修正量；冷热工艺协调好，进行机械加工修正等；真空的概念：现在的所谓真空，是指低于一个大气压力的状态，统称为真空。几个单位的换算：1大气压＝1×105Pa=760mmHg1Torr（托）＝1mmHg＝133Pa1bar＝1大气压真空热处理技术真空区域的划分粗真空：105~1.33×103Pa;低真空：1.33×103~1.33×10-1Pa;高真空：1.33×10-1~1.33×10-6Pa;超高真空：1.33×10-6~1.33×10-10Pa；极高真空：小于1.33×10-10Pa；真空热处理工艺的特点

真空的保护作用真空的脱气作用真空的蒸发作用表面净化及胶脂作用真空的保护作用常规热处理，空气中的氧气、水蒸气、CQ2等氧化性气体与金属发生氧化作用，从而使金属表面产生氧化膜。真空热处理是在极稀薄的气氛中进行热处理，炉内残留的H2O、O2、CO2含量非常少，不足以氧化工件，故真空热处理也称为光亮热处理。真空的脱气作用金属在熔炼过程中，液态金属吸收的H2、O2、N2、CO等气体，在随后的冷却过程中不能完全释放出来，容易形成气孔和白点等缺陷，也影响材料的物理性能及力学性能。在真空状态下加热，随着气体分压的减小，气体在金属中的溶解度也减小，一旦金属中气体的量大于平衡溶解度，多余的气体就会释放出来。真空的表面净化及脱脂作用在真空加热时，金属表面的氧化膜、轻微的锈蚀层等被还原、分解或挥发，从而使金属表面获得光洁的表面。也有厂家将真空炉用做除油清洁设备。真空的蒸发作用在真空热处理时，容易出现零件与零件之间，零件与料框之间出现粘连，特别是在含铬钢易出现。这就是金属的蒸发特性。真空热处理时必须选择合适的真空度，不是越高越好。真空加热的特点800℃以下采用对流加热；800℃以上采用辐射加热。真空淬火的优点工作表面光亮，不增碳、不脱碳；产品硬度均匀，工艺稳定性和重复性好；表面氧化、脱碳、腐蚀等缺陷少，可以提高工件的疲劳寿命；真空淬火及回火技术节能真空炉采用了隔热性能好、热容量小的隔热材料和结构，因此散热损失很小，热效率高，能实现快速加热。减少污染真空热处理在真空中加热，不采用保护气氛，不存在炉气，也不使用盐碱等介质，一般不会对大气形成污染。易于实现智能控制及精确控制4Cr13的淬火高速钢的真空热处理