工程材料及机械性能

工程材料及机械性能张春霞2015.04.07材料是人类社会发展的三大支柱（信息、能源、材料）之一。而材料是前两者的基础。凡与工程有关的材料均为工程材料。根据使用的性能分为功能材料和结构材料。材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力学性能）。使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命，金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据，外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。本课程内容一、工程材料金属（钢铁、有色金属）聚合物陶瓷复合材料二、材料的力学性能静载荷下拉伸、压缩、扭转、弯曲动载荷下冲击、疲劳高温力学性能学习方法课堂学习+自学（网络、书籍、实践）本课程40个学时，理论课34+实验6旷课5次或迟到10次没有考试资格总成绩=试卷成绩（80%）+平时成绩（20%）第一章工程材料1.1概述

工程材料是用于机械、车辆、船舶、建筑、化工、能源、仪器仪表、航空航天等工程领域的材料。根据材料的组成结构，可分成金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料；金属材料又可分为黑色金属（钢铁）材料和有色金属材料根据材料的性能特征，分成结构材料和功能材料应用最广的是黑色金属1.2碳钢及合金钢1.2.1碳钢及分类铁为基的合金材料占整个结构材料和工具材料的90.0%以上。碳的质量分数小于2.11％的铁碳合金，实际生产中使用的碳钢含有少量的锰、硅、硫、磷等元素杂质名称杂质含量%在钢中的影响锰（Mn）wMn<1.2脱氧，降低钢的脆性；合成MnS，消除S的有害作用硅（Si）wSi<0.4脱氧，强化铁素体，提高钢的强度、硬度；但塑性、韧性下降硫（S）wS<0.055～0.040生成低熔点共晶体，形成热脆磷（P）wP<0.055～0.040全部溶于铁素体，提高铁素体的强度、硬度，但形成冷脆表1-1

杂质元素对钢的影响二、碳钢的分类（GB/T700-2006)分类方法钢

种质量分数或脱氧情况特

点按碳的质量分数低碳钢wC≤0.25％强度低，塑性和焊接性能较好中碳钢wC＝0.25％～0.6％强度较高，但塑性和焊接性能较差高碳钢wC>0.6%塑性和焊接性能很差，强度和硬度高按钢的质量分普通钢wS≤0.055％,wP≤0.045％含S、P量较高，质量一般优质钢wS≤0.040％，wP≤0.040％含S、P量较少，质量较好高级优质钢wS≤0.030％,wP≤0.035％含S、P量很少，质量好按用途分结构钢wC＝0.08％～0.65％制造各种工程构件和机器零件工具钢wC>0.65％制造各种刀具、量具和模具按脱氧程度分沸腾钢（F）仅用弱脱氧剂脱氧，FeO较多钢锭内分布有许多小气泡，偏析严重镇静钢（Z）浇注时完全脱氧，凝固时不沸腾气泡、疏松少，质量较高半镇静钢（b）介于沸腾钢和镇静钢之间质量介于沸腾钢和镇静钢之间三、碳钢的牌号C（首）船用钢；G（首）滚动轴承钢，G（尾）锅炉用钢Q（首）屈服强度，q（尾）桥梁用钢R（尾）压力容器用钢ZG铸钢分

类编号方法常用牌号用途

举例说明碳素结构钢Q235-AF屈服点为235MPa、质量为A级的沸腾钢Q195、Q215A，Q235B、Q255A、Q255B、Q275等一般以型材供应的工程结构件，制造不太重要的机械零件及焊接件（参见

GB700-1988）优质碳素结构钢45表示平均wC=0.45%的优质碳素结构钢08F、10、20、35、40、50、60、65用于制造曲轴、传动轴、齿轮、连杆等重要零件（参见

GB699-1988）碳素工具钢T8T8A表示平均wc=0.8%的碳素工具钢，A表示高级优质T7、T8Mn、T9、T10、T11、T12、T13制造需较高硬度、耐磨性、又能承受一定冲击的工具，如手锤、冲头等（参见

GB1298-1986）一般工程铸造碳钢ZG200-400表示屈服强度为200MPa、抗拉强度为400MPa的碳素铸钢ZG230-450、ZG270-500、ZG310-570、ZG340-640形状复杂的需要采用铸造成形的钢质零件（参见

GB11352-1989）碳素结构钢优质碳素钢碳素工具钢1.2.2碳钢的合金化基础合金元素：改善和提高钢的力学性能和使钢获得某些特殊的物理、化学性能而加入在一定含量的化学元素。常存或残存元素：非特意加入的元素低合金钢合金钢高合金钢常用的合金元素有硅、锰、铬、镍、钼、钨、钒、钛、妮、锆、铜、硼、稀土元素等。磷、硫、氮等在某些情况下也起合金元素的作用。一、合金元素在钢中存在形式和分布主要有以下五种：(1)与铁形成固溶体，如硅、铜、铝、钴等。(2)部分固溶于铁素体，另一部分与碳形成碳化物。这一类合金元素如锰、铬、钼、钨、钒、铌、锆、钛等。(3)不少元素与钢中的氧、氮、硫形成简单的或复合的非金属夹杂物，如Al2O3、AlN、FeO·Al2O3、SiO2·MxOy、TiN、MnS等。(4)一些元素彼此作用形成金属间化合物，如FeSi、FeCr(σ相)、Ni3Ti、Fe2W等。(5)有的元素，如铜和铅，常以游离状态出现。二、合金元素在钢中的作用1、合金元素对钢中基本相的影响(1)非碳化物形成元素：Ni、Co、Cu、Si、Al、N、B等。溶入铁素体，固溶强化当wSi<0.6％、wMn<1.5％时，对铁素体强化的同时对其韧性影响不大，当超过这个限度时则韧性有明显下降。而Cr、Ni比较特殊，当wCr<2％、wNi<5％时铁素体的强度和韧性都有所提高。(2)中强碳化物形成元素：Mn、Cr、Mo、W等。置换渗碳体中的铁原子。稳定性略为提高，硬度也较高(3)强碳化物形成元素：W、Ti、Zr、Nb、V。含量较高(wMe>5%)时，才倾向于形成合金碳化物。具有更高的熔点、硬度、耐磨性，且更稳定。按合金元素与C元素的亲和能力：Ti﹥Zr﹥Nb﹥V﹥W﹥Mo﹥Cr﹥Mn﹥Fe2.合金元素对Fe-Fe3C相图的影响奥氏体元素当含有B、Nb、Ta、Zr时，不使γ区封闭，只使γ区缩小但Cr、Mo、W、V、Ti、Si、Al等元素使奥氏体相区缩小，超过此元素的质量分数，则钢中没有ɑ→γ相变，所以室温能获得单相的铁素体组织---铁素体元素合金元素与Fe相互作用的理论的实际意义：为了保证钢具有良好的耐腐蚀性，需要在室温下获得单一相组织（奥氏体相或铁素体相），可以通过控制钢中合金元素的种类和含量。3.合金元素对钢热处理的影响镍、钴以外，大多数合金元素特别是强碳化物形成元素，使碳的扩散速度降低，奥氏体的形成过程减缓，因此奥氏体化加热温度提高，保温时间延长。除了锰、硼以外，大多数合金元素阻碍奥氏体晶粒长大，淬火后获得细小马氏体组织。2)合金元素对钢冷却转变的影响除了Co以外，大多数合金元素溶入奥氏体中，不同程度地阻碍了铁、碳原子的扩散，使奥氏体稳定性提高，C曲线右移；强碳化物形成元素Cr、Mo、W、V、Ti等，溶入奥氏体后，使C曲线出现两个“鼻尖”，形成珠光体和贝氏体两个转变区合金元素使C曲线右移，增加了马氏体临界冷却速度，使钢的淬透性提高。多种元素同时加入，对钢淬透性的提高远比各元素单独加入时为大，故目前淬透性好的钢，多采用“多元少量”的合金化原则，如Cr-Ni、Cr-Mn、Cr-Si、Si-Mn等多组元合金钢。Co、Al外，大多数合金元素使Ms点、Mf点下移，使钢在淬火后残余奥氏体量增多3)合金元素对回火转变的影响(1)提高淬火钢的回火稳定性与碳钢相比，在相同回火温度时，合金钢强度、硬度较高；在保持相同强度、硬度条件下，合金钢回火温度较高，回火时间较长，因此内应力消除彻底，塑性、韧性较高。(2)产生二次硬化淬火合金钢在500～600℃温度范围回火时，硬度升高的现象称为二次硬化。(3)回火脆性1.2.3结构钢一、低合金结构钢（HSLA）在碳素结构钢的基础上加入少量（wMe<3％）合金元素一般为wC

=0.1％～0.2％，一般以少量的锰为主加元素(wMn=0.8％～1.7％)，Si的质量分数较碳素结构钢高(wSi<0.55％)。为改善钢的性能，各牌号A、B级钢可加入V、Ti、Nb等细化晶粒元素，产生弥散强化，提高强度、硬度、冲击韧度。Cu、P提高钢对大气的抗蚀能力，有时在钢中还加入少量稀土元素，以消除钢中有害杂质，改善杂质物形状的分布二、合金结构钢合金元素通常为wMe<5％，故该钢种属于低、中合金钢合金结构钢的牌号表示方法：“数字＋元素符号＋数字”。前面两位数字表示平均碳质量分数的万倍；合金元素以化学符号表示，合金元素后面的数字表示合金元素质量分数的百倍，当其平均质量分数<1.5时，牌号中一般只标出元素符号，而不表明数字，当其平均质量分数>1.5％、>2.5％、>3.5％…时，则在元素符号后相应标出2、3、4……。如18Cr2Ni4WA用于各种轴类零件、齿轮、弹簧和轴承1、渗碳钢高硬度、耐磨性、抗疲劳性，同时要求承受较高载荷、特别是冲击载荷如汽车、拖拉机的变速箱齿轮、发动机上的凸轮和活塞销等。低碳合金钢渗碳，加入合金元素Cr、Ni、Mn、B提高淬透性，改善渗碳层的强度和塑、韧性，Cr含量小于2％，Ni含量小于4.5％，Mn小于2％，B含量范围0.001～0.004％，等；添加少量的V、W、Mo、Ti细化晶粒，抑制渗碳时晶粒长大，V含量低于0.5％，W小于1.2％，Mo低于0.6％，Ti低于0.15％。热处理：正火处理（改善锻造的不良组织）+渗碳+淬火+低温回火渗碳930℃，6～8h，渗碳后表层碳的质量分数0.85～1.05％，平衡组织为过共析组织P＋Fe3CΠ，中心仍然为亚共析组织P＋F。淬火直接淬火、一次淬火、二次淬火等。主要是决定于钢中合金元素的量和对构件性能的要求。多数合金渗碳钢都采用渗碳后直接淬火，再低温回火。对于要求高的渗碳零件和晶粒易长大的渗碳钢件要在渗碳后进行一次淬火或二次淬火，然后在低温回火。低温回火180～200℃，1～2h。热处理后组织为M回＋点状碳化物＋少量A残，硬度58～60HRC。中心组织M低或F＋S（小件）；M低＋F＋P或S（大件），硬度30～45HRC。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（摘自GB/T3077-1999）（渗C:930℃，回火：200℃）p172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

632、调质钢重载荷作用下同时又受冲击载荷作用的一些重要零件，如机床车轴、汽车半轴、变速箱花键轴等承受弯曲和扭转应力化学成分WC＝0.25%～0.5%，以0.4%居多合金元素Mn、Si、Cr、Ni、B增大钢的淬透性，高而均匀的综合力学性能V细化晶粒，提高综合力学性能；Mo和W减轻或抑制第二类回火脆性；Al加速合金调质钢的氮化过程。Ti、Cr等这些元素可以形成强碳化物，高温时阻止A晶粒长大和回火时M分解、碳化物聚集长大缓慢常用调质钢：低淬透性合金调质钢：45、40Cr、45MnV等中淬透性合金调质钢：40CrMn、35CrMo等高淬透性合金调质钢：40CrNiMoA等热处理工艺一般选用淬火＋高温回火，合金调质钢多用油冷淬火调质钢一般热处理工序安排：锻造热处理（退火或正火）粗加工调质精加工热处理磨削如：40Cr做拖拉机连杆螺栓3、合金弹簧钢专门用于制造弹簧和弹性元件的钢，用于制造各种机械和仪表中的弹簧，如汽车、拖拉机、坦克、机车车辆的减振弹簧和螺旋弹簧，大炮缓冲弹簧，钟表发条等性能要求：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

汽车板簧火车螺旋弹簧化学成分：碳含量：WC＝0.45%～0.7%；主加元素是Mn、SiCr、W、V等元素Mn、Si元素带来的缺点，提高回火稳定性常见弹簧钢65Mn，淬透性比碳素弹簧钢好，但有过热倾向。用于制造截面尺寸小于15mm的中、小型低应力弹簧钢。如小尺寸扁、圆弹簧、座垫弹簧、弹簧发条等。60Si2MnA钢的淬透性增加，还可以加强F，可用于截面尺寸为25～30mm的工件，在油中即可淬透。用于制造板状弹簧和螺旋弹簧，还可以在250℃以下工作的耐热弹簧。50CrVA淬透性比60Si2MnA还好，用于制备50mm的弹簧钢丝制作的弹簧，油冷即可热处理工艺：冷成形弹簧的热处理当弹簧直径或板簧厚度小于8～10mm时，常采用冷拉弹簧钢丝或弹簧钢带冷卷成形。钢号有T8、T9A、65Mn和60Si2Mn等。其成形前后的热处理方法：·退火状态供应的弹簧钢丝，冷拔到预订尺寸·加热到900～950℃，使之A化，然后迅速转入500～550℃铅浴处理，得到细小片状的索氏体，提高冷变形能力和表面光洁度。然后再经过多次拉拔得到所需尺寸·冷卷成形去应力退火或定形处理：200～250℃油浴处理10～30min。左右是消除冷卷成形所产生的应力，并使弹簧定形。②热成形弹簧，主要用于大型弹簧和形状复杂的的弹簧。它们一般有热轧钢丝和钢板制成，所用钢材主要有60Mn、60Si2Mn、55Si2Mn和55SiMnMoV等。热处理：淬火＋中温回火。淬火温度830～850℃，具体加热温度决定于各钢的Ac3。回火温度420～550℃，具体温度决定于钢的种类和要求。若要求高弹性，则应采用较低回火温度；若需要高韧性，则进行高温回火。作业1、工程材料的定义？分类？2、碳钢的分类及牌号中字母、数字的意义？3、合金元素对钢的作用体现在哪些方面？4、低合金钢的用途？5、合金钢与低合金钢的差别？4、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1、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）2、化学成分：w(C)=0.95～1.10%，合金元素Cr：0.4~1.65%，提高淬透性和回火稳定性；Si（0.45~0.75%）、Mn（0.95~1.25%）、V：进一步提高淬透性、强度、耐磨性和回火稳定性P、S≤0.025%，减少夹杂物，提高疲劳寿命常用轴承钢：铬轴承钢GCr9、GCr15、GCr9SiMn、GCr15SiMn其它轴承钢GCr15SiMn、GSiMnV热处理：球化退火，降低硬度，得到均匀细粒珠光体，硬度207～229HB

淬火（820～840℃）+低温回火（温度150～160℃，保温2～3h）（61-65）HRC磨削加工后，再在120～130℃下时效5～10h5、非调质钢定义：在中碳钢中添加微量合金元素（V、Ti、Nb、N等），产生强化相质点和细化晶粒来改善和提高钢的综合力学性能，可不用再调质处理。特点：强度高（σb≥850~1000MPa）、抗疲劳特性和耐磨性较好、切削加工性良好。化学成分：Mn1.0～2.0％，固溶强化，促进V、N的溶解V0.05～0.2％，N，松弛应力，减缓裂纹扩展，强化；Ti、NbTiC和Ti(C·N)和Nb（C·N）NbC相，细化晶粒，增加强韧性0.2～0.7％的Cr，0.05～0.07％的S分类：1）切削加工用非调质机械结构钢，牌号以YF为首，如YF35MnV钢，可制作汽车发动机连杆，力学及工艺性能超过55钢。②热锻用非调质机械结构钢，牌号以F为首，如F40MnV钢该类钢的强度、硬度、耐磨性和抗疲劳性可以与合金调质钢相媲美，它的切削性能优于调质钢。目前已经用于制造汽车、拖拉机和建筑机械的曲轴、连杆、齿轮和螺栓等。在我国也用于机床和农业机械用零件。6、易切钢定义：在钢中加入一定数量的一种或一种以上的硫、磷、铅、钙、硒、碲等易切削元素，以改善其切削性的合金钢，又称自动机床加工用钢，简称自动钢改善切削加工性的合金元素主要有S、Pb、P及微量的Ca等，但必须合理控制它们在钢中的含量化学成分：S：0.08～0.30％，MnS润滑；P：0.04～0.12％，提高强度降低塑性；Pb：0.10～0.35％，润滑；Ca：形成低熔点化合物，润滑；硒、碲、铋碲、铋含量约为0.03～0.10％，FeSe、MnSe润滑。牌号：Y40Mn，Y12，Y12Pb、Y45Ca、Y15、Y15Pb、Y20应用：P-S复合低碳易切钢：螺帽、销钉、轴、管接头Y40Mn：高S中碳易切钢，丝杠、光杆、花键、轴、齿条、销子。通常，易切削钢可以进行最终热处理，但不采用预备热处理1.2.4工具钢用来制造切削金属和加工金属的工具。要求是高硬度和高温下高硬度以及高的耐磨性碳素工具钢牌号：T8、T12，用途：凿子、锉刀、量具等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合金工具钢的硬度和耐磨性更高、淬透性、红硬性和挥霍稳定性更好，常用来做尺寸大、几何形状复杂、性能要求高的工具工具钢分类：按化学成分可分为非合金工具钢、合金工具钢和高速工具钢；按用途不同，可分为刃具钢、模具钢及量具钢。但各类钢的实际应用界限并不明显，有时同一种钢几个用作刃具，又可用作模具和量具，他们之见的共同性较强。一、刃具钢碳含量在0.75%~1.5%。合金元素Cr、Mn、Si、W和V增加淬透性、回火稳定性、细化晶粒承受压力、弯曲、振动与冲击，工件和切屑摩擦切削发热，刃部温度可达500～600℃刃具钢除要求足够的强度和韧性，高硬度（＞60HRC）、高耐磨性和高的热硬性（红硬性）1、低合金刃具钢合金总的质量分数低于5％化学成分WC＝0.75%～1.5%合金元素W、Mn、Cr、V、Si等（WMe＜5%）可用于制造形状复杂或较大型的刃具，同时可以使用油冷，减小变形和开裂的倾向。常用牌号9SiCr、GrWMn、Cr2和9Cr2等热处理工艺预先热处理一般采用球化退火；最终热处理为淬火后低温回火，以获得细小回火马氏体、粒状合金碳化物及少量残余奥氏体组织。性能60～63HRC形状复杂或截面较大的刃具，淬火加热时应进行预热（600～650℃）2、高速钢又名风钢或锋钢。红硬性（高温500℃60HRC）成分复杂的合金钢，含有钨、钼、铬、钒等碳化物形成元素。合金元素总量达10～25%W18Cr4VCWCrVMo各成分含量/%0.7～0.817.5～19.03.8~4.41.0~1.4≤0.31）化学成分：W、Mo、Cr、V等多种合金元素总的质量分数＞10%Cr提高钢的淬透性，含量3.5～5.0％；W（5.5～19％）或Mo（2.7～10％）细化晶粒，二次硬化V（0.8～2.75％）形成硬度极高的细小碳化物，均匀分布，提高钢的耐磨性和热硬性；Co（4.25～9.5％）提高钢的热硬性和二次硬度，提高钢的耐磨性、导热性，并改善切削加工性。2）铸态组织黑色组织、白色组织和鱼骨状莱氏体。黑色组织合金F＋合金碳化物，易被腐蚀，黑色，性能32～38HRC白色组织合金M＋A残，白色，性能60～62HRC鱼骨状莱氏体骨骼状碳化物片和M相间排列形成的莱氏体。性能65～67HRC。粗大鱼骨状的合金碳化物，只能由锻造来打碎。退火温度Ac1（820～840℃）＋（30～50℃），等温退火最终热处理是淬火后回火。特点是加热温度高（1200℃以上），回火温度高（560℃左右），回火次数多（三次）。组织为M（60～65％）＋A残（25～30％）＋未溶碳化物（10％）。热处理：淬火（1280℃，油冷）+三次回火（560℃）高速钢分类：①钨系高速钢（含钨9～18％）；②钨钼系高速钢（含钨5～12％,含钼2～6％）；③高钼系高速钢（含钨0～2％,含钼5～10％）；④钒高速钢，按含钒量的不同又分一般含钒量（含钒1～2％)和高含钒量(含钒2.5～5％)的高速钢；⑤钴高速钢（含钴5～10％）。按用途不同高速钢又可分为：①通用型高速钢：主要用于制造切削硬度HB≤300的金属材料的切削刀具(如钻头、丝锥、锯条)和精密刀具（如滚刀、插齿刀、拉刀），常用的钢号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2等。②特殊用途高速钢:包括钴高速钢和超硬型高速钢（硬度HRC68～70）,主要用于制造切削难加工金属（如高温合金、钛合金和高强钢等）的刀具，常用的钢号有W12Cr4V5Co5、W2Mo9Cr4VCo8等。3、硬质合金以高硬度难熔金属的碳化物（WC、TiC)微米级粉末为主要成分，以钴（Co）或镍（Ni）、钼（Mo）为粘结剂，在真空炉或氢气还原炉中烧结而成的粉末冶金制品。硬度高达87～91HRA（相当于69～81HRC），工作温度可达800～1000℃，切削速度比高速钢高4～7倍，寿命提高5～8倍。加工困难，一般将硬质合金制成一定规格的刀片，镶焊在刀体上使用，不能用来制作形状复杂的刀具广泛用作刀具材料，如车刀、铣刀、刨刀、钻头、镗刀等，用于切削铸铁、有色金属、塑料、化纤、石墨、玻璃、石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢、不锈钢、高锰钢、工具钢等难加工的材料三、模具钢用于制造各种金属成形所用模具的钢材。模具钢分为冷模具钢和热模具钢，冷模具钢是在冷态下金属成形所用的模具钢，在热态下金属成形所用的模具钢。要求具有高硬度、强度、耐磨性，足够的韧性，高淬透性、淬硬性和其他工艺性能一、冷作模具钢：250℃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、落料模等在工艺上要求热处理变形小和淬透性高。简单小型模具，常采用T8，T10和T12等复杂中型模具，常采用9SiCr、9Mn2V、CrWMn等精密大型模具，常采用Cr12、Cr12MoV等。1）碳素工具钢加工性良好，价格低廉，使用范围广泛；淬透性低，热硬性低，只适于制作尺寸小、形状简单、切削速度低、进刀量小、工作温度不高的工具。2）合金工具钢碳含量低，韧性好、高强度，工艺性能较好，生产成本低，用于生产尺寸大、形状复杂、轻载荷冷作模具。常用于铁路、桥梁、船舶、汽车、压力容器。9SiCr、CrWMn、GCr153）中合金或高合金钢用于生产尺寸大形状复杂的冷作模具Cr12Mo、Cr12MoV、Cr6WVCr12和Cr12MoV（高铬钢）是常用的冷模具钢，广泛用于冷冲模、冷弯模和冷挤压模等。碳含量为1.5～2.3％，铬含量为11～13％铸造组织为索氏体和共晶碳化物。锻造能使毛坯成形和打碎共晶碳化物，并改善碳化物的不均匀性。锻造后应进行等温球化退火Cr12型钢的热处理退火＋低温淬火＋低温回火或高温淬火＋高温多次回火最终组织：回火M+碳化物+少量A'2、热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分为热锻模、热挤压模和压铸模几种主要类型性能要求：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此类钢为中碳合金钢，碳含量0.30%~0.60%，部分钢由于加入较多的合金元素（如钨、钼、钒等）而成为共析或过共析钢

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；Cr、W、Mo等元素还可以通过提高共析温度，使模具在反复受热和受冷过程发生相变。热模量钢热处理退火＋淬火＋高温回火。退火，700～800℃，保温4～5h后炉冷，消除锻造应力，降低硬度，提高切削加工性；淬火＋高温回火，得到回火索氏体和回火屈氏体，保证获得良好的综合机械性能。中小尺寸（截面尺寸≤300mm）模具，选用5CrMnMo；大尺寸（截面尺寸≥400mm）模具，选用5CrNiMo，压铸模通常选用3Cr2W8V。常用的钢类有铬锰钢、铬镍钢、铬钨钢等。三、量具钢用来制造各种测量工具的钢，要求高韧性、高硬度、高耐磨性和高尺寸稳定量具钢没有专门用钢，前面介绍的工具钢，滚动轴承钢均可用来制作量具。形状简单、精度要求不高的量具．可选用碳素工具钢．如T10A、T11A。T12A。腐蚀条件下工作的量具可选用不锈钢4Cr13、9Cr18要求特别高的耐磨性和尺寸稳定性．可选渗氮钢38CrMoAl或冷作模具钢Cr12MoV。常用的量具钢有Cr2、GCr15、CrWMn等，可用来制作形状复杂、精度高的量具。1.2.5不锈钢通常所说的不锈钢是不锈钢和耐酸钢的总称所谓“不锈钢”是指能抵抗大气、蒸汽和水等弱腐蚀介质的钢，而“耐酸钢”是指在酸、碱、盐等强腐蚀介质中耐蚀的钢。二、常用不锈钢1.马氏体不锈钢常用的马氏体不锈钢的含碳量（0.1-0.45）%，主要合金Cr的质量分数（12-14）%，通常称为Cr13型钢，如1Cr13、2Cr13，用作受冲击载荷的汽轮机叶片等；3Cr13、4Cr13，用于弱腐蚀条件下有高硬度要求的医疗器具、弹簧、刃具等2.铁素体不锈钢