机械工程材料 第5版 课件 第4章 合金钢

影响钢的性能的因素含碳量杂质元素冷、热变形热处理……第二章第三章第四章工程材料基础合金元素第四章第四章合金钢

第一节概述

一、碳钢的优缺点优点：冶炼工艺较简单，成本低，压力加工性能好，切削加工性能好，综合力学性能好，环境友好。缺点：加热时晶粒容易长大；淬透性低；回火抗力低；强度较低；无特殊性能。第四章工程材料基础第四章工程材料基础腐蚀的化工管道和阀门,需要耐腐蚀性能屈服强度：不超过410MPa，抗拉强度：不超过695MPa碳钢的强度不够高需要性能更优的合金钢合金钢：为了改善钢的性能，在碳钢中特意地加入某些合金元素的钢种。常用的合金元素有：Cr、Mn、Ni、Co、Si、Al、B、W、Mo、V、Ti、Nb、Zr、RE（稀土）合金元素加入后发挥那些作用呢？改善钢的热处理工艺性能提高钢的使用性能第四章工程材料基础

二、合金元素在钢中的作用

1.改善钢的热处理工艺性能

细化奥氏体晶粒加入Ti、V、Nb、Zr、Al等，形成细小的碳化物颗粒，显著阻止奥氏体晶粒长大（Mn除外）2)提高钢的淬透性

除Co和Al，大多数合金元素降低马氏体开始转变温度（Ms）、马氏体转变终了温度（Mf）除Co以外，其他合金元素都能使钢C曲线向右移动，从而提高钢的淬透性第四章工程材料基础合金元素对奥氏体等温转变图的影响

a)Ni的影响b)Cr的影响

c)W的影响

合金元素影响C曲线位置和形状NiCrW1.0%Ni2.9%Ni4.6%Ni2.2%Cr4.2%Cr8.2%Cr1.0%W2.0%W4.4%W合金元素含量增加第四章工程材料基础合金元素对C曲线形状的影响Cr:除了让C曲线右移，推迟贝氏体转变W:除了让C曲线右移，推迟珠光体转变第四章工程材料基础3)提高钢的回火抗力，产生二次硬化

合金元素对回火的影响a)Si的影响b)Mo的影响淬火钢在回火过程中抵抗硬度下降的能力，称为回火抗力含W、Cr、V、Mo等元素的钢淬火后，回火过程中会形成特殊碳化物，使硬度重新升高，称为二次硬化Si含量增加，相同回火温度下硬度高。二次硬化第四章工程材料基础4)防止第二类回火脆性回火脆性—

钢经回火后韧性下降的现象钢的回火脆性示意图第一类回火脆性:

发生在～300℃附近

防止措施:避开在300℃附近回火第二类回火脆性:

发生在～600℃附近

防止措施回火后快冷（小尺寸零件）加W、Mo等合金元素（对于大尺寸零件）第一类回火脆性第二类回火脆性第四章工程材料基础

2.合金元素对钢的使用性能的影响1)产生固溶强化,提高钢的强度；

适量Ni，Cr,Mn提高钢的韧性。合金元素对铁素体硬度（a）和冲击韧性（b）的影响Si、Mn、Ni

固溶强化最强烈合金元素超过一定值，铁素体的韧性降低。第四章工程材料基础

Mn,Si等合金元素固溶于铁素体中，显著提高提高钢的强度适量Ni，Cr，Mn:可以提高钢的韧性2)产生第二相强化，提高钢的强度

Mn,Cr,Mo,W,V等合金元素形成合金渗碳体或特殊碳化物（第二相）,提高钢的强度和硬度。第四章工程材料基础3)产生细晶强化，提高钢的强度

4）

使钢具有特殊性能

提高钢的抗腐蚀性能提高钢的抗高温氧化性能提高钢的高温强度提高钢的抗冲击磨损性能提高钢的耐低温性能不锈钢耐热钢耐磨钢（冲击载荷下）低温钢（低于室温温度下）第四章工程材料基础Ti,V,Nb,Zr,Al等合金元素形成碳化物、氮化物，阻止奥氏体晶粒长大，从而细化热处理后的组织，提高钢的强度、韧性。钢中的合金元素存在主要形式：固溶体，化合物不锈钢耐热钢工具钢模具钢P107第四章工程材料基础钢中几乎不加Pb，某些高强硬化型不锈钢加少量的Cu，与其他元素形成化合物极少

三、合金钢的分类合金钢滚动轴承钢合金弹簧钢合金调质钢合金渗碳钢低合金高强度钢合金结构钢合金工具钢刃具钢模具钢量具钢低温钢耐磨钢耐热钢不锈钢特殊性能钢第四章工程材料基础按用途和性能分类第四章工程材料基础合金钢按照合金元素含量分类低合金钢（合金元素含量<5%)中合金钢（合金元素含量:5-10%)高合金钢（合金元素含量>10%)合金钢第二节合金结构钢

一、合金结构钢的分类及编号滚动轴承钢合金弹簧钢合金调质钢合金渗碳钢低合金高强度钢合金结构钢

1.分类第四章工程材料基础

2.牌号40Cr；35CrMo；18Cr2Ni4WA

数字＋合金元素符号＋数字

↓

↓碳含量的万分数合金元素平均质量分数

（1）合金元素符号后无数字：合金元素加入<1.5%(wt);合金元素加入大于1.5%,2.5%,3.5%(wt),分别用2,3,4……表示（2）Q+数字“屈”的拼音的第一个字母钢的屈服强度Q355，Q460合金渗碳钢，合金调质钢，合金弹簧钢低合金高强钢牌号第四章工程材料基础

二、低合金高强度钢

2.牌号

Q355(新牌号)

→16Mn(旧牌号)↓屈最低屈服强度Q+数字

1.成分特点

碳含量：

Wc

≤0.2％（低碳）合金元素：Mn,Ti,V,Nb

易于压力加工、焊接性能好；塑性韧性好。强化铁素体；细化晶粒,抗大气腐蚀第四章工程材料基础低碳(含碳量<0.2%)合金元素（总含量<5%)

3.性能特点

4.热处理特点一般不进行热处理，出厂性能已确定；有时焊后正火处理；特殊情况：如高压容器需要调质处理高强度，较好塑性、韧性，良好的焊接性，抗大气腐蚀（耐候钢）

5.组织类型铁素体+珠光体（多数工程构件）用于制造高压容器钢：调质处理得到回火索氏体第四章工程材料基础压力容器Q460船舶Q390、Q420起重设备Q390大型工程构件采用Q355~Q460型号的低合金结构钢制造

6.用途

用于重要工程构件和机器零件桥梁，船舶，高压容器，车辆，输油管，输气管等等是我国基础设施建设的支柱材料第四章工程材料基础一座座让天堑变通途的大桥，城市里中鳞次栉比的摩天大楼，为城市企业输送电力的铁塔……低合金高强度钢：大国工程的关键材料保证工程安全的密秘？钢铁筋骨第四章工程材料基础第1座：南京长江大桥（1号桥）大桥于1968年建成通车鞍钢集团为新中国炼出第一炉钢；自主研制桥梁钢冶炼和制备，填补了我国高性能桥梁钢（16Mn）生产的空白；为南京长江大桥提供了1.4万吨16Mn高性能钢材（新牌号Q355）总工程师是梅旸春，设计总工程师是胡竟铭，钢梁总设计师是方秦汉.第一座由中国自行设计和建造的双层式铁路、公路两用桥梁，具有极大的经济意义、政治意义和战略意义，有“争气桥”之称。1969年毛泽东主席登临大桥第四章工程材料基础新中国的2座桥港珠澳大桥的设计寿命120年(我国第1座设计寿命120年的桥梁）习主席在开通仪式宣布大桥正式开通(2018年10月23日）港珠澳大桥是世界上最长的跨海大桥，也是中国交通史上技术最复杂，建设要求及标准最高的工程之一，被英国《卫报》誉为“新世界七大奇迹”之一。港珠澳大桥应用的结构材料（本课程内容密切相关）：低合金高强结构钢、不锈钢、有色金属、高分子材料、复合材料（结构）第2座：港珠澳大桥第四章工程材料基础50年后的2018年鞍钢集团有限公司提供17万吨桥梁钢,

用于大桥主体武汉钢铁集团有限公司（现属于“宝武集团”）提供11.6万吨的管庄钢和5.6万吨的”U”肋钢等柳州钢铁集团提供5.23万吨的管线钢和热轧钢卷、中厚板，Q275,S355JO;HER300E、HRB400E韶关钢铁集团提供17万吨的螺纹钢、钢板等太钢集团（宝武控股）提供8000吨的双相不锈钢根据大桥设计要求自主开发了双相不锈钢的生产技术替代进口双相不锈钢，显著节省了大桥的建造成本国内约十余家钢企为港珠澳大桥提供的不同规格和要求的钢材（仅列出部分钢企）第四章工程材料基础汽车变速箱齿轮：疲劳强度高，表面耐磨性好，心部韧性好，抗冲击普通低碳钢难以满足以上性能要求第四章工程材料基础汽车零件用钢：变速箱齿轮疲劳强度低耐磨性不够

三、合金渗碳钢

1.成分特点合金元素碳含量：0.1～0.25％（低碳）20CrMnTi,20CrMnMo等

2.典型牌号微量元素:

Ti,V,Mo,W作用：细化奥氏体晶粒，提高表面硬度和接触疲劳强度、韧性主要合金元素:Cr,Ni,Mn,B作用：提高淬透性,强化铁素体,提高渗碳层的强度与韧性（Ni的作用显著）第四章工程材料基础低碳+合金元素

渗碳+淬火+低温回火

3.最终热处理特点

下料→锻造→正火→机加工→渗碳→淬火→低温回火→精磨→喷丸→成品例：20CrMnTi渗碳钢制造汽车变速齿轮工艺路线第四章工程材料基础表层:高碳心部：低碳

M回+粒状碳化物＋A

(少）M回+F

4.最终组织表面硬度高，耐磨性好；齿轮疲劳强度高；心部韧性好，抗冲击”

5.性能特点20CrMnTi制造齿轮的热处理工艺第四章工程材料基础(3)高淬透性合金渗碳钢18Cr2Ni4WA渗碳钢分类和牌号以及应用常用牌号：20CrMnTi20CrMn20MnTiB等(1)低淬透性合金渗碳钢(20Mn220Cr)(2)中淬透性合金渗碳钢20CrMnTi20CrMn20MnTiB应用：制造尺寸较小的零件，如小齿轮、活塞销等应用：用于制造承受高速、中速、冲击和在剧烈摩擦条件工作的零件，如汽车变速箱齿轮、离合器等应用：用于制造大截面、高负荷和要求高耐磨性及良好韧性的重要零件，例如飞机、坦克和内燃机车的主动牵引齿轮。第四章工程材料基础第四章工程材料基础(3)高淬透性合金渗碳钢(18Cr2Ni4WA20Cr2Ni4)(1)低淬透性合金渗碳钢(20Mn220Cr)(2)中淬透性合金渗碳钢(20CrMnTi20CrMnMo20MnTiB)常用的合金渗碳钢分类讨论题：低淬透性渗碳钢、中淬透性渗碳钢、高淬透性渗碳钢，成分有何区别（从合金元素含量，种类方面考虑）？为什么？课堂讨论与思考选择题1：汽车变速箱齿轮选择哪种材料制造。A20B20Mn2C20CrMnTiD18Cr2Ni4WA选择题2：坦克的主动牵引齿轮尺寸大，负荷高，选择哪种材料。A20B20Mn2C20CrMnTiD18Cr2Ni4WA课堂思考题

四、合金调质钢Cr,Ni,Mn,Si,B

40Cr，35CrMo

1.典型牌号2.成分特点3.热处理特点：淬火＋高温回火（调质处理）

3.热处理特点碳含量：0.3～0.5％（中碳）Mo,W:(微量）防止第二类回火脆性

提高淬透性

提高强度和塑性韧性

V(微量）

：细化晶粒第四章工程材料基础中碳+合金元素合金元素主要合金元素微量元素如果制造轴，调质处理，轴颈：表面淬火+低温回火4分类和牌号及应用

（1）低淬透性合金调质钢40Cr40MnB（2）中淬透性合金调质钢35CrMo38CrSi（3）高淬透性合金调质钢38CrMoAlA40CrNiMoA常用牌号：40Cr40MnB35CrMo应用：用于制造截面尺寸较小或者载荷较小的零件，如连杆螺栓、机床主轴等应用：用于制造截面尺寸较大或者载荷较大的零件，如火车发动机曲轴、连杆等应用：用于制造截面尺寸大或者载荷大的零件，如精密机床主轴、汽轮机主轴、航空发动机曲轴和连杆等第四章工程材料基础下料→锻造→正火→机加工→调质→精加工→成品例1：汽车发动机连杆螺栓第四章工程材料基础高强度和良好的塑性韧性组合的优良综合性能选择40Cr钢制造汽车连杆螺栓工艺路线如下例2：40Cr钢制内燃机曲轴工艺路线服役条件：承受气缸周期性气体压力变化，曲柄连杆机构的惯性力、扭转和应力及扭转振动与冲击力、轴颈处磨损高的疲劳强度、防止轴的疲劳断裂优良的综合性能，即较高的屈服强度、抗拉强度和较好的塑性和韧性轴颈处具有高硬度、高耐磨性高温和腐蚀介质中的轴具有高的蠕变抗力和耐腐蚀性能第四章工程材料基础对曲轴的性能要求表层：中碳M回＋A

（少量）心部：S回

轴颈处性能：表硬、心韧轴的其他部位性能：良好的综合力学性能下料→锻造→正火→机加工→调质→半精加工→轴颈处感应淬火＋低温回火→精磨→成品最终组织和性能轴颈处组织：回火索氏体曲轴工艺路线如下选材：40Cr第四章工程材料基础高强度钢的发展——低碳马氏体钢的研发和应用铁人”王进喜的钻井队采用的就是“低马”钢制造的钻井工具。低碳马氏体钢制造的钻井工具重量轻，尺寸小，效率高，寿命长，工人劳动强度低。新中国成立和建设初期，面临国际西方国家对我们的经济封锁。上世纪50年代，石油被誉为“工业血液”；钢铁是“工业脊梁”。铁人精神西迁精神我校周惠久院士从“淬火强化”和“多合金元素强化”出发，利用淬火、回火，创立“低马”高强钢，发挥材料的强度、塑性和韧性。低碳合金钢：淬火+低温回火中碳钢调质钢代替用20SiMnMoV代替35CrMo制造石油钻井的吊环，吊环的重量由“原来的97kg减小到29kg”选材举例周惠久院士35CrMo第四章工程材料基础“低碳马氏体”钢获国家科技进步奖一等奖。应用于石油钻采机具轻型吊卡，寿命是苏联同类产品的1.5倍，并且重量减少了2/3，降低工人劳动强度。第四章工程材料基础老前辈科学家（周惠久院士）寄语青年学子弹簧钢和轴承钢（线上学习+完成学习任务）混合式教学弹簧：高弹性极限，疲劳强度，足够的塑性韧性滚动轴承：高接触疲劳强度、高硬度和高耐磨性，一定的耐蚀性第四章工程材料基础学习要点：性能要求，成分特点，热处理，工艺路线轴承被称为“工业关节”机械设备的储能-释放能量部件；另有起到缓冲和吸收震动在国防事业上——滚动轴承是必备的军备物资。没有轴承，导弹不能升空、飞机不能上天、军舰不能出海、坦克无法出击......轴承在许多军事装备中，都是重要或者核心零部件。在战争中，轴承制造厂是列入重点打击的目标之一；冷战时期，轴承专用设备曾是发达国家对敌对国家实行经济封锁的禁运物资之一。至今，很多轴承产品和技术仍被许多军事大国列入技术封锁的范畴。轴承对国家工业和国防的重要性机器转动的必要零件课堂练习题120CrMnTi适合制造以下哪种零件A大桥B机床主轴C汽车变速箱齿轮D车刀2Q355钢号中的355代表什么？3精密机床主轴选择哪种钢材制造A40CrB20C60DT8第三节合金工具钢加工原材料产品第四章工程材料基础第三节合金工具钢

一、合金工具钢的分类及编号量具钢模具钢刃具钢合金工具钢

1.分类

2.牌号

数字＋合金元素符号＋数字

↓

↓

碳的平均质量的千分数合金元素平均质量百分数

(Wc

1.0%不标碳含量，如Cr12MoV9SiCr第四章工程材料基础二、刃具钢1)刃具的服役条件

弯曲或扭转应力;剧烈摩擦,发热;冲击;震动2)刃具的常见失效方式

卷刃；崩刃；刀刃磨损；刀体折断

1.

刃具的服役条件、失效方式及性能要求3)对刃具的性能要求

高硬度，高耐磨；足够的强、韧性；高速切削时高的红硬性用于切削加工的工具。刀具刃口温度在600

仍保持60HRC的硬度，称为红硬性或者热硬性.第四章工程材料基础

2.典型合金刃具钢及其热处理（一）高碳低合金刃具钢(1)典型牌号：9SiCr，CrWMn，9Mn2V(2)成分特点

高碳，Wc为0.85-1.1%

合金元素：Si,Cr,Mn,W,V提高淬透性,提高回火抗力，强化马氏体形成碳化物细化组织降低脆性第四章工程材料基础(3)热处理：预先热处理：球化退火,

最终热处理：淬火＋低温回火

T10、Cr钢、9SiCr钢的硬度与回火温度的关系

在相同的回火温度下，合金工具钢的硬度高于碳素工具钢的硬度回火抗力大小顺序：9SiCr、Cr钢、T10第四章工程材料基础(4)组织：M回+粒状碳化物＋A残（少）(5)用途：低速切削刃具，如丝锥、板牙、绞刀、刮刀、拉刀、铣刀、车刀、钻头第四章工程材料基础（二）高速钢（高碳高合金刃具钢）(1)典型牌号：W18Cr4V(18-4-1)

W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)(2)成分特点

高碳：0.7%～0.9%

合金元素：Cr，W，Mo，V

用于制造高速切削的钢种。切削速度大于40m/min.提高淬透性，抗脱碳提高回火抗力，提高抗氧化能力和耐蚀性

提高回火抗力，保证红硬性

形成VC提高红硬性，

细化组织第四章工程材料基础(3)热处理工艺：预先热处理：球化退火，最终热处理：淬火(1280C)＋回火温度(550-570C)

(4)制造高速钢刀具的工艺路线（

W18Cr4V

）

下料→锻造（三镦三拔）→球化退火→机加工→淬火（极高温度1280℃）＋回火（3次）→精磨→成品第四章工程材料基础锻造（大的锻压比、三墩三拔）

打碎粗大的碳化物,提高强度、塑性、韧性

W18Cr4V的铸态组织（粗大碳化物、共晶组织），硬而脆第四章工程材料基础三次回火（550-570C

）

减少残余奥氏体（A

<5%）二次硬化效应，保证红硬性

W18Cr4V的硬度与回火温度的关系最佳回火温度第四章工程材料基础W18Cr4V钢的热处理工艺规范图球化退火淬火回火三次第四章工程材料基础(5)组织：球化退火后

球状珠光体

淬火后回火后M回

＋粒状碳化物＋A

M

＋

粒状碳化物＋

A

W18Cr4V钢淬火组织×500W18Cr4V钢回火组织×500第四章工程材料基础(6)用途主要用高速钢制造高速切削刃具，如车刀，刨刀，铣刀，钻头等

也可以用来制造冷热变形模具等第四章工程材料基础形状复杂的零件的加工?或者形状简单数量极大的零件采用模具加工第四章工程材料基础

三、模具钢冷作模具:冷拉模,冷镦模,冷挤压模等热作模具:热锻模,热轧辊,热挤压模等模具用于压力加工的工具（少数是拉力）。轧钢机的轧辊采用热模具钢制造汽车车身的冷成型模具用冷模具钢制造1)服役条件

挤压;摩擦;冲击;震动等2)常见失效方式

磨损；断裂；疲劳等

1.冷模具钢3)性能要求

高硬度，高耐磨；足够的强、韧性第四章工程材料基础4)典型牌号：Cr12MoV（高铬钢）5)成分特点（高碳高铬）

高碳：1.45%～1.70%,

形成碳化物，提高硬度合金元素：Cr,Mo,V

↓

↓

↓提高淬透性提高耐磨性

细化组织降低脆性提高淬透性提高回火稳定性

6)热处理特点：球化退火（预先热处理），淬火＋低温回火（最终热处理）第四章工程材料基础7）组织：回火马氏体+粒状碳化物+残余奥氏体（少量）8）应用：制造冷切剪刀、圆锯、切边模、滚边模、封口模、拉丝模等

2.热模具钢1)服役条件

挤压；摩擦；交变温度；冲击；震动等拉丝模热加工第四章工程材料基础2)常见失效方式

磨损；断裂；热疲劳（龟裂）等3)性能要求

高淬透性;高硬度，高耐磨;足够的强、韧性;高回火稳定性;高热疲劳抗力;高导热4)典型牌号：5CrNiMo中碳合金工具钢第四章工程材料基础中碳：

Wc：0.5～0.6%,良好的强度韧性、导热性合金元素：CrNiMo

↓↓↓提高淬透性,提高回火稳定性

防第二类回火脆，细化组织提高强度，韧性

6)最终热处理特点：淬火＋高温回火（560-580C）（3次）8）应用：热压模、热锻模等7）微观组织：回火托氏体+回火索氏体混合物第四章工程材料基础5)成分特点第四章第四节

特殊性能钢/合金耐腐蚀（各类腐蚀介质）、耐高温（室温到~1000℃）耐磨性（剧烈冲击载荷下的耐磨，与工具钢不同）耐低温(在室温到

269℃的温度下工作）不锈钢耐热钢，耐磨钢低温钢教师主讲线上学习完成学习任务（随第四章作业交）课堂同伴学习+学习任务第四章工程材料基础耐腐金属不锈钢（5大类）耐蚀合金纯镍（锻造镍）（氯碱工业）镍铜合金（Monel合金）耐氢氟酸性能优异镍铬铁合金（Incole合金）高温、耐蚀、受力的环境下第四章工程材料基础(1)不锈钢的商业代码S1XXXX:铁素体型不锈钢（S11710）S2XXXX：铁素体-奥氏体型不锈钢（S22160）S3XXXX：奥氏体型不锈钢（S30408）S4XXXX：马氏体型不锈钢（S42030）S5XXXX：沉淀硬化型不锈钢（S51570）(2)牌号：两位数字+合金元素符号+数字含碳量的万分数合金元素的质量百分数06Cr18Ni10：含碳量0.06%，含Cr量：平均值18%，含Ni量：平均值为10%第四章工程材料基础

一、不锈钢低温钢耐磨钢耐热钢不锈钢特殊性能钢在自然环境或一定的工业介质中具有耐腐蚀性能的钢称为不锈钢。第四章工程材料基础工程零件腐蚀举例电化学腐蚀腐蚀发生局部，危害比化学腐蚀大金属腐蚀类型

化学腐蚀—金属失去电子和氧原子得到电子，金属离子和阳离子反应生产氧化物的过程,腐蚀过程无电流。

比如钢的高温氧化

电化学腐蚀—发生电化学反应的(过程中有电流产生)腐蚀,比如钢在酸、碱、盐等介质中腐蚀。

1.金属电化学腐蚀原理及防止措施第四章工程材料基础钢管腐蚀金属板的腐蚀珠光体的电化学腐蚀a)电化学腐蚀原理b)腐蚀结果示意图

在电解质溶液中构成微电池金属各部分有电极电位差电化学腐蚀条件电极电位高电极电位低电极电位低铁素体被腐蚀；电极电位高的Fe3C没有腐蚀第四章工程材料基础什么因素导致钢中存在电极电位差？消除（减小）电极电位差的措施？第四章工程材料基础发生电化学腐蚀的关键：材料组织中存在电极电位差以钢为例使钢处于单相状态防止电化学腐蚀的措施减小两相的电极电位差

在钢的表面形成致密的氧化膜覆盖表面，保护内部不受腐蚀。形成稳定的碳化物和金属间化合物如加入大量Cr得到单相铁素体;加入大量Ni得到单相奥氏体；如Fe中含Cr量大于12.5%,即可明显提高铁素体的电极电位，减小与渗碳体间的电极电位差如Cr、Si、Al等元素可形成致密的氧化膜。加入Nb、Al、Mo、Ti等元素，防止晶间腐蚀和提高强度第四章工程材料基础

二常用不锈钢1马氏体不锈钢(热轧空冷后得到M)

2)典型牌号：12Cr13,20Cr13,30Cr13,40Cr13按照正火组织分类马氏体不锈钢铁素体不锈钢奥氏体不锈钢沉淀硬化型不锈钢奥氏体-铁素体不锈钢1）成分：Wc:0.1-1.0%;Cr:12-18%第四章工程材料基础含碳量的万分数12Cr13添加13%的Cr牌号的含义结构钢汽轮机叶片工具钢医疗器械，刃具

3)用途12Cr13,20Cr1330Cr13,40Cr13

(3)热处理特点:12Cr13,20Cr13,30Cr13,40Cr13淬火高温回火淬火低温回火

(4)组织：S回

M回

(5)性能特点：强度塑性韧性良好，一定的耐蚀性硬度高、耐磨性好，一定的耐蚀性强度与塑性韧性配合汽轮机叶片（20Cr13）手术刀（40Cr13）硬度和耐磨性空气冷却就可以得到马氏体第四章工程材料基础课堂思考题马氏体不锈钢:12Cr13,20Cr13,30Cr13,40Cr13为什么空冷就能获得马氏体？在C曲线上画出20Cr13空冷冷却速度线。

2铁素体不锈钢(正火后基本上是单相F)

(2)典型牌号：10Cr17,06Cr13

(3)热处理特点:退火或正火态下使用

(4)组织：铁素体（F）（1）成分：Wc<0.15%,Cr:12-30%（低碳高铬）

第四章工程材料基础(6)用途：硝酸、磷酸工业用零构件等，如硝酸吸收塔、磷酸槽等(5)性能特点：耐蚀性、塑性、焊接性优于马氏体不锈钢,较低的力学性能，低的强度。第四章工程材料基础这些零件的特点是：抗腐蚀性强，受力不大3奥氏体不锈钢(奥氏体状态下使用)(2)典型牌号：06Cr19Ni10,12Cr18Ni9,06Cr19Ni10Ti(3)热处理与室温组织快冷（固溶处理）：A（单相）缓冷：A+F+(Cr,Fe)23C6（多相组织）（1）成分：Wc<0.12%,Cr:17-25%,Ni:8-29%.18-8不锈钢第四章工程材料基础商业代号：304,316(4)性能特点：耐蚀性好、高的塑性、低温韧性高，焊接性能好，无磁性。奥氏体单相组织第四章工程材料基础优异的耐腐蚀性能奥氏体不锈钢单相奥氏体的获得：加热(1100C)保温一定时间,

水冷到室温获得单一奥氏体(5)用途：应用最为广泛，比如国防军工、核电领域、化工等工业中的机械零件和构件。

奥氏体不锈钢具有优异的低温性能，还可以作为低温钢使用（可以用到-269C）第四章工程材料基础奥氏体不锈钢的缺点：容易发生晶间腐蚀沿着奥氏体晶界腐蚀，腐蚀裂纹向内部扩展，导致零件断裂。(6)奥氏体不锈钢的晶间腐蚀问题晶间腐蚀产生的裂纹晶间腐蚀的原因是什么？第四章工程材料基础原因：晶界附近的铬原子与碳在晶界处形成的碳化物，造成晶界附近贫铬，使该处电极电位降低，从而易受腐蚀不锈钢的晶界贫铬和晶间腐蚀示意图1—晶界2—铬含量3—化学稳定的最小含铬量4—析出的碳化物5—晶界附近的贫铬区（阳极）6—晶内（阴极）(7)奥氏体不锈钢晶间腐蚀的原因及其防止措施第四章工程材料基础降低碳含量，如06Cr19Ni10、022Cr9NI10加Ti或Nb,形成TiC或NbC而不形成铬的碳化物，如06Cr19Ni10Ti进行固溶处理或退火处理，使Cr在奥氏体中分布均匀，从而加以消除晶间腐蚀的防止措施第四章工程材料基础固溶处理：获得单相奥氏体

冷变形、焊接后需去应力退火,

降低内应力和防止应力腐蚀(8)热处理特点第四章工程材料基础双相不锈钢，沉淀硬化不锈钢为自学内容不锈钢在港珠澳大桥的应用港珠澳大桥使用的是2304双相不锈钢钢筋，用于承台、塔座和墩身传统不锈钢在低氧、高盐度海洋环境性能可靠性不足，港珠澳大桥的工程设计人员选择双相不锈钢钢筋。双相不锈钢钢筋以前完全依赖进口，价格昂贵。“太钢”（现属于宝武集团）攻克了双相不锈钢钢筋的生产技术，为港珠澳大桥提供了8000多吨不锈钢2020年习近平总书记考察“太钢”第四章工程材料基础“百炼钢做成了绕指柔”“手撕钢”是一种宽幅软态不锈钢箔，属于不锈钢板带领域中的高端产品。与常规不锈钢薄板不同，不锈钢精密带钢是指特殊极薄规格的冷轧不锈带钢，其厚度一般在0.05—0.5毫米之间，0.05毫米以下则称为不锈钢箔。习近平总书记考察“太钢”称赞道手撕钢”已经应用到柔性显示屏、柔性太阳能组件、传感器、储能电池等高科技领域。手撕钢:厚度0.02mm（太钢目前可做到0.015mm厚度）2021年2月22日第四章工程材料基础耐热钢和耐磨钢：采用线上学习和完成学习任务。（学习任务资料已经在课程群里）第四章工程材料基础低温钢：课堂同伴学习商量和讨论和交流，完成学习任务1能口述低温钢工作的温度范围和主要的领域（至少说出3-4个具体领域）。2低温钢的主要性能指标是

和

。3低温钢的成分：对低温性能有害的元素主要是

和

，对低温性能有益的元素是

和

。4比较体心立方和面心立方两种晶体结构的金属的低温韧性的优劣。5写出常用的低温钢种

，

，

。6写出可以用于-269℃的低温钢：

。课堂同伴学习（讨论，互助）

（

估计用时10分钟，P139，P143）二耐热钢锅炉管的高温氧化腐蚀在高温下具有热稳定性和热强性的钢种。第四章工程材料基础2.成分特点：在不锈钢的基础上，加入提高强度、

形成致密氧化膜的元素

2.成分特点高的抗高温氧化能力高的高温强度（蠕变强度、持久强度）

1.性能要求Cr、Ni、W、Mo：固溶强化，形成单相组织，提高强度和再结晶温度V、Ti、Nb、Al：形成稳定的碳化物和金属间化合物，提高合金的高温强度Cr、Si、Al:形成致密的氧化膜第四章工程材料基础

3.常用耐热钢1)典型牌号

S回

2)热处理特点：淬火(1000～1100℃)

＋高温回火(650～800℃),42Cr9Si2(旧Cr9Si2）（气阀钢）15Cr12WMoV（旧Cr12WMoV）（叶片钢）（1)马氏体型耐热钢

淬透性好，空冷就可以得到马氏体抗氧化性能好、蠕变抗力高，主要用于制造温度低于750C的发动机的排气阀。在500C以下具有良好的蠕变抗力和良好的消振性。最宜制造汽轮机叶片。第四章工程材料基础3)性能特点：良好的高温强度4)应用：汽轮机叶片,发动机排气阀等1)典型牌号:12Cr13Si3、12Cr13Si3、12Cr13SiAl（2)铁素体型耐热钢2)热处理特点：正火处理（700～800℃加热空冷）,F第四章工程材料基础3)性能特点：良好抗高温氧化性，高温强度低、焊接性能差、脆性大。4)应用：高温下受力不大的零件，如加热炉构件，炉底板、挂件等（3)奥氏体型耐热钢1)典型牌号:

07Cr19Ni11Ti,16Cr20Ni14Si2A2)热处理特点：固溶处理（1000～1150℃加热水冷或油冷）,微观组织：单相奥氏体+析出第二相第四章工程材料基础3)性能特点：良好抗高温氧化性、热强性，高的塑性和冲击韧性，良好的焊接性能和冷成型性能。4)应用：主要用于制造工作温度在600-800C间的高压锅炉的过热器、汽轮机叶片、叶轮发动机气阀等重要零件。如果工作温度超过800C，用什么合金呢？镍基高温合金第四章工程材料基础

三、耐磨钢

如坦克履带板、挖掘机斗齿、铁路道岔、冲击钻头等工况抗冲击、耐磨损

ZGMn13（高锰钢）

1.服役条件

2.性能要求

3.典型牌号THEEND冲击、压力、摩擦和磨损第四章工程材料基础

4.热处理特点

高锰钢1000℃加热水淬组织图

水韧处理(固溶处理)

1060～1100℃水冷,A

5.性能特点良好的抗冲击磨损性，源于加工硬化和应力诱发马氏体（高碳马氏体）THEEND

如坦克履带板、挖掘机斗齿、铁路道岔、冲击钻头等工况6应用得到单一的奥氏体相第四章工程材料基础

四、低温钢

低温钢

—用于工作温度在0℃以下的零件和构件的钢种

2.影响金属低温韧性的主要因素面心立方，低温韧性高体心立方，低温韧性低1)晶体结构有害元素：C、P、Si，提高韧脆转变温度2)化学成分低的韧脆转变温度高的低温韧性

1.性能要求有益元素：Ni、Mn，降低韧脆转变温度冷冻，制氧，石油液化气，液氮，液氢，液氧、高寒地带等领域第四章工程材料基础3)组织方面：细晶粒，低温韧性好合金元素对韧脆转变温度的影响Mn,Ni:有利于低温韧性4)工艺状态:高温回火态最好(S回),

冷轧态最差(加工硬化，残余内应力)第四章工程材料基础3常用低温钢奥氏体不锈钢低碳镍钢低碳锰钢

－269℃－196℃－70℃06Cr19Ni1012Cr18Ni94应用低温压力容器用低合金钢板，如制氧设备、液化石油气设备、航天工业中高能推进器的液氢、液氧的贮存容器等领域。WNi：9%09MnNiDR09Mn2VRE第四章工程材料基础