《汽车应用材料》-10-情境2汽车用钢铁材料-合金钢-合金工具钢和特殊性能钢

09四月2026问题回顾一、合金钢的优点：（1）高强度高韧性（2）高的淬透性及回火稳定性（3）特殊性能二、常用合金结构钢

1．低合金高强度钢——Q345（16Mn）——汽车纵（横）梁

2．合金渗碳钢——20CrMnTi——汽车变速齿轮

3.合金调质钢——40Cr——汽车曲轴、连杆

4.合金弹簧钢——60Si2Mn——汽车板簧

5.滚动轴承钢——GCr15——汽车油泵柱塞、喷油嘴09四月2026用途：重要的加工工具，

如刃具、量具和模具等。尺寸较大、形状较复杂

精度较高的模具、量具切削速度较高的刀具。模具刃具量具2.4.3合金钢工具钢09四月20262.4.3合金工具钢1．合金刃具钢

2．合金模具钢

3.合金量具钢09四月2026用途——制造切削速度较高（最高工作温度小于300℃）形状比较复杂，截面尺寸较大、精度要求较高的切削刀具。如：丝锥、板牙、铰刀、铣刀等。1.合金刃具钢丝锥板牙扳手铰刀——低合金刃具钢09四月2026

工作条件①刀具在工作时，刃部要受很大应力；②刃部与切屑、刃部与工件之间要产生严重的摩擦、磨损；③在摩擦的同时，要产生大量的“切削热”，而使刃部温度升高；④刃部还要受到较大的冲击和振动。①

高硬度（比被切削材料要硬）：＞60HRC②高耐磨性：耐磨性高，则既锋利又耐用，使用寿命长；③高的热硬性及回火稳定性。

热硬性——受热仍保持高硬度的能力。300度④足够的强韧性：以免受冲击而断裂或崩刃。

性能要求1.合金刃具钢——低合金刃具钢09四月2026第4章钢铁材料成分特点：低合金(WMe

<5%)高C(Wc=0.8-1.5%)保证钢的硬度和耐磨性Cr、Mn、Si、W、V①

提高淬透性：Cr、Mn、Si

②提高回火稳定性：Si、Cr

回火稳定性提高，可使该钢在200-300℃回火，仍能达到＞60HRC，保证具有一定的热硬性（在300℃工作时仍很硬）③提高耐磨性：W、V

热处理特点①预先热处理——球化退火：降低硬度，改善切削加工性；②最终热处理——淬火+低回：保证高硬度和耐磨1.合金刃具钢——低合金刃具钢09四月2026第4章钢铁材料

热处理特点①预先热处理——球化退火：降低硬度，改善切削加工性；②最终热处理——淬火+低回：保证高硬度和耐磨1.合金刃具钢——低合金刃具钢9SiCr钢制板牙的热处理工艺曲线09四月2026

常用低合金刃具钢

9SiCr——具有较高的淬透性、硬度和耐磨性，应用最广。常用于制造丝锥、板牙、铰刀等。CrWMn——微变形钢，具有高的淬透性、更高的硬度和耐磨性。其硬度可达到64~66HRC。用于截面较大、耐磨、变形要求更小的刀具（长丝锥、长铰刀等精密刀具）长丝锥长铰刀1.合金刃具钢——低合金刃具钢09四月2026第4章钢铁材料用途——高速切削刀具。切削加工高速钢型材1.合金刃具钢——高速钢高速钢成形铣刀09四月2026第4章钢铁材料提高热硬性、回火稳定性及耐磨性（W、Mo）提高淬透性（Cr）提高硬度、耐磨性（W、Mo、Cr、V）细化晶粒（V）

典型钢种：

W18Cr4VW6Mo5Cr4V2

成分特点：

高碳（wC=0.70~1.65%）高合金（＞10%）

风钢锋钢1.合金刃具钢——高速钢保证钢的硬度、耐磨性和热硬性白钢09四月2026成型改善碳化物锻造高速钢铸态组织工艺及热处理特点：1.合金刃具钢——高速钢09四月2026球化退火消除锻造应力均匀破碎后的碳化物降低硬度，便于加工为淬火、回火做组织准备[W18Cr4V钢退火工艺][退火组织（索氏体+颗粒状碳化物）]1.合金刃具钢——高速钢09四月2026机加工需预热淬火温度高——1280℃多种冷却方式淬火回火：需560℃三次回火磨削白钢1.合金刃具钢——高速钢09四月2026回火M+粒状碳化物+少量A'M回+颗粒状碳化物+A’（少量）

淬火后组织:[M+碳化物+A']

使用状态下组织:M+碳化物+A’1.合金刃具钢——高速钢09四月2026第4章钢铁材料插齿刀仿型铣刀铣刀齿轮滚刀应用

——高速切削刃具：车刀、钻头、铣刀等1.合金刃具钢——高速钢

W18Cr4V——热硬性高，但韧性差；

适于车刀、铣刀、齿轮刀具等厚刃刀具。09四月2026第4章钢铁材料应用

——高速切削刃具：车刀、钻头、铣刀等1.合金刃具钢——高速钢

W6Mo5Cr4V2——热硬性稍差，但韧性高；

适于麻花钻等薄刃刀具。孔钻麻花钻圆锯片09四月2026第4章钢铁材料

用途——使金属在冷态（常温）下成型的模具。工作温度＜200-300℃

例：冲孔落料模、弯曲模、拉伸模、冷挤压模。冷镦模具冷冲模2.合金模具钢——冷作模具钢09四月2026第4章钢铁材料高的硬度（58-62HRC）、耐磨性——保证模具的尺寸和使用寿命足够的韧性和疲劳强度——避免模具多次冲击下发生疲劳破坏良好的淬透性——适合大尺寸模具；变形小，保证模具的精度

由于在冷态成型，材料变形抗力较大，故刃口部分受强烈的摩擦挤压（模具和坯料之间）受冲击载荷

性能要求

工作条件2.合金模具钢——冷作模具钢09四月2026

成分特点

高碳：（WC=1.0-2.0%），以保证高硬度和高耐磨性；

高（中）铬：Cr、Mo、W、V

热处理特点提高淬透性、回火稳定性、硬度和耐磨性预先热处理——球化退火：降低硬度，改善切削加工性；2.合金模具钢——冷作模具钢一次硬化法：低温淬火+低温回火（980℃淬160-180℃回

）最终热处理二次硬化法：高温淬火+高温回火（1100℃淬（510-520℃回

）耐磨性、韧性较高，变形小，用于重载模具韧性较差，用于在400-500℃条件下工作的模具09四月2026第4章钢铁材料

常用钢种（Cr12型）Cr12（D3）、Cr12MoV——大型、重载、复杂、高精度的模具.汽车外板冷冲模Cr12钢Cr12Mo1V1

（D2）——代替Cr12MoV钢制造大型复杂的冷作模具

2.合金模具钢——冷作模具钢Cr12MoV——24元/kgCr12Mo1V1——85元/kg09四月2026第4章钢铁材料用途——使金属在热态（加热或液态）下成型的模具。工作温度＞600℃

如：热锻模、热挤压模、压铸模热锻模压铸模热挤压模2.合金模具钢——热作模具钢09四月2026模腔受热应力的作用；受强烈的摩擦和挤压；较大冲击载荷及强烈的冷热循环

性能要求

工作条件高的热硬性和耐磨性；高的高温强度和足够的韧性；高的抗热疲劳能力和抗氧化性；良好的导热性，以保证模具型腔表面的热量尽快传导外散。2.合金模具钢——热作模具钢

成分特点

①

中碳（0.25%～0.50%）

②

Me（Cr、Mn、Ni、Si、Mo、W、V）

保证较好的强韧性配合

提高强度、韧性、淬透性、抗热疲劳性和回火稳定性

热处理特点预先热处理：完全退火，改善锻造组织和切削加工性，消除锻造应力最终热处理：淬火+

高回——S回中回——T回

硬度达40-50HRC2.合金模具钢——热作模具钢模具的燕尾部分回火温度应高些，硬度一般为30~39HRC。09四月2026第4章钢铁材料5CrMnMo、5CrNiMo——韧性高、热硬性不太高的热锻模3Cr2W8V——热挤压模或压铸模汽车四缸压铸模常用钢种及应用2.合金模具钢——热作模具钢09四月2026第4章钢铁材料用途——使塑料制品成型的模具。2.合金模具钢——塑料模具钢09四月2026

常用牌号及应用3Cr2Mo（P20）——是我国自行研制的专用塑料模具钢如：电视机的外壳、洗衣机面板盖等大型塑料模具。

用途——主要用于中小型或大型复杂、精密塑料模电视机的外壳电视机的外壳塑料模具2.合金模具钢——塑料模具钢09四月2026第4章钢铁材料

用途——形状复杂、精度要求高的测量工具

卡尺、千分尺；块规、塞规；量块等

3.合金量具钢

量具09四月2026高硬度（62-65HRC）

、高耐磨性一定的韧性，防止撞击与折断高尺寸稳定性性能要求

工作条件——受力小，但摩擦、磨损严重。

成分特点——高C、低合金元素（

Cr、、W、Mn）含量

量具

热处理——保证量具的精度和尺寸稳定性。

常用钢种——CrWMn、9SiCr、GCr15

3.合金量具钢

保证高硬度、耐磨性提高淬透性，减小变形稳定化处理冷处理+人工时效09四月20262.4.4特殊性能钢1．不锈钢

2．耐热钢

3.耐磨钢09四月2026【案例引入】第一次世界大战前夕，英国冶金专家亨利·布列尔准备研制一种耐磨、耐高温的枪膛钢材，但实验没有成功，他只好失望地把这些钢材抛在废铁堆里。一天，实验人员准备清理废铁堆，在搬运时，人们发现这堆被腐蚀的钢件中，有几块闪闪发亮，为什么这几块钢没有出现锈迹？布列尔把没有锈迹的钢件拣出来进行详细研究，结果表明：含碳0.24%、含铬12.8%的铬钢在任何情况下都不易生锈。于是布列尔用这种钢材制成了“不锈钢”餐刀，至此从垃圾堆中偶然发现的不锈钢风靡全球，亨利·布列尔被誉为“不锈钢之父”。

09四月2026

金属腐蚀的概念（1）化学腐蚀——金属在非电解质溶液中与周围介质发生纯化学反应而产生的腐蚀：钢加热时表面产生的氧化皮腐蚀——指金属表面受到周围介质作用而逐渐破坏的现象例：A.在潮湿的空气中

钢铁表面红褐色的“铁锈”；铜表面出现“绿铜”；B.加热时钢材表面产生氧化皮。特点：在金属表面产生一层膜

1.不锈钢——在腐蚀介质中具有抗腐蚀能力的钢氧化皮:是钢铁在高温下发生氧化作用而形成的腐蚀产物，由内向外依次为：氧化亚铁、四氧化三铁、三氧化二铁。氧化铁09四月2026电化学腐蚀过程示意图(c)(b)(a)（2）电化学腐蚀——金属在电解质溶液中，伴有电流产生的腐蚀。

原因：金属在腐蚀介质中形成原电池。低电位的Fe板因失去电子变为Fe离子被腐蚀；高电位的Cu板受到保护。1.不锈钢——在腐蚀介质中具有抗腐蚀能力的钢09四月2026

危害：零件性能变坏，精度降低，寿命变短，甚至报废。

防止：A.钢中加入Cr、Al、Si等合金元素，在金属表面形成

致密的、稳定的钝化膜

B.让金属在室温呈单相固溶体组织，使其形不成原电池。C.若是双相，加入合金元素，提高基体的电极电位，力

求使两相电极电位接近，来提高其耐腐蚀性实践证明：当钢中WCr＞13%时，可以钢不生锈！D.覆盖层保护:涂漆、电镀、发蓝、磷化、喷塑、黄油等工艺。电镀SLR车模1.不锈钢09四月2026

常用不锈钢

F不锈钢

M不锈钢——Cr不锈钢A不锈钢——Cr-Ni不锈钢1.不锈钢——在腐蚀介质中具有抗腐蚀能力的钢09四月2026马氏体不锈钢（Cr13型）

A.典型钢种——1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13

B.成分——WC=0.1-0.4%，最高可达0.9%WCr=13%，最高可达18%C.性能——随着含碳量的增加，强度、硬度增加，但耐腐蚀性降低。D.用于——抗腐蚀性不高，而强度、硬度要求高的件。3Cr13、4Cr13——医疗器具、量具、弹簧、轴承及日常用品；1Cr13、2Cr13——气轮机叶片、各种阀门等

气轮机叶片水压机阀门1.不锈钢09四月2026发动机叶片航空发动机汽轮机叶片汽车阀门09四月2026铁素体不锈钢（Cr17型）

A.典型钢种——1Cr17、1Cr17Mo、1Cr28；0Cr13Al、00Cr30Mo2

B.成分——WC≤0.12%

，

WCr=16-18%、最高30%（高Cr）C.性能——因WC低，故耐腐蚀性、塑性、焊接性都比M不锈钢好，但强度低

D.用于——受力不大，而耐腐蚀性较高的零件

如：建筑装饰、家用餐具、化工设备、管道、食品厂设备等。

天然气输送管道1.不锈钢09四月2026奥氏体不锈钢（18-8型Cr-Ni）

A.典型钢种——0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti；

B.成分——WC≤0.15%

（低碳），

WCr=18%（高铬），WNi=8-11%（较高镍）C.性能—耐腐蚀性、塑性、韧性焊接性都较高，但强度低，晶间腐蚀倾向大

A不锈钢无磁性，可用于抗磁仪表、电器等零件，不受磁场的影响。

D.用于——在腐蚀性介质中工作的零件如：耐酸容器、管道、化工设备以及抗磁仪表等1.不锈钢——在腐蚀介质中具有抗腐蚀能力的钢09四月2026类别典型钢号热处理性能特点应用M型Cr13型1Cr132Cr13淬火+高回(调质，S回）在氧化性介质中耐蚀耐蚀性、机械性能较好抗弱腐蚀介质并承受冲击的零件3Cr134Cr13淬火+低回(M回）力性(强度和耐磨性)提高，耐蚀性、塑性、焊接性能降低.耐磨零件(量具、轴承)医疗器械(手术工具)F型Cr17型1Cr170Cr13Al1Cr17Ti不能热处理强化具有较好的塑性，强度不高，扛大气、耐酸能力强，高温抗氧化性好(＜700℃)

耐酸结构、抗氧化钢（硝酸工厂设备）（食品工厂设备）A型18-8型1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti形变强化固溶处理(A+碳化物）耐蚀性、耐热性很好；无磁性；塑、韧性、焊接性能好强度、硬度很低。化工设备及管道；抗磁仪表、医疗器械。常用不锈钢09四月2026M不锈钢WCr=13%耐腐蚀性差价格最低力性最好F不锈钢WCr=16-18%耐蚀性较高价格较高力性稍差A不锈钢WCr=18%耐蚀性最好价格最高力性较高综上：钢中WCr＞13%时，才能使不锈钢不锈！不锈钢在汽车上用于制作空气压缩机阀片、化油器针阀、外装饰件空气压缩机阀片化油器针阀——小结1.不锈钢09四月20261.不锈钢——在腐蚀介质中具有抗腐蚀能力的钢09四月20262．耐磨钢

在强烈的冲击和巨大的压力下，才能产生硬化的钢。

成分（ZGMn13）

A.极易冷变形强化，不宜切削加工，一般在铸态下成型B.铸态组织中有大量的网状K，硬而脆，不能直接使用。

特点

高碳：WC=0.9-1.5%，保证获得高的硬度和耐磨性。高锰：WMn=11-14%，保证获得塑韧