机械制造基础11-1

1、机械制造基础,吴小娟,目录,第一篇 工程材料 第二篇 热成形工艺基础 第三篇 冷成形工艺,第一篇 工程材料与热处理基础,第一章 金属材料的性能 第二章 金属的晶体结构与结晶 第三章 铁碳合金 第四章 钢的热处理 第五章 常用金属材料,第一章 金属材料的性能,1.材料的分类 2.金属材料的性能,1.材料的分类,工程上使用的材料有机械工程材料、土建工程材料、电工材料、电子材料。按属性分类： 一金属材料：钢、铸铁、有色金属 二高分子材料：塑料、橡胶、合成纤维 三陶瓷材料:普通陶瓷、特种陶瓷 四复合材料,2.金属材料的性能,一机械性能,低碳钢的拉伸过程分三个阶段：弹性变形、塑性变形和断裂阶段。,(一)

2、塑性,1.定义：金属材料在外力作用下产生塑性变形而不断裂的能力。,2.塑性通常用伸长率，断面收缩率表示。 =（L1 L0）/ L0100% =（F0F1）/ F0100% 、越大，塑性越好。,(二)刚度,1.定义：金属材料在外力作用下抵抗弹性变形的能力。 2.弹性模数E：是衡量刚度大小的指标，其值等于在弹性变形范围内，应力与应变的比值。在相同外力作用下，E越大，则弹性变形越小，刚度越大。E只与材料的本性有关。 3.刚度除了与E有关，还与零件的形状、尺寸有关。,（三）强度,1.定义：强度是金属材料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。 2.屈服强度和抗拉强度 b是抗拉强度，是试样拉断前承受的最大

3、应力；s是屈服强度，是弹性变形转向塑性变形的明显标志；e是弹性极限。,低碳钢具有屈服阶段，对于其它无明显屈服现象的材料，如高碳钢、铸铁、铜、铝等，可用0.2（0.2残余塑性变形时的应力）代替屈服极限，称为名义屈服点。,(四)硬度,1定义：金属材料抵抗其他更硬的物体压入其内的能力。,2硬度类型：,布氏硬度（HB）：用于测定退火钢、有色金属、铸铁等材料硬度 HBS（450)、HBW(450650)。 洛氏硬度（HR）：用于测定淬火钢、调质钢、硬质合金等材料硬度 HRC(2067)、HRA、HRB 维氏硬度（HV）：用于测定材料表层硬度 （注：布氏硬度值和洛氏硬度值之间的关系大致为10HBS=1HR

4、C）。,3. 硬度实验 4硬度是一个重要的综合力学性能指标，反映了材料在小范围内抵抗变形和断裂的能力。,(五)冲击韧性,1定义：金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力。 2冲击韧性值k用来衡量冲击韧性的大小。 k 越大，韧性越好 3摆锤冲击实验 4强度、塑性均好的材料，韧性好。,(六)疲劳强度,1疲劳断裂：在交变载荷下工作的一些构件,所受应力虽然低于其屈服强度，但使用中往往突然断裂，这种现象称为疲劳断裂。,2. 疲劳强度-1：金属材料在无数次(钢 107有色金属108)重复交变载荷作用下不致引起断裂的最大应力,3. 疲劳强度实验,二物理性能 密度、熔点、热容、热膨胀性、导热、导电性、磁性。

5、三化学性能 耐腐蚀性、高温抗氧化性。 四工艺性能 铸造性能、可锻性、可焊性、热处理性能、切削加工性能。,作业 P12：2、5、8,第二章 金属的晶体结构与结晶,1金属的晶体结构 一.晶体与非晶体 晶体：原子沿三维空间重复排列成有序 结构（长程有序）。特点： 有序排列 物理性能各向异性 固定的熔点 非晶体：原子无序排列（短程有序）。,二晶体结构的基本概念,结点：原子的振动中心 晶格：用假想的线把结点连接而成的空间格子。 晶胞：从晶格中选取一个能够完全反映晶格特征的最小几何单元。 晶格常数：晶胞中各棱边的长度，单位是 (埃，10-10m或0.1nm) 晶面、晶向,三常见晶体结构类型：,体心立方，如

6、-Fe（ 0 912 ）、Cr、V、W、Mo等 面心立方，如-Fe（9121394 ） 、Al、Cu、Ni、Pb等 密排六方，如Mg、Zn、Be等 不同金属，晶体结构和晶格类型不同，因而性能不同；在同一晶体内，不同晶面和晶向上原子密度不同，因而性能不同（各向异性）。,四.晶体结构的致密度 晶胞中原子所占体积与晶胞体积之比,2实际晶体结构,1多晶体结构 单晶体内所有晶胞的晶格位向完全一致；单晶体需用特殊制备方法获得（如金属晶须、单晶硅）；单晶体具有各向异性。 实际金属是多晶体，是由各个晶格位向不同的小单晶（晶粒）构成的；多晶体性能各向同性。,2晶体缺陷 点缺陷：空位、间隙原子，导致晶格畸变，使强

7、度、硬度升高，塑性、韧性降低。,面缺陷：晶界，使晶体的强度、硬度、塑性、韧性提高（细化晶粒以提高材料性能），但晶界处熔点低，易腐蚀，且易聚集杂质原子。,线缺陷：位错，实际晶体中位错密度越大，晶体强度越高。,3金属的结晶,一.结晶 (一)结晶过程 1定义：液态金属在冷凝过程中，原子由无序到有序，金属由液态到固态即晶体的过程，叫结晶。,2冷却曲线及过冷度,实际结晶温度低于熔点，称为过冷，其差值为过冷度。 冷却速度越大，过冷度也越大。,3.结晶过程,结晶过程=晶核形成+晶核成长 晶核来源：自发形核、外来形核,树枝晶的成长,尖端处散热快，温度低，过冷度大，成长动力大，长得快，形成一次晶轴、二次晶轴等，

8、直到晶间填满。形成大小不一、方向不同的多晶体。,(二)晶粒粗细对材料性能的影响,晶粒越细，强度越高，塑性、韧性越好。 (三)细化晶粒的措施 增大过冷度 变质处理 附加振动,二金属的同素异构转变,金属在固态时改变其晶格类型的过程叫同素异构转变。,三金属铸锭的组织与缺陷,（一）铸锭的组织 1表层细晶区 2柱状晶区 3中心等轴晶区,（二）铸锭的缺陷 1缩孔和缩松 2气孔和夹杂,名词辨析 晶体、非晶体、晶体结构、各向异性、晶格位向（结晶位向）、单晶体、多晶体、晶体缺陷、 结晶、重结晶（同素异构转变）、过冷度、变质处理 作业 P19：5、7、8、9、10,第三章 铁碳合金,1 二元相图的基本知识 2 铁

9、碳合金相图,1合金的相结构和组织,概念： 通过熔炼、烧结等方法，将一种金属元素与其它一种或几种元素结合一起形成的具有金属特性的新物质叫合金。 组成合金的各元素叫组元。 合金中成分相同、结构相同并与其他部分有界面分开的均匀组成部分称为相；不同相的结合称组织。相与相之间的转变称为相变。,2固态合金的相结构和组织,固溶体：溶质元素溶解到溶剂元素的晶格中，并且不改变溶剂的晶格类型。如：铁素体、奥氏体。,置换固溶体：溶质原子占据溶剂结晶原子位置。 间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子晶格的间隙中。,溶质元素溶解到溶剂元素的晶格中，造成溶剂元素的晶格畸变，导致合金强度、硬度的升高,塑性、韧性下降，称为“固溶强

10、化”。, 金属化合物： 当溶质含量超过固溶体的溶解度时，将出现新相（单相），若新相的晶格结构不同于任一组成元素，则它属于金属化合物,金属化合物具有较高的熔点和硬度及较大的脆性，使合金的强度、硬度上升，但塑性、韧性降低。如渗碳体Fe3C是铁碳合金中的重要强化相。,(3)机械混合物:由两种或两种以上的单相机械混合而成,各单相保持晶格结构不变。机械混合物的性能一般介于各单相之间。如由铁素体和渗碳体构成的机械混合物珠光体。,2 二元相图的基本知识,一相图的定义 相图又称状态图、平衡图。它表示在平衡条件下（极其缓慢加热或冷却），不同成分的合金在不同温度下有哪些相，及相变化的简明图。,二相图的建立,以铜镍

11、合金为例：,三相图的基本类型,（一）匀晶相图,从液相中直接结晶出固溶体的反应,1.匀晶相变：L 2.结晶过程及确定平衡相的成分,3.杠杆定律,4.用杠杆定律求两平衡相的相对量,（二）共晶相图,在一定条件(温度、成分）下，由均匀液相同时结晶出两种不同固相的转变。共晶转变产物是机械混合物,其组成物仍保持原来的晶格类型。,LE (M + N),号合金结晶过程： 1点以上：单一液相L 1点：结晶开始，匀晶相变，L 12：L+ 2点：结晶结束，共晶相变，LE (M + N) 2以下：二次析出， ， + +（M + N),相的组成：包括固溶体、化合物 组织的组成：包括固溶体、化合物、机械混合物,L(wB=

12、75%)(wB=15%)+(wB=95%) 求wB=50%的合金结晶刚结束时的各组织组分和各相组分的相对量。,【例题】一个二元共晶转变如下：,组织组成： w=(75-50)/(75-15)=41.7% w(+)=(50-15)/(75-15)=58.3% 相组成： w=(9550)/(95-15)=56.3% w=(50-15)/(95-15)=43.7%,28,（三）共析相图,一定成分的固相，在一定温度下，同时析出两种化学成分和晶格结构完全不同的新固相。,C (1D + 2E),匀晶相变、固溶体转变、共析相变,3 铁碳合金相图,铁碳合金是以铁为主要元素，含少量碳及其它元素的合金，也是钢和铁的

13、总称。含碳量Wc2.11%是钢，2.11%6.69%是铁。,一、铁碳合金的基本组织,1.铁素体F： 由C固溶于铁中形成的间隙固溶体，对碳的溶解度在0.0008%0.0218%之间。机械性能与纯铁类似，具有良好的塑性和韧性，但强度、硬度较低。,2奥氏体A：,由C固溶于铁中形成的间隙固溶体，1148时对碳的溶解度为 2.11% ， 727 时成分为0.77% 。A是高温组织，在727以上存在，其强度、硬度较低，塑性好。,3渗碳体Fe3C：,由铁和碳形成的化合物，含碳量6.69。硬度高，强度低，塑性、韧性极差。是钢的主要强化相，其形状、数量、大小及分布对性能有很大影响。,4珠光体P或(F+Fe3C）

14、：,珠光体是由铁素体和渗碳体形成的机械混合物，含碳量0.77。是A在727共析转变产物。机械性能介于铁素体和渗碳体之间，具有良好的综合机械性能。,5莱氏体Ld(A+Fe3C）：,当T727时, 渗碳体与奥氏体的机械混合物，含碳量4.3,是液态铁碳合金在1148的共晶转变产物（当T727时，该产物转变为渗碳体与珠光体的机械混合物，称为低温莱氏体Ld），其机械性能类似于渗碳体。,二铁碳合金状态图,(一) 相图简介,ACD：液相线，液相冷却至此开始析出固相。 AECF：固相线，液态合金至此线全部结晶为固相。 GS：A开始析出F的转变线，加热时F全部溶入A，又称A3线。 ES：C在A中的溶解度曲线，冷

15、却时由奥氏体中析出二次渗碳体线。又称Acm线。,ECF：共晶线，含C2.11 % -6.69%的铁碳合金至此发生共晶反应，结晶出莱氏体Ld。 PSK：共析线，含C量在0.0218 % -6.69%的铁碳合金至此反生共析反应，产生珠光体P ，又称A1线。 PQ线：碳在-Fe中的溶解度曲线 ，也是三次Fe3C的析出线。,主要相区,4个单相区：液相L、铁素体F、奥氏体A、渗碳体Fe3C,5个两相区： L+ A、L+ Fe3C、A+ Fe3C、A+F、F+ Fe3C,2个三相区： L+ A+ Fe3C、A+ F+ Fe3C。,(二) 结晶过程分析,1共析钢的结晶过程,室温组织：P 性能：良好的综合的机

16、械性能,1点以上：单一液相L 1点：结晶开始，匀晶相变， L A 12：L+A 2点：结晶结束 23：A 3：共析转变，A P 3以下：P,2亚共析钢的结晶过程,匀晶相变、固溶体转变、共析相变 室温组织：P+F 性能：塑性、韧性较好，强度、硬度较低,3过共析钢的结晶过程,匀晶相变、二次析出、共析相变 室温组织：P+Fe3C 性能：强度、硬度较高，塑性、韧性较低；但是当含碳量过高时（Wc1.0%)，晶界上形成网状渗碳体，强度随之下降。,4.铁的结晶过程,亚共晶白口铁室温组织：P+Fe3C+ Ld 共晶白口铁室温组织： Ld 过共晶白口铁室温组织：Fe3C+ Ld,分析结晶过程的方法和步骤,在相图

17、的横坐标上找出给定的成分点，过该点作成分线； 在成分线与相图的各条线的交点作标记（一般用1、2、3、4等）； 根据结晶过程画出冷却曲线； 写出每个点上发生的转变；写出点与点之间的组织；由液相分析至室温。 根据室温下的组织分析力学性能,(三) 总结钢的含碳量与组织、性能的关系,利用组织的变化解释钢的性能的变化：亚共析钢由铁素体和珠光体组成，铁素体塑韧性好，珠光体强度硬度高，随着含碳量的提高，亚共析钢中铁素体减少，珠光体增多，因此亚共析钢的强度硬度愈来愈高，塑韧性愈来愈差；,过共析钢由珠光体和晶界上二次渗碳体组成，渗碳体硬而脆。随着含碳量的提高，过共析钢中二次渗碳体不断增多，因而钢的硬度持续上升，

18、塑韧性持续下降；二次渗碳体在晶界上量少呈分散颗粒状时，起强化作用，量多呈完整网状时，则因割裂基体的作用导致强度下降，因此过共析钢的强度在碳含量小于1.0%时越来越高，而大于1.0%时则快速下降,名词辨析 合金、组元、相、组织、相的组成、组织的组成 固溶体、固溶强化、金属化合物、第二相强化、弥散强化 匀晶相变、共晶相变、共析相变、二次析出、初晶、共晶体、共析体、次生相（二次相）、机械混合物,作业 P32：6、7、8、10（需用微观组织的变化进行解释） 补充题 二元合金的共晶转变如下：L(wB=75%)(wB=15%)+(wB=95%) 画出相图；并计算wB=80%的合金结晶刚结束时的各组织组分和

19、各相组分的相对量。,第四章 钢的热处理,1钢的热处理原理 2钢的热处理工艺,钢的热处理的定义,将钢在固态下加热到一定温度，并保持一段时间，以适当的冷却速度进行冷却，以改变钢的组织，从而获得预期性能的工艺方法。,1钢的热处理原理一钢在加热时的组织转变,1.实际转变温度、过热度与过冷度：,2钢在加热时的组织转变,钢在加热到AC1以上温度时的组织转变 P (F+Fe3C ) A,孕育期：从保温到奥氏体形成，这段时间叫孕育期 晶粒度分8级，晶粒度级别越小，晶粒越粗。 加热温度越高、保温时间越长、加热速度越慢，则奥氏体晶粒越粗。(热处理加热过程中的“过热”缺陷）,二钢在冷却时的组织转变,等温冷却和连续冷

20、却,(一)过冷奥氏体的等温转变,1过冷奥氏体的等温转变曲线 (1)TTT曲线或“C”曲线的建立,A1,（2）C曲线的分析,奥氏体过冷到临界点A1以下时，则为不稳定状态的奥氏体。随过冷度不同，过冷奥氏体将发生三种类型转变，即珠光体转变、贝氏体转变和马氏体转变。 孕育期越长，过冷奥氏体越稳定；其长短取决于驱动力和扩散两个因素。“鼻温”处孕育期最短。,2转变产物,高温转变产物：过冷到727550，发生珠光体转变。 Ar1650：珠光体P 650600：索氏体S 600550：屈氏体T 过冷度越大，晶粒越细，强度越高,中温转变产物：过冷到550230，发生贝氏体转变。 贝氏体：含过饱和碳的铁素体及渗碳

21、体。 550350：上贝氏体B上 呈羽毛状，脆性大 350230：下贝氏体B下 呈黑针状，性能优良。 贝氏体形成时只有碳原子发生扩散，而铁原子不扩散，因此贝氏体转变属于半扩散型转变。,低温转变产物：过冷到230 -50，发生马氏体转变。 马氏体：含过饱和碳的铁。 马氏体中含碳量越高,硬度越大。低碳马氏体强而韧，高碳马氏体硬而脆,共析钢C曲线及转变产物,(二)过冷奥氏体的连续冷却转变曲线,(三) 合金对C曲线的影响,大部分合金元素能提高奥氏体稳定性，使C曲线右移，从而降低马氏体临界冷速，提高钢的淬透性。淬透性影响工件截面上力学性能的均匀性。,2钢的热处理工艺,一.退火 把钢加热到一定温度，经过适

22、当保温，再缓冷下来的工艺过程叫退火,1完全退火 工艺：亚共析钢加热到Ac3以上3050 组织：细化的、均匀的组织：P+F 目的：消除锻造过热组织,2.等温退火 工艺：亚共析钢加热到Ac3以上3050，过共析 钢加热至Ac1以上2040，保温后快速冷却至珠光体转变温度区间，等温后空冷 目的：比完全退火节省时间，并获得更均匀组织 但工艺操作较复杂,3球化退火,工艺：过共析钢加热到Ac1以上1020，保温后缓冷，或等温冷却 组织：球粒状Fe3C + F 目的：消除片状Fe3C，降低硬度，提高塑性；改善切削加工性及淬火易开裂性。,4低温退火 工艺：加热到500600 目的：消除铸、锻、焊及机加工造成的

23、内应力 5.均匀后退火（扩散退火） 工艺：加热至接近固相线 目的：消除铸件中的成分偏析,二正火,1工艺 加热到A3或Acm以上3050，保温、空冷。,2组织,索氏体（组织中一般不出现先析相） 3目的 细化晶粒，提高性能，要求不高时代替调质处理，用于普通结构零件或大型复杂的淬火易开裂件 改善低碳钢和低合金钢的切削加工性 作为中碳钢热处理的预处理 消除过共析钢的网状渗碳体，为球化退火做准备,三淬火,1工艺：加热至Ac3 或Ac1以上3050，保温，快速冷却。,2组织：M+A3.目的：提高钢的硬度和耐磨性。,4淬火方法,四回火,1工艺：将淬火工件重新加热到低于A1的某一温度，保温，空冷。,回火时的组

24、织转变,第一阶段（200以下）：马氏体分解，一部分过饱和C以碳化物Fe2C的形式析出，得到回火马氏体； 第二阶段（200 300）：残余奥氏体分解，得到下贝氏体； 第三阶段（250 400）：碳化物的转变，Fe2C转化为Fe3C，得到回火托氏体； 第四阶段（400 以上）：渗碳体的长大及铁素体的再结晶，得到回火索氏体。,低温回火：温度150250 组织:回火马氏体 目的:消除内应力,不降低硬度. 用途:刀具、模具,中温回火：温度350500 组织:回火屈氏体 目的:获得高弹性、高屈服强度 用途：弹簧钢,高温回火：温度500600 组织:回火索氏体 目的:获得高韧性和良好的综合的机械性能，又称调

25、质处理 用途：轴、齿轮,轴,齿轮,连 杆,曲轴,2回火脆性,第一类回火脆性： 淬火钢在250350范围内回火时马氏体出现薄片状碳化物引起的脆性。（不可逆）,第二类回火脆性： 淬火钢在500650范围内回火后缓冷，造成杂质或合金元素晶界偏聚引起的脆性。（可逆） 消除第类回火脆性的方法：回火后快速冷却，使杂质来不及在晶界上偏析，,典型零件的制造过程： 铸/锻 预备热处理 粗加工 最终热处理 精加工,具体目的： 消除毛坯内残余应力，防止工件变形、开裂。 改善组织，细化晶粒。 调整硬度，改善切削加工性能。 为最终热处理（淬火、回火）作好组织上的准备。,满足使用性能要求,退火和正火,淬火和回火,消除前道

26、工序的缺陷 为后续工序作组织准备,下列材料锻造后需切削加工，采用哪种预处理工艺？ 20钢、45钢、60钢、T8钢、T12钢 用下列材料制造的零件淬火后应采用哪种回火处理,并说明回火后的组织和性能: （1）45钢机床主轴 （2）65Mn弹簧 （3）T10钢钻头,五 表面热处理,在冲击、交变和摩擦等动载荷条件下工作的机械零件，如齿轮、曲轴、凸轮轴、活塞销等汽车、拖拉机和机床零件，要求表面具有高的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度，而心部则要有足够的塑性和韧度。 解决方法：表面热处理。,1表面淬火：表硬里韧，用于调质钢，中速中载的轴和齿轮 （1）感应加热表面淬火 （2）火焰加热表面淬火 热处理：调质处理+

27、表面淬火+低温回火 组织：表面回火马氏体，内部回火索氏体,2表面化学热处理 (1)渗碳：表硬里强韧，用于渗碳钢，高速重载的轴和齿轮 热处理：渗碳+淬火+低温回火 组织：表面高碳回火马氏体，内部低碳回火马氏体+残余奥氏体+少量珠光体 (2)渗氮。,名词辨析,平衡冷却、连续冷却、等温冷却、 奥氏体化、过冷奥氏体、残余奥氏体、 孕育期、奥氏体等温转变曲线（C曲线） 索氏体、托氏体、马氏体、回火索氏体、回火托氏体、回火马氏体 马氏体临界冷速、淬透性、淬硬性 完全退火、球化退火、扩散退火、去应力退火 过热、过烧 调质处理、渗碳、表面淬火,作业,P54： 5-2、5-5、5-9、 5-13（+分别画出两种

28、热处理工艺曲线） 补充题： 下列钢经锻造后需切削加工，其预处理工艺分别是什么？ 20，45，60，T8，T10，T12,第五章 常用金属材料,1工业用钢,2 铸铁,3 有色金属,1工业用钢,一.碳钢 含碳量小于2.11%的铁碳合金称为碳钢，工业上实际使用的钢含碳量小于1.4%,（一）常见杂质元素对力学性能的影响,1. 磷 P,作用： 全部溶于F中，使钢的强度和硬度； 但在室温下钢的塑性急剧下降，脆性增加，在低温下引起脆断“冷脆”。有害元素。,2. 硫 S,作用： S与Fe形成FeS，使钢的塑性变差。 FeS又与Fe形成低熔点共晶体（985 ）分布于晶界 上，在1000-1200进行热加工时，共

29、晶体熔化，钢材变脆，沿晶界开裂，这种现象称“热脆”。有害元素。,（二）碳钢的分类,1 按含碳量分类,低碳钢 （low carbon steel ）（Wc0.6),注意：但硫和磷有时也有有利的一面。,3. 锰 Mn,作用： 溶入F和Fe3C中，强度和硬度； 与S作用MnS，消除了S的有害作用。有益元素,4. 硅 Si,作用： 溶于F中，钢的强度硬度，塑韧性稍微。有益元素。,2 按冶金质量分,普通钢（S%0.055%，P%0.045%）,优质钢（S%、P%0.040%）,高级优质钢（S%0.030%， P%0.035%）,按冶炼时脱氧程度,沸腾钢,镇静钢,半镇静钢,3 按性能和用途分,碳素结构钢,

30、优质碳素结构钢,碳素工具钢,易切削结构钢等,1.普通碳素结构钢,（三）碳钢的牌号、性能和用途,用途：冶炼简单，价格便宜，广泛地应用于工程建筑、车辆、船舶、以及一般的桥梁、容器等金属结构。,牌号：Q+屈服强度值+质量等级符号,举例：Q235A表示屈服强度为235MpaA级碳素结构钢。,成分特点：低C（0.06%0.38%），高S、P,热处理特点：热轧状态下使用，一般不再进行热处理,性能：质量较差。,2. 优质碳素结构钢,曲轴,用途：制造各种机器零件，如齿轮、轴、连杆、弹簧等,性能：综合力学性能较好。,热处理特点：使用前一般都要经过热处理,成分特点：Wc：0.08%0.85%， S、P 0.04%

31、,牌号： 用两位数字表示。两位数字表示平均含碳量的万分数。如:25。 含锰量较高（1.0%1.5%）的优质碳素结构钢，在数字后面加符号“Mn”。如：“50Mn” 。,3. 碳素工具钢,用途：制造各种量具、刃具、模具等。,锉刀,性能：均为优质钢，性能较好。,成分：高C (0.65%1.35%)，低S、P,热处理特点：球化退火，淬火 + 低温回火,牌号： 用“T+数字”表示，其中，数字表示平均含碳量的千分数。例如T8，平均含碳量为0.8%的碳素工具钢。 高级优质钢，牌号后加“A”， 如：T12A表示平均含碳量为1.2%的高级优质碳素工具钢。,二 .合金钢,定义：为了提高碳钢的性能，在碳钢中加入合金

32、元素所获得的钢种。,常加入元素有：锰(Mn)、硅(Si)、铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、钨(W)、钒(V)、 钛(Ti)、铌(Nb)、锆(Zr)、稀土(Re)等元素。,1.合金元素在钢中的作用,细化A晶粒：Mo、W、V、Ti、Nb(铌)、Al 提高淬透性： Ni、Cr、 Mn 、 Mo、W、V、Ti 提高回火稳定性：Mo、W、V、Ti 强化铁素体：Ni、Cr、 Mn 、Si、Al、Co、Cu 弥散强化及二次硬化：Mo、W、V、Ti 扩大A相：Ni、Mn、Cu、N 扩大F相：Si、Cr、W、Mo、V、Ti、Al 形成致密氧化膜：Si、Al、Ni、 Cr、 W、Mo、Ti,总之三个作用：提高

33、强度硬度；提高淬透性和回火稳定性；获得特殊性能。,如：20CrMnTi、40Cr、W18Cr4V、1Cr18Ni9Ti,2.合金钢的分类,2 按用途分类,低合金高强度结构钢 合金结构钢 合金工具钢 特殊性能钢,按合金元素含量 分类分类,低合金钢（5%） 中合金钢（5%10%） 高合金钢（10%）,用途：在大气和海洋中工作的的大型焊接结构件，如建筑结构、桥梁、车辆 、船舶 、输油输气管道、压力容器等。,（一）低合金结构钢,定义：普通碳素结构钢(0.2%C)+少量合金元素Mn、V、Ti、Cu等（总量3%） ，作用是固溶强化、细化晶粒、弥散强化等，因此强度比碳素结构钢提高30%50%。,牌号：“Q+

34、数字”表示，数字表示屈服强度。常见的有Q295、Q345，Q390，Q420，Q460。,注意：若元素后面数字平均质量分数少于1.5%时不标数,两位数字+元素符号+数字,该合金元素的百分数,为主加元素,表示平均含碳量的万分数,(二)合金结构钢,1. 牌号,2.分类,按用途可分为,合金弹簧钢,合金渗碳钢,合金调质钢,合金轴承钢,（1）合金渗碳钢,用途：主要用于制造汽车、拖拉机中的变速齿轮，内燃机上的凸轮轴、活塞销等机器零件。,变速齿轮,活塞销,性能：表面渗碳层硬度高； 心部具有高的韧性和强度；,常用牌号：20CrMnTi、20CrMn 、20Cr等,热处理特点：渗碳后直接淬火+低温回火。,成分特

35、点：碳质量分数一般为0.10%0.25%，加入Cr、Ni等和少量Ti、V、W等。,（2）合金调质钢 用途：广泛用于制造汽车、拖拉机、机床和其它机器上的各种重要零件，如齿轮、轴类件、连杆、螺栓等。,性能：要求高的综合机械性能，即具有高的强度和良好的塑性、韧性。,连杆,曲轴,成分特点：碳质量分数一般在0.35%0.50%之间，加入Cr、Mn、Ni、Si等： 常用牌号：40Cr、40MnB、35CrMo等。 热处理特点：淬火+高温回火（调质处理）。,（3）合金弹簧钢,用途：合金弹簧钢是一种专用结构钢，主要用于制造各种弹簧和弹性元件。,火车螺旋弹簧,汽车板簧,性能要求：高的弹性极限；高的疲劳强度；足够

36、的塑性和韧性。,成分特点：0.450.7%C，主加元素Mn，Si，Cr等,常用牌号：55Si2Mn、60Si2Mn，,1.牌号,用“一位数字+元素符号+数字”表示。这一位数字表示平均含碳量的千分之几，如9SiCr,表示平均含碳量为0.9%，含硅、铬量为小于1.5%的合金工具钢。,(三)合金工具钢,注意：含碳量大于1%时，不标含碳量，只写出合金元素符号及其含量。如:W18Cr4V等。,2.分类,按用途可分为,刃具钢 模具钢 量具钢,3.刃具钢,用途：主要用于制造各种金属切削刀具，如车刀、铣刀、钻头等。,铣刀,螺纹规,性能要求：高硬度、耐磨性；高热硬性（指钢在高温下保持高硬度的能力，亦称红硬性）；

37、足够的塑性和韧性。,成分特点：按化学成分和特点可分为：低合金工具钢、高速钢。,1）低合金工具钢(low alloy tool steel) 定义：指在碳素工具钢的基础上，添加含量0.5%的Cr、W、Mo、Si等。 成分特点：wC0.75%1.5%，主加的合金元素有Mn、Cr、V，Si等 常见牌号：9SiCr，CrWMn，9Mn2V。 应用：最高工作温度不超过300。用于制造形状复杂、要求变形小的低速刃具，如丝锥、板牙等。 热处理特点：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。,2）高速钢 定义：是高合金刃具钢（在碳素工具钢的基础上，加入大量的Cr、W、Mo、V等）。 常见牌号：W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2钢。 热处理特点：预备热处理：锻造后的球化退火， 最终热处理：淬火后三次高温回火。 （三次高温回火后，不仅全部消除残余奥氏体，而且产生二次硬化，使强度硬度超过了淬火时。） 应用