碳鋼與低合金鋼

1、碳鋼與合金鋼的比較u 碳鋼的特點(diǎn)碳鋼的特點(diǎn)冶煉加工容易 成本低,應(yīng)用廣可熱處理強(qiáng)化 回火穩(wěn)定性差 淬透性差 基本相強(qiáng)度低,韌性差 不能滿足特殊性能要求u 合金鋼的特點(diǎn)合金鋼的特點(diǎn)冶煉加工困難 成本高 回火穩(wěn)定性高 淬透性高 基本相強(qiáng)度高,韌性好 能滿足特殊性能要求3 結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)： Q195、Q215、Q235、Q255、Q275成分特點(diǎn)：低C，高S、P性能特點(diǎn)：冶煉容易 工藝性好 冶金質(zhì)量差 機(jī)械性能低 使用狀態(tài)：熱軋空冷 SF用途：工程結(jié)構(gòu)件（鋼板、鋼筋、型鋼等） 普通機(jī)械零件（少） Wc 低時(shí)可用作焊接、鉚接件等；重要零件用Q235C、Q235D建筑構(gòu)件鋼橋梁 碳素結(jié)

2、構(gòu)鋼的牌號(hào)和化學(xué)成分(GB/T700-1988)牌號(hào)等級(jí)化學(xué)成分脫氧方法w(C)%w( Mn)%w( Si)%w(S )%w( P)%不大于Q1950.06-0.120.25-0.500.300.0500.045F,b,ZQ215A / B0.09-0.150.25-0.550.300.050 / 0.0450.045F,b,Z Q235 A0.14-0.220.30-0.650.300.0500.045F,b,ZB0.12-0.200.30-0.700.300.0450.045F,b,ZC0.180.35-0.800.300.0400.040ZD0.170.35-0.800.300.0350

3、.035TZQ255A / B0.18-0.280.40-0.700.300.050 / 0.0450.045ZQ2750.28-0.380.50-0.800.350.0500.045Z結(jié)構(gòu)鋼GB/T700-1988 標(biāo)準(zhǔn) GB700-79 標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)成分和力學(xué)性能均須保證 A 類鋼 保證力學(xué)性能， B 類鋼 保證化學(xué)成分， C 類鋼 保證化學(xué)成分及力學(xué)性能。Q195 A1；B1Q215 A2；C2Q235 A3；C3Q255 A4；C4Q275 C5碳素結(jié)構(gòu)鋼 新、老標(biāo)準(zhǔn)鋼號(hào)對(duì)照結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的機(jī)械性能(GB/T700-1988)牌號(hào)等級(jí)拉 伸 試 驗(yàn)沖擊試驗(yàn)屈服點(diǎn)s ，MPa抗拉強(qiáng)度b /

4、MPa伸長率 s , %溫度V型沖擊功(縱向)J鋼材厚度(直徑)，mm鋼材厚度(直徑), mm164060100150150164060100150150不小于不小于不小于Q195195315-39033Q215A/B215195175165335-41031292726/20/27Q235A/BC/D235215195185375-46026242221/200/-20/27Q255A/B255235215205410-51024222019/20/27Q275275255235225490-61020181615結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼牌號(hào)： 08、10、15、20、 、75、

5、80、85成分特點(diǎn)： Wc：0.08% 0.85%C， S、P 0.04%性能特點(diǎn)： 冶金質(zhì)量較好 ()、 ak 淬透性 回火穩(wěn)定性 使用狀態(tài)：使用前一般都要經(jīng)過熱處理（滲碳、淬火、回火等）用途：較重要的零件，如齒輪、軸、連桿、彈簧等結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼（普通低合金鋼）低合金結(jié)構(gòu)鋼（普通低合金鋼）鋼號(hào)舊鋼號(hào)主 要 化 學(xué) 成 分，%機(jī)械性能CMnSi，s ，MPab ，MPa5 ，%Q29509MnNb12Mn0.160.801.500.5529557023Q34516Mn16MnRe0.180.201.001.600.553456302122Q39016MnNb15MnTi0.201.001

6、.600.553906501920Q42014MnVTiRe15MnVN0.201.001.700.554206801819Q46014MnMoV18MnMoNb0.201.001.700.5546072017常用低合金結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)、成分、性能（厚度(直徑)16mm，AKV 34J）結(jié)構(gòu)鋼 低合金結(jié)構(gòu)鋼（普通低合金鋼）低合金結(jié)構(gòu)鋼（普通低合金鋼）成分特點(diǎn)： 低C(Wc 0.2% )、低合金(Wme 62GMnMoVRE0.951.050.150.401.101.40770810170562GSiMoMnV0.951.100.450.650.751.0578082017520062滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)

7、軸承鋼結(jié)構(gòu)鋼 熱處理工藝： 球化退火 + 淬火 + 低溫回火 冷處理，時(shí)效（120140,1020h）：穩(wěn)定尺寸，去應(yīng)力。 組織 回火M 細(xì)碳化物少量A 應(yīng)用： GCr15：中小型軸承，冷沖模，量具，絲錐 GCr15SiMn：大型、特大型軸承 滾動(dòng)軸承鋼滾動(dòng)軸承鋼結(jié)構(gòu)鋼u工具鋼分類：工具鋼分類：刃具鋼、模具鋼、量具鋼u刃具鋼刃具鋼的基本要求的基本要求性能要求性能要求 高的耐磨性； 高硬度； 高的彎曲強(qiáng)度和足夠的韌性； 高的熱穩(wěn)定性。組織要求組織要求 硬而細(xì)小的碳化物均勻分布在強(qiáng)而韌的鋼基體中冶金質(zhì)量：冶金質(zhì)量：優(yōu)質(zhì)或高級(jí)優(yōu)質(zhì)u刃具鋼包括：刃具鋼包括：碳素工具鋼、低合金工具鋼和高速鋼。4 工具鋼

8、牌號(hào)牌號(hào) T7 T8 T9 T12 T13 （A）碳素工具鋼碳素工具鋼工具鋼成分：成分：高C (0.65%1.35%)，低S、P性能：性能：高H，工作溫度低時(shí)有較好的耐磨性； 工藝性好，淬透性低，熱硬性差工藝：工藝：鍛造 球化退火 機(jī)加工 淬火 + 低溫回火最終組織：最終組織：回火M 粒狀Fe3C + A 碳素工具鋼碳素工具鋼球化退火后組織最終組織淬火后性能與T淬火關(guān)系 碳素工具鋼碳化物網(wǎng)組織 Ac1+20-30Ac1+30-50刃具180210螺紋工具（如板牙）200250 應(yīng)用：應(yīng)用：尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、低速、硬度高的工具 T7、T8 、T9、T10、T11、T12、T13 韌性高 硬度高

9、T7、T8 ：沖頭、鑿子、錘子 T9、T10、T11：鉆頭、刨刀、絲錐、手鋸條等刃具及冷作模具 T12、T13 ：銼刀、刮刀等刃具及量規(guī)、樣套等量具。碳素工具鋼碳素工具鋼工具鋼螺紋量規(guī)工具鋼 低合金工具鋼低合金工具鋼 （碳素工具鋼（碳素工具鋼 + 合金元素）合金元素）成分：成分：高C （wC = 0.9 1.5 %） 低合金（Cr、Mn、Si、W、Mo、V）5 % Cr：淬透性 回火抗力 減少Si石墨化傾向 Si：淬透性 回火穩(wěn)定性 易使鋼脫碳和石墨化，需同時(shí)添加W、Cr、Mn Mn：淬透性 但增加鋼的過熱傾向，降低鋼的韌性 W：形成碳化物，阻止鋼過熱，細(xì)化晶粒，提高耐磨性 V：細(xì)化晶粒，降低

10、過熱敏感性 性能：性能： HRC60，使用溫度200 300 熱處理：熱處理：球化退火球化退火（+ 機(jī)加工）機(jī)加工）+ 淬火淬火 + 低溫回火低溫回火最終組織：最終組織：回火M + 合金碳化物 + 少量A 應(yīng)用：應(yīng)用：各種薄刃刀具（板牙、絲錐等） 截面較大、形狀復(fù)雜、變形小的模具板牙絲錐低合金工具鋼低合金工具鋼工具鋼9SiCr圓板牙的生產(chǎn)工藝路線：圓板牙的生產(chǎn)工藝路線：鍛造球化退火球化退火機(jī)械加工淬火淬火+低溫回火低溫回火磨平面開槽開口工具鋼高速鋼高速鋼 成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)：l 高C （wC = 0.65 1.65 %）l 高合金（ 10%） 提高硬度、耐磨性（W、V、Cr、Mo）提高淬透性（

11、Cr）提高回火穩(wěn)定性（W、V）細(xì)化晶粒（V）性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 高硬度、高耐磨性 “鋒鋼”高熱硬性 “高速鋼”高淬透性 “風(fēng)鋼” 較高的強(qiáng)度、韌性工具鋼高速鋼高速鋼 加工及熱處理特點(diǎn)：加工及熱處理特點(diǎn)：l 鍛造l 球化退火高速鋼鑄態(tài)組織交叉反復(fù)鍛嚴(yán)控始鍛、終鍛溫度鍛后緩冷消除鍛造應(yīng)力均勻破碎后的碳化物降低硬度，便于加工為淬火、回火做準(zhǔn)備退火組織（索氏體加碳化物）萘狀組織W18Cr4V鋼退火工藝 加工及熱處理特點(diǎn)：加工及熱處理特點(diǎn)：l 機(jī)加工l 淬火工具鋼高速鋼高速鋼需預(yù)熱淬火溫度高多種冷卻方式M + 碳化物 + A 工具鋼高速鋼高速鋼 加工及熱處理特點(diǎn)：加工及熱處理特點(diǎn)：l 回火：需560

12、多次回火回火M + 粒狀碳化物 + 少量 A 高速鋼刃具的熱處理缺陷高速鋼刃具的熱處理缺陷 過熱、過燒、變形開裂、硬度不足、脫碳、萘狀斷口及腐蝕麻點(diǎn)工具鋼高速鋼高速鋼應(yīng)用應(yīng)用 高速車刀、鉆頭、銑刀等?？足@仿型銑刀銑刀齒輪滾刀插齒刀圓鋸片工具鋼模具鋼模具鋼u 冷作模具鋼冷作模具鋼 常溫下使金屬或非金屬變形的模具 T工作 200300 （冷沖、冷鐓、冷擠壓模、拉絲模、搓絲板等）受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：壓力、彎曲應(yīng)力、沖擊力、摩擦力失效形式：失效形式：磨損，崩刃、斷裂、變形等性能要求：性能要求：高硬度（58HRC62HRC）高耐磨性(特別是表面抗磨損能力)高淬透性足夠的強(qiáng)度(包括抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度)足

13、夠的韌性和疲勞抗力熱處理變形小冷沖模具冷鐓模具 成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)：l 高C （wC 1.0 %）l 加入Cr、Mo、W、V等合金元素工具鋼冷作模具鋼冷作模具鋼提高硬度、耐磨性提高淬透性提高回火穩(wěn)定性細(xì)化晶粒常用鋼種：常用鋼種： T10、9Mn2V、9SiCr、CrWMn小型、輕載模具 Cr12、Cr12MoV大型、復(fù)雜、重載、高精度、高耐磨模具、 高速鋼熱硬性要求高的模具工具鋼冷作模具鋼冷作模具鋼 熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn) : 碳素工具鋼 低合金工具鋼 Cr12型冷模具鋼的熱處理方案： 一次硬化法 工藝：低溫淬火（9501000）+ 低溫回火（150180） 性能：高硬度（HRC6164），高耐

14、磨性，韌性較好，淬火變形小 應(yīng)用：重載模具 二次硬化法 工藝：高溫淬火（11001150）+ 510520多次回火（一般為三次） 性能：硬度60HRC62HRC，紅硬性 和耐磨性都較高，韌性較差 應(yīng)用：受強(qiáng)烈磨損，工作溫度在400450的模具Cr12型鋼熱處理后組織：為回火馬氏體、碳化物和殘余奧氏體。球化退火球化退火（+ 機(jī)加工）機(jī)加工）+ 淬火淬火 + 低溫回火低溫回火工具鋼 熱作模具鋼熱作模具鋼 熱作模具：熱作模具：使加熱的固態(tài)或液態(tài)金屬在壓力下成形的模具 （T工作 = 400600） 熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：高沖擊、強(qiáng)摩擦、大而不均勻的熱應(yīng)變和熱壓力失效形式

15、：失效形式：高溫氧化、崩裂、塌陷、磨損、龜裂等性能要求：性能要求： 高的熱硬性和高溫耐磨性； 高的抗氧化性能； 高的熱強(qiáng)性和足夠的韌性； 高的熱疲勞抗力； 高的淬透性和導(dǎo)熱性。熱鍛壓鑄熱擠壓 成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)：l中碳 （0.3%0.6%）： 保證高強(qiáng)度、高韌性、較高的硬度（HRC3552）和較高的熱疲勞抗力。l 合金元素的作用：工具鋼熱作模具鋼熱作模具鋼提高淬透性（Cr、Ni、Mn、Si、W、Mo）提高回火穩(wěn)定性（Cr、Ni、Mo、W、V）提高高溫強(qiáng)度、耐熱疲勞性能（Mo、W、V）細(xì)化晶粒、增加鋼的韌性（Ni、V）防止第二類回火脆性（Mo、W）常用鋼種：常用鋼種：5CrMnMo、5CrNiM

16、o、5CrMnSiMoV：韌性要求高、熱硬性要求不太高的熱鍛模3Cr2W8V、4Cr5MoVSi ：熱強(qiáng)性更好的大型鍛壓模或壓鑄模 工具鋼熱作模具鋼熱作模具鋼 熱處理特點(diǎn)熱處理特點(diǎn) :l預(yù)備熱處理：完全退火或等溫退火l最終熱處理：熱鍛模淬火后模面中溫回火、模尾高溫回火 以保證模面硬度較高的要求，并避免模尾因韌性不足而脆斷， 回火后組織：回火屈氏體和回火索氏體；壓鑄模較高溫度淬火+略高于二次硬化峰值的溫度多次回火（34次） 以保證熱硬性 回火后組織：回火馬氏體+粒狀碳化物 工具鋼塑料模具鋼塑料模具鋼 塑料模具：塑料模具：使細(xì)粉或顆粒狀塑料壓制成形的模具 （T工作 200） 受力特點(diǎn)：受力特點(diǎn)：承

17、受溫度、壓力、侵蝕和磨損的作用，形狀復(fù)雜、加工難度大。性能要求：性能要求：l普遍要求：普遍要求：一定的綜合性能、良好的切削加工性、較高的耐磨性、 良好的導(dǎo)熱性和低的熱膨脹系數(shù)l特殊要求特殊要求：良好的可拋光性和鏡面質(zhì)量、一定的耐腐蝕性、低的導(dǎo)磁系數(shù)塑料模具鋼的分類和應(yīng)用塑料模具鋼的分類和應(yīng)用：l非合金型塑料模具鋼非合金型塑料模具鋼 45、50、55等：形狀簡(jiǎn)單、小型、精度要求 不高、使用壽命不需要很長 T7、T8 T12：形狀較簡(jiǎn)單、小型、耐磨性要求較高的熱固性塑料模具l滲碳型塑料模具鋼：滲碳型塑料模具鋼： 10、20、20Cr、12CrNi3、120CrMnTi、20CrMnMo等優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)

18、：切削加工性能良好；具有較高的強(qiáng)度，而且心部具有較好的韌性； 模具表面硬度高、耐磨性高、拋光性能良好； 塑性好，可采用冷擠壓成型，無需切削加工，適于大批量生產(chǎn)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：熱處理工藝較復(fù)雜、變形大。塑料模具鋼塑料模具鋼 塑料模具鋼的分類和應(yīng)用（續(xù)）塑料模具鋼的分類和應(yīng)用（續(xù)）：l調(diào)質(zhì)硬化型塑料模具用鋼（預(yù)硬型塑料模具鋼）調(diào)質(zhì)硬化型塑料模具用鋼（預(yù)硬型塑料模具鋼）40Cr、42CrMo、38CrMoAl、3Cr2Mo、3Cr2NiMnMo等： 工藝過程：工藝過程：熱加工后的模塊調(diào)質(zhì)處理刻模加工成型使用，以獲得所優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：成型后不需最終熱處理避免熱處理而引起的變形和裂紋應(yīng)用應(yīng)用：形狀復(fù)雜的大、中型

19、精密塑料模具l時(shí)效硬化型塑料模具鋼：時(shí)效硬化型塑料模具鋼：25CrNi3MoAl、10Ni3MnCuAl等工藝過程：工藝過程：固溶硬化后變軟切削加工成型時(shí)效處理優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：綜合性能很高， 熱處理變形很小，焊接性能好，可進(jìn)行表面氮化應(yīng)用應(yīng)用：適于制造復(fù)雜、精密、高壽命的塑料模具 塑料模具鋼塑料模具鋼 塑料模具鋼的分類和應(yīng)用（續(xù)）塑料模具鋼的分類和應(yīng)用（續(xù)）：l整體淬硬型塑料模具鋼整體淬硬型塑料模具鋼 低合金工具鋼：低合金工具鋼：9SiCr、9Mn2V、CrWMn、9Cr-WMn 冷作模具鋼：冷作模具鋼：Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV 熱作模具鋼：熱作模具鋼：5CrMnMo、5CrN

20、iMo、4Cr5MoSiV、4Cr3Mo2MnVbB優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：使用狀態(tài)具有高硬度、高耐磨性和長的使用壽命應(yīng)用：應(yīng)用：用于壓制熱固性塑料、交合強(qiáng)化塑料（如尼龍型強(qiáng)化或玻璃纖維強(qiáng)化塑料） 大批量生產(chǎn)，要求模具使用壽命很長的塑料模具 l耐腐蝕型塑料模具鋼耐腐蝕型塑料模具鋼 Cr13型M耐蝕鋼、9Cr18高碳高鉻M不銹鋼、 1Cr18Ni9Ti型A不銹鋼等用途：用途：生產(chǎn)化學(xué)性腐蝕塑料（如聚氯乙烯或聚苯乙烯添加抗燃劑等）制品模具常用塑料模具用鋼的熱處理工藝規(guī)范（表常用塑料模具用鋼的熱處理工藝規(guī)范（表9-18）塑料模具鋼塑料模具鋼性能性能 ：高的硬度和耐磨性、良好的尺寸穩(wěn)定性成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)： 高碳

21、（0.9%1.5%）+ Cr、W、Mn等合金元素應(yīng)用：應(yīng)用：簡(jiǎn)單量具 T10A、T12A 等 高精度量具 GCr15、CrWMn等最終熱處理最終熱處理 ： 淬火 +（ -70-80 ）冷處理 + 低溫回火 + 時(shí)效處理時(shí)效處理：120130，保溫幾幾十小時(shí)，使M、 A 穩(wěn)定，消除內(nèi)應(yīng)力。最終組織最終組織 ：回火M + 碳化物 + 少量A 工具鋼量具鋼量具鋼u 金屬腐蝕的概念金屬腐蝕的概念 （1）化學(xué)腐蝕金屬與化學(xué)介質(zhì)直接產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng) （2）電化學(xué)腐蝕金屬在腐蝕介質(zhì)中形成原電池，陽極失去電子被腐蝕u 提高耐蝕性的途徑提高耐蝕性的途徑加入Cr 、Al等形成鈍化模（致密而牢固的氧化膜，如Cr2O3）減少原電池形成的可能性，使金屬具有均勻的單相組織形成原電池時(shí)：加入Cr，減少兩極的電極電位差，提高陽極的電極電位工具鋼不銹鋼不銹鋼u性能要求：性能要求：耐蝕性高硬度、高耐磨性（制作工具）高強(qiáng)度（制作重要結(jié)構(gòu)零件）較好的加工性能u成分特點(diǎn)：成分特點(diǎn)：低碳(0.1%0.2%） 主加元素Cr、CrNi，