合金鋼全部課件

1、2022-7-11Alloy Steel2022-7-12合金鋼：合金鋼：為了改善鋼的力學(xué)性能、工藝性能或 理化性能，有意往鋼中加入一些合金元素，這種 鋼稱為合金鋼。2022-7-13 長長 江江 上上 的的 三三 座座 橋橋 武漢大橋 50年代 碳素結(jié)構(gòu)鋼 強(qiáng)度低強(qiáng)度低 主跨128米 南京大橋 60年代 主跨160米 16Mn 較碳鋼節(jié)約較碳鋼節(jié)約2020 九江大橋九江大橋 8080年代年代 主跨216米 15MnVN 較較16Mn16Mn節(jié)約節(jié)約2020 合金鋼的發(fā)展，促進(jìn)了工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步2022-7-14武漢長江大橋2022-7-15南京長江大橋 2022-7-16九江長江大橋2022-

2、7-17各個國家都投入大量的人力、物力，用于高性能材料的研究開發(fā)，搶占材料研究的制高點。我國的863、973科研計劃，材料學(xué)科都占據(jù)了重要的位置。 合金鋼用量占鋼鐵材料的比例，反映 了 一個國家工業(yè)技術(shù)的水平。2022-7-18Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱強(qiáng) 鋼 中 的 合 金 元 素2022-7-19 一是溶解碳鋼原有相中；二是形成新相。一是溶解碳鋼原有相中；二是形成新相。 存在形式?jīng)Q定于元素與碳的親和力、數(shù)量和性質(zhì)。溶入溶入F(相）相）：非碳化物元素和部分弱碳化物非碳化物元素和部分弱碳化物元素；元素；例如：例如：Mn Mn 、NiNi、CoCo、SiSi、AlAl、B B

3、產(chǎn)生固溶強(qiáng)化 1、溶入原有相： 合金元素對鋼基本相的影響2022-7-110合金元素對鐵素體相性能的影響 2022-7-111 多是碳化物形成元素，與碳的親合力比較強(qiáng)，形成合金碳化物。多是碳化物形成元素，與碳的親合力比較強(qiáng)，形成合金碳化物。 它們具有比滲碳體更高的熔點和更高的硬度。它們具有比滲碳體更高的熔點和更高的硬度。 這些元素提高鋼的強(qiáng)硬度、耐磨性，降低塑、韌性。 2、形、形 成成 合合 金金 碳碳 化物：化物：幾種化合物的性能化合物化合物NbCTiCZrCVCFe3C熔點37703410380530231227硬度(HV)20502850284020108002022-7-112非碳化物

4、形成元素非碳化物形成元素溶入溶入F固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化弱碳化物形成元素弱碳化物形成元素形成合金滲形成合金滲碳體碳體較硬，耐磨，比較硬，耐磨，比Fe3C更穩(wěn)定更穩(wěn)定強(qiáng)碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素形成特殊碳形成特殊碳化物化物高熔點，硬，耐磨，高熔點，硬，耐磨，最穩(wěn)定最穩(wěn)定2022-7-113擴(kuò)大奧氏體區(qū)縮小奧氏體區(qū)改變共晶點和共析點的參數(shù)作用作用: : 使A3線溫度下降, A4線溫度上升。例如：例如：ZGMn13 ZGMn13 含含 Mn 13% Mn 13% ， 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9 含含 Ni Ni9% 9% 得到單相得到單相A A組織組織與與-Fe-Fe形成無限固溶體形成無限固溶

5、體 Mn Ni Co Mn Ni Co與與-Fe-Fe形成有限固溶體形成有限固溶體 N Cu N Cu 1、擴(kuò)大奧氏體區(qū)：、擴(kuò)大奧氏體區(qū)：Mn 元素對奧氏體區(qū)的影響 四、合金元素對鐵碳相圖的影響 2022-7-114Cr、Mo、W、V、Ti、Si 等。作用作用: : 使使A A3 3線溫度上升線溫度上升, , A A4 4線溫度下降。線溫度下降。與-Fe形成無限固溶體 Cr、V與-Fe形成有限固溶體 Mo、W、 Ti、Al、Si例如例如：1Cr1Cr1717 含含 Cr Cr17% 17% 得到單相得到單相F F 2、縮小奧氏體區(qū)：、縮小奧氏體區(qū)： Cr Cr 對奧氏體區(qū)的影響對奧氏體區(qū)的影響

6、2022-7-115v 幾乎所有的合金元素。幾乎所有的合金元素。v 作用作用: : S S點和點和E E點的成分向左移。點的成分向左移。 使使A A1 1線的溫度變化。線的溫度變化。例如：例如：3Cr3Cr2 2W8V 0.3%C W8V 0.3%C 出現(xiàn)二次滲碳體出現(xiàn)二次滲碳體 WW1818CrCr4 4V 0.7-0.8%C V 0.7-0.8%C 出現(xiàn)共晶萊氏體出現(xiàn)共晶萊氏體 3、使、使 S. E 點點 左左 移：移： 元素對元素對 S S 點成分的影響點成分的影響2022-7-116 Cr Cr 元素對元素對S S、E E點的影響點的影響 Mn Mn 元素對元素對S S、E E點的影響

7、點的影響 2022-7-117 合合 金金 鋼鋼 的的 分分 類類 及及 牌牌 號號按用途分類：按用途分類： 合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼 合金工具鋼合金工具鋼 特殊性能鋼特殊性能鋼按按合金合金元素含量分類元素含量分類：低合金鋼低合金鋼 高合金鋼高合金鋼2022-7-118數(shù)字?jǐn)?shù)字+化學(xué)元素化學(xué)元素+數(shù)字?jǐn)?shù)字1、前面(兩位）數(shù)字表示鋼平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)；2、后面的數(shù)字表示合金元素含量。 合金元素含量小于1.5%時，不標(biāo)含量； 等于或大于1.5%、2.5%時，以2、3表示。4、特殊標(biāo)注：特殊標(biāo)注： 滾珠軸承鋼，滾珠軸承鋼，注明“G”，鉻含量千分?jǐn)?shù)為單位；3、S、P量較低的高級優(yōu)質(zhì)鋼，加A 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 鋼

8、鋼 編編 號號 原原 則則 2022-7-119合金結(jié)構(gòu)鋼合金結(jié)構(gòu)鋼( Alloy Constructional Steel ) 普普 通通 低低 合合 金金 鋼鋼 合合 金金 滲滲 碳碳 鋼鋼 合合 金金 調(diào)調(diào) 質(zhì)質(zhì) 鋼鋼 彈彈 簧簧 鋼鋼 滾滾 動動 軸軸 承承 鋼鋼 易易 切切 削削 鋼鋼材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-120一一. .普通低合金鋼普通低合金鋼( common low alloyed steel )又稱又稱“低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼”用途：用途：工程結(jié)構(gòu)件，如車輛、 船舶、壓力容器、橋梁。 1、用途及性能：、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與

9、工程學(xué)院 2022-7-121性能要求：性能要求： 1 1）高強(qiáng)度，）高強(qiáng)度，300Mpa300Mpa以上；省料和減少自重以上；省料和減少自重； 2 2）高的塑性和韌性，）高的塑性和韌性， 2020，4040時，時，a ak k24J24J； 3 3）好的焊接性和冷變形性，有利于成型。 1 1）低碳，低碳，WWC C0.20%Wt0.20%Wt，以保證足夠的韌性；，以保證足夠的韌性； 2 2）以Mn為主強(qiáng)化元素，價格較廉； 3 3）加入少量加入少量NbNb、V V強(qiáng)碳化物元素，達(dá)到細(xì)化晶粒的效果；強(qiáng)碳化物元素，達(dá)到細(xì)化晶粒的效果； 4 4）針對特殊用途，可加入Cu、P，提高鋼的抗腐蝕能力。 2

10、、成分特點：、成分特點：低碳細(xì)化晶粒、彌散強(qiáng)化元素材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-122質(zhì)量等級質(zhì)量等級345 MPa345 MPa屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度牌號牌號: Q 345 C 300MPa 12Mn350MPa 16Mn450MPa 15MnVN供貨狀態(tài)：熱軋空冷供貨狀態(tài)：熱軋空冷 一般不單獨熱處理一般不單獨熱處理 3、熱處理及典型鋼種：、熱處理及典型鋼種：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-123二、滲碳鋼二、滲碳鋼 用途：用途：承受強(qiáng)的磨擦、磨損及交變應(yīng) 力，一定沖擊載荷。 例如：汽車中傳遞動力的齒輪。 性能：性能： 1 1）心部足夠的強(qiáng)度及優(yōu)良的韌性；

11、 2 2）良好的淬透性；良好的淬透性； 3 3）表面處理后，有高的硬度；表面處理后，有高的硬度； 4 4）能適應(yīng)高溫滲碳工藝。 1、用途及性能：、用途及性能：活塞銷活塞銷( 20Cr )( 20Cr )材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-124 1 1）低碳，0.100.20%C，保證足夠塑性和韌性； 2 2）加入提高淬透性的元素，加入提高淬透性的元素，Cr、Mn、Ni、B 等； 3 3）加入少量強(qiáng)碳化物形成元素，加入少量強(qiáng)碳化物形成元素，如Ti、V、Mo等， 阻止奧氏體的晶粒長大。 滲碳淬火低溫回火 低淬透性：低淬透性：15Cr15Cr、20Cr20Cr、20Mn20Mn2

12、2中淬透性：20CrMnTi、20CrMnMo高淬透性：高淬透性：12CrNi12CrNi4 4A A、18Cr2Ni18Cr2Ni4 4WAWA 低碳提高淬透性元素強(qiáng)碳化物元素 2、成分特點：、成分特點： 3、熱處理及典型鋼種：、熱處理及典型鋼種：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-125零件零件滲碳劑滲碳劑試棒試棒蓋蓋泥封泥封滲碳箱滲碳箱氣體滲碳示意圖固體滲碳示意圖材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-126滲碳后的組織滲碳后的組織: :0.2%C F + P少少表面表面中心中心 1.0%CP+Fe3C零零 件件PP+F滲層厚度：滲層厚度：表層到1/2過渡層的

13、厚度。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-127滲碳后的熱處理滲碳后的熱處理930850時間溫度方案方案1方案方案2滲滲 碳碳淬火淬火加熱加熱工藝：工藝：滲碳滲碳 淬火淬火 低溫回火低溫回火 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-128方法：方法：直接淬火、一次淬火、二次淬火直接淬火、一次淬火、二次淬火材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-129熱處理后的組織熱處理后的組織鋼種鋼種表層組織表層組織心部組織心部組織低碳鋼低碳鋼M回回+Fe3C+A殘殘F(tuán)+P合金鋼合金鋼M回回+Cm+A殘殘M回回+F材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-13

14、0三、調(diào)質(zhì)鋼三、調(diào)質(zhì)鋼 用途：用途：齒輪、軸、連桿、高強(qiáng)度螺栓。 性能：性能：1）高的強(qiáng)韌性配合； 2）好的淬透性。 1 1）中碳，0.3-0.50%C之間，強(qiáng)韌性的合理配合； 2 2）提高淬透性元素，提高淬透性元素，CrCr、MnMn、NiNi、Si Si、B B等；等； 3 3）加入W、Mo，防止回火脆性。 2、成分特點：、成分特點：中碳提高淬透性元素防止回火脆性元素 1、用途及性能：、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-131 淬火高溫回火（調(diào)質(zhì)）低淬透性 40MnMnB、40Cr中淬透性 42CrMo、40CrNiMo高淬透性 34CrNi3Mo 3、熱處理

15、及典型鋼種：、熱處理及典型鋼種：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-132回火溫度b(MPa) (%)ak(J/mm2)60085012550.92001500830-材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 根據(jù)強(qiáng)韌要求不同，采用不同的回火溫度。 例： 40CrNiMo 850油淬后： 回火溫度對40CrNiMo力學(xué)性能的影響2022-7-133材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 4、調(diào)質(zhì)鋼與滲碳鋼的比較：、調(diào)質(zhì)鋼與滲碳鋼的比較：（1 1）合金化原則：）合金化原則： 滲C鋼：低C+提高淬透性元素+防止A晶粒長大元素。 調(diào)質(zhì)鋼：中C+提高淬透性元素+防止第二類回火脆性元素 （2

16、2）獲得優(yōu)良綜合性能的途徑：）獲得優(yōu)良綜合性能的途徑：組織獲得高強(qiáng)度途徑獲得好的塑.韌性的途徑提高表面硬度途徑表心調(diào)質(zhì)鋼S回S回提高C%0350.5%CHT 高溫回火表面淬火滲N滲C鋼M回M回或F+P淬火+低溫回火低保證0.10.25%c滲高HT得到高C的M回2022-7-134材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-135材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 （3 3）性能：）性能： 鋼號及熱處理b(MPa)s(MPa) (%)ak(J/mm2)表面HRC20CrMnTi 滲C淬火+200 0C110085010450.7586040Cr 8500C淬火 5000C回火10008

17、009450.655 滲滲C C鋼：鋼： 用于承受沖擊載荷，且耐磨的零件。 例：汽車后橋主動輪齒輪。 調(diào)質(zhì)鋼：調(diào)質(zhì)鋼：用于運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，要求好的綜合性能的零件。 例： 一般的齒輪、軸、連桿等。（4 4）用途：）用途： 2022-7-136四、彈簧鋼四、彈簧鋼 用途：用途：制造各類彈簧。 彈簧的作用是吸收和釋放能量。 性能：性能： 1 1）高的比例極限， 即s/b值（屈強(qiáng)比）高； 2 2） -1 -1大，有較高的疲勞抗力；大，有較高的疲勞抗力； 3 3）足夠的韌性，硬度適中， 3950HRC。 熱卷大彈簧熱卷大彈簧 1、用途及性能：、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-1

18、37 1）偏高的含碳量，0.450.70%C之間； 2）Si可以有效提高鋼的比例極限 Cr、Si、Mn 可提高淬透性； 3）Si、V的使用可以提高 回火穩(wěn)定性。淬火中溫回火1 1）熱成型彈簧 65Mn、60Si2Mn。 2 2）冷成型彈簧 T10等大型熱卷彈簧大型熱卷彈簧 2、成分特點：、成分特點： 3、熱處理及典型鋼種：、熱處理及典型鋼種：高碳提高淬透性元素提高回火穩(wěn)定性元素材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-138材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-139五、滾動軸承鋼五、滾動軸承鋼 用途：用途：制造滾動軸承制造滾動軸承 性能：性能： 1）高強(qiáng)度和硬度，HR

19、C6062，承受高的壓應(yīng)力 ； 2）高的接觸疲勞抗力，接觸應(yīng)力可達(dá)3000-3500MPa； 3）高的耐磨損能力。 高碳提高淬透性元素 0.951.15%C Cr、 Si、Mn 2、成分特點：、成分特點： 1、用途及性能：、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-140球化退火淬火低溫回火GCr9 小軸承GCr15 多數(shù)軸承GCr15SiMn 壁厚14的大軸承極細(xì)回火馬氏體+細(xì)粒狀碳化物+少量殘余奧氏體 3、熱處理及典型鋼種：、熱處理及典型鋼種：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-141六、其他合金結(jié)構(gòu)鋼六、其他合金結(jié)構(gòu)鋼 微合金非調(diào)質(zhì)鋼：微合金非調(diào)質(zhì)鋼

20、：在碳素結(jié)構(gòu)鋼或低合金鋼中加入微量合金元素使之無須經(jīng)調(diào)質(zhì)處理便可達(dá)到性能要求的專用結(jié)構(gòu)鋼，簡稱非調(diào)質(zhì)鋼非調(diào)質(zhì)鋼。一般在熱鍛后直接使用，應(yīng)用對象范圍同調(diào)質(zhì)鋼。低淬透性鋼：低淬透性鋼：含Ti優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，碳量中偏高，如55Ti、60Ti、70Ti等。用于感應(yīng)加熱達(dá)到表面高硬度，心部不能淬透而保持強(qiáng)韌狀態(tài)。部分代替滲碳鋼。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-142易切削鋼：易切削鋼：在鋼中加入某些合金元素，使其切削加工性能得到明顯改善的結(jié)構(gòu)鋼，可簡稱為易切削鋼易切削鋼。 常用的合金元素有Pb、S、Ca等，切削摩擦力小，易斷屑，但力學(xué)性能并不高，用于用于受力不大、批量生產(chǎn)、精密構(gòu)件。

21、 例如：Y40Mn、 Y20Cr等。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-143七、超級鋼七、超級鋼 新一代鋼鐵材料 “新一代鋼鐵材料”，就是使用現(xiàn)有的設(shè)備（或略加改造），用一種便宜的辦法（不是加入合金元素，增加成本的辦法），也不是大變形量，低溫扎制的辦法，在比較高的溫度下軋制鋼材，在軋制過程鋼材產(chǎn)生相變，“形變誘導(dǎo)鐵素體相變”，通過改變鋼材物理性能和顯微組織，得到超細(xì)顯微組織，提高鋼材的力學(xué)性能，在性能價格比提高和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良的情況下，保持鋼材韌性和塑性的同時，把現(xiàn)在鋼材的強(qiáng)度提高一倍，使用壽命提高一倍，現(xiàn)在鋼材的強(qiáng)度提高一倍，使用壽命提高一倍，從而得到良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益材

22、料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-144 國家973973項目“新一代鋼鐵材料”重大基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家翁宇慶教授。項目目國家家金工業(yè)業(yè)局一組織，參加加項目的有有五大專院校（北京科技大學(xué)、 清華大學(xué)、東北大學(xué)等），四五研究院所 （鋼鐵研究總院、中科院沈陽金屬所等）， 九五鋼鐵企業(yè)（寶鋼、首鋼、鞍鋼、武鋼、 攀鋼、唐鋼、淮鋼、珠江鋼廠、大連鋼廠） 三五汽車廠。涉及的品種有：螺紋鋼、薄 板、中厚板、薄板坯、特殊鋼等（還未見 鋼管品種的報導(dǎo)）。 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-145 項目的設(shè)想是把占全國鋼材總產(chǎn)量 70%70%的三類鋼，即碳素、低合金、合金結(jié)構(gòu)鋼的

23、強(qiáng)度或使用壽命提高一倍。在前期研究的基礎(chǔ)上，研究人員提出了碳素結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度目目前的200200MPa提高到400400MPa，低合金結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度目目前的400400MPa提高到800800MPa，合金結(jié)構(gòu)鋼抗拉強(qiáng)度目800800MPa提高到15001500MPa。新一代鋼鐵材料性能的提高，還有望降低目前約占全國總能耗十分之一的鋼鐵工業(yè)對能源、資源的消耗。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-146本項目主要內(nèi)容如下： 1.1.鋼的高潔凈度基礎(chǔ)理論研究。鋼的高潔凈度基礎(chǔ)理論研究。研究低濃度雜質(zhì)條件 組元的行為、雜質(zhì)去除反應(yīng)的動力學(xué)限制性環(huán)節(jié)。研究高 潔凈鋼的凝固規(guī)律； 2.

24、2.微米、亞微米組織的形成理論。微米、亞微米組織的形成理論。研究獲得超細(xì)相組織 的變形機(jī)理、變形控制技術(shù)和性能特征； 3.3.非平衡態(tài)的物理金屬學(xué)問題。非平衡態(tài)的物理金屬學(xué)問題。研究非平衡態(tài)轉(zhuǎn)變規(guī) 律、元素的溶解和析出規(guī)律； 4. 4. 高潔凈度鋼的微合金化基礎(chǔ)理論。高潔凈度鋼的微合金化基礎(chǔ)理論。研究凝固、熱加 工和相變過程中微合金化元素的溶解和析出規(guī)律； 5. 5. 相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)理論。相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)理論。用計算機(jī)技術(shù)模擬組織形成和 性能變化過程。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-147經(jīng)過有年研究，預(yù)期實現(xiàn)下列目標(biāo)： 1. 提供鋼的高潔凈度基礎(chǔ)理論、微米亞微米組織的形成理

25、論、非平衡態(tài)的物理金屬學(xué)問題、高潔凈度鋼的微合金化理論等四五理論基礎(chǔ)。建立相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)理論。2.2.產(chǎn)生出新一代鋼鐵材料的原型。碳素結(jié)構(gòu)鋼的屈服強(qiáng)度提高到400Mpa400Mpa級，低合金鋼的屈服強(qiáng)度提高到800MpaMpa級，合金結(jié)構(gòu)鋼的抗拉強(qiáng)度提高到1500MPa1500MPa，鋼材的使用壽命提高一倍。3.3.培養(yǎng)出一批2121世紀(jì)鋼鐵材料科學(xué)的學(xué)科帶頭人。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-148 新一代鋼鐵材料具有超細(xì)晶、高潔凈、高均勻性的特征。 該材料用于汽車鋼板，使車身超輕，強(qiáng)度提高8080，自重下降2525；用于鐵路，鐵軌自重減少10102525，稱為瘦身工程；

26、用于建筑，在不使用合金元素的情況下達(dá)到三級即400MPa400MPa建筑用鋼強(qiáng)度，如果少用合金元素可達(dá)到四級即500M Pa500M Pa建筑用鋼強(qiáng)度；用于機(jī)械制造，具有抗延遲斷裂、高疲勞壽命的特點，是高強(qiáng)（1300MPa1300MPa）合金結(jié)構(gòu)鋼。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-149 我國超細(xì)晶粒、質(zhì)地純凈均勻、強(qiáng)度翻番的 “新一代鋼鐵材料”已目寶鋼、鞍鋼、攀鋼、首鋼、本鋼等1515家鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)了約200200萬噸。汽車和建筑是主要用戶。從20042004年起，年使用量有望超過100100萬噸。本材料科學(xué)國家研究所、鋼鐵研究中心心表所研 發(fā)的具有 “雙倍強(qiáng)度”和“雙倍

27、壽命”，又具有“易回收性”的“超級鋼”，目標(biāo)是建筑和城市工程。南南等等發(fā)的適用 2121世紀(jì)新環(huán)境的 “新概念鋼”。這種鋼具有更高的韌性、良好的焊接性，更好的耐海洋氣候性能，以及回收簡便等特點。意大大研發(fā)了高性能 X100X100X120X120管線鋼。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-150材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-151合金工具鋼第 三 節(jié)Alloy Tool Steel2022-7-152數(shù)字?jǐn)?shù)字+ +化學(xué)元素化學(xué)元素+ +數(shù)字?jǐn)?shù)字1、前面(一位）數(shù)字表示鋼平均含碳量的千分?jǐn)?shù)； 含碳量1時，不寫數(shù)字。2、后面的數(shù)字表示合金元素含量。 合金元素含

28、量小于1.5%時，不標(biāo)含量； 等于或大于1.5%、2.5%時，以2、3表示。4、特殊標(biāo)注：特殊標(biāo)注： 高速鋼，例如：高速鋼，例如：W W1818CrCr4 4V V； 3、S、P量較低的高級優(yōu)質(zhì)鋼，加A 工工 具具 鋼鋼 編編 號號 原原 則則材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-153一、合金刃具鋼一、合金刃具鋼alloy cutting tool steel材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-154 什么是合金刃具鋼？什么是合金刃具鋼？ 用途：車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。用途：車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。 用于制造各類切削刀具的合金鋼。用于制造各類切削刀具的合金鋼

29、。 （alloy cutting tool steel） 低合金低合金 刃具鋼刃具鋼 高合金高合金 刃具鋼刃具鋼材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-155刃具鋼刃具鋼 主要用途主要用途 車刀端面銑刀鉆頭絲錐板牙盤型銑刀齒輪滾刀材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-156 目的與要求目的與要求 學(xué)習(xí)兩個知識 培養(yǎng)一種能力 合理合理設(shè)計合金刃具鋼的成分；正確正確制定刃具的熱處理工藝。 通過全面全面分析刃具的工作特點，合理合理確定合金刃具鋼的性能要求。 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-157 本節(jié)課的內(nèi)容本節(jié)課的內(nèi)容 1 1、刃具的工作特點分析、刃具

30、的工作特點分析 3 3、合金刃具鋼的成分設(shè)計、合金刃具鋼的成分設(shè)計 2 2、刃具鋼的性能要求刃具鋼的性能要求 4 4、刃具鋼的熱處理工藝、刃具鋼的熱處理工藝 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-15821彈性變形彈性變形 塑性變形塑性變形 擠裂擠裂2金金 屬屬 的的 切切 削削 過過 程程 1. 刃具的工作特點刃具的工作特點材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-159材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-160 工工 作作 特特 點點與工件發(fā)生劇烈的摩擦與工件發(fā)生劇烈的摩擦 要求刃具鋼有高的硬度、高的耐磨性要求刃具鋼有高的硬度、高的耐磨性 承受一定的

31、沖擊和彎曲應(yīng)力承受一定的沖擊和彎曲應(yīng)力 要求刃具鋼有足夠的塑性、韌性要求刃具鋼有足夠的塑性、韌性 刃部有很高工作溫度刃部有很高工作溫度 要求刃具鋼有高的耐熱性要求刃具鋼有高的耐熱性三三個個特特點點材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-161 2. 2.性能要求性能要求（properties) （1）高硬度 (hardness) 一般刃具鋼60HRC，部分刃具鋼70HRC （2）高的耐磨性（wearability) 決定了刀具的耐用度； 耐用度：耐用度：刀具目等始切削到磨鈍的時間。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-162 63 60 HRC 降降30 大量大量VC

32、 VC 70 70 HRC 刃具的耐磨性刃具的耐磨性 材料的硬度材料的硬度 碳化物性質(zhì)碳化物性質(zhì) 成分VCWCFe3C硬度/HV20101730800三種碳化三種碳化物的硬度物的硬度材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-163 (3)高的熱硬性 （hot hardness) 熱硬性熱硬性： 材料在高溫下保持高硬度的性能， 取決于鋼的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性和碳化物的性質(zhì)碳化物的性質(zhì)。 意大大有軸數(shù)控銑床意大大有軸數(shù)控銑床 德國數(shù)控銑床德國數(shù)控銑床 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-164刃具材料的耐熱性是影響機(jī)械切削速度刃具材料的耐熱性是影響機(jī)械切削速度的關(guān)鍵因素；

33、的關(guān)鍵因素；國際生產(chǎn)工程學(xué)會國際生產(chǎn)工程學(xué)會的一份的一份報告指出：報告指出：“正是由于刃具材料的進(jìn)步，正是由于刃具材料的進(jìn)步，允許切削速度每隔十年幾乎提高一倍允許切削速度每隔十年幾乎提高一倍”。 對刃具材料的熱硬性提出了更高的要求對刃具材料的熱硬性提出了更高的要求 刃具溫度升高刃具溫度升高 切削速度提升切削速度提升材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-165 1865 低合金刃具鋼低合金刃具鋼 300 10 m/min 英國英國 羅伯特羅伯特刃具材料與切削速度進(jìn)展刃具材料與切削速度進(jìn)展 1898 高速鋼高速鋼 (鋒鋼鋒鋼) 600 30 m/min 美國美國 泰勒泰勒 懷特懷特

34、現(xiàn)在現(xiàn)在 Si3N4 1500 2000 m/min 1865 前前 碳素刃具鋼碳素刃具鋼 200 8 m/min 1926 硬質(zhì)合金硬質(zhì)合金 1000 100 m/min材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-166各個國家對高性能刃具材料的研究都投各個國家對高性能刃具材料的研究都投入極大的熱情，解放后，我國研制了幾入極大的熱情，解放后，我國研制了幾十種高速鋼，建設(shè)了株洲和自貢硬質(zhì)合十種高速鋼，建設(shè)了株洲和自貢硬質(zhì)合金廠，提升了我國刀具材料的水平。金廠，提升了我國刀具材料的水平。 切削技術(shù)的發(fā)展史，就是刃具材料的進(jìn)步史切削技術(shù)的發(fā)展史，就是刃具材料的進(jìn)步史 刃具材料的進(jìn)步，刃具材

35、料的進(jìn)步，拓寬了可切削材料的范圍；拓寬了可切削材料的范圍； 實現(xiàn)了制造技術(shù)的重大突破實現(xiàn)了制造技術(shù)的重大突破 。 新一代航空發(fā)動機(jī)的研制新一代航空發(fā)動機(jī)的研制材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-167 （4）足夠的塑性和韌性 （plasticity and toughness) 材料塑韌性低材料塑韌性低 刃具崩刃、斷裂刃具崩刃、斷裂 高速鋼刃具高速鋼刃具5050，硬質(zhì)合金刃具，硬質(zhì)合金刃具4545，其它材料刃具，其它材料刃具5 5。 主要原因：高速鋼的韌性好。主要原因：高速鋼的韌性好。材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-168 成分特點：成分特點： 高碳高碳+

36、+提高淬透性元素提高淬透性元素+ +提高回火穩(wěn)定性元素提高回火穩(wěn)定性元素 1)高碳，0.851.05%C之間； 2)提高淬透性的元素：Cr Mn； 3)提高回火穩(wěn)定性的元素：V Si典型鋼種及熱處理典型鋼種及熱處理： 9SiCr CrWMn9SiCr CrWMn 淬火低溫回火淬火低溫回火 3 3、低合金刃具鋼：、低合金刃具鋼：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-169 4.4.高合金刃具鋼高合金刃具鋼(high-alloy cutting tool steel) “高速鋼高速鋼 ” ” (high speed tool steel) W：17.5-19.0 保證熱硬性保證熱硬性

37、以以WW1818CrCr4 4V V為例為例(1)(1)化化 學(xué)學(xué)成成分分及及元元素素作作用用 形成碳化物，約0.2； 保證M中的碳含量，約0.5-.-0.6。 形成WC； 提高回火穩(wěn)定性。 C ：0.7-0.8 保證高硬度保證高硬度材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-170 V：1.01.4 提高硬度和耐磨性提高硬度和耐磨性 Cr：3.84.4 提高淬透性提高淬透性 “風(fēng)鋼風(fēng)鋼” 發(fā)展發(fā)展 減少減少W W含量，增加含量，增加MOMO、V V 例例 W W6 6MoMo5 5CrCr4 4V V2 2 趨勢：趨勢：提高硬度，發(fā)展超硬高速鋼提高硬度，發(fā)展超硬高速鋼化化 學(xué)學(xué)成成分

38、分及及元元素素作作用用 增加過冷A穩(wěn)定性，增加殘余A的量形成VC 13.5V，60HRC70HRC材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-171塑性差；鍛造溫度間隔小 （2）鍛造及熱處理鍛造及熱處理（forging and heat treatment) 幾幾 種種 鋼鋼 的的 鍛鍛 造造 溫溫 度度95095011501150W18Cr4V80080012001200454570070012501250A3A3終鍛溫度終鍛溫度/始鍛溫度始鍛溫度/鋼號鋼號 必須鍛造必須鍛造 非常困難非常困難鍛鍛造造退火組織 鑄態(tài)組織材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-172 熱熱

39、處處 理理 工工 藝藝 加加 熱熱 800-840預(yù)熱預(yù)熱 1270-1280A化化 組織組織：A+C 冷冷 卻卻 組織組織:M+C+A殘殘 油冷油冷. 580-620分級分級 回回 火火 減減A殘殘.析出析出C 550-570三次三次 高速鋼高速鋼的熱處理的熱處理 （heat treatment) 熱處理工藝曲線熱處理工藝曲線 材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-17360-63HRC 60-63HRC 原因原因：大量：大量A A殘63-66HRC 組織組織：M回回+C+A殘W18Cr4V回火溫度與硬度回回火火與與硬硬度度淬火后淬火后回火后回火后材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工

40、程學(xué)院 2022-7-174二、模具鋼二、模具鋼Die steel材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-175用途：用途：在室溫下對金屬進(jìn)行變形的模具；在室溫下對金屬進(jìn)行變形的模具； 如冷沖模、冷擠壓、拉絲、滾絲輪、搓絲板等。 性能：性能：1）高硬度； 2）高的耐磨性； 3）足夠的韌性和疲勞抗力。 汽車沖壓模具汽車沖壓模具 冷冷 作作 模模 鋼鋼 ( cold-working die steel ) 1、用途及性能：、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-176 1）高碳，1.0%C，有的甚至可達(dá)到2； 2）提高淬透性元素 Cr W Mn; 3）碳化物元

41、素，Mo、W、V等。 淬火低溫回火 尺寸較小、輕載的模具 T10A、9SiCr、9Mn2V； 尺寸較大、重載、熱處理變 形小的模具 Cr12、Cr12MoV。 成分特點：成分特點：高碳提高淬透性元素碳化物元素 熱處理及典型鋼種：熱處理及典型鋼種：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-177熱作模鋼熱作模鋼 ( hot-working die steel )用途：用途： 高溫下對金屬進(jìn)行變形的模具； 如熱鍛模、熱擠壓模等。 性能性能: : 1）高強(qiáng)度和韌性的配合； 2）高的回火穩(wěn)定性； 3）高的抗熱疲勞能力； 4）好的淬透性。 1、用途及性能：、用途及性能：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科

42、學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-178材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-179 1）中碳 0.3-0.5%C； 2）提高淬透性元素 Cr Mn Ni Si; 3）提高回火穩(wěn)定性元素 Mo、W 4) 防止第二類回火脆性元素 W Mo 成分特點：成分特點：中碳提高淬透性元素提高回火穩(wěn)定性元素 防止第二類回火脆性元素材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-180 5CrMnMo 一般模具 5CrNiMo 各種模具，淬透性好 3Cr2W8V 重載大型模具 熱處理及典型鋼種：熱處理及典型鋼種：淬火高溫回火汽車鍛模汽車鍛模材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-181

43、用途：用途：制造卡尺，量規(guī)、塞規(guī)等；制造卡尺，量規(guī)、塞規(guī)等； 三、量三、量 具具 鋼鋼 1、用途及性能：、用途及性能：卡卡 尺尺量量 規(guī)規(guī)千分尺千分尺材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-182高碳: 0.91.5 %;合金元素: Cr、 Mn、W。淬火 冷處理 低溫回火 時效處理簡單量具：簡單量具：T10A、T12A、65Mn等。形狀復(fù)雜、高精度：形狀復(fù)雜、高精度：CrWMn、GCr15。性能性能: : 1）高硬度和耐磨性，HRC56； 2）熱處理變形小，尺寸穩(wěn)定； 3）好的加工工藝性。 4）良好的耐蝕性; 3、熱處理及典型鋼種：、熱處理及典型鋼種： 2、 成分特點：成分特點：

44、材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-183特殊性能鋼第 四 節(jié)Special Property Steel2022-7-184 一一. .不銹鋼不銹鋼 ( stainless steel ) 在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐蝕能力的鋼。*在空氣中的年腐蝕量為0.01mm以內(nèi)； *在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中的年腐蝕量為0.1mm以內(nèi)。 2、 耐蝕的概念：耐蝕的概念： 1、 定義：定義：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-185金屬腐蝕的種類金屬腐蝕的種類: :1) 1) 化學(xué)腐蝕化學(xué)腐蝕: : 金屬與介質(zhì) ( 干燥氣體和非電解質(zhì)溶液)發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。 例如:高溫氧化

45、、脫碳等。2) 2) 電化學(xué)腐蝕電化學(xué)腐蝕: :金屬與介質(zhì) (電解質(zhì)溶液,即酸、堿、 鹽溶液)發(fā)生電化學(xué)反而 產(chǎn)生的腐蝕。 3、 腐蝕的機(jī)理：腐蝕的機(jī)理：電化學(xué)腐蝕過程示意圖電化學(xué)腐蝕過程示意圖材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-186 珠光體電化學(xué)腐蝕示意圖珠光體電化學(xué)腐蝕示意圖材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-187 1) 1)防化學(xué)腐蝕：防化學(xué)腐蝕： 形成保護(hù)膜: 加入合金元素Cr、Al、Si 等, 形成 Cr2O3、SiO2、Al2O3氧化膜。 2) 2)防電化學(xué)腐蝕：防電化學(xué)腐蝕： 盡可能得到單相組織； 盡可能使兩相的電位相等； 提高基體的電極電位。

46、 4、 防腐蝕的途徑：防腐蝕的途徑：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-188 盡可能得到單相組織盡可能得到單相組織* * 低碳低碳: : 耐蝕性要求愈高,碳含量愈低。* * 合金元素合金元素: : Ni、Mn 得到單相A Cr 得到單相F 盡可能提高基體的盡可能提高基體的 電極電位電極電位Cr12Cr含量與電位的關(guān)系 5、成分特點：、成分特點：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-1891)1)馬氏體型不銹鋼馬氏體型不銹鋼 - - CrCr1313型鋼型鋼化學(xué)成分特點: Wc = 0.10.4 % WCr = 13 %熱處理特點: 淬火回火 組織：組織：回火索氏

47、體 結(jié)構(gòu)件 回火馬氏體 刀具牌號: 1Cr134Cr13 6、 常用不銹鋼：常用不銹鋼：材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-1902) 2)鐵素體型不銹鋼鐵素體型不銹鋼化學(xué)成分特點化學(xué)成分特點: : Wc = 0.1 %左右 WCr = 17 %熱處理特點熱處理特點: : 750-780 空冷 不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。牌號牌號: 1Cr: 1Cr1717、1Cr1Cr2828等等。用途用途: :化工設(shè)備中要求耐蝕性高、塑 性好、強(qiáng)度低的容器、管道等。硝酸生產(chǎn)裝置硝酸生產(chǎn)裝置材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-1913)3)奧氏體型不銹鋼奧氏體型不銹鋼化學(xué)成分特點化學(xué)成分特點: : Wc = 0.080.14% WCr=1719% WNi=811% Cu、Ti、Mo等牌號牌號: : 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、 0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti熱處理特點熱處理特點: :固溶處理;穩(wěn)定化處理; 消除應(yīng)力退火，不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化用途用途: : 化工容器、管道等。管板換熱器管板換熱器大型化工儲罐大型化工儲罐材料科學(xué)與工程學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院 2022-7-192二二. .耐熱鋼耐熱鋼在高溫下