鋼的基礎(chǔ)知識(shí)-工業(yè)用鋼

第六講鋼材料工業(yè)用鋼鋼的基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼鋼的基礎(chǔ)知識(shí)一.常存元素對(duì)鋼的組織和性能的影響

雜質(zhì)及合金元素與鐵和碳的作用。合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響。合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響。一）雜質(zhì)和氣體的影響

Mn—脫氧、去硫,提高鋼的強(qiáng)度和硬度。

Si

—有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,能脫氧。1.有益元素2.有害元素:

P

—有很強(qiáng)的固溶強(qiáng)化作用,低溫韌性差。

(冷脆現(xiàn)象)

S

—能引起鋼在熱加工時(shí)或高溫工作下開裂。

(熱裂

)3.氣體元素:

N：鋼中過飽和N在常溫放置過程中會(huì)發(fā)生時(shí)效脆化。加Ti、V、Al等元素可消除時(shí)效傾向。

O：鋼中的氧化物易成為疲勞裂紋源。

H：原子態(tài)的過飽和氫時(shí)將降低韌性,引起氫脆。當(dāng)氫在缺陷處以分子態(tài)析出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高內(nèi)壓，形成微裂紋，其內(nèi)壁為白色，

稱白點(diǎn)或發(fā)裂。鋼中白點(diǎn)二)合金元素與鐵和碳的作用1.溶于基體中形成合金F或合金A。2.與碳作用形成合金碳化物(Fe,Cr)3C。3.單獨(dú)形成特殊碳化物

TiC、VC。1.溶于基體中形成合金F或合金A1.溶于基體中形成合金F或合金A2.與碳作用形成合金碳化物Fe、Mn、Cr、Mo、W、V、Ti、Nb、Zr弱強(qiáng)

弱碳化物元素:Fe、Mn。

中強(qiáng)碳化物元素:Cr、Mo、W。

強(qiáng)碳化物元素:V、Ti、Nb、Zr。

碳化物形成元素在周期表中都是位于鐵元素的左邊的過渡族金屬元素,它們都有一個(gè)未填滿的d電子亞層,當(dāng)形成碳化物時(shí),碳原子首先將其價(jià)電子填入金屬原子未填滿的d電子亞層,使形成的碳化物具有金屬鍵結(jié)合的性質(zhì),金屬原子的d電子亞層愈不滿(周期表中,在鐵左邊離鐵愈遠(yuǎn)),則其與碳的親和力愈強(qiáng),形成碳化物的能力愈大,愈穩(wěn)定,而且不易分解。3.單獨(dú)形成特殊碳化物

熔點(diǎn)、硬度、耐磨性最高。

穩(wěn)定性最高。TiC、NbC、VC。三)合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響擴(kuò)大奧氏體區(qū)縮小奧氏體區(qū)改變共晶點(diǎn)和共析點(diǎn)的參數(shù)1.擴(kuò)大奧氏體區(qū)的合金元素Mn、Ni、Co等元素。作用:使A3線溫度下降,A4線溫度上升。

Mn元素對(duì)奧氏體區(qū)的影響2.縮小奧氏體區(qū)的合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、Si等元素。作用:

使A3線溫度上升,A4線溫度下降。

Cr

元素對(duì)奧氏體區(qū)的影響3.改變共晶點(diǎn)和共析點(diǎn)參數(shù)的元素幾乎所有的合金元素。作用:使S點(diǎn)和E點(diǎn)的成分向左移。

使A1線的溫度變化。

合金元素對(duì)S點(diǎn)成分的影響合金元素對(duì)A1線的影響四)合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響加熱時(shí)對(duì)奧氏體形成的影響對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響1.合金元素對(duì)加熱時(shí)奧氏體形成的影響除Mn

元素外,所有合金元素的加入,均使奧氏體的形成速度減慢。強(qiáng)碳化物形成元素能強(qiáng)烈的阻止奧氏體晶粒長大(

Ti、V、Zr、Nb

等)。非碳化物形成元素能輕微的阻止奧氏體晶粒長大(

Si、Ni、Cu、Co

等)。2.合金元素對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響

除

Co元素外,所有的合金元素均使鋼的

TTT曲線向右移。

除

Co、Al元素外,所有的合金元素都使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下降。

提高鋼的淬透性,常用的元素有:

Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。3.合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響回火抗力的增加

二次硬化的產(chǎn)生

產(chǎn)生回火脆性

W、Mo、V等碳化物在550℃時(shí),使鋼達(dá)到最高硬度,產(chǎn)生二次硬化。Cr-Ni鋼的回火脆性示意圖

防止第二類回火脆性的產(chǎn)生的方法:在500～600℃快速冷卻。加入合金元素W、Mo。二.合金元素在鋼中的作用1.主加元素:對(duì)提高鋼的性能起主要作用。

Si、Mn、Cr、Ni、B。2.輔加元素:配合主加元素進(jìn)一步提高鋼的性能,彌補(bǔ)主加元素的不足與缺陷。

W、Mo、V、Ti、Nb。補(bǔ)充：鋼鐵的冶煉高爐煉鐵鑄鐵錠生產(chǎn)鑄鐵件煉鋼生鐵轉(zhuǎn)爐平爐電爐生產(chǎn)鋼件

2.沸騰鋼(boilingsteel)

鋼液在澆注僅前進(jìn)行輕度假脫氧,Wo=0.03%～0.07%,成分偏析較嚴(yán)重、組織不致密。機(jī)械性能不均勻,沖擊韌性差,常用于要求不高的零件。

1.鎮(zhèn)靜鋼(killedsteel)

鋼液在澆注前用錳鐵、硅鐵和鉛進(jìn)行了充分脫氧,Wo=0.01%左右,成分較均勻、組織較致密。主要用于機(jī)械性能要求較高的零件。

3.半鎮(zhèn)靜鋼(balancedsteel)半鎮(zhèn)靜鋼是脫氧過程介于鎮(zhèn)靜鋼和沸騰鋼之間的鋼,是用錳鐵和硅鐵進(jìn)行脫氧。其質(zhì)量也介于二者之間,可代替部分鎮(zhèn)靜鋼,一般不適于做重要零件。碳鋼的分類按鋼的含碳量分類：低碳鋼：Wc<0.25%中碳鋼：Wc0.25~0.6%高碳鋼：Wc>0.6%按鋼的質(zhì)量分類：普通碳素鋼：Ws<0.055%

Wp<0.045%優(yōu)質(zhì)碳素鋼：WpWs<0.040%高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素鋼：Ws<0.030%

Wp<0.035%按鋼的用途分類：碳素結(jié)構(gòu)鋼：制造各種工程構(gòu)件和機(jī)器零件碳素工具鋼：制造各種刀具、量具、模具特殊性能鋼、專業(yè)用鋼碳鋼性能較好、容易加工、成本低廉，工程上應(yīng)用最廣、使用量最大（90%）；碳鋼缺點(diǎn)淬透性不高、耐回火性較差和不能滿足更高的力學(xué)性能要求或某些特殊性能（如耐熱、耐蝕）等；合金鋼有意加入合金元素，克服了碳鋼使用性能的不足，從而可在重要或某些特殊場合下使用。20鋼：σb≥410N/mm2

16Mn：σb≥520N/mm2（Mn1.2～1.6％）合金鋼(AlloySteel)其他的分類方法按冶金質(zhì)量分類：按鋼中所含有害雜質(zhì)硫、磷的多少，可分為三類：

普通鋼（S%≤0.055%，P%≤0.045%） 優(yōu)質(zhì)鋼（S%、P%≤0.040%） 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（S%≤0.030%，P%≤0.035%）按金相組織分類： 按鋼退火態(tài)的金相組織可分為亞共析鋼、共析鋼、過共析鋼三種。 按鋼正火態(tài)的金相組織可分為珠光體鋼、貝氏體鋼、馬氏體鋼等。

總之：鋼的產(chǎn)品命名時(shí)，常把成分、質(zhì)量和用途幾種分類方法結(jié)合起來。如碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、高速工具鋼等。牌號(hào)的表示方法(GB)GB221-79規(guī)定，由三大部分相結(jié)合組成：①化學(xué)元素符號(hào):表示鋼中所含化學(xué)元素種類；②漢語拼音字母:表示產(chǎn)品名稱、用途、冶煉

方法等特點(diǎn)，常采用的縮寫字母及涵義表；③阿拉伯?dāng)?shù)字:表示鋼中主要化學(xué)元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)

或產(chǎn)品的主要性能參數(shù)或代號(hào)。

三、鋼的牌號(hào)（編號(hào)）鋼的編號(hào)：為了管理和使用的方便，每一種鋼都應(yīng)該有一個(gè)簡明的編號(hào)。世界各國鋼的編號(hào)方法不一樣。鋼編號(hào)的原則主要有兩條：（1）根據(jù)編號(hào)可以大致看出該鋼的成分。（2）根據(jù)編號(hào)可大致看出該鋼的用途。(一)、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼：Q＋數(shù)字＋字母＋脫氧符號(hào)字母其中，“Q”字是鋼材的屈服強(qiáng)度“屈”字的漢語拼音字首，緊跟后面的是屈服強(qiáng)度值，再其后分別是質(zhì)量等級(jí)符號(hào)和脫氧方法。例如：Q235AF即表示屈服強(qiáng)度值為235MPa的A級(jí)沸騰鋼。牌號(hào)中規(guī)定了A、B、C、D四種質(zhì)量等級(jí)，A級(jí)質(zhì)量最差，D級(jí)質(zhì)量最好。按脫氧制度，沸騰鋼在鋼號(hào)后加“F”，半鎮(zhèn)靜鋼在鋼號(hào)后加“b”，鎮(zhèn)靜鋼則不加任何字母。三、鋼的牌號(hào)(二)、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼方法相同：“兩位數(shù)字＋合金元素＋數(shù)字＋…”表示。鋼號(hào)的前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬分之幾。沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼等在鋼號(hào)后特別標(biāo)出?；瘜W(xué)元素符號(hào)后面的數(shù)字則表示該元素的含量，一般百分之幾表示。凡合金含量小于1.5%時(shí)，只標(biāo)明元素符號(hào)而不含量。如平均含量≥1.5%、≥2.5%、≥3.5%、……時(shí),則相應(yīng)地在元素符號(hào)后面標(biāo)以2、3、4……。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼，則在其鋼號(hào)后加“高”或“A”。鋼中的V、Ti等合金元素，雖含量很低，但起重要的作用，故應(yīng)在鋼號(hào)中標(biāo)出。三、鋼的牌號(hào)(三)、碳素工具鋼：以“T＋數(shù)字＋字母”表示。

鋼號(hào)前面的“T”表示碳素工具鋼，其后的數(shù)字表示含碳量的千分之幾。如平均含碳量為0.8%的碳素工具鋼，其鋼號(hào)為“碳8”或“T8”。含錳量較高者，在鋼號(hào)后標(biāo)以“錳”或“Mn”,如“碳8錳”或“T8Mn”。如為高級(jí)優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，則在其鋼號(hào)后加“高”或“A”，如“碳10高”或“T10A”?！?鋼的分類及牌號(hào)三、鋼的牌號(hào)(四)、合金工具鋼與特殊性能鋼：以“一位數(shù)字（或沒有數(shù)字）＋元素＋數(shù)字＋…”表示。特殊性能鋼同。

其編號(hào)方法與合金結(jié)構(gòu)鋼大體相同，區(qū)別在于含碳量的表示方法，當(dāng)碳含量≥1.0%時(shí)，則不予標(biāo)出。如平均含碳量<1.0%時(shí)，則在鋼號(hào)前以千分之幾表示它的平均含碳量，如9CrSi鋼，平均含碳量為0.90%，主要合金元素為鉻、硅，含量都小于1.5%。

對(duì)于含鉻量低的鋼，其含鉻量以千分之幾表示，并在數(shù)字前加“0”，以示區(qū)別。如平均Cr=0.6%的低鉻工具鋼的鋼號(hào)為“Cr06”。在高速鋼的鋼號(hào)中，一般不標(biāo)出含碳量，只標(biāo)出合金元素含量平均值的百分之幾。如“鎢18鉻4礬”三、鋼的牌號(hào)(五)、專用鋼：指某些用于專門用途的鋼種。

以其用途名稱的漢語拼音第一個(gè)字母表明該鋼的類型，以數(shù)字表明其含碳量；化學(xué)元素符號(hào)表明鋼中含有的合金元素，其后的數(shù)字標(biāo)明合金元素的大致含量。如滾珠軸承鋼在編號(hào)前標(biāo)以“G”字，其后為鉻/Cr+數(shù)字，數(shù)字表示鉻含量平均值的千分之幾，如GCr15。如易切鋼前標(biāo)以“Y”字，Y40Mn表示含碳量約0.4%，含錳量小于1.5的易切鋼。三、碳素鋼的編號(hào)及用途1.碳素結(jié)構(gòu)鋼:

Q

235—A·F沸騰鋼A等級(jí)235MPa屈服強(qiáng)度2.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼*

45---Wc=0.45%*

較高錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

45Mn---Wc=0.45%;WMn=0.7%～1.0%3.碳素工具鋼T

12

A高級(jí)優(yōu)質(zhì)Wc=1.2%碳素工具鋼4.鑄造碳鋼ZG

200-400σb

≥400MPaσs≥200MPa鑄鋼合金結(jié)構(gòu)鋼(AlloyConstructionalSteel)普通低合金鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾動(dòng)軸承鋼易切削鋼一.普通低合金鋼

(commonlow–alloyedsteel)1.化學(xué)成分:碳素結(jié)構(gòu)鋼+

合金元素主加合金元素:Mn1.8%以內(nèi)。輔加合金元素:V、Ti、Nb、B。一.普通低合金鋼Q460鋼含Mo、B，正火組織為B，強(qiáng)度高，用于石化中溫高壓容器。壓力容器南京長江大橋

Q345鋼(16Mn)綜合性能好，用于船舶、橋梁、車輛等大型鋼結(jié)構(gòu)。

Q390鋼含V、Ti、Nb，強(qiáng)度高，用于中等壓力的容器。萬噸遠(yuǎn)洋輪二.碳素滲碳鋼及合金滲碳鋼1.對(duì)滲碳鋼的性能要求:2.對(duì)滲碳鋼的含碳量的要求:低碳3.滲碳鋼的熱處理特點(diǎn):滲碳

淬火

+

低溫回火(180～200℃)表硬里韌Wc≤0.25%Wc=0.15～0.25%合金元素:Cr、Mn、

Ni、B、V、W、

Mo、Ti等。表層:M回+Fe3C+A殘心部:F+P表層:M回+Cm+A殘心部:低碳M回

+F碳素滲碳鋼合金滲碳鋼化學(xué)成分熱處理后的組織4.合金滲碳鋼的牌號(hào)20

Mn2

Ti

A等級(jí):高級(jí)優(yōu)質(zhì)含鈦量WTi≤1.5%含錳量WMn2%含碳量WC20%005.典型合金滲碳鋼種介紹

低淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量＜3%15Cr、20Cr、20Mn2。用于受力小的耐磨件，如柴油機(jī)的活塞銷、凸輪軸等。中淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量在4%左右。20CrMn、20CrMnTi、

20Mn2TiB。用于中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪。柴油機(jī)凸輪軸活塞銷(20Cr)5.典型合金滲碳鋼種介紹高淬透性合金滲碳鋼鋼含合金元素總量在

4%～6%。18Cr2NiWA、

20Cr2Ni4A等。用于大載荷的耐磨件，如柴油機(jī)曲軸。

柴油機(jī)曲軸

20CrMnTi鋼制造齒輪的熱處理工藝曲線三.碳素調(diào)質(zhì)鋼及合金調(diào)質(zhì)鋼1.對(duì)調(diào)質(zhì)鋼的性能要求:既強(qiáng)又韌2.對(duì)調(diào)質(zhì)鋼的含碳量的要求:中碳3.調(diào)質(zhì)鋼的熱處理特點(diǎn):淬火+

高溫回火(500～650℃)Wc=0.25～0.6%Wc=0.25～0.5%合金元素:

Cr、Mn、

Ni、B、Si、V、

W、Mo、Ti等。表層:S回碳素調(diào)質(zhì)鋼合金調(diào)質(zhì)鋼化學(xué)成分熱處理后的組織心部:P+F表層:S回心部:S回4.合金調(diào)質(zhì)鋼的牌號(hào)40Cr40Mn40MnB35CrMo38CrMoAlA25Cr2Ni4WA5.典型合金調(diào)質(zhì)鋼種介紹

低淬透性調(diào)質(zhì)鋼鋼含合金元素總量＜3%。40Cr、40MnB等。

中淬透性調(diào)質(zhì)鋼鋼含合金元素總量在4%左右。38CrSi、35CrMo等。圓錐齒輪柴油機(jī)凸輪軸常用于制造較小的齒輪、軸、螺栓等零件。5.典型合金調(diào)質(zhì)鋼種介紹

高淬透性調(diào)質(zhì)鋼鋼含合金元素總量在4%～10%。

制造大截面重載荷零件，如曲軸等用高淬透性的零件等。38CrMoAlA、40CrMnMo、25Cr2Ni4WA等。

40Cr鋼制造連桿螺栓的熱處理工藝曲線四.碳素彈簧鋼及合金彈簧鋼1.對(duì)彈簧鋼的性能要求:高的σe、高的σs/σb、高的σ-1、良好的韌。2.對(duì)彈簧鋼含碳量的要求:中、高碳。3.熱成型彈簧鋼的熱處理特點(diǎn):淬火+

中溫回火(450～550℃)碳素彈簧鋼合金彈簧鋼化學(xué)成分熱處理后的組織Wc=0.6～0.9

%Wc=0.5～0.7%合金元素:

Si、Mn、Cr、V、W、Mo等。T回制造尺寸小于Φ8～15mm的小型彈簧。T回制造尺寸在Φ20～25mm左右的彈簧。4.合金彈簧鋼的牌號(hào)6565Mn55Si2Mn60Si2Mn50CrVA50CrMnA55SiMnMoVNb5.冷成形彈簧生產(chǎn)工藝特點(diǎn)

用于生產(chǎn)尺寸小于Φ8～15mm的小型彈簧,常用彈簧鋼絲(片)冷繞成形,其制造方法有:T組織冷成型+200～300℃去應(yīng)力退火。60、75、85、65Mn。

T回組織冷成型+去應(yīng)力退火。退火組織冷成型+淬火+中溫回火。

55Si2Mn、60Si2MnA、50CrVA。汽車板簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧簧彈絲五.滾動(dòng)軸承鋼(bearingsteel)1.性能要求:高的硬度強(qiáng)度和耐磨性;高的接觸疲勞強(qiáng)度;足夠的韌性和耐蝕性;高的純凈度;滾珠軸承滾針軸承滾柱軸承五.滾動(dòng)軸承鋼(bearingsteel)2.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳,Wc=0.9～1.1%。主加Cr,0.4～1.65%

輔加Si、Mn。優(yōu)質(zhì)鋼材。五.滾動(dòng)軸承鋼(bearingsteel)3.熱處理特點(diǎn):球化退火+淬火+低溫回火極細(xì)回火馬氏體+細(xì)粒狀碳化物+少量殘余奧氏體4.滾動(dòng)軸承鋼的牌號(hào)G

Cr9

Si

Mn

含Mn量WMn≤1.5

%

含Si量WSi≤1.5%

含Cr量WCr≈0.9%

滾動(dòng)軸承鋼5.鉻軸承鋼制造軸承的工藝路線鍛造球化退火機(jī)加工淬火+冷處理(–60～–80℃;1h)

低溫回火磨削加工穩(wěn)定化處理(120～130℃；5～10h)

六.易切削鋼(fee–cuttingsteel)2.性能要求:降低切削力和切削熱,減少刀具磨損,延長刀具壽命,改屑性能,提高切削速度。3.化學(xué)成分特點(diǎn):1.用途:適用于高速切削和在自動(dòng)加工機(jī)床上加工的材料。S:Ws=0.08～0.3%Pb:WPb=0.15～0.25%Ca:微量4.易切削鋼的牌號(hào)Y

40

Mn

含錳量WMn≤1.5

%

含碳量WC0.4

%

易切削鋼5.易切削鋼的熱處理工藝特點(diǎn)

低碳易切削鋼(Y12、Y15、Y20)

滲碳或淬火成低碳馬氏體。

中碳易切削鋼(Y40)

調(diào)質(zhì)及表面淬火。合金工具鋼合金刃具鋼(alloycuttingsteel)合金模具鋼(alloydiesteel)合金量具鋼(alloymeasuringsteel)量具刃具模具一.碳素刃具鋼1.性能要求:高硬度、高耐磨性,有一定的強(qiáng)度和韌性。2.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳。3.熱處理特點(diǎn):淬火+低溫回火4.組織:

M回+Fe3C+A殘5.用途:用于低速、低溫(＜200℃）、低沖擊、硬度在HRC62左右的刃具。一.碳素刃具鋼銼刀手錘二.合金刃具鋼種類:低合金刃具鋼;高速鋼。牌號(hào):合金元素及含量千分之幾的含碳量

9

SiCrW18Cr4V1.低合金刃具鋼1.性能要求:高硬度、高耐磨性、有一定的紅硬性、強(qiáng)度和韌性,工作溫度不超過300℃。2.化學(xué)成分特點(diǎn):*高碳*加入Cr、Mn、Si、

W、V

等合金元素。3.熱處理特點(diǎn):球化退火淬火+低溫回火

9SiCr鋼板牙熱處理工藝曲線板牙2.高速鋼(high–speedsteel)(1)性能要求:高硬度、高耐磨性、高的紅硬性(600℃時(shí),HRC63以上)、有一定的強(qiáng)度和韌性。高速鋼---鋒鋼、風(fēng)鋼;18–4–1

鋼車刀銑刀鉆頭(2)化學(xué)成分特點(diǎn):高碳0.7～1.5%:鎢18%:鉬5%:鉻4%:釩1.5%:

保證高硬度退火狀態(tài)下形成M6C碳化物,在560℃左右回火時(shí),彌散析出W2C,造成二次硬化,提高鋼的紅硬性。1%Mo的作用等同于2%W。形成Cr23C6碳化物;提高鋼的淬透性。形成VC,硬度極高,提高鋼的硬度和耐磨性,產(chǎn)生二次硬化。(3)W18Cr4V鋼的生產(chǎn)工藝及熱處理特點(diǎn)鑄造鍛造球化退火機(jī)加工淬火+三次570℃回火磨削加工

鑄造:高速鋼屬于萊氏體鋼,鑄態(tài)組織中含有大量呈魚骨狀分布的粗大共晶碳化物M6C,鋼的韌性大幅下降。

W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織

W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織鍛造:魚骨狀碳化物不能用熱處理來消除,只能依靠反復(fù)多次鍛打來擊碎。W18Cr4V鍛造組織210球化退火:消除應(yīng)力,調(diào)整組織,便于機(jī)加工,

為淬火作好組織準(zhǔn)備。球化退火后的組織:

S+粒狀Cm

W18Cr4V球化退火組織420

W18Cr4V鋼的熱處理過程示意圖淬火:1280℃;

淬火后的組織:M+Cm+A殘(20～25%)

W18Cr4V鋼淬火組織

W18Cr4V淬火組織300三次570℃回火在570℃回火時(shí),產(chǎn)生二次硬化。三次570℃回火*淬火后A殘約20～25%。*第一次回火后A殘約剩15～18

%。*第二次回火后A殘約剩3～5

%。*第三次回火后A殘約剩1～2

%?；鼗鸷蟮慕M織:

M回+Cm+A殘(1～2%)組織硬度為65HRC以上。

W18Cr4V淬火+一次回火組織

W18Cr4V淬火+三次回火組織W18Cr4V淬火+三次回火組織420

三.合金模具鋼(alloydiesteel)熱作模鋼:工作溫度為600℃以上。冷作模鋼:工作溫度為200～300℃。一)熱作模鋼(hotdiesteel)1.性能要求:高的熱硬性、高溫耐磨性;高的抗氧化能力;高的熱強(qiáng)性和足夠高的韌性;高的熱疲勞抗力(防止龜裂);高的淬透性和導(dǎo)熱性;2.化學(xué)成分特點(diǎn):中碳0.3～0.6%;合金元素:Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V。曲軸模具3.熱處理特點(diǎn):

*熱鍛模鋼:5CrMnMo熱處理工藝:淬火+550℃回火熱處理后的組織:S回或T回

溫度時(shí)間～500℃820～850℃預(yù)冷油冷530～550℃回火3.熱處理特點(diǎn):

*熱壓模鋼:3Cr2W8V熱處理工藝:淬火+600℃三次回火熱處理后的組織:M回+Cm粒狀汽車四缸壓鑄模二)冷作模鋼(colddiesteel)1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;足夠高的韌性與疲勞抗力;熱處理變形小;2.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳1～2%;合金元素:Cr,Mo、W、V。汽車沖壓模具3.熱處理特點(diǎn):

*一次硬化法:

淬火+低溫回火(950～1000℃)(150～180℃)

*二次硬化法:

淬火+三次回火(1100～1000℃)(510～520℃)熱處理后的組織:

M回+Cm+A殘牌號(hào):

Cr12、Cr12MoV四.合金量具鋼1.性能要求:高的硬度,HRC62;高的耐磨性;高的尺寸穩(wěn)定性;足夠高的心部韌性;熱處理變形小;尺寸穩(wěn)定;良好的耐蝕性;卡尺量規(guī)千分尺3.熱處理特點(diǎn):4.熱處理后的組織:M回+

Cm淬火冷處理(-70～-80℃)低溫回火時(shí)效處理(120～130℃,幾十小時(shí))5.牌號(hào):

CrWMn、4Cr13、GCr15、9SiCr、T12A、60等。2.化學(xué)成分特點(diǎn):高碳0.9～1.5%;合金元素:Cr,Mn、W。

CrWMn鋼制造塊規(guī)退火后的熱處理工藝～650℃820～840℃油冷3h-70～-80℃冷處理140～160℃3h110～120℃36h時(shí)效處理精磨3h研磨溫度時(shí)間第四節(jié)特殊性能鋼

不銹鋼(stainlesssteel)耐熱鋼(heat–resistantsteel)耐磨鋼(wear–resistantsteel)

一.不銹鋼(stainlesssteel)1.定義:

在腐蝕介質(zhì)中具有很高的抗腐蝕能力的鋼。2.概念:*在空氣中的年腐蝕量為0.01mm以內(nèi)的鋼,稱為在空氣中使用的不銹鋼。

*在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中的年腐蝕量為0.1mm以內(nèi)的鋼,稱為在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿介質(zhì)中使用的不銹鋼。3金屬腐蝕的機(jī)理.金屬腐蝕的種類:1)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、脫碳等。2)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)反應(yīng)而產(chǎn)生的腐蝕。

電化學(xué)腐蝕過程示意圖

珠光體電化學(xué)腐蝕示意圖4.金屬的防腐措施:1)覆蓋層保護(hù):涂漆、電鍍、發(fā)藍(lán)、磷化等工藝。2)形成氧化層:加入合金元素Cr、Al、Si等,形成Cr2O3、SiO2、Al2O3等氧化膜。3)提高金屬的電極電位:加入合金元素Cr、Ni、Si等,提高金屬基體的電極電位。4)使鋼在室溫下呈單相組織:加入合金元素Mn、Ni、Co等能擴(kuò)大

γ區(qū),可在室溫獲得奧氏體鋼。加入合金元素Cr、Mo、W、V、Ti、

Si等能擴(kuò)大α區(qū),可在室溫獲得鐵素體鋼。5)減少與消除鋼中的各種不均勻現(xiàn)象:

偏析、應(yīng)力、組織等。6)犧牲陽極保護(hù)陰極:

鑲嵌一些比金屬或合金基體電極電位更低的金屬塊。5.化學(xué)成分特點(diǎn):

*

低碳:耐蝕性要求愈高,碳含量愈低。

*合金元素:主加Cr。

輔加Ni、Mo、Cu、Ti、Nb、Mn等。6.常用的不銹鋼:

*馬氏體型不銹鋼

*鐵素體型不銹鋼

*奧氏體型不銹鋼1)馬氏體型不銹鋼---Cr13型鋼化學(xué)成分特點(diǎn):

Wc=0.1～0.4%

WCr=13%熱處理特點(diǎn):正火后的組體是馬氏體。牌號(hào):1Cr13～4Cr13用途:醫(yī)療器械醫(yī)用鑷子

1Cr13金相組織圖1Cr13供貨狀態(tài)組織(化染)580

2)鐵素體型不銹鋼化學(xué)成分特點(diǎn):

Wc=0.1%左右

WCr=17%熱處理特點(diǎn):不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化。牌號(hào):1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。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。鐵素體型不銹鋼的用途硝酸生產(chǎn)裝置合成氨生產(chǎn)裝置3)奧氏體型不銹鋼---18–8型鋼化學(xué)成分特點(diǎn):

Wc=0.08～0.14%

WCr=17～19%

WNi=8～11%Cu、Ti、Mo等。加工特點(diǎn):不能進(jìn)行熱處理強(qiáng)化,只能冷塑性變形強(qiáng)化。熱處理特點(diǎn):固溶處理;穩(wěn)定化處理;

消除應(yīng)力退火。牌號(hào):0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、

0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti用途:化工容器、管道等。大型化工儲(chǔ)罐(304)管板換熱器(304)

1Cr18Ni9Ti固溶處理組織金相圖1Cr18Ni9Ti固溶處理組織580二.耐熱鋼1.定義:在高溫下具有抗氧化性和高溫強(qiáng)度的特殊鋼。2.性能要求抗氧化性

(熱穩(wěn)定性)高溫強(qiáng)度(熱強(qiáng)性)蠕變強(qiáng)度持久強(qiáng)度3.提高鋼的耐熱性的途徑:

加入合金元素Cr、Si、Al等,