金屬材料-碳鋼與合金鋼課件

第三章金屬材料3.1碳鋼3.2合金鋼3.3鑄鐵3.4有色金屬及其合金黑色金屬13.1碳鋼3.1.1碳鋼的成分1、碳鋼的成分（＜2.11%C）主要元素：Fe、C雜質(zhì)元素：Si、Mn、S、P、O、H、N雜質(zhì)元素：合金元素：

因冶煉等原因，鋼中不

可避免地存在的一些元素。

為改善鋼的性能，冶煉

時有目的地加入鋼中的元素。2不管是雜質(zhì)元素、還是合金元素，都會對鋼的組織和性能產(chǎn)生影響。3.1.2化學(xué)成分對碳鋼性能的影響32、Mn的作用來

源有益作用有害影響煉鋼時加入的脫氧劑。能與S化合形成MnS，減輕S的有害影響；少量能溶入F中起固溶強(qiáng)化作用。過多會造成塑性下降。有益元素53、S的作用來

源有益作用有害影響煉鋼原料和燃料。在鋼中形成FeS,FeS與Fe形成低熔點(diǎn)（985℃）共晶體

分布在晶界上，使得對鋼進(jìn)行熱加工時容易脆化開裂，這種現(xiàn)象稱為熱脆。有害元素64、P的作用來

源有益作用有害影響煉鋼原料和燃料。引起鋼的塑性和韌性急劇下降，尤其在低溫時脆性更大，這種現(xiàn)象稱為冷脆。有害元素少量能溶入F中，使強(qiáng)度、硬度顯著提高。7雜質(zhì)元素總結(jié)：元素有益與有害是相對的：硅、錳雖有益，但也不是多多益善；硫、磷雖有害，應(yīng)該嚴(yán)格控制含量。氧、氫、氮有害，應(yīng)該嚴(yán)格控制含量。93.1碳鋼3.1.3碳鋼的分類（1）按碳含量分類中碳鋼0.25~0.6%C高碳鋼

0.6%C低碳鋼

0.25%C碳素鋼碳鋼種類繁多，為方便選用，塑性好，多用作沖壓、焊接和滲碳工件強(qiáng)度和韌度高，多用要求良好韌度的各種機(jī)構(gòu)零件硬度高，多用作工具、模具和量具等10（2）按質(zhì)量（按硫和磷的含量來分）碳素鋼P(yáng)S普通碳素鋼≤0.045≤0.055優(yōu)質(zhì)碳素鋼≤0.040≤0.040高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼≤0.035≤0.030（3）按用途工程用鋼

建筑、橋梁、船舶、車輛等機(jī)器零件

齒輪、軸、連桿等結(jié)構(gòu)鋼刃具、模具、量具等工具鋼專用剛鍋爐鋼、船用鋼、易切鋼113.1.4碳鋼的牌號和用途1．碳素結(jié)構(gòu)鋼螺紋鋼熱軋狀態(tài)使用，不進(jìn)行熱處理；可焊性、塑性好；用于制造各種工程構(gòu)件（如橋梁、船舶、建筑構(gòu)件等）13Q×××AF屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)s的值質(zhì)量等級：A、B、C、D、E脫氧方法沸騰鋼F半鎮(zhèn)靜鋼b鎮(zhèn)靜鋼Z特殊鎮(zhèn)靜鋼TZ牌號：用“Q+數(shù)字”表示，Q275、Q235AF、Q235C“Q”為屈服點(diǎn)，數(shù)字表示屈服強(qiáng)度的數(shù)值。質(zhì)量等級符號為A、B、C、D、E。由A到E，其P、S含量依次下降，質(zhì)量提高。脫氧方法符號:沸騰鋼—F；鎮(zhèn)靜鋼—Z；半鎮(zhèn)靜鋼—b；特殊鎮(zhèn)靜鋼—TZ。14例：Q235AF

表示屈服點(diǎn)為235MPa、質(zhì)量為A級的碳素結(jié)構(gòu)鋼，是沸騰鋼。Q285B

表示屈服點(diǎn)為285MPa、質(zhì)量為B級的碳素結(jié)構(gòu)鋼，是鎮(zhèn)靜鋼，省略Z。15如表3-1（P28）Q195、Q215、Q235、Q255、275一般橋梁、建筑結(jié)構(gòu)，普通機(jī)械零件，如螺釘、螺母等?？捎糜谑芰^大的機(jī)械零件，如鏈輪、拉桿等。應(yīng)

用17鋼號：用平均碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的萬分?jǐn)?shù)的數(shù)字表示，例如：20

鋼表示碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2％(萬分之二十)若鋼中錳含量較高，則在這類鋼號后附加符號“Mn”，如15Mn、45Mn等。優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼使用前一般都要經(jīng)過熱處理。主要用來制造各種機(jī)器零件（齒輪、軸、連桿等）。2、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼08F

：冷沖壓零件；10、20鋼：冷沖壓性與焊接性能良好，可用作沖壓件及焊接件，經(jīng)過熱處理（如滲碳）也可以制造軸、銷等零件；18曲軸螺栓35、40、45、50鋼，良好的綜合機(jī)械性能，用來制造齒輪、軸類、套筒等60、65鋼主要用來制造彈簧19碳素工具鋼成

分熱

處

理性

能典型牌號Wc=0.65-1.40%，高碳鋼必須經(jīng)淬火回火處理。高的硬度、強(qiáng)度，良好的耐磨性，一定的塑性與韌性。

T8、T10、T12A各類手工工具和簡單模具,低速工具。21T7、T8、T10、T12、T13A承受振動、沖擊的工具，如沖頭、大錘、木工工具。用于需要較高耐磨性和一定韌性的工具，如手工鋸條、剪金屬用剪刀。不受振動和沖擊的耐磨工具，如絲錐、銼刀、絞刀、板牙、量具等。應(yīng)

用22

碳素工具鋼的牌號、成分、硬度和用途

牌號C退火/HBS試樣淬火用途舉例淬火溫度/℃和淬火介質(zhì)/HRC≥T70.65～0.74187800～820、水62用于承受振動、沖擊、硬度適中有較好韌性的工具，如鑿子、沖頭、木工工具、大錘等。T80.75～0.84187780～800、水62有較高硬度和耐磨性的工具，如沖頭、木工工具、剪切金屬用剪刀等。T8Mn0.80～0.90187780～800、水62與T8鋼相似，但淬透性高，可制造截面較大的工具。T90.85～0.94192760～780、水62一定硬度和韌性的工具、如沖頭、沖模、鑿子等。，T100.95～1.04197760～780、水62耐磨性要求較高，不受劇烈振動，具有一定韌性及鋒利刃口的各種工具，如刨刀、車刀、鉆頭、絲錐、手用鋸條、拉絲模、冷沖模等。T111.05～1.14207760～780、水62T121.15～1.24207760～780、水62不受沖擊、高硬度的各種工具，如絲錐、銼刀、刮刀、絞刀、板牙、量具等。T131.25～1.35217760～780、水62不受振動、要求極高硬度的各種工具，如剃刀、刮刀、刻字刀具等。234、碳素鑄鋼：ZG+兩組數(shù)字（分別表示最小屈服點(diǎn)和最小抗拉強(qiáng)度）。例：ZG310-570

——表示最小屈服點(diǎn)為310MPa、最小抗拉強(qiáng)度為570MPa的鑄造碳鋼。25鑄造碳鋼成

分熱

處

理性

能典型牌號Wc=0.20-0.60%，低中碳鑄造成形，經(jīng)熱處理后使用。較高的硬度、強(qiáng)度和塑性、韌性，即綜合力學(xué)性能較好。

ZG200-400263.2合金鋼3.2.1概論合金鋼?碳鋼的不足：①淬透性低15mm~20mm②強(qiáng)度和屈強(qiáng)度比較低Q235與16Mn③回火穩(wěn)定性差④不能滿足特殊性能的要求

為了提高鋼的性能，在鐵碳合金中特意加入合金元素所獲得的鋼，稱為合金鋼。

291.提高鋼的機(jī)械性能1)產(chǎn)生固溶強(qiáng)化Cr,Ni,Mn,Si等合金元素固溶于鐵素體中，形成合金鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度2)產(chǎn)生第二相強(qiáng)化Mn,Cr,Mo,W,V等合金元素形成合金滲碳體或特殊碳化物,提高鋼的強(qiáng)度3)產(chǎn)生細(xì)晶強(qiáng)化Ti,V,Nb,Zr,Al等合金元素形成C化物、N化物，阻止奧氏體晶粒長大，從而細(xì)化熱處理后的組織，提高鋼的強(qiáng)度、韌性合金元素在鋼中的有益作用302.穩(wěn)定組織、細(xì)化晶粒

合金碳化物比滲碳體更穩(wěn)定，彌散分布不易聚集長大。除錳、磷外幾乎所有金屬元素都能抑制奧氏體晶粒長大。因此，合金元素能有效穩(wěn)定組織、細(xì)化晶粒。合金元素在鋼中的有益作用313.改善鋼的熱處理工藝性能1)提高鋼的淬透性除Co以外，其他合金元素都能使鋼”C”曲線向右移動2)提高鋼的回火抗力，產(chǎn)生二次硬化合金元素固溶于馬氏體中，使馬氏體回火時分解的難度增大，延緩硬度下降W、Cr、V、Mo等，回火時會形成特殊碳化物，使硬度重新升高—二次硬化合金元素在鋼中的有益作用32

回火穩(wěn)定性:隨著回火溫度的提高，淬火合金鋼的硬度下降比非合金鋼慢的現(xiàn)象

二次硬化:在高合金鋼種，W、Mo、V等強(qiáng)碳化物形成元素在500～600℃回火時，會形成細(xì)小彌散的特殊碳化物，使鋼回火后硬度有所回升；同時淬火后殘余奧氏體在回火冷卻過程中部分轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使鋼回火后硬度顯著提高；這兩種現(xiàn)象都稱為“二次硬化”熱硬性:高的回火穩(wěn)定性和二次硬化使合金鋼在較高溫度（500—600℃）回火時，仍保持高硬度（≥60HRC），這種性能稱熱硬性。

熱硬性對高速切削刀具及熱變形模具等非常重要?；鼗鸫嘈?

回火脆性主要在含Co、Ni、Mn、Si的調(diào)質(zhì)鋼中出現(xiàn)，而Mo和W可降低這種回火脆性。334.使鋼具有特殊性能

提高鋼的抗腐蝕性能提高鋼的抗高溫氧化性能提高鋼的高溫強(qiáng)度提高鋼的抗沖擊磨損性能提高鋼的耐低溫性能34按合金元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)多少：低合金鋼(<5％)

中合金鋼(5％～10％)

高合金鋼(>10％)按所含的主要合金元素：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼按顯微組織：珠光體、馬氏體、鐵素體、奧氏體、萊氏體鋼按用途：結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼和特殊性能鋼二．合金鋼的分類35結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金彈簧鋼滾珠軸承鋼合金鋼合金刃具鋼合金模具鋼量具鋼不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼36編號原則：數(shù)字+元素符號+數(shù)字2．合金鋼的編號例：16Mn40Cr60Si2Mn9SiCr碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)：結(jié)構(gòu)鋼以萬分之一為單位的兩位數(shù)子；工具鋼和特殊性能鋼以千分之一為單位的一位數(shù)子；工具鋼的碳含量大于1％時不標(biāo)出。鋼中主要合金元素

合金元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，百分之幾；＜1.5％，只標(biāo)出元素，不標(biāo)出含量；1.5％≤含量＜2.49%，標(biāo)2；2.5％≤含量＜3.49，標(biāo)3；3.5%≤含量＜4.49，標(biāo)4；……37滾珠軸承鋼在鋼號前標(biāo)以“G”，如GCr15，>1％C，1.5％Cr(注意：鉻含量以千分之一為單位)

易切削鋼(Y),Y40Mn專用鋼，以用途的漢語拼音字首來標(biāo)明

高級優(yōu)質(zhì)鋼，鋼的末尾加“A”字表明：如20Cr2Ni4A等。383.2.2合金結(jié)構(gòu)鋼制造重要工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件，是合金鋼中用途最廣，用量最大的一類鋼。結(jié)構(gòu)鋼低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼合金彈簧鋼滾珠軸承鋼39汽車橋梁儲氣罐1．低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼（HSLA）HighStrengthLowAlloyed(1)用途容器船舶40

①高強(qiáng)度σs>300MPa②高韌性δ=15%~20%,αkv>600~800kJ/m2，高的斷裂韌性

③良好的焊接性能和冷成型性能④低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度⑤良好的耐蝕性(2)性能要求比利時阿爾伯特運(yùn)河鋼橋因磷高產(chǎn)生冷脆性于1938年冬發(fā)生斷裂墜入河中41①低碳

＜0.20％，韌性、焊接性和冷成形要求②加入以Mn為主的合金元素Mn：固溶強(qiáng)化，細(xì)化晶粒③加入鈮、鈦或釩等輔加元素

細(xì)晶強(qiáng)化及第二相強(qiáng)化少量銅和磷等，可提高抗腐蝕性少量稀土元素，脫硫、去氣，凈化，韌性和工藝性能(3)成分特點(diǎn)42較低強(qiáng)度：16Mn（Q345）中等強(qiáng)度：15MnNb（Q420）高等級管線鋼，X70、X80熱軋空冷正火F+S(5)熱處理及組織(4)代表性鋼種九江長江大橋南京長江大橋43蕪湖長江大橋14MnNb武漢長江大橋

442．合金滲碳鋼(1)用途變速齒輪、凸輪軸、活塞銷等機(jī)器零件摩擦磨損、沖擊載荷變速齒輪活塞銷(20Cr)增壓柴油機(jī)曲軸45①表面硬度高耐磨性和接觸疲勞抗力②心部高韌性和足夠高的強(qiáng)度避免斷裂和碎裂、剝落③良好的熱處理工藝性能高的滲碳溫度(900℃～950℃)下，奧氏體晶粒不易長大有良好的淬透性(2)性能要求46①低碳

0.10～0.25％，保證心部有足夠的塑性和韌性。②加入提高淬透性的合金元素Cr、Ni、Mn、B等，提高心部的強(qiáng)度和韌性。③加入阻礙奧氏體晶粒長大的元素Ti、V、W、Mo等，→合金碳化物。阻止?jié)B碳時奧氏體晶粒長大，提高耐磨性。(3)成分特點(diǎn)47低淬透性：20Cr中淬透性：20CrMnTi中等載荷的耐磨件，如變速箱齒輪高淬透性：18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4A飛機(jī)坦克曲軸熱處理工藝：滲碳+直接淬火＋低溫回火。表面組織：合金滲碳體＋M回火＋少量A’；心部組織：完全淬透時，低碳M回火

多數(shù)情況下，

T

+

M回火+少量F。(5)熱處理及組織(4)代表性鋼種滲碳淬火后的表層組織48例：20CrMnTi鋼制汽車變速齒輪工藝路線下料→鍛造→正火→機(jī)加工→滲碳→淬火→低溫回火→精磨→噴丸→成品493．合金調(diào)質(zhì)鋼(1)用途重要零件：如齒輪、軸類件、連桿、螺栓等。連桿齒輪曲軸汽車萬向節(jié)高的綜合機(jī)械性能——高的強(qiáng)度和良好的塑性、韌性。很好的淬透性。(2)性能要求50②加入提高淬透性的元素Cr、Mn、Ni、Si除了提高淬透性外，還能形成合金鐵素體，提高鋼的強(qiáng)度。①中碳0.25％～0.50％，以0.4％居多。③加人防止第二類回火脆性的元素Mo、W(3)成分特點(diǎn)51低淬透性：

40Cr，廣泛用于一般尺寸的重要零件中淬透性：35CrMo，截面較大零件如曲軸、連桿高淬透性：

40CrNiMo，大截面重載荷零件如汽輪機(jī)主軸淬火+高溫回火，回火后快冷(水冷或油冷)組織：S回要求耐磨性，調(diào)質(zhì)后表面淬火+低溫回火或進(jìn)行專門的化學(xué)熱處理。(5)熱處理及組織(4)代表性鋼種回火索氏體52例1：40Cr鋼制汽車連桿螺栓工藝路線

下料→鍛造→退火→機(jī)加工→調(diào)質(zhì)→精加工→成品例2：40Cr鋼制內(nèi)燃機(jī)曲軸工藝路線下料→鍛造→退火→機(jī)加工→調(diào)質(zhì)→半精加工→軸頸處感應(yīng)淬火＋低溫回火→精磨→成品最終組織表層：中碳M回＋A殘心部：S回性能：表硬，心韌534、合金彈簧鋼(1)用途制造各種彈簧和彈性元件。彈簧蝶形彈簧離合器彈簧拉力彈簧54高的彈性極限σe，高的屈強(qiáng)比σs

／σb

高的疲勞強(qiáng)度σr，高的表面質(zhì)量足夠的塑性和韌性，以免受沖擊時脆斷較好的淬透性，不易脫碳和過熱，容易繞卷成型。(2)性能要求汽車板簧彈簧絲55②加入以Si、Mn為主的提高淬透性的元素同時也提高了屈強(qiáng)比，其中Si作用大。但Si在加熱時促進(jìn)表面脫碳，Mn則使鋼易于過熱。因此，重要用途的合金彈簧鋼須加入Cr、V、W等元素。③合金彈簧鋼均為優(yōu)質(zhì)鋼或高級優(yōu)質(zhì)鋼①中、高碳0.5%~0.7%(3)成分特點(diǎn)56以Si、Mn為主要合金元素

60Si2Mn

汽車、拖拉機(jī)上的板簧和螺旋彈簧。含Cr、V、W等元素

50CrVA350℃～400℃承受重載的較大彈簧熱成型彈簧：熱軋鋼絲或鋼板制成，淬火+中溫回火(450℃～550℃)組織：回火T回(4)代表性鋼種(5)加工、熱處理及性能大型熱卷彈簧57(1)用途制造滾動軸承的滾動體(滾珠、滾柱、滾針)、內(nèi)外套圈5．滾珠軸承鋼滾珠滾珠軸承58軸承元件的工況復(fù)雜苛刻，性能要求很嚴(yán)，主要有：①高的接觸疲勞強(qiáng)度②高的硬度和耐磨性62HRC~64HRC③足夠的韌性和淬透性④要求在大氣和潤滑介質(zhì)中有一定的耐蝕能力和良好的尺寸穩(wěn)定性(2)性能要求圓柱滾子軸承自動調(diào)心球軸承滾針軸承59①高碳0.95%~1.10%，保證高硬度、高耐磨性和高強(qiáng)度②鉻為基本合金元素0.40％～1.65％，鉻提高淬透性；形成合金滲碳體，提高耐磨性和疲勞強(qiáng)度③加入硅、錳、釩等Si、Mn進(jìn)一步提高淬透性，便于制造大型軸承；V部分溶于奧氏體中，部分形成碳化物VC，提高鋼的耐磨性并防止過熱。④高的冶金質(zhì)量夾雜物往往是接觸疲勞破壞的發(fā)源點(diǎn)(3)成分特點(diǎn)60過共析鋼，球化退火+淬火＋低溫回火①球化退火目的：降低鋼的硬度，以利于切削加工組織準(zhǔn)備，獲得細(xì)的球狀P和細(xì)粒狀碳化物GCrl5

除軸承外也常制造冷沖模、量具、絲錐等。(4)代表性鋼種(5)熱處理及組織61②淬火和低溫回火820℃~840℃，150℃~160℃。組織：極細(xì)的M回+均勻分布的粒狀碳化物+少量A殘。穩(wěn)定尺寸，淬火后可立即“冷處理”(-60℃~-50℃)，并在回火和磨削加工后，進(jìn)行低溫時效處理。622.合金工具鋼按用途分為合金刃具鋼、模具鋼、量具鋼1.合金刃具鋼(1)用途制造各種金屬切削刀具，如車刀、銑刀、鉆頭等銑刀63刃具的服役條件：彎曲或扭轉(zhuǎn)應(yīng)力;摩擦；發(fā)熱;沖擊震動刃具的常見失效方式：卷刃；崩刃；刀刃磨損；刀體折斷對刃具的性能要求：①高硬度（＞60HRC）②高耐磨性（與硬度、硬質(zhì)相的性質(zhì)、數(shù)量、大小、分布）③高熱硬性

熱硬性是指鋼在高溫下保持高硬度的能力(亦稱紅硬性)，與回火穩(wěn)定性和特殊碳化物的彌散析出有關(guān)。④足夠的塑性和韌性(2)性能要求64低合金刃具鋼典型鋼種：9SiCr成分特點(diǎn)：a)高碳，0.9％～1.1％，保證高硬度和高耐磨性b)合金元素：Cr、Mn、Si、W、V。(3)典型合金刃具鋼及其熱處理↑淬透性↑回火穩(wěn)定性強(qiáng)化M↑硬度、耐磨性防過熱、細(xì)化組織65加工過程：球化退火、機(jī)加工，然后淬火和低溫回火組織：M回+粒狀碳化物+少量A殘。用途：低速切削刃具，如絲錐、板牙、絞刀、刮刀、拉刀、銑刀、車刀、鉆頭T10、Cr、9SiCr鋼的硬度與回火溫度的關(guān)系絲錐板牙66典型鋼種：

鎢系W18Cr4V(18-4-1)

鎢-鉬系W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)成分特點(diǎn)：a)

高碳，0.7~1.5%b)合金元素：Cr、W、Mo、V。②高速鋼（高碳高合金刃具鋼,俗稱風(fēng)鋼）Cr23C6↑淬透性↑抗氧化、脫碳VC↑硬度和耐磨性細(xì)化晶?！鼰嵊残浴鼗鹂沽6C→W2C或Mo2C二次硬化高速鋼冷軋鋼帶67①反復(fù)鍛造:成型和改善碳化物萊氏體鋼，鑄態(tài)組織為亞共晶組織，由魚骨狀萊氏體與樹枝狀M+T組成，脆性大且無法熱處理改善。打碎粗大M6C碳化物，并使其均勻分布高速鋼的加工、熱處理特點(diǎn)：制造工藝路線（W18Cr4V）下料→鍛造→球化退火→機(jī)加工→淬火＋高溫回火→精磨→成品W18Cr4V鋼的鑄態(tài)組織68②球化退火：降低硬度，便于機(jī)加工，為淬火做組織準(zhǔn)備組織：S基體和細(xì)小粒狀碳化物W18Cr4V鋼的退火組織69淬火加熱溫度非常高，1220~1280℃，獲得高合金元素含量的馬氏體。W18Cr4V鋼的淬火組織Fe77W18Cr4V1—C相圖淬火組織：淬火M、碳化物和大量A’。③淬火：70④多次高溫回火：常用550~570℃三次回火↓A殘，消除內(nèi)應(yīng)力、穩(wěn)定組織。二次硬化，↑紅硬性高速鋼硬度與回火溫度關(guān)系回火時的組織變化：①M(fèi)中析出W、Mo、V的碳化物，產(chǎn)生二次硬化。②碳及合金元素含量下降，Ms點(diǎn)上升，回火冷卻時，A殘轉(zhuǎn)變?yōu)镸。二次硬化每次回火加熱都使前一次的淬火馬氏體回火，A殘量由30%→1%71W18Cr4V鋼淬火、回火后的組織回火組織：M回+細(xì)粒狀碳化物+少量A’W18Cr4V鋼的熱處理工藝過程示意圖72不同狀態(tài)下W18Cr4V的組織鑄態(tài)淬火回火態(tài)淬火態(tài)退火態(tài)7374常用鋼號及用途常用鋼號：W18Cr4V(18-4-1)W6Mo5Cr4V2(6-5-4-2)。用于高速切削刃具，如車刀、刨刀、銑刀、鉆頭等。車刀銑刀高速鋼銑刀75（1）冷模具鋼①用途冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模和拉絲模等。工作溫度不超過300℃。

2．合金模具鋼冷模具鋼和熱作模具鋼汽車沖壓模具冷沖壓件76服役條件：壓力、彎曲力、沖擊和摩擦。常見失效方式：磨損、崩刃、斷裂和變形性能要求：

a.高硬度，58~62HRC;b．高耐磨性；

c.足夠的韌性和疲勞抗力；

d.熱處理變形小。②性能要求77a）高碳>1.0%,個別達(dá)2.0%b）合金元素：高Cr(11.5~13%Cr)

、Mo、W、V③成分特點(diǎn)④鋼種和牌號Crl2型鋼熱處理變形很小，適合于制造重載和形狀復(fù)雜的大型模具Crl2MoV用于制造冷沖模、冷鐓模、冷擠壓模等?！阃感浴鼗鸱€(wěn)定性VC↑硬度和耐磨性細(xì)化晶?！阃感訫7C3↑耐磨性78b．二次硬化法較高溫度(1l00一1150℃)淬火，510～520℃回火三次，產(chǎn)生二次硬化紅硬性和耐磨性都較高。但韌性較差適用于在400℃~450℃溫度下工作的模具。a.一次硬化法較高溫度(950—1000℃)淬火，低溫(150～180℃)回火適用于重載模具。Crl2型鋼熱處理后組織：M回+碳化物+A殘。⑤熱處理特點(diǎn)79

①用途

熱鍛模、熱壓模、熱擠壓模和壓鑄模等（2）熱作模具鋼曲軸模具熱模鍛曲軸毛坯80

②性能要求

服役條件擠壓；摩擦；交變溫度；沖擊；震動等常見失效方式磨損；斷裂；熱疲勞（龜裂）等性能要求a.高的熱硬性和高溫耐磨性；b．高的抗氧化性能；c．高的熱強(qiáng)性和足夠的韌性；d．高的熱疲勞抗力，以防止龜裂破壞e.高的淬透性和導(dǎo)熱性。81a．中碳，0.3~0.6%，保證高強(qiáng)度和較高的熱疲勞抗力b．較多的提高淬透性的元素Cr、Ni、Mn、Si等，Cr又和Ni一起提高鋼的回火穩(wěn)定性。Ni在強(qiáng)化鐵素體的同時還增加鋼的韌性，并與Cr、Mo一起提高鋼的淬透性和耐熱疲勞性能。c．產(chǎn)生二次硬化的Mo、W、V等元素，Mo還能防止第二類回火脆性，提高高溫強(qiáng)度和回火穩(wěn)定性。③成分特點(diǎn)82熱鍛模鋼5CrMnMo、5CrNiMo熱處理：淬火+高溫回火，組織：回火索氏體或回火屈氏體。④典型鋼種熱處理特點(diǎn)同調(diào)質(zhì)鋼833．合金量具鋼各種量測工具性能要求高硬度、高尺寸穩(wěn)定性成分特點(diǎn)高C，淬透Cr、W、Mn等量具用鋼

CrWMn（低變形鋼）

熱處理特點(diǎn)減少變形和提高尺寸穩(wěn)定性卡尺千分尺84分類：化學(xué)腐蝕，化學(xué)反應(yīng)而破壞，不產(chǎn)生電流。電化學(xué)腐蝕，在電解質(zhì)溶液中發(fā)生原電池作用而破壞的過程，腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。物理溶解腐蝕3.特殊性能鋼及合金不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼1．不銹鋼（1）金屬材料腐蝕的概念85提高金屬材料的耐蝕能力，三種方法：①均勻的單相組織，減少原電池形成的可能性②減小兩極之間的電極電位差，并提高陽極電極電位。③使金屬“鈍化”，減小甚至阻斷腐蝕電流，ZnZnZn-Cu原電池示意圖珠光體腐蝕示意圖電解液86用途：制造在各種腐蝕介質(zhì)中工作的零件或結(jié)構(gòu)性能要求：耐蝕性；工具→高硬度、高耐磨性；重要結(jié)構(gòu)零件→高強(qiáng)度。（2）用途及性能要求（3）成分特點(diǎn)：低C高Cr①碳含量耐蝕性要求愈高，碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)愈低；0.1％~0.2％；↑C，↑Cr87②加入最主要的合金元素鉻鉻能提高電極電位，＞12％，電極電位急劇升高鉻是F形成元素，＞12.7％時，可使鋼形成單一的F組織鉻在氧化性介質(zhì)中極易鈍化，生成致密的氧化膜88③加入鈦、鈮等Ti、Nb能優(yōu)先同碳形成穩(wěn)定碳化物，使Cr保留在基體中，避免晶界貧鉻，從而減輕鋼的晶界腐蝕傾向。奧氏體不銹鋼晶界的Cr23C6析出晶間腐蝕304不銹鋼89④加入鎳可獲得單相A組織，顯著提高耐蝕性。⑤加入鉬、銅等可提高鋼在非氧化性酸中的耐蝕能力。⑥加入錳、氮等部分代鎳獲得A，并提高鉻不銹鋼在有機(jī)酸中的耐蝕性90（4）常用不銹鋼按空冷狀態(tài)的組織分：馬氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、奧氏體和鐵素體雙相不銹鋼①馬氏體不銹鋼（熱軋空冷后基本上是M）1Crl3、2Crl3、3Crl3、4Crl3隨含碳量提高，強(qiáng)度、硬度提高，耐蝕性下降.性能特點(diǎn)：滿意的力學(xué)性能，中等耐蝕性911Cr13、2Cr13熱處理:淬火+高溫回火（調(diào)質(zhì)）使用狀態(tài)下的組織:

S回耐蝕性較好，且有較好的綜合力學(xué)性能。用途：葉片、水壓機(jī)閥、結(jié)構(gòu)架、螺栓、螺帽等

汽輪機(jī)葉片透平轉(zhuǎn)輪923Cr13、4Cr13熱處理：淬火+低溫回火。使用狀態(tài)下的組織：M回具有較高強(qiáng)度、硬度。用途：制作耐蝕及具有較高硬度和耐磨性的醫(yī)療工具、量具、滾珠軸承等。醫(yī)療器械93②鐵素體不銹鋼(正火后基本上是F)

1Cr17、1Cr17Ti，成分特點(diǎn)：高鉻17~30%，低碳＜0.15%組織：F，耐蝕性＞Cr13型熱處理：退火或正火態(tài)下使用可形變強(qiáng)化性能特點(diǎn)：滿意的耐蝕性,較低的力學(xué)性能用途：硝酸、磷酸工業(yè)用零構(gòu)件硝酸生產(chǎn)裝置合成氨廠1Cr1794③奧氏體不銹鋼(奧氏體狀態(tài)下使用)1Cr18Ni9,1Crl8Ni9Ti，（18-8）成分：C<0.1%，耐蝕性很好，加入Ti或Nb防止晶間腐蝕形變強(qiáng)化能力＞F型性能特點(diǎn)：耐蝕性、塑性和韌性均較Cr13型好，無磁性熱處理：固溶處理：即加熱到1100℃使碳化物溶解后水冷→A。穩(wěn)定化處理（含Ti或Nb

）：防止晶間腐蝕消除應(yīng)力退火組織：單相奧氏體。95應(yīng)用最為廣泛，如制作化工設(shè)備零件、輸送管道、抗磁儀表、醫(yī)療器械等反應(yīng)釜(316L)大型化工儲罐(304)熱交換器(316L)96比較1Cr13、1Cr17、1Cr18Ni9三種鋼耐蝕性和強(qiáng)度的高低。最高較高較低耐蝕性：強(qiáng)度：1Cr18Ni91Cr171Cr131Cr18Ni91Cr171Cr1397（1）用途及性能要求高溫裝置：加熱爐、鍋爐、燃?xì)廨啓C(jī)等①抗氧化性金屬氧化膜的結(jié)構(gòu)與性能②熱強(qiáng)性

熱強(qiáng)性是指鋼在高溫下的強(qiáng)度。在高溫下鋼的強(qiáng)度較低，當(dāng)受一定的應(yīng)力作用時，發(fā)生變形量隨時間而逐漸增大的過程，這種過程叫蠕變。原因：擴(kuò)散加快和晶界強(qiáng)度下降2．耐熱鋼高溫下具有高的熱化學(xué)穩(wěn)定性和熱強(qiáng)性的特殊鋼98在不銹鋼的基礎(chǔ)上，加入提高強(qiáng)度、形成致密氧化膜的元素Cr、Si

或A1，特別是Cr。它們的加入，提高鋼的抗氧化性，Cr還有利于熱強(qiáng)性。

Mo、W、V、Ti，能形成細(xì)小彌散的碳化物，起彌散強(qiáng)化的作用，提高室溫和高溫強(qiáng)度。碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般都不高。（2）成分特點(diǎn)99a．鐵素體耐熱鋼0Cr13Al、1Cr17；強(qiáng)度不高，耐高溫氧化；用于油噴嘴，爐用部件，燃燒室等b．馬氏體耐熱鋼Crl2型(1CrllMoV)和Crl3型(1Crl3、2Crl3)鋼c．奧氏體耐熱鋼1Crl8Ni9Ti

不銹鋼又可作耐熱鋼使用。比較重要的零件，如燃?xì)廨啓C(jī)輪盤和葉片等固溶處理或固溶加時效處理。（3）鋼種及加工、熱處理特點(diǎn)1001Cr18Ni9Ti氣輪機(jī)葉片過熱器管排過熱器集箱1013．耐磨鋼（1）用途及性能要求車輛履帶、挖掘機(jī)鏟斗、破碎機(jī)顎板和鐵軌分道叉等，承受嚴(yán)重磨損和強(qiáng)烈沖擊。性能要求：很高的耐磨性和韌性高錳鋼履帶鐵軌分道叉102①高碳保證鋼的耐磨性和強(qiáng)度。但碳過高時，淬火后韌性下降，且易在高溫時析出碳化物；≤1.4％。②高錳11~14%錳是擴(kuò)大A相區(qū)的元素，它和碳配合，保證完全獲得奧氏體組織，提高鋼的加工硬化率及良好的韌性。③一定量的硅0.3~0.8%硅可改善鋼水的流動性，并起固溶強(qiáng)化的作用。(2)成分特點(diǎn)103（3）典型鋼種：ZGMnl3（4）熱處理特點(diǎn)鑄態(tài)組織為奧氏體+碳化物,性能硬而脆.高錳鋼水韌處理組織澆鑄高錳鋼件水韌處理，1000℃～1100℃，保溫，使碳化物全部溶入奧氏體中，然后在水中快冷，使高溫奧氏體固定到室溫。硬度很低，韌性很高。室溫組織為過飽和單相奧氏體104（5）耐磨機(jī)理水韌處理后，韌性高，硬度低.使用時必須伴隨著壓力和沖擊作用。在壓力及沖擊作用下，表面奧氏體迅速加工硬化，形成馬氏體并析出碳化物，使表面硬度提高到HB500~550，獲得高耐磨性。而心部仍為奧氏體組織,具有高耐沖擊能力。顎式破碎機(jī)挖掘機(jī)105鋼號鋼種合金元素的主要作用熱處理特點(diǎn)使用狀態(tài)下組織Q345低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼Mn:強(qiáng)化F，增加P量，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度熱軋空冷F+P65Mn彈簧鋼Mn:提高淬透性，強(qiáng)化F淬火+中溫回火T回ZGMn13耐磨鋼Mn:獲得單相A組織水韌處理表:M+碳化物心:A20Cr滲碳鋼Cr:提高淬透性，強(qiáng)化F滲碳+淬火+低溫回火表:M回+顆粒狀碳化物+A’心:M回+F40Cr調(diào)質(zhì)鋼Cr:提高淬透性，強(qiáng)化F調(diào)質(zhì)處理S回9SiCr低合金工具鋼Cr:提高淬透性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)GCr15滾動軸承鋼Cr:提高淬透性，耐磨性、耐蝕性淬火+低溫回火M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)1Cr13馬氏體不銹鋼Cr:提高耐蝕性淬火+高溫回火S回5CrNiMo熱作模具鋼Cr、Ni:提高淬透性，強(qiáng)化F淬火+高溫回火S回Mo:防止高溫回火脆性Cr12MoV冷作模具鋼Mo:細(xì)化晶粒，提高耐磨性淬火+低溫回火