第六章 合金鋼alloysteel教案

PAGEPAGE1第六章合金鋼（alloy-steel）教學(xué)目的：掌握合金元素的作用規(guī)律和合金結(jié)構(gòu)鋼、合金工具鋼、特殊性能鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用；熟悉合金鋼的分類及編號；了解粉末冶金工藝與硬質(zhì)合金的成分、性能。本章重點(diǎn)：1、合金元素的作用規(guī)律2、合金結(jié)構(gòu)鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用3、合金工具鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用4、特殊性能鋼的特點(diǎn)及應(yīng)用本章難點(diǎn):合金元素的作用規(guī)律參考文獻(xiàn)：1、戴起勛，金屬材料學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，20052、史美堂，金屬材料及熱處理，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，20013、史美堂，金屬材料及熱處理習(xí)題集與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997專業(yè)詞匯：alloy-steel;constructionalalloysteel;alloytoolsteel;stainlesssteel;duplexstainlesssteel;cutlerysteel;solidsolutionstrengthening;heat-resistantsteel;powdermetallurgy;wear-resistantsteel;cryogenicsteel;oxidationresistantsteel;high-speedsteel;hightemperaturealloy;superalloys;toolsteel;diesteel;springsteel;freecuttingsteel;bearingsteel;ultra-highstrengthsteel;nitridingsteel;carburizingsteel;第一節(jié)概論合金鋼是在碳素鋼中添加一些合金元素而煉制的一類鋼，以改善碳素鋼的性能。為什么要發(fā)展合金鋼？碳鋼不能滿足要求。碳素鋼的缺陷綜合機(jī)械性能差雖然碳素鋼的強(qiáng)度、硬度隨著含碳量的增加而提高，但塑性、韌性卻隨之下降，不能在同一成分中得到配合完善的綜合機(jī)械性能。熱穩(wěn)定性差碳鋼在使用溫度超過200℃耐腐蝕性差碳鋼在大多數(shù)介質(zhì)中的耐腐蝕性很差，尤其對酸幾乎沒有任何抵御能力。珠光體：大量的腐蝕池。根據(jù)Gibbs自由能判據(jù)：Fe在酸中、堿溶液都是熱力學(xué)不穩(wěn)定，△GTP<0。淬透性差碳鋼不能用于制作大截面尺寸的重要零件。淬火時(shí)，急冷易變形、開裂；緩冷，又淬不上火或淬透層很淺。不能滿足某些特殊性能要求如：耐低溫、高磁性、無磁性等等。碳鋼的冷脆性轉(zhuǎn)變溫度較高，20~30℃，故碳鋼的使用溫度應(yīng)≥-20因此發(fā)展合金鋼成為必然，二十一世紀(jì)結(jié)構(gòu)材料的重要發(fā)展方向之一就是利用新技術(shù)、新工藝改造傳統(tǒng)材料—微合金化高強(qiáng)鋼，低合金超高強(qiáng)鋼。合金元素的作用合金元素固溶于鐵素體合金元素固溶于鐵素體后，會使а-Fe晶格產(chǎn)生畸變，固溶強(qiáng)化，使鐵素體強(qiáng)度提高。當(dāng)合金元素配比適當(dāng)時(shí)，在提高強(qiáng)度的同時(shí)，并不降低塑性，且有的合金元素（Cr、Ni）含量較低時(shí)Cr<2%，Ni<5%，就既能提高強(qiáng)度，又增加塑、韌性。合金元素溶于奧氏體合金元素溶于奧氏體，除一定程度上起固溶強(qiáng)化，提高鋼的強(qiáng)度作用外，最重要的是增加了奧氏體的穩(wěn)定性，使C曲線顯著右移，合金鋼的淬透性很好。45最大淬透直徑15mm，加入1.8%Mn后可達(dá)60mm。合金元素形成碳化物、金屬化合物合金滲碳體（Fe-Cr）3C、（Fe-W）3C，復(fù)雜碳化物（Cr-Fe）23C6、Fe4W2C、VC、MoC、NbC、TiC、AlN、SiO2、TiO2、TiN、Al合金滲碳體，提高了穩(wěn)定性。這些化合物都是硬而脆的強(qiáng)化相，具有相當(dāng)高的熱穩(wěn)定性。在鋼中呈彌散分布時(shí)，可以顯著的強(qiáng)化缸，且可以抑制高溫奧氏體晶粒長大，細(xì)化晶粒，減少（降低）或消除鋼的熱敏感性，提高回火抗力。合金元素改變鋼的相變溫度當(dāng)合金元素加入碳素鋼之后，會對相變臨界點(diǎn)產(chǎn)生影響，反映到Fe-Fe3C擴(kuò)大γ相區(qū)元素（Ni、Mn、Cu、Co、N）這些合金元素會使A3下降，A4上升，使γ相區(qū)擴(kuò)大，這種作用與合金元素的含量有關(guān)。隨著合金含量的增加，會把γ相區(qū)擴(kuò)大到一定范圍，其中Ni、Mn隨著含量的增加，會把γ相區(qū)擴(kuò)大到室溫，既在室溫下就能獲得無磁性奧氏體鋼。13%Mn的Mn13，9%Ni的0Cr18Ni9。擴(kuò)大α相區(qū)（或縮小封閉γ相區(qū)）的元素（Si、Cr、Mo、W、V、Ti、Al）使臨界點(diǎn)A3上升，A4下降，有的元素還能使A3、A4重合，不出現(xiàn)γ相。如：17~28%Cr、Cr17、Cr25、Cr28，從室溫到熔點(diǎn)都不出現(xiàn)γ相，而是單一的α相。合金元素改變共析點(diǎn)的位置合金元素在改變相變溫度的同時(shí)，也改變共析溫度和共析成分，反映在Fe-Fe3C當(dāng)合金元素為非碳化物形成元素（Si、Ni、Cu）或弱碳化物形成元素（Mn）時(shí)，合金元素溶于奧氏體，排擠出部分碳原子，這部分被排擠出的碳原子必然參與共析反應(yīng)，使共析點(diǎn)S的含碳量下降，即向左移動。隨著合金元素含量增加，共析點(diǎn)的含碳量越來越低，如Ni含量為13%時(shí)，共析點(diǎn)S含碳量只有0.30%。共析點(diǎn)左移表明，在含碳量相同的條件下，合金鋼的珠光體組織比碳鋼多，因而強(qiáng)度高。當(dāng)合金元素為碳化物形成元素時(shí)，由于這些元素與碳形成穩(wěn)定的碳化物，因而這部分碳被固定，不參與共析反應(yīng)，故共析點(diǎn)S右移。共析點(diǎn)右移表明，在含碳量相同的條件下，合金鋼組織中鐵素體含量比碳鋼多。由于組織中存在硬而脆的碳化物，鐵素體含量會保證塑、韌性，而強(qiáng)度、硬度仍較高。無論共析點(diǎn)S左移還是右移，表明合金鋼的含碳量不能和碳鋼一樣，以2.11%為上限。有些合金鋼，含碳量很高，但由于有相當(dāng)數(shù)量的鐵素體存在發(fā)生改變，其塑性、韌性仍然較高。如我國的Cr12W，2.3%C；美國的D6、D7，2.35%C合金元素對鋼加熱時(shí)組織轉(zhuǎn)變的影響非碳化物形成元素（Ni、Cu）可以降低碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能，加速碳的擴(kuò)散，對P→A轉(zhuǎn)變有加速作用。強(qiáng)碳化物形成元素（Ti、V、Nb、W）增加碳在奧氏體中的擴(kuò)散激活能，減緩碳的擴(kuò)散，對P→A轉(zhuǎn)變有阻礙作用。由于強(qiáng)碳化物形成元素使奧氏體成分又難以均勻化，提高淬火溫度或延長保溫時(shí)間可使奧氏體成分均勻化（C曲線右移），這也是提高合金鋼淬透性的有效方法。對A晶粒度的作用：Al、Ti、Nb、V、Zr能形成微細(xì)的碳化物質(zhì)點(diǎn)，且熔點(diǎn)很高，能強(qiáng)烈地抑制奧氏體晶粒長大（高溫下）。W、Mo、Cr有一定的阻礙作用，而C、Mn、P則促進(jìn)奧氏體晶粒長大（降低Fe原子減的結(jié)合力）。合金元素對過冷奧氏體（C曲線）轉(zhuǎn)變的影響除Co以外，其它合金元素溶入奧氏體，都增大其穩(wěn)定性，使C曲線右移。①碳化物形成元素（Ti、Nb、V、W、Mo）含量較多時(shí)，使C曲線形狀發(fā)生改變，強(qiáng)烈推遲珠光體轉(zhuǎn)變，而對貝氏體轉(zhuǎn)變推遲較??；同時(shí)升高珠光體轉(zhuǎn)變的溫度，降低貝氏體轉(zhuǎn)變溫度，出現(xiàn)兩組C曲線。②Cr、Mn強(qiáng)烈推遲貝氏體轉(zhuǎn)變③Ni含量較多時(shí)，珠光體轉(zhuǎn)變的孕育期很長，C曲線只有貝氏體轉(zhuǎn)變曲線，而珠光體轉(zhuǎn)變曲線不出現(xiàn)。④穩(wěn)定碳化物形成元素的含量與碳含量的比值較高的鋼，3Cr13、4Cr13過冷奧氏體等溫狀變曲線上只有珠光體轉(zhuǎn)變曲線。⑤除Co和Al以外，大多數(shù)合金元素不同程度地降低Ms，并增加殘余A’的含量。合金元素對回火轉(zhuǎn)變的影響合金元素使淬火鋼在回火過程中，組織分解和轉(zhuǎn)變速度減緩，增加了回火抗力，提高回火穩(wěn)定性，從而使合金鋼的硬度回火后下降程度減輕。某些碳化物形成元素，甚至出現(xiàn)回火時(shí)二次硬化現(xiàn)象。①第一類回火脆性：含Cr、Mn的合金結(jié)構(gòu)缸，在250~400℃②第二類回火脆性：含Cr、Ni、Mn、Si的合金結(jié)構(gòu)鋼在550~650℃回火產(chǎn)生的可以通過熱處理消除的回火脆性，稱第二類回火脆性（原因：鋼中Ni、Cr及雜質(zhì)Sb、P、Sn向原奧氏體晶界偏聚有關(guān)，偏聚程度越大，回火脆性越嚴(yán)重。消除方法：重新回火加熱至600℃合金鋼的分類按合金元素含量（合金元素總量）微合金鋼0.001~0.1%低合金鋼1~5%中合金鋼5~10%高合金鋼>10%按鋼的金相組織鐵素體鋼Cr17、Cr25、Cr28。奧氏體鋼1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、Mn13。馬氏體鋼3Cr13、4Cr13、1Cr11MoV、1Cr12WmoV。珠光體鋼15CrMo、12CrMoV。貝氏體鋼12MoVWBSiRE按鋼中S、P雜質(zhì)含量普通合金鋼S≤0.050%P≤0.045%優(yōu)質(zhì)合金鋼S≤0.035%P≤0.035%高級優(yōu)質(zhì)合金鋼S≤0.025%P≤0.025%特級優(yōu)質(zhì)合金鋼S≤0.015%P≤0.020%按合金組元二元合金鋼Mn鋼、硅鋼、鉻鋼。三元合金鋼CrMn、Si-Cr、Si-Mn、Cr-Ni。多元合金鋼Cr-Mn-Ti、Ni-Cr-Mo-V。按用途合金結(jié)構(gòu)鋼，合金工具鋼，特殊性能鋼：不銹鋼、耐熱鋼、超強(qiáng)鋼。第二節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼在碳素結(jié)構(gòu)鋼中添加Cr、Ni、Mn、Si、Mo、W、V、Ti等合金元素，使其具有較高強(qiáng)度、韌性、淬透性。合金結(jié)構(gòu)鋼的分類及編號分類合金結(jié)構(gòu)鋼分為：普通低合金鋼、易切鋼、調(diào)質(zhì)鋼、滲碳鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼。編號數(shù)字+化學(xué)元素+數(shù)字合金元素含量的百分之幾，<1.5%不標(biāo)合金元素平均含C量的萬分之幾如：40Cr表示含C量：0.40%（0.37~0.45%）含Cr量：0.8~1.1%60Si2Mn表示含C量：0.57~0.65%含Si量：1.5~2.0%含Mn量：0.6~0.9%若為高級優(yōu)質(zhì)缸，則在鋼號后加“A”。如：20Cr2Ni4A普通低合金鋼從合金含量<3%，其強(qiáng)度顯著高于相同含碳量的碳素鋼（低合金鋼），且具有良好的塑性、韌性、焊接性能，比碳鋼更低的冷脆轉(zhuǎn)變溫度。主要用于橋梁、鍋爐、壓力容器、車輛、船舶、大型鋼結(jié)構(gòu)等。普通低合金鋼一般在熱軋退火或正火狀態(tài)下使用，不需進(jìn)行熱處理。成分特點(diǎn)：C%<0.20%（壓力加工、焊接）。主強(qiáng)化元素是Mn<1.8%，加入微量的Ti、V、Nb等細(xì)化晶粒。加入Cu提高耐大氣腐蝕能力。常用鋼號：16Mn、16MnR、15MnV、15MnTi、14MnNb、16MnCu。易切鋼在鋼中添加S、Pb、Ca、P等合金元素，使鋼成為容易切削。作用：使切削易斷，不易形成“切削積瘤”，減摩、降低切削力、切削熱。但使鋼的性能下降。鋼號：Y12、Y15、Y20、Y30、Y40Mn、Y40CrSCa、T10Pb。滲碳鋼滲碳鋼屬于低碳鋼，含碳量0.1~0.25%，以保證心部有足夠的塑、韌性。為了克服碳鋼缺陷，常采用低碳合金鋼作為滲碳鋼，加入合金元素Cr、Ni、Mn、B提高淬透性，改善滲碳層的強(qiáng)度和塑、韌性；添加少量的V、W、Mo、Ti細(xì)化晶粒，抑制滲碳時(shí)晶粒長大。同碳素滲碳鋼一樣，滲碳后需熱處，“淬火+低溫回火”，獲得“外硬內(nèi)韌”組織。常用鋼號：15Cr、20Cr、15Mn2、20Mn2、15CrMn、20CrMnTi、20CrMnMo、12Cr2Ni4A、18Cr2Ni4用20CrMnTi制造汽車變速齒輪技術(shù)要求：滲碳層厚度1.2~1.6mm,碳濃度1.0%,齒輪硬度HRC58~60,心部硬度HRC30~45工藝路線：坯料→鍛造→正火→加工齒形（銑、插）→局部鍍銅→滲碳→預(yù)冷淬火→低溫回火→噴丸→磨齒→成品。正火：低碳合金鋼，改善切削加工性能，HRC170~210。滲碳：920℃，6~8h，深度達(dá)1.2~1.6mm滲碳后預(yù)冷到870~880℃，油淬，經(jīng)200℃2~3h，表層硬度可達(dá)HRC58~60，心部硬度HRC30~45，“外硬內(nèi)韌齒面經(jīng)噴丸處理，可消除氧化皮，且使齒面表層產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，有利于提高疲勞強(qiáng)度。精磨：提高齒面精度（降低齒面粗糙度），有利于提高疲勞強(qiáng)度。調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)：淬火+高溫回火，獲得S回，具有較高的強(qiáng)度和較高的塑、韌性配合（良好的綜合機(jī)械性能），對于調(diào)質(zhì)零件淬透性對機(jī)械性能影響很大。成分特點(diǎn)：調(diào)質(zhì)鋼屬于中碳鋼，含碳量0.27~0.50%（含碳量過低強(qiáng)度不足，過高韌性不足）。要獲得具有良好綜合機(jī)械性能的S回，必須先淬透獲得M，添加Cr、Ni、Mn、Si、B提高淬透性。添加Mo、W，防止高溫回火脆性（第二類回火脆性）?？焖倮鋮s法僅適用于小型零件，而對大截面尺寸零件難以奏效。添加少量V細(xì)化晶粒，防止奧氏體晶粒長大，Al氮化元素。常用調(diào)質(zhì)鋼40Cr、40CrMo、42CrMo、40CrNiMo、35CrMo、40CrMnMo、38CrMoAl、30CrMnSi、40MnVB、40CrMn、30CrNi3。舉例：用40Cr制作發(fā)動機(jī)連桿螺絲發(fā)動機(jī)連桿螺絲，承受沖擊性載荷（拉應(yīng)力），且周期性變化，一旦發(fā)生斷裂，會引起嚴(yán)重事故，要求有足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性、抗疲勞。加工工藝路線：坯料→鍛造→正火→粗加工→調(diào)質(zhì)→精加工→成品。退火或正火，改善鍛造組織，細(xì)化晶粒。有利于機(jī)械加工。調(diào)質(zhì)后組織為回火索氏體，不允許有塊鐵素體出現(xiàn)。硬度HRC30~38。高溫回火后，水冷，防止第二類回火脆性。彈簧鋼對彈簧鋼的要求高強(qiáng)度бb，高屈強(qiáng)比бs/бb，高的疲勞強(qiáng)度，足夠的塑、韌性，高的淬透性，低的脫碳敏感性，良好的成型性。成分特點(diǎn)含碳量高：碳鋼0.60~0.75%C合金鋼0.46~0.70%C添加Si、Mn、Cr、V等合金元素，提高淬透性，回火穩(wěn)定性，細(xì)化晶粒，改善機(jī)械性能。熱處理特點(diǎn)淬火+中溫回火，獲得回火屈氏體，бs/бb↑。常用彈簧鋼a、錳彈簧鋼60Mn65Mn優(yōu)點(diǎn)：淬透性較高，強(qiáng)度較高，脫碳傾向較小，成本低。缺點(diǎn)：過熱敏感，回火脆性，бs/бb較低，淬火裂紋。適于制作小尺寸彈簧。b、硅錳彈簧鋼55Si2Mn60Si2Mn優(yōu)點(diǎn)：淬透型好，бs/бb高，回火穩(wěn)定性好，使優(yōu)良的彈簧鋼；添加W、Mo、V、Nb等元素可進(jìn)一步提高性能。缺點(diǎn)：脫碳傾向大。適用于汽車、機(jī)床板簧等。c、其它彈簧鋼60Si2CrA60Si2CrVA滾動軸承鋼（滾珠、滾柱）載荷特點(diǎn)及破壞形式周期性交變載荷，接觸面積小，接觸應(yīng)力很大：300MN/m2，最高可達(dá)500MN/m2；循環(huán)受力次數(shù)可達(dá)每分鐘數(shù)萬次，極易磨損和疲勞破壞。對滾動軸承鋼的要求a、高硬度、高耐磨性。b、高的彈性極限（不允許塑性變形）→接觸應(yīng)力很大。c、高的疲勞強(qiáng)度。d、足夠的韌性。e、高的淬透性。f、一定的耐蝕性（大氣、潤滑性）。3、常用軸承鋼及化學(xué)成分a、滾動軸承鋼是高碳鉻鋼：GCr6、GCr9、GCr15、GCr9SiMn、GCr15SiMnb、化學(xué)成分：C%：0.95~1.15%，保證高硬度，高強(qiáng)度。Cr%：0.40~1.65%，增加鋼的淬透性并提高回火穩(wěn)定性。含Cr過高（>1.65%），A’含量增加，且碳化物分布不均勻，影響壽命。對于大型軸承，在GCr15基礎(chǔ)上加入Si（0.40~0.65%）、Mn（0.9~1.2%），以便進(jìn)一步改善淬透性，提高鋼的強(qiáng)度和彈性極限而不降低韌性。另外，雜質(zhì)含量硬嚴(yán)格控制：S<0.02%，P<0.027%滾動軸承鋼的熱處理特點(diǎn)熱處理工藝：球化退火，淬火，低溫回火。球化退火：降低鍛造后鋼的硬度，有利于切削加工，并為淬火作組織準(zhǔn)備。GCr15鋼的淬火溫度要求十分嚴(yán)格850℃。若淬火溫度過高>850℃，會增加殘余A回火溫度150~160℃熱處理后的組織：極細(xì)的回火馬氏體+細(xì)粒狀均勻的碳化物+A’，硬度：HRC61~65應(yīng)用舉例：用GCr15制作油泵針閥體。針閥與針閥體是內(nèi)燃機(jī)油泵中一對精密配合件（偶件），閥體固定在汽缸頭上，工作時(shí)（噴油）針閥頂端與針體頂端有強(qiáng)烈摩擦，且閥體端部工作溫度260℃熱處理技術(shù)要求：HRC62~64，熱處理變形度<0.04mm.加工工藝路線:下料(冷拉圓鋼)→粗加工→去應(yīng)力退火→半精加工→淬火；冷處理,低溫回火,時(shí)效→精加工→時(shí)效→拋光→成品。去應(yīng)力退火在400℃以下進(jìn)行，以消除粗加工過程中產(chǎn)生的加工應(yīng)力，為減小變形創(chuàng)造條件；采用硝鹽微淬火（減小零件表面與心端溫差），減小變形。冷處理（干冰+酒精），降低殘余奧氏體含量，穩(wěn)定尺寸。170第三節(jié)合金工具鋼用途：用于制造刃具、模具、量具的鋼，稱為工具鋼。工具鋼的分類及表示方法分類刃具鋼水淬鋼按用途分模具鋼淬火介質(zhì)油淬鋼量具鋼空硬鋼表示方法數(shù)字+符號+數(shù)字合金含量合金碳含量含碳量：平均含C量大于或等于1.0%，不標(biāo)出。平均含C量<1.0%，以千分之幾標(biāo)出。（高速鋼例外，無論≥1.0%還是<1.0%，都不標(biāo)出。）合金元素含量：與合金結(jié)構(gòu)鋼相同。如：9SiCr：表示含碳量為0.9%（0.85~0.94），Cr、Si平均含量小于1.5%，Cr：0.95~1.25%Si：1.2~1.6%W18Cr4V高速鋼：平均含碳量0.70~0.80%W：18%Cr：4%V：1.5%刃具鋼對刃具鋼性能的要求a、高硬度和熱硬性（紅硬性）切削金屬的刀具，HRC60以上。木工刀具，HRC45以上。熱硬性：在高溫下保持硬度的能力，碳素工具鋼只能在200℃以下保持硬度，超過200℃軟化，高速鋼在b、高耐磨性碳化物硬度與耐磨性之間有密切關(guān)系。硬度越高，耐磨性越好，硬度基本相同時(shí)，碳化物的數(shù)量、顆粒大小及分布情況對耐磨性有很大影響。一定數(shù)量的硬而細(xì)的碳化物均勻分布在強(qiáng)而韌的金屬基礎(chǔ)上，耐磨性良好。c、足夠的強(qiáng)度和韌性工具工作條件惡劣，承受沖擊、震動、扭轉(zhuǎn)、彎曲等復(fù)雜應(yīng)力，所以必須具有足夠的強(qiáng)度和韌性，以免淬斷。d、高的淬透性，低脫碳傾向，可加工性。常用刃具鋼鉻鋼、鎢鋼、釩鋼、鎢鉻釩鋼、硅鉻鋼、高速鋼。a、鉻鋼GCr158CrCr2含C量：0.8~1.5%.特點(diǎn)：淬透性好、耐磨性高，但脆性大，且有回火脆性傾向。b、鎢鋼、釩鋼、鎢鉻釩鋼W、W2、V、WCr、W3CrVW、V能形成堅(jiān)硬而又穩(wěn)定的碳化物WC、VC，Cr能提高淬透性。特點(diǎn)：耐磨性高，熱穩(wěn)定性好，熱處理變形小等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)良的刃具鋼。c、高速鋼W18Cr4V又稱鋒鋼，是一種高合金鋼，合金元素含量>10%，制成刀具可以高速切削而得名。主要合金元素：W：作用是形成堅(jiān)硬耐磨的高熔點(diǎn)合金碳化物（Fe.W）3C、Fe4W2C，一小部分W溶于馬氏體，從而提高馬氏體組織的回火穩(wěn)定性，故鎢合金高速鋼在600℃高溫下，仍有很高的硬度。回火時(shí)析出W2C，產(chǎn)生C：一方面與W、Cr、V等形成足夠數(shù)量的碳化物，又要有一定數(shù)量的碳溶入高溫奧氏體，使淬火后M具有一定的過飽和程度，以保證高硬度、高耐磨性。過高，碳化物數(shù)量增加，不均勻性增大，脆性大，工藝性變壞。過低，硬度、耐磨性下降。V：形成V4C3或VC比鎢碳化物更穩(wěn)定，能顯著阻礙奧氏體晶粒長大。V4C3或VC顆粒非常細(xì)小，分布又十分均勻，對提高鋼的耐磨性非常有效。560℃回火，也產(chǎn)生“Cr：提高鋼的淬透性。Mo：與W作用相近，可提高韌性。Co：進(jìn)一步提高紅硬性（阻止碳化物從馬氏體中析出，抑制M分解）。d、硅鉻鋼9SiCr具有較高的淬透性和回火穩(wěn)定性，但有脫碳現(xiàn)象，加工性能較差。e、硬質(zhì)合金將一些難溶的化合物粉末和粘結(jié)劑混合，加壓成型，再經(jīng)燒結(jié)而成的一種粉末冶金材料。特點(diǎn)：高硬度：HRC69~81，熱硬性好：900~1000℃，耐磨性好，切削速度比高速鋼高4~7倍，刀具壽命可提高5~8缺點(diǎn)：脆性大，不能進(jìn)行機(jī)械加工。壓制成一定規(guī)格的刀片，鑲焊在刀體上使用。金屬陶瓷硬質(zhì)合金：金屬碳化物粉末WC、TiC，粘結(jié)劑Co、Ni混合，加壓成型，燒結(jié)而成（工藝與陶瓷相近）。鋼結(jié)硬質(zhì)合金：以碳化物Ti、WC為硬化相，合金鋼（高速鋼、鉻鉬鋼）粉末為粘結(jié)劑混合，壓制，燒結(jié)而成。鋼結(jié)硬質(zhì)合金經(jīng)退火后，可以進(jìn)行切削加工，淬火、回火后具有相當(dāng)于金屬陶瓷硬度合金的高硬度、高耐磨性。模具鋼冷作模具鋼：冷沖模、冷鐓模、拉絲模、滾絲模等，用于制作冷加工模具。工作中承受很大的壓力，彎曲力，沖擊力，摩擦力。損壞形式：磨損、斷裂、變形超差。對冷作模具鋼的要求：高硬度HRC58~62，高耐磨性，足夠的強(qiáng)度與韌性，熱處理變形小。常用鋼號：9SiCr、9Mn2V、Cr12MoV、Cr6WV、W18Cr4V。2、熱作模具鋼：熱鍛模、熱擠壓模、熱鐓模。a、載荷特點(diǎn)：沖擊、擠壓、強(qiáng)烈摩擦、熱疲勞。b、對熱作模具鋼的性能要求：高強(qiáng)度、高耐磨性、高的抗熱疲勞能力、高的回火穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)熱性。c、常用鋼號：5CrMnMo、5CrNiMo、6SiMnV、6SiMnV。3、壓鑄模具鋼壓鑄是將熔化的金屬或塑料，依靠壓力注入模腔而直接成型的工藝方法。對壓鑄模具鋼的要求：高的高溫強(qiáng)度，熱穩(wěn)定性好，耐熱疲勞，導(dǎo)熱性好，表面能經(jīng)受液體金屬或塑料的沖刷磨損、腐蝕。3Cr2W8V、4Cr8W2、3W4CrSiV、3W2CrSiV，用于有色金屬的壓鑄模具。Cr2、5CrMnMo、CrWMn、38CrMoAl，用于塑料模具。量具鋼對量具鋼的要求a、高硬度（≥HRC62），高耐磨性，防止因磨損造成的尺寸偏差。b、熱處理變形小，組織穩(wěn)定（尺寸穩(wěn)定）。c、良好的加工工藝性，表面粗糙度低于0.5。常用量具鋼高精度量具鋼：CrMn、CrWMn、GCr15、9Mn2V、MnCrWV。一般量具鋼：9SiCr、60Mn、65Mn。應(yīng)用舉例用9SiCr制造圓板牙→外螺紋，絲錐→內(nèi)螺紋。圓板牙對鋼的要求：①碳化物分布均勻，以防使用時(shí)崩刃。②熱處理變形小，以保證螺紋的尺寸精度（互換性）。③刃部高硬度HRC60～63，高耐磨性，以保證使用壽命。9SiCr滿足上述要求。制造工藝：下料→球化處理→機(jī)械加工→淬火+低溫回火→磨平面→拋槽→開口。等溫球化退火，碳化物分布均勻，防崩刃，降低硬度，便于機(jī)加工。600~650℃預(yù)熱，目的是減少高溫停留時(shí)間，降低9SiCr的脫碳傾向（Si）。采用160~200℃硝鹽浴分級淬火，可減小熱處理變形。190~200火，穩(wěn)定組織，降低殘余應(yīng)力?！€(wěn)定尺寸（精度）。用W18Cr4V高速鋼制造盤形齒輪銑刀加工工藝路線：坯料→鍛造→等溫退火→機(jī)械加工→淬火+回火→噴砂→精磨→成品。W18Cr4V高速鋼屬于空硬鋼，硬度高、熱穩(wěn)定性高、難以熱軋，故坯料為鑄坯。其組織中含有粗大的碳化物，分布均勻，直接使用，刀具的強(qiáng)度、耐磨性、韌性均下降，且易崩刃，應(yīng)設(shè)法消除。由于W18Cr4V中的碳化物熱穩(wěn)定性很高（W2C、Fe4W2為了提高洗刀的表面質(zhì)量，機(jī)械加工前可增加調(diào)質(zhì)：900~920℃加熱油冷，700~720高速鋼由于導(dǎo)熱性能很差，塑性低，而淬火加熱溫度很高，如果直接加熱到淬火溫度，很容易產(chǎn)生變形，開裂。所以應(yīng)降低加熱速度，并分給予熱，一般先加熱到800~840℃淬火采用580~620℃中性鹽浴分級淬火，以減小變形。回火溫度560℃，因?yàn)樵诖藴囟认?，回火硬度最高：一方面W、V的碳化物（W2C、VC）呈細(xì)小分散狀從馬氏體中沉淀析出（彌散沉淀析出），這些碳化物很穩(wěn)定，難以聚集長大，從而提高了硬度（彌散硬化）；另一方面，在此溫度范圍內(nèi)，一部分碳及合金元素從殘余奧氏體中析出，降低了參與A’中C及合金元素含量，Ms提高，回火冷卻時(shí)，A’→M，從而使鋼的硬度提高?！盀槭裁匆M(jìn)行三次回火呢？由于W18Cr4V淬火后由20~25%的殘余奧氏體，經(jīng)一次回火難以全部消除，經(jīng)三次回火才能基本消除（一次余15%，二次余3~5%，三次余1~2%），且經(jīng)過多次回火，還可消除前一次回火由于A’→M產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。組織：回火馬氏體+少量殘余奧氏體+碳化物。用CrWMn制造塊規(guī)塊規(guī)是標(biāo)準(zhǔn)量塊，用它來測量標(biāo)定線性尺寸。要求：高硬度HRC62~65，淬火變形微小（直度≯0.05mm），尺寸穩(wěn)定。生產(chǎn)工藝：坯料→鍛造→球化退火→機(jī)械加工→淬火→冷處理→回火→粗磨→低溫人工時(shí)效處理→精磨→去應(yīng)力回火→研磨→成品。球化退火：780~800℃加熱，690~710℃引起塊規(guī)尺寸變化的因素：①殘余A’轉(zhuǎn)變?yōu)镸，引起尺寸膨脹。②馬氏體繼續(xù)分解，正方度減小引起收縮。③殘余應(yīng)力松弛，引起尺寸變化。冷處理可大大減少殘余奧氏體量；低溫回火使M組織穩(wěn)定；低溫人工時(shí)效，使組織進(jìn)一步穩(wěn)定，消除殘余應(yīng)力；精磨后去應(yīng)力退火，可消除所增的殘余應(yīng)力。特殊性能鋼特殊性能鋼是指具有特殊性能和特殊用途的鋼種。包括：不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、超高強(qiáng)度鋼、磁鋼等。不銹鋼金屬腐蝕是一種普遍現(xiàn)象，每年因腐蝕造成的金屬損失占金屬產(chǎn)量的10%，因此提高金屬的耐蝕性具有重要意義。往鋼中添加Cr、Ni等元素，可以提高其電極電位，降低腐蝕速度。→不銹鋼。不銹鋼的產(chǎn)量是衡量鋼鐵水平的重要標(biāo)志。塔曼定律（Tamman’slaw），n/8定律往鋼中添加合金元素，當(dāng)合金元素的含量為1/8，2/8，…n/8（原子比）時(shí)，及合金元素的原子數(shù)占12.5%,25%,…,12.5n%時(shí)，合金的電機(jī)電位不是漸變增加，而是突變時(shí)提高，這種現(xiàn)象稱為n/8定律。如往鋼中添加11.7%（重量百分?jǐn)?shù)）的Cr，那12.5%（原子比）Cr，鋼的電極電位由-0.56V突變至+0.2V，這種鋼就具有抗蝕性。常用不銹鋼鉻不銹鋼：1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、Cr17、Cr25、Cr28Cr13型不銹鋼隨著含C量的增多，耐蝕性降低。因?yàn)椋纬傻你t碳化物增多，基體中鉻含量減少；鉻碳化物與基體具有不同的電機(jī)電位，隨著鉻碳化物的增多，原電池的數(shù)量增多。鉻鎳不銹鋼：0Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni