材料科學(xué)基礎(chǔ)第八章工業(yè)用鋼

1、第八章 工業(yè)用鋼Industry Steels 在工業(yè)用鋼中除鐵、碳之外，還含有其它元素。分常存元素；偶存元素；隱存元素和合金元素。常存元素有錳、硅、硫、磷。偶存元素是由于礦石產(chǎn)地不同（有與鐵共存的共生礦混入）及以廢鋼為原料，在冶煉及工藝操作時(shí)帶入鋼中，如銅、鈦、釩、稀土元素等。隱存元素是指原子半徑較小的非金屬元素，如氧、氫等。合金元素是指為改變成分特別添加的元素，如鉻、鎳、鎢、鉬、釩等。 第一節(jié) 鋼的分類Classify of Steels鋼的種類繁多，為了便于生產(chǎn)、使用和研究，可以按照化學(xué)成分、冶金質(zhì)量和用途對(duì)鋼進(jìn)行分類。0.3%C% 0.3% C% 0.6%C 5%M% 5%M% 10%

2、M% 低碳鋼中碳鋼高碳鋼鋼碳低合金鋼中合金鋼高合金鋼合金鋼按成分分類耐熱鋼不銹鋼特殊鋼量具鋼模具鋼切削用鋼工具鋼滾動(dòng)軸承鋼彈簧鋼調(diào)質(zhì)鋼滲碳鋼工程用鋼結(jié)構(gòu)鋼按用途分類第二節(jié)鋼中的雜質(zhì)及合金元素Impurity & Alloying Element in Steel一、鋼中的雜質(zhì)元素鋼在冶煉的時(shí)候，除了必須的合金元素外，不可避免的會(huì)從原料中帶入一些雜質(zhì)元素。雜質(zhì)元素主要有硫、磷、氮、氫、砷、錫、秘、銻等。這些雜質(zhì)元素對(duì)鋼組織和性能產(chǎn)生不利的影響。硫易在鋼中形成FeS共晶體，熔點(diǎn)很低，造成“熱脆”。磷使鋼脆化，降低鋼的塑性和韌性，產(chǎn)生“冷脆性”，使鋼的冷加工性能和焊接性能變壞。 氧容易在鋼中形成氧化

3、物，使性能下降。李熏首先發(fā)現(xiàn)，氫在鋼中形成所謂“氫脆”現(xiàn)象，嚴(yán)重影響鋼的塑性。鋼的強(qiáng)度越高，脆性越大，造成的危害也越嚴(yán)重。 二、合金元素在鋼中的作用合金元素在鋼中可以兩種形式存在：一是溶解于碳鋼原有的相中，另一種是形成某些碳鋼中所沒(méi)有的新相。合金元素對(duì)鋼中基本相的影響碳鋼中有三個(gè)基本相，即鐵素體、奧氏體和滲碳體。合金元素加入鋼中時(shí)，可以溶于此三相中形成合金鐵素體、合金奧氏體及合金滲碳體。合金元素溶于鐵素體中，對(duì)位錯(cuò)線的移動(dòng)起牽制作用，降低位錯(cuò)的易動(dòng)性，從而提高塑變抗力，產(chǎn)生固溶強(qiáng)化效果。合金滲碳體的晶體結(jié)構(gòu)與滲碳體相同，可表達(dá)為(Fe，Me)3C（Me代表合金元素）。滲碳體中溶入碳化物形成元素

4、后，硬度有明顯增加，因而可提高鋼的耐磨性。當(dāng)鋼中合金元素含量超過(guò)一定限度時(shí)，可以生成一些碳鋼中沒(méi)有的新相。其中最重要的是由強(qiáng)碳化物形成元素生成的各種合金碳化物（如W2C、VC、TiC等）。它們?nèi)埸c(diǎn)高、硬度高，加熱時(shí)很難溶于奧氏體中，因此對(duì)鋼的機(jī)械性能及工藝性能有很大影響。合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響合金元素對(duì)碳鋼中的相平衡關(guān)系有很大影響，加入合金元素后Fe-Fe3C相圖要發(fā)生變化。加入合金元素，可使Fe與Fe存在范圍發(fā)生變化。按照對(duì)Fe或Fe的作用，可將合金元素分為兩大類。（1）擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素?cái)U(kuò)大奧氏體區(qū)域的元素有鎳、錳、碳、氮等，這些元素使A1和A3溫度降低，使S點(diǎn)、E點(diǎn)向左下方移動(dòng)，從而使

5、奧氏體區(qū)域擴(kuò)大。其中與Fe無(wú)限互溶的元素鎳或錳的含量較多時(shí)，可使鋼在室溫下以?shī)W氏體單相存在而成為一種奧氏體鋼。如Ni%9%的不銹鋼和Mn%13%的ZGMn13耐磨鋼均屬奧氏體鋼。（2）縮小奧氏體區(qū)的元素縮小奧氏體區(qū)的元素有鉻、鉬、硅、鎢等，使A1和A3溫度升高，使S點(diǎn)、E點(diǎn)向左上方移動(dòng)，從而使奧氏體區(qū)域縮小。由于A1和A3溫度升高了，這類鋼的淬火溫度也相應(yīng)地提高了。圖7-2表示鉻對(duì)奧氏體區(qū)域位置的影響。當(dāng)加入的元素超過(guò)一定含量后，則奧氏體可能完全消失，此時(shí)，鋼在包括室溫在內(nèi)的廣大溫度范圍內(nèi)獲得單相鐵素體，通常稱之為鐵素體鋼。如含17%28%Cr的Cr17、Cr25、Cr28不銹鋼就是鐵素體不銹

6、鋼。 合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響合金元素主要是通過(guò)改變鋼在熱處理過(guò)程中的組織轉(zhuǎn)變來(lái)顯示其作用的。合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響主要表現(xiàn)在對(duì)加熱、冷卻和回火過(guò)程中的相變等方面。（1）對(duì)加熱的影響增加奧氏體化的時(shí)間，阻止奧氏體晶粒長(zhǎng)大。（2）對(duì)冷卻轉(zhuǎn)變的影響提高過(guò)冷奧氏體的穩(wěn)定性，提高鋼的淬透性。（3）對(duì)淬火鋼回火轉(zhuǎn)變的影響提高回火穩(wěn)定性，形成特殊碳化物。合金元素對(duì)鋼的機(jī)械和工藝性能的影響 （1）對(duì)強(qiáng)度的影響固溶強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化（2）對(duì)塑性和韌性的影響一般降低鋼的塑性和韌性。（3）對(duì)工藝性能的影響對(duì)鑄造、鍛造、焊接、切削性能的影響。 根據(jù)鋼中合金元素與碳的親合力的大小，合金元素可分為碳化物形成

7、元素和非碳化物形成元素。 非碳化物形成元素主要有：Ni、Si、Co、Cu、Al、N、B等，它們幾乎都固溶于鐵素體和奧氏體中。 碳化物形成元素與鋼中的碳原子相互作用可形成各種碳化物，碳化物的種類、數(shù)量、尺寸大小以及分布等對(duì)鋼的性能均起到重要的影響。 碳化物形成元素均是過(guò)渡族金屬，它們與碳原子間的結(jié)合力大小，將影響到形成碳化物的難易程度以及碳化物的穩(wěn)定性。結(jié)合力的大小主要取決于原子d層的電子數(shù)。d層的電子數(shù)越少，它與碳的親合力就越大，形成的碳化物在鋼中也越穩(wěn)定。 按照原子間結(jié)合力的大小可將合金元素分為：強(qiáng)碳化物形成元素，如Ti、Zr、Nb、V；中等強(qiáng)碳化物形成元素，如W、Mo、Cr和弱碳化物形成元

8、素，如Mn。如果是多種碳化物形成元素共存在于鋼中，一般情況是強(qiáng)碳化物形成元素優(yōu)先與碳結(jié)合形成碳化物。為了管理和使用的方便，每一種合金鋼都應(yīng)該有一個(gè)簡(jiǎn)明的編號(hào)。世界各國(guó)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。我國(guó)的鋼材編號(hào)是采用國(guó)際化學(xué)元素符號(hào)和漢語(yǔ)拼音字母并用的原則。即鋼號(hào)中的化學(xué)元素采用國(guó)際化學(xué)元素符號(hào)表示。 第三節(jié) 我國(guó)的鋼材編號(hào)Steel Grade 一、普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號(hào)以“Q數(shù)字字母字母數(shù)字字母字母”表示。其中，“Q”字是鋼材的屈服強(qiáng)度“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首，緊跟后面的是屈服強(qiáng)度值，再其后

9、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。 二、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼與合金結(jié)構(gòu)鋼編號(hào)的方法是相同的，都是以“兩位數(shù)字元素?cái)?shù)字兩位數(shù)字元素?cái)?shù)字”的方法表示。鋼號(hào)的前兩位數(shù)字表示平均含碳量的萬(wàn)分之幾，沸騰鋼、半鎮(zhèn)靜鋼以及專門用途的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，應(yīng)在鋼號(hào)后特別標(biāo)出。合金元素以化學(xué)元素符號(hào)表示，合金元素后面的數(shù)字則表示該元素的含量，一般以百分之幾表示

10、。 三、碳素工具鋼三、碳素工具鋼 碳素工具鋼的牌號(hào)以“T數(shù)字字母”表示。鋼號(hào)前面的“碳”或“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”。 四、四、合金工具鋼與特殊性能鋼合金工具鋼與特殊性能鋼合金工具鋼的牌號(hào)以“一位數(shù)字（或沒(méi)有數(shù)字）元素?cái)?shù)一位數(shù)字（或沒(méi)有數(shù)字）元素?cái)?shù)字字”表示。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。而對(duì)

11、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。特殊性能鋼的牌號(hào)和合金工具鋼的表示相同，但也有少數(shù)例外，例如耐熱鋼20Cr3W3NbN其編號(hào)方法和結(jié)構(gòu)鋼相同，但這種情況極少。 五、專用鋼五、專用鋼這類鋼是指某些用于專門用途的鋼種。它是以其用途名稱的漢語(yǔ)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。 例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

12、平均值的千分之幾，如“滾鉻15”（GCr15）。這里應(yīng)注意牌號(hào)中鉻元素后面的數(shù)字是表示含鉻量為1.5%,其他元素仍按百分之幾表示，如GCr15SiMn表示含鉻為1.5%，Si、Mn均小于1.5% 的滾動(dòng)軸承鋼。又如易切鋼前標(biāo)以“Y”字，Y40Mn表示含碳量約0.4%，含錳量小于1.5的易切鋼。還有如20g表示含碳量為0.20%的鍋爐用鋼；16MnR表示含碳量為1.6%，含錳量小于1.5%的容器用鋼。 第四節(jié) 常見(jiàn)工業(yè)用鋼的性能及用途Speciality & Usefulness of Steel一、結(jié)構(gòu)鋼一、結(jié)構(gòu)鋼 結(jié)構(gòu)鋼按用途分為工程構(gòu)件用鋼和機(jī)器零件用鋼兩大類。工程構(gòu)件用鋼 工程構(gòu)件用鋼是

13、應(yīng)用較廣泛的鋼種之一，用于國(guó)防、化工、石油、電站、車輛、造船、橋梁、建筑等國(guó)民經(jīng)濟(jì)部門，制造各種重要構(gòu)件。（1）普通碳素工程構(gòu)件用鋼普通碳素工程構(gòu)件用鋼簡(jiǎn)稱普碳鋼，產(chǎn)量約占鋼總產(chǎn)量的70%，其中大部分用作機(jī)器零件。由于普碳鋼易于冶煉、價(jià)格低廉，性能也基本滿足了一般工程構(gòu)件的要求，所以在工程上用量很大。 （2）低合金高強(qiáng)度鋼低合金高強(qiáng)度鋼是一種含有少量合金元素，具有較高強(qiáng)度的構(gòu)件用鋼，由于強(qiáng)度高，所以1噸低合金高強(qiáng)度鋼可頂1.22.0噸普碳鋼使用，從而可減輕構(gòu)件重量，提高使用的可靠性并節(jié)約鋼材。這類鋼主要用來(lái)制造各種要求強(qiáng)度較高的工程結(jié)構(gòu)，例如船舶、車輛、高壓容器、輸油輸氣管道、大型鋼結(jié)構(gòu)等。它

14、在建筑、石油、化工、鐵道、造船、機(jī)車車輛、鍋爐容器、農(nóng)機(jī)農(nóng)具等許多部門得到廣泛的應(yīng)用。常用低合金高強(qiáng)度鋼按其屈服強(qiáng)度的高低分為6個(gè)級(jí)別：300MPa、350 MPa、400 MPa、450 MPa、500 MPa、550650 MPa。 （3）工程結(jié)構(gòu)用鋼的發(fā)展趨勢(shì)低合金高強(qiáng)度鋼由于其強(qiáng)度高，韌性和加工性能優(yōu)異，合金元素耗量少，并且不需進(jìn)行復(fù)雜的熱處理，已越來(lái)越受到重視。目前，這類鋼發(fā)展趨勢(shì)是：a）通過(guò)微合金化與合理的軋制工藝結(jié)合起來(lái)，實(shí)行控制軋制，以達(dá)到更高的強(qiáng)度。在鋼中加入少量的微合金化元素，如V、Ti、Nb等，通過(guò)控制軋制時(shí)的再結(jié)晶過(guò)程，使鋼的晶粒細(xì)化，達(dá)到既提高強(qiáng)度又改善塑韌性的最佳效

15、果。b）通過(guò)合金化改變基體組織，提高強(qiáng)度。在鋼中加入較多的其它元素，如Cr、Mn、Mo、Si、B等，使鋼在熱軋空冷的條件下即可得到貝氏體組織，甚至馬氏體組織。這種馬氏體在冷卻過(guò)程中可發(fā)生自回火過(guò)程，甚至不需要專門進(jìn)行回火。c）超低碳化。為了保證韌性和焊接性能，含碳量進(jìn)一步降低，甚至降到PPM級(jí)，此時(shí)必須采用真空冶煉，或真空去氣的先進(jìn)冶煉工藝。機(jī)器零件用鋼 指用于制造各種機(jī)器零件、如軸類零件、齒輪、彈簧和軸承等所用的鋼種，也稱為機(jī)器制造用鋼。 （1）滲碳鋼 a）滲碳鋼的工作條件及對(duì)性能的要求滲碳鋼常用在受沖擊和磨損條件下工作的一些機(jī)械零件，如汽車、拖拉機(jī)上的變速齒輪、內(nèi)燃機(jī)上的凸輪、活塞銷等，要

16、求表面硬、耐磨，而零件心部則要求有較高的韌性和強(qiáng)度以承受沖擊。通常尺寸小的、受力小的，采用低碳鋼，而尺寸大的、受力大的則采用低碳合金鋼。b）滲碳鋼的成分和鋼種按照滲碳鋼的淬透性大小，可分為三類：低淬透性滲碳鋼。典型鋼種為20Cr，這類鋼水淬臨界直徑100mm，主要用于制造大截面、高載荷的重要耐磨件，如飛機(jī)、坦克中的曲軸、大模數(shù)齒輪等。c）滲碳鋼的熱處理滲碳鋼的熱處理規(guī)范一般是滲碳后進(jìn)行直接淬火（一次淬火或二次淬火），而后低溫回火。碳素滲碳鋼和低合金滲碳鋼，經(jīng)常采用直接淬火或一次淬火，而后低溫回火；高合金滲碳鋼則采用二次淬火和低溫回火處理。 （2）調(diào)質(zhì)鋼 a）調(diào)質(zhì)鋼的工作條件及對(duì)性能的要求采用調(diào)

17、質(zhì)處理，即淬火+高溫回火后使用的優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，統(tǒng)稱為調(diào)質(zhì)鋼。淬火后得到位錯(cuò)與孿晶馬氏體的混合組織，以及殘余奧氏體和碳化物。用于受力較復(fù)雜的重要結(jié)構(gòu)零件。如汽車后橋半軸、連桿、螺栓以及各種軸類零件。對(duì)于截面尺寸大的零件，為保證有足夠的淬透性，就要采用合金調(diào)質(zhì)鋼。 b）調(diào)質(zhì)鋼的成分特點(diǎn)和鋼種 調(diào)質(zhì)鋼的含碳量在0.300.50%之間，屬中碳鋼，含碳量在這一范圍內(nèi)可保證鋼的綜合性能，含碳量過(guò)低，則影響鋼的強(qiáng)度指標(biāo)，含碳量過(guò)高則韌性顯得不足。一般碳素調(diào)質(zhì)鋼的含碳量偏上限，對(duì)于合金調(diào)質(zhì)鋼，隨合金元素的增加，含碳量趨于下限。 按淬透性的高低，調(diào)質(zhì)鋼大致可以分為三類：低淬透性調(diào)質(zhì)鋼。典型鋼種是40C

18、r，這類鋼的油淬臨界直徑最大為3040mm，廣泛用于制造一般尺寸的重要零件，如軸、齒輪、連桿螺栓等。35SiMn、40MnB是為節(jié)約鉻而發(fā)展的代用鋼種。中淬透性調(diào)質(zhì)鋼。典型鋼種為40CrNi，這類鋼的油淬臨界直徑最大為4060mm，含有較多的合金元素，用于制造截面較大、承受較重載荷的零件，如曲軸、連桿等。高淬透性調(diào)質(zhì)鋼。典型鋼種為40CrNiMoA，這類鋼的油淬臨界直徑為60100mm，多半為鉻鎳鋼。鉻、鎳的適當(dāng)配合，可大大提高淬透性，并能獲得比較優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。用于制造大截面、承受重負(fù)荷的重要零件，如汽輪機(jī)主軸、壓力機(jī)曲軸、航空發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸等。 c) 調(diào)質(zhì)鋼的熱處理調(diào)質(zhì)鋼的熱處理通常是淬火

19、高溫回火（調(diào)質(zhì)處理）（3）彈簧鋼 a）彈簧鋼的工作條件及對(duì)性能的要求 彈簧是各種機(jī)器和儀表中的重要零件。它是利用彈性變形吸收能量以緩和振動(dòng)和沖擊，或依靠彈性儲(chǔ)存能量來(lái)起驅(qū)動(dòng)作用。因此，要求制造彈簧的材料具有高的彈性極（即具有高的屈服點(diǎn)或屈強(qiáng)比），高的疲勞極限與足夠的塑性和韌性。 b）彈簧鋼的成分特點(diǎn)和鋼種 彈簧鋼含碳量一般為0.450.70%。含碳量過(guò)高，塑性和韌性降低，疲勞極限也下降?？杉尤氲暮辖鹪赜绣i、硅、鉻、礬和鎢等。加入硅、錳主要是提高淬透性，同時(shí)也提高屈強(qiáng)比，其中硅的作用更為突出。硅、錳元素的不足之處是硅會(huì)促使鋼材表面在加熱時(shí)脫碳，錳則使鋼易于過(guò)熱。因此，重要用途的彈簧鋼必須加入鉻

20、、礬、鎢等。它們不僅使鋼材有更高的淬透性，不易脫碳和過(guò)熱，而且有更高的高溫強(qiáng)度和韌性。c）彈簧鋼的熱處理根據(jù)彈簧鋼的生產(chǎn)方式，可分為熱成型彈簧和冷成型彈簧兩類，所以其熱處理也分為兩類。對(duì)于熱成形彈簧，一般可在淬火加熱時(shí)成形，然后淬火+中溫回火，獲得回火屈氏體組織，具有很高的屈服強(qiáng)度和彈性極限，并有一定的塑性和韌性。 彈簧經(jīng)熱處理后，一般進(jìn)行噴丸處理，使表面強(qiáng)化并在表面產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高疲勞強(qiáng)度。 （4）滾動(dòng)軸承鋼 a）滾動(dòng)軸承鋼的工作條件及對(duì)性能的要求 用于制造滾動(dòng)軸承的鋼稱為滾動(dòng)軸承鋼。滾動(dòng)軸承是一種高速轉(zhuǎn)動(dòng)的零件，工作時(shí)接觸面積很小，不僅有滾動(dòng)摩擦，而且有滑動(dòng)摩擦，承受很高、很集中的周

21、期性交變載荷，所以常常是接觸疲勞破壞。因此要求滾動(dòng)軸承鋼具有高而均勻的硬度，高的彈性極限和接觸疲勞強(qiáng)度，足夠的韌性和淬透性，一定的抗腐蝕能力。 b）滾動(dòng)軸承鋼的成分特點(diǎn)及鋼種 滾動(dòng)軸承鋼是一種高碳低鉻鋼，含碳量為0.95%1.10%，含鉻量為0.4%1.65%。高碳為保證有高的淬硬性，同時(shí)可形成鉻的碳化物強(qiáng)化相。鉻的主要作用是增加鋼的淬透性,使淬火、回火后整個(gè)截面上獲得較均勻的組織。鉻可形成合金滲碳體（FeCr）3C，加熱時(shí)降低過(guò)熱敏感性，得到細(xì)小的奧氏體組織。溶入奧氏體中的鉻，又可提高馬氏體的回火穩(wěn)定性。高碳低鉻的滾動(dòng)軸承鋼，經(jīng)正常熱處理后獲得較高且均勻的硬度、強(qiáng)度和較好的耐磨性。 c）滾動(dòng)

22、軸承鋼的熱處理 滾動(dòng)軸承鋼的預(yù)備熱處理是球化退火，滾動(dòng)軸承鋼的最終熱處理為淬火+低溫回火，淬火切忌過(guò)熱，淬火后立即回火，經(jīng)150160回火24h，以去除應(yīng)力，提高韌性和穩(wěn)定性。滾動(dòng)軸承鋼淬火、回火后得到極細(xì)的回火馬氏體；分布均勻細(xì)小的粒狀碳化物（5%10%）以及少量殘余奧氏體（5%10%），硬度為HRC6266。 二、工具鋼二、工具鋼工具鋼是用來(lái)制造刀具、模具和量具的鋼。按化學(xué)成分分為碳素工具鋼、低合金工具鋼、高合金工具鋼等。按用途分為刃具鋼、模具鋼和量具鋼。刃具鋼 （1）切削刃具的工作條件及對(duì)性能的要求車刀工作時(shí)主要是承受壓應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，受到很大的機(jī)械磨損。機(jī)床的震動(dòng)，要求刀具有一定的耐沖

23、擊性能。連續(xù)低速切削時(shí)，要求車刀有高的硬度、耐磨性和適當(dāng)?shù)膹澢鷱?qiáng)度，防止刃部磨鈍。連續(xù)高速切削時(shí)，由于車刀與工件接觸，刃部溫度會(huì)迅速升高，這就要求車刀有較高的熱穩(wěn)定性（又稱熱硬性或紅硬性）。鑒于刃具的特殊工況條件，對(duì)刃具鋼的基本性能要求應(yīng)該是：高的切斷抗力，高的耐磨性，高的彎曲強(qiáng)度和足夠的韌性，高的熱穩(wěn)定性。 （2）碳素工具鋼與低合金工具鋼主要用于制造低速切削工具，如銼刀、鉗子、手用鋸條等。典型鋼號(hào)：碳素工具鋼：T8、T12等。低合金工具鋼：9SiCr、CrWMn等。碳素工具鋼價(jià)格低廉，用于生產(chǎn)普通手用鋸條、銼刀、鉗子等，而低合金工具鋼淬透性好，常用于制作形狀復(fù)雜的、要求變形小的刀具。熱處理工

24、藝：預(yù)備熱處理：球化退火最終熱處理：淬火低溫回火。（3）高速工具鋼a）高速鋼的成分特點(diǎn)與常用鋼種高速鋼是一種含有鎢、鉻、釩等多種元素的高合金工具鋼。鋼中加入較多的碳，其作用是既保證它的淬硬性，又保證淬火后有足夠多的碳化物相。一般含碳量在1%左右，最高可達(dá)1.6%。高速鋼中一般含有較多數(shù)量的W元素，它是提高鋼紅硬性的主要元素,由于世界范圍W資源的缺少,使人們找到了以Mo、Co元素代替W元素而保持高的紅硬性的方法。 Cr元素在鋼中的作用：Cr的加入可提高鋼的淬透性，并能形成碳化物強(qiáng)化相。 V元素在鋼中的作用：V與C的親和力很強(qiáng)，在高速鋼中形成碳化物（VC），它有很高的穩(wěn)定性，即使淬火溫度在1260

25、1280時(shí)，VC也不會(huì)全部溶于奧氏體中。在高溫多次回火過(guò)程中VC呈彌散狀析出，進(jìn)一步提高了高速鋼的硬度、強(qiáng)度和耐磨性。 高速鋼主要用于制造高速切削工具，如車刀、銑刀、刨刀等。典型鋼號(hào)：W18Cr4V（1841）、W6Mo5Cr4V2（6542）。高速鋼的熱處理：預(yù)備熱處理：大變形鍛造后退火最終熱處理：淬火560三次回火。高速鋼的回火，一般需要進(jìn)行三次，其回火溫度為560，每次11.5h。第一次回火只對(duì)淬火馬氏體起回火作用，在回火冷卻過(guò)程中，發(fā)生殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變，同時(shí)產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。經(jīng)第二次回火，沒(méi)有徹底轉(zhuǎn)變的殘余奧氏體繼續(xù)發(fā)生新的轉(zhuǎn)變，又產(chǎn)生新的內(nèi)應(yīng)力。這就需要進(jìn)行第三次回火。高速鋼淬火后殘余

26、奧氏體量大約為30%，三次回火后仍保留有3%4%，與此同時(shí)，使碳化物析出量增多，產(chǎn)生二次硬化現(xiàn)象，提高了刃具使用性能。為使高速鋼中的殘余奧氏體量減少到最低程度，往往還需進(jìn)行冷處理。 模具鋼根據(jù)模具的工作條件不同，模具鋼一般分為冷作模具鋼和熱作模具鋼兩大類。前者用于制造冷沖模和冷擠壓模等，工作溫度大都接近室溫；后者用于制造熱鍛模和壓鑄模等，工作時(shí)型腔表面溫度可高達(dá)600以上。（1）冷作模具鋼 a）冷作模具鋼的工作條件及對(duì)性能的要求制造在冷態(tài)下變形的模具，如冷沖模、冷鐓模、拉絲模、冷軋輥等，從工作條件出發(fā)，對(duì)性能的基本要求是： 高的硬度和耐磨性。 較高的強(qiáng)度和韌性。 良好的工藝性。要求熱處理的變形小，淬透性高。 模具鋼鋼號(hào)表示方法與低合金工具鋼相同。 b）冷作模具鋼的成分特點(diǎn)和鋼種高碳高鉻模具鋼這類鋼主要是指Cr12型冷作模具鋼。這類鋼由于淬透性好，淬火變形小，耐磨性好，廣泛地用于制造負(fù)荷大、尺寸大、形狀復(fù)雜的模具。鋼號(hào)有Cr12、Cr12MoV等。c）冷作模具鋼的熱處理 Cr12型鋼的預(yù)備熱處理是球化退火。球化退火的目的是消除應(yīng)力、降低硬度、便于切削加工，退火后硬度為HB207255。退火組織為球狀珠光體+均勻分布的碳化物。 最終熱處理：淬火+低溫回火（2）熱作模具鋼a）熱作模具鋼的工作條件及對(duì)性能的要求制造使金屬熱成型的模具，如