哈工大第一版金屬學(xué)與熱處理課件

1、本章目的：本章目的： 1 介紹合金鋼的概念及其分類、編號的介紹合金鋼的概念及其分類、編號的方法；方法； 2 揭示合金元素在鋼中的作用，即合金揭示合金元素在鋼中的作用，即合金化原理；化原理； 3 分別介紹各種主要類型的合金鋼。分別介紹各種主要類型的合金鋼。第十章第十章 工業(yè)用鋼工業(yè)用鋼本章重點本章重點: (1) 合金元素對鋼的組織與性能影響規(guī)律；合金元素對鋼的組織與性能影響規(guī)律； (2) 各類鋼主要的性能要求、成分及合金化各類鋼主要的性能要求、成分及合金化特點，合金元素的主要作用，主要的熱處特點，合金元素的主要作用，主要的熱處理方法、應(yīng)用理方法、應(yīng)用;(3) 各類鋼的典型鋼種。各類鋼的典型鋼種。

2、10-1 概述概述一一 多鋼種原因多鋼種原因 碳鋼優(yōu)點：碳鋼優(yōu)點：價廉、實用價廉、實用； 力性隨碳含量顯著變化。力性隨碳含量顯著變化。 碳鋼的性能缺點：碳鋼的性能缺點：（1）淬透性低淬透性低；水淬，；水淬，D臨臨 =1020mm（2）強(qiáng)度、屈強(qiáng)比較低強(qiáng)度、屈強(qiáng)比較低； 20鋼與鋼與16Mn的的s：240、360MN/m2； 40鋼與鋼與35CrNi3Mo的的s/b：0.43、0.74(3) 回火穩(wěn)定性差回火穩(wěn)定性差， 綜合機(jī)性不高綜合機(jī)性不高； 碳素工具鋼碳素工具鋼T使使200, V切切5m/min;(4) 不能滿足不能滿足特殊性能特殊性能要求要求 -合金鋼的產(chǎn)生合金鋼的產(chǎn)生 二二 鋼分類及編

3、號鋼分類及編號1 鋼分類鋼分類（1）按化學(xué)成分：）按化學(xué)成分： 碳碳 鋼鋼 高、中、低碳鋼：高、中、低碳鋼：0.25%；0.6% 合金鋼合金鋼 高、中、低合金鋼：高、中、低合金鋼：5%；10%） 為改善鋼的性能，冶煉時在碳鋼的基為改善鋼的性能，冶煉時在碳鋼的基礎(chǔ)上礎(chǔ)上 特意加入特意加入一定的合金元素所獲得的鋼。一定的合金元素所獲得的鋼。（2）按用途：）按用途： 結(jié)構(gòu)鋼：工程構(gòu)件、機(jī)器零件結(jié)構(gòu)鋼：工程構(gòu)件、機(jī)器零件 工具鋼：刃、量、模工具鋼：刃、量、模 特殊性能鋼：耐熱、耐蝕、磁性特殊性能鋼：耐熱、耐蝕、磁性（3）按質(zhì)量等級：）按質(zhì)量等級： 優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)、高級優(yōu)質(zhì)、普通；高級優(yōu)質(zhì)、普通； 實際中往往

4、采取綜合法：實際中往往采取綜合法： 高級優(yōu)質(zhì)合金工具鋼高級優(yōu)質(zhì)合金工具鋼2 鋼編號鋼編號 反映：成分、用途反映：成分、用途 （1）碳鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼）碳鋼（碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼） 普通碳素結(jié)構(gòu)鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼 （0.06%0.4%）力性要求力性要求 Q195、Q215、Q235 -AF 、Q255、Q275； Q295、Q345、Q345、Q390、Q420、Q460 與舊標(biāo)準(zhǔn)的對比：與舊標(biāo)準(zhǔn)的對比： Q235A3 -為構(gòu)件用鋼為構(gòu)件用鋼: 建筑、橋梁、船舶、壓力容器、管道等建筑、橋梁、船舶、壓力容器、管道等 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼(0.06%0.70%)成分成分 08F、1

5、0、20 : 塑韌性、焊接性好塑韌性、焊接性好 冷沖、焊接、滲碳件冷沖、焊接、滲碳件調(diào)質(zhì)后綜合機(jī)性好調(diào)質(zhì)后綜合機(jī)性好 調(diào)質(zhì)件調(diào)質(zhì)件強(qiáng)度高、彈性極限高強(qiáng)度高、彈性極限高彈性元件彈性元件 25、30、35、40、45 : 50、60、65 : 碳素工具鋼（碳素工具鋼（0.65%1.35%） T7、T8：一定韌性一定韌性 沖頭、錘子、鑿子沖頭、錘子、鑿子T9、T10：硬度高、韌性適中；硬度高、韌性適中； 鉆頭、手鋸條、刨刀鉆頭、手鋸條、刨刀T12(A)、T13： 硬度高、韌性低硬度高、韌性低 銼、刮刀、量具銼、刮刀、量具 低速運轉(zhuǎn)的工具低速運轉(zhuǎn)的工具（2） 合金鋼合金鋼 C% Me% 合金結(jié)構(gòu)鋼：合

6、金結(jié)構(gòu)鋼： 1/萬萬 1/百百 合金工具鋼：合金工具鋼： 1/千千 特殊性能鋼：特殊性能鋼： 1/千千 例：例： 40Cr 合金結(jié)構(gòu)鋼；合金結(jié)構(gòu)鋼； 9CrSi 合金工具鋼合金工具鋼 CrWMo合金工具鋼；合金工具鋼；1Cr18Ni9 不銹鋼不銹鋼 特殊：特殊： GCr15 1.5%Cr 0Cr18Ni9 0.08% 00Cr18Ni9 0.6%; Mn1.5%; Cr2%; Ni5%時韌性明顯下降時韌性明顯下降 限量使用限量使用 2 形成合金碳化物形成合金碳化物根據(jù)與碳的親和力，合金元素分為兩類：根據(jù)與碳的親和力，合金元素分為兩類：非碳化物形成元素非碳化物形成元素： Ni、Co、Cu、Al、

7、Si、N、B碳化物形成元素碳化物形成元素： Mn、Cr、Mo、W、V、Nb、Zr、Ti 以上由弱至強(qiáng)以上由弱至強(qiáng) 弱碳化物形成元素、中強(qiáng)碳化物弱碳化物形成元素、中強(qiáng)碳化物形成元素可置換滲碳體中的鐵原子形成元素可置換滲碳體中的鐵原子 (Fe、Mn)3C 、 (Fe、Cr)3C （1）形成合金滲碳體形成合金滲碳體意義：意義： 合金滲碳體較滲碳體穩(wěn)定，熔點和合金滲碳體較滲碳體穩(wěn)定，熔點和硬度更高硬度更高低合金鋼中的主要強(qiáng)化相低合金鋼中的主要強(qiáng)化相 （2）形成特殊碳化物）形成特殊碳化物 強(qiáng)碳化物形成元素、或較高含量的強(qiáng)碳化物形成元素、或較高含量的中強(qiáng)碳化物形成元素（中強(qiáng)碳化物形成元素（5%）：）： V

8、C、TiC、WC、Mo2C、Cr23C6、Cr7C3 形成特殊碳化物形成特殊碳化物 特殊碳化物較合金滲碳體穩(wěn)定性更特殊碳化物較合金滲碳體穩(wěn)定性更高，熔點與硬度也更高高，熔點與硬度也更高耐較高溫度耐較高溫度的強(qiáng)化相的強(qiáng)化相 高合金鋼中的主要強(qiáng)化相高合金鋼中的主要強(qiáng)化相小結(jié)：小結(jié)： 碳在鋼中的碳在鋼中的存在形式及作用存在形式及作用： (1)固溶固溶于鐵基體中；于鐵基體中； (2)形成各類形成各類碳化物碳化物固溶強(qiáng)化固溶強(qiáng)化、 第二相強(qiáng)化，提高耐磨性第二相強(qiáng)化，提高耐磨性二二 合金元素對鐵碳相圖的影響合金元素對鐵碳相圖的影響 1 影響奧氏體、鐵素體存在范圍影響奧氏體、鐵素體存在范圍LL+ +Fe3C

9、+Fe3CL +Fe3CCESPQGC%6.69FeT JNA1意義：意義：在室溫下可能獲得在室溫下可能獲得單相單相奧奧氏體組織或氏體組織或單相單相鐵素體組織鐵素體組織 奧氏體鋼奧氏體鋼 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)相區(qū)，使，使A3 ， A4 ： Cr、W、Mo、V、Ti、 Al、Si、B、Nb、Zr 擴(kuò)大擴(kuò)大相區(qū)相區(qū)，使，使A3，A4： Ni、Mn、Cu、Co、C、N2 影響相圖臨界點（影響相圖臨界點（S、E)） *所有合金元素均使所有合金元素均使S、E點左移點左移 4Cr13過共析鋼；過共析鋼； W18Cr4V萊氏體鋼萊氏體鋼 三三 對鋼熱處理的影響對鋼熱處理的影響1 對加熱時相轉(zhuǎn)變的影響：對加熱時相轉(zhuǎn)變

10、的影響： 大多數(shù)合金元素都使奧氏體的長大多數(shù)合金元素都使奧氏體的長大減慢，成分均勻化難度加大大減慢，成分均勻化難度加大 大多數(shù)合金鋼比碳鋼加熱溫度高，大多數(shù)合金鋼比碳鋼加熱溫度高，保溫時間長；保溫時間長； 但須考慮合金元素對但須考慮合金元素對A3的影響，的影響， 例含例含Mn鋼鋼 2 對冷卻轉(zhuǎn)變（對冷卻轉(zhuǎn)變（C曲線）的影響：曲線）的影響： 實質(zhì)為對實質(zhì)為對C曲線的影響：曲線的影響：(1) 使使C曲線位置和形狀改變：曲線位置和形狀改變：典型應(yīng)用：典型應(yīng)用：含含Mo的貝氏體鋼的設(shè)計原理的貝氏體鋼的設(shè)計原理非碳化物形成元素非碳化物形成元素改變位置，不改變形狀改變位置，不改變形狀碳化物形成元素碳化物形

11、成元素 改變位置與形狀，改變位置與形狀，使使P、B轉(zhuǎn)變分離轉(zhuǎn)變分離(2) 大部分合金元素使大部分合金元素使C曲線右移；曲線右移； 意義：提高淬透性意義：提高淬透性 合金元素提高淬透性的順序合金元素提高淬透性的順序(由強(qiáng)至弱由強(qiáng)至弱)： Mo、Mn、W、Cr、Ni、Cu、Si、V 另另 B 元素：添加元素：添加0.0005%0.0035%量量 顯著提高淬透性顯著提高淬透性(3) 大部分合金元素大部分合金元素Ms、Mf, ,AR%; 高碳、高合金鋼的多次回火工藝，高碳、高合金鋼的多次回火工藝，目的之一是減少目的之一是減少AR%。注：注： 合金元素需溶入奧氏體中；合金元素需溶入奧氏體中； 含較多提高

12、淬透性元素的鋼可能在含較多提高淬透性元素的鋼可能在空冷條件下獲馬氏體空冷條件下獲馬氏體 例如：例如：W18Cr4V 3 合金元素對回火過程的影響合金元素對回火過程的影響(1) 提高鋼的回火穩(wěn)定性提高鋼的回火穩(wěn)定性 回火穩(wěn)定性定義：回火穩(wěn)定性定義： 鋼在回火過程中抵抗軟化的能力鋼在回火過程中抵抗軟化的能力。原因：原因：合金元素推遲回火各個階段，增強(qiáng)鋼合金元素推遲回火各個階段，增強(qiáng)鋼抵抗軟化能力抵抗軟化能力提高提高鋼的回火穩(wěn)定性。鋼的回火穩(wěn)定性。 合金碳化物穩(wěn)定性高合金碳化物穩(wěn)定性高意義：意義： （1）在相同溫度下回火，合金鋼比）在相同溫度下回火，合金鋼比碳鋼有更高的強(qiáng)硬度；碳鋼有更高的強(qiáng)硬度；（

13、2）相同強(qiáng)度下合金鋼比碳鋼可在）相同強(qiáng)度下合金鋼比碳鋼可在更高溫度下回火，有更好韌性。更高溫度下回火，有更好韌性。 （2）產(chǎn)生二次硬化）產(chǎn)生二次硬化二次硬化二次硬化：含較多：含較多W、Mo、V、Ti及較高及較高C%的鋼回火時，硬度不是隨回火溫度升的鋼回火時，硬度不是隨回火溫度升高單調(diào)下降，而是到某一溫度后反而開高單調(diào)下降，而是到某一溫度后反而開始增大（始增大（400），并在另一更高溫度），并在另一更高溫度（550）達(dá)到峰值。）達(dá)到峰值。 回火溫度，回火溫度，HRC 200 400 600604020+5%Mo+2%Mo0.35C%原因原因： 馬氏體中析出馬氏體中析出Mo2C 、VC、TiC 即

14、即特殊碳化物特殊碳化物在在相的位錯區(qū)沉淀相的位錯區(qū)沉淀析出析出，與與相相共格共格 共格強(qiáng)化共格強(qiáng)化與與彌散強(qiáng)化彌散強(qiáng)化 二次淬火二次淬火： 回火中未分解的回火中未分解的AR在隨后冷卻到在隨后冷卻到T0.4%時，焊接性差時，焊接性差 碳當(dāng)量碳當(dāng)量0.2% 焊接性較好焊接性較好構(gòu)件用鋼只能微合金化、低合金化構(gòu)件用鋼只能微合金化、低合金化 (2) Me(3%) 微合金化或低合金化微合金化或低合金化 Mn（0.81.7%）元素作用：元素作用： 固溶強(qiáng)化、增加珠光體量、細(xì)化珠光體固溶強(qiáng)化、增加珠光體量、細(xì)化珠光體 V、Ti、Nb：彌散強(qiáng)化、細(xì)化晶粒彌散強(qiáng)化、細(xì)化晶粒 Cu、P：耐蝕耐蝕4 典型鋼種典型鋼

15、種： Q295、Q345、Q345、Q390、Q420、Q460 新標(biāo)準(zhǔn)新標(biāo)準(zhǔn)GB/T1591-94 舊標(biāo)準(zhǔn)舊標(biāo)準(zhǔn)GB/1591-88 16Mn、 15MnV、14MnNb等等 AE ：代表質(zhì)量等級（由低到高），代表質(zhì)量等級（由低到高）， 主要是主要是S、P含量的差異含量的差異新舊標(biāo)準(zhǔn)低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號對照新舊標(biāo)準(zhǔn)低合金結(jié)構(gòu)鋼牌號對照Al0.015Al0.015Al0.015 C Mn Si P S Cr NiQ420 0.7 0.75 熱處理：熱處理：正火正火 使用狀態(tài)使用狀態(tài)： 熱軋（組織：細(xì)鐵素體索氏體熱軋（組織：細(xì)鐵素體索氏體） 與相同碳含量碳鋼相比，低合金高與相同碳含量碳鋼相比，低合金

16、高強(qiáng)度鋼綜合性能更佳：強(qiáng)度鋼綜合性能更佳： 強(qiáng)度更高強(qiáng)度更高：25150 塑韌性更好塑韌性更好：1525， ak 6080%; 脆性轉(zhuǎn)變溫度脆性轉(zhuǎn)變溫度(TK)更低更低； TaKTK二二 滲碳鋼滲碳鋼 滲碳定義：滲碳定義：在增碳的活性介質(zhì)在增碳的活性介質(zhì)中，鋼的表面為碳所飽和而獲得高中，鋼的表面為碳所飽和而獲得高碳的滲層組織，稱為滲碳。碳的滲層組織，稱為滲碳。 目的：提高零件表面硬度、耐目的：提高零件表面硬度、耐磨性和疲勞強(qiáng)度。磨性和疲勞強(qiáng)度。 滲碳鋼滲碳鋼用作整體受沖擊或用作整體受沖擊或交變應(yīng)力，表面受磨損的零件，這交變應(yīng)力，表面受磨損的零件，這些零件要求表面硬、心部韌，如機(jī)些零件要求表面硬

17、、心部韌，如機(jī)床、汽車、拖拉機(jī)的變速齒輪等。床、汽車、拖拉機(jī)的變速齒輪等。 1 成分特點成分特點： Me： Cr、Ni、Mn、B； V、Ti、Nb淬透性，淬透性，強(qiáng)韌性強(qiáng)韌性阻礙阻礙A晶粒長大晶粒長大 低低C（0.1%0.25%）2 典型滲碳鋼種典型滲碳鋼種 (1) 低淬透性低淬透性 20Cr、 20Mn2 、 20MnV 、 20CrV 合金總量合金總量 100mm高載荷、重要耐磨件高載荷、重要耐磨件中等載荷件中等載荷件3 熱處理及使用狀態(tài)的組織：熱處理及使用狀態(tài)的組織： 熱處理前滲層組織：熱處理前滲層組織： （1）熱處理工藝：）熱處理工藝： 滲碳滲碳 + 淬火淬火 + 低溫回火低溫回火 （

18、2）組）組 織：織： 表面：高碳回火馬氏體表面：高碳回火馬氏體 心部：低碳回火馬氏體心部：低碳回火馬氏體4 性能性能： 表面硬表面硬耐磨；耐磨； 心部韌心部韌抗沖擊?？箾_擊。二、滲碳后緩冷的組織1C0.2C心部心部亞共析區(qū)亞共析區(qū) 共析區(qū)共析區(qū) 過共析區(qū)過共析區(qū)三三 調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)鋼 調(diào)質(zhì)工藝：淬火調(diào)質(zhì)工藝：淬火+高溫回火，高溫回火， 1 用途：用途： 汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等的重要零件如：汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等的重要零件如： 軸類、連桿、齒輪、螺栓等軸類、連桿、齒輪、螺栓等 2 性能要求性能要求 受力復(fù)雜：較大的循環(huán)載荷、復(fù)合應(yīng)力受力復(fù)雜：較大的循環(huán)載荷、復(fù)合應(yīng)力 高強(qiáng)度、良好塑韌性、高的疲勞強(qiáng)度高強(qiáng)

19、度、良好塑韌性、高的疲勞強(qiáng)度 要求高的綜合機(jī)械性能。要求高的綜合機(jī)械性能。（1） 中中C（0.25%0.5%） C過低：淬硬性不夠過低：淬硬性不夠回火后強(qiáng)度不夠回火后強(qiáng)度不夠 C過高：韌性不夠過高：韌性不夠（2） 加入提高淬透性合金元素加入提高淬透性合金元素 Cr、Ni、Mn、Si； 3 成分特點成分特點：（3）加入防第二類回火脆性元素加入防第二類回火脆性元素 W、Mo等等 4 典型鋼種典型鋼種：(1) 低淬透性低淬透性 40Cr、 40MnB 、 40MnVB D水淬臨界水淬臨界大約大約2040mm,（2）中淬透性）中淬透性 40CrMn、40CrNi、 40CrMnTi、 35CrMo D

20、水淬臨界水淬臨界大約大約4060mm,（3）高淬透性）高淬透性 40CrNiMo、30CrNi3 D水淬臨界水淬臨界60100mm, 5 熱處理工藝熱處理工藝： 淬火淬火+高溫回火高溫回火 使用態(tài)組織：回火索氏體使用態(tài)組織：回火索氏體 四四 彈簧鋼彈簧鋼 1 用途：用途： 制作各種彈性元件制作各種彈性元件以產(chǎn)生較大彈以產(chǎn)生較大彈性變形，起緩和沖擊、吸收振動等作用。性變形，起緩和沖擊、吸收振動等作用。 2 性能要求：性能要求： 高的彈性極限，屈強(qiáng)比、疲勞強(qiáng)度高的彈性極限，屈強(qiáng)比、疲勞強(qiáng)度3 成分特點成分特點 (1) 中高碳中高碳: 合金彈簧鋼合金彈簧鋼: 0.4%0.7%C ; 碳素彈簧鋼：碳素

21、彈簧鋼：0.60.9%C (2) Me： Mn、Cr、 Si ：淬透性，固溶強(qiáng)化淬透性，固溶強(qiáng)化 Si ：S/ b (屈強(qiáng)比屈強(qiáng)比) W、Mo ：防第二類回火脆性防第二類回火脆性1%2% 4 典型鋼種：典型鋼種：65、60Si2Mn、60Si2MnWA鋼號鋼號CSiMn其它其它65Mn0.620.70 0.170.370.91.255Si2Mn0.520.60 1.52.00.60.960Si2Mn0.560.64 1.52.00.60.960Si2CrVA 0.560.64 1.41.80.40.7Cr: 0.71.060Si2MnWA0.610.69 1.502.000.701.00 W:

22、 0.81.2 5 成型與熱處理工藝：成型與熱處理工藝： （1）冷成型彈簧）冷成型彈簧 小型小型 (d1015mm) 熱軋鋼絲或鋼板熱軋鋼絲或鋼板 淬火淬火+中溫回火中溫回火 彈簧鋼使用態(tài)組織：彈簧鋼使用態(tài)組織： 回火屈氏體或屈氏體回火屈氏體或屈氏體c. 鉛浴淬火冷拉鋼絲鉛浴淬火冷拉鋼絲 鉛浴等溫淬火獲屈氏體鉛浴等溫淬火獲屈氏體冷拔、成卷冷拔、成卷 1600MPa，強(qiáng)度高但不均勻強(qiáng)度高但不均勻五五 滾動軸承鋼滾動軸承鋼 1 用途：用途： 滾動軸承的滾動體滾動軸承的滾動體、內(nèi)外套圈等。內(nèi)外套圈等。 2 性能要求：性能要求： 點、線接觸點、線接觸 高的壓應(yīng)力高的壓應(yīng)力： 15005000MPa 交

23、變應(yīng)力交變應(yīng)力 高的接觸疲勞高的接觸疲勞 摩擦摩擦 高硬度與耐磨性高硬度與耐磨性： HRC6264 大氣、潤滑油介質(zhì)大氣、潤滑油介質(zhì) 耐蝕性耐蝕性3 成分特點：成分特點： (1) 高碳高碳: 0.951.15%C (2) 低鉻低鉻(0.41.65%Cr): 提高淬透性；形成碳化物提高淬透性；形成碳化物 (3) 其它元素：其它元素： Mn、Si ：淬透性淬透性 (4) 高的冶金質(zhì)量：高的冶金質(zhì)量： *夾雜物與碳化物的控制夾雜物與碳化物的控制4 典型鋼種典型鋼種 5 熱處理及使用態(tài)組織：熱處理及使用態(tài)組織： 熱處理工藝：球化退火熱處理工藝：球化退火 + 淬火淬火 + 低溫回火低溫回火使用態(tài)組織：高

24、碳回火馬氏體使用態(tài)組織：高碳回火馬氏體+彌散細(xì)小碳化物彌散細(xì)小碳化物可可用作工具鋼用作工具鋼10-4 工具鋼工具鋼工具鋼分類：工具鋼分類： 刃具鋼、模具鋼、量具鋼。刃具鋼、模具鋼、量具鋼。一、一、 刃具鋼刃具鋼 (一一) 用途：用途： 切削刀具：車刀、銑刀、鉆頭、切削刀具：車刀、銑刀、鉆頭、 鋸、絲錐、板牙等鋸、絲錐、板牙等 受受 力：彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、沖擊、力：彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切、沖擊、 震動、震動、擦擦 失效形式：失效形式：磨損磨損、崩刃、卷刃、折斷等、崩刃、卷刃、折斷等(二二) 性能要求：性能要求： （1）高硬度高硬度( HRC60) （2）高耐磨性高耐磨性 （3）高的熱穩(wěn)定性或紅硬性高的

25、熱穩(wěn)定性或紅硬性 熱穩(wěn)定性：熱穩(wěn)定性：鋼在使用變熱過程中保持鋼在使用變熱過程中保持其原金相組織與性能的能力。其原金相組織與性能的能力。 紅硬性：紅硬性：鋼在高溫條件下保持足夠高鋼在高溫條件下保持足夠高硬度的能力?？捎枚啻胃邷鼗鼗鸷笤谑覝赜捕鹊哪芰Α？捎枚啻胃邷鼗鼗鸷笤谑覝貤l件下測得的硬度表示。條件下測得的硬度表示。 (4) 一定的韌性一定的韌性：抗拉壓彎扭，抗沖擊：抗拉壓彎扭，抗沖擊 刃具鋼共性要求刃具鋼共性要求不同刃具的性能要求有一定差異不同刃具的性能要求有一定差異基體組織：高碳馬氏體基體組織：高碳馬氏體(三三)典型刃具鋼種及成分、組織、熱處理特點典型刃具鋼種及成分、組織、熱處理特點 刃具鋼

26、按成分分為：刃具鋼按成分分為： 碳素刃具鋼、低合金刃具鋼、碳素刃具鋼、低合金刃具鋼、 高合金刃具鋼高合金刃具鋼 高速鋼高速鋼1 碳素工具鋼碳素工具鋼 (1) 成分特點：成分特點： 高碳（高碳（0.65%1.35%C ） 碳的作用：提高硬度與耐磨性碳的作用：提高硬度與耐磨性 作用機(jī)理：作用機(jī)理： 、固溶于基體；、固溶于基體； 、形成、形成Fe3C (2) 熱處理及使用態(tài)組織：熱處理及使用態(tài)組織： a. 預(yù)備熱處理：球化退火預(yù)備熱處理：球化退火 目的：目的： 、軟化組織；、軟化組織； 、細(xì)化、均勻化組織、細(xì)化、均勻化組織 b. 最終熱處理：最終熱處理： 淬火低溫回火淬火低溫回火 使用態(tài)組織：使用態(tài)

27、組織： 細(xì)針狀高碳回火馬氏體細(xì)針狀高碳回火馬氏體 粒狀粒狀Fe3CART12鋼淬火態(tài)組織T12鋼鑄態(tài)組織 T12鋼球化退火組織(3) 典型鋼種典型鋼種 T7、 T8： T9、 T10： T12、T13：一定韌性的一定韌性的 沖頭、錘子、鑿子沖頭、錘子、鑿子硬度高、韌性適中的鉆頭、手硬度高、韌性適中的鉆頭、手鋸條、刨刀鋸條、刨刀硬度高、韌性低的銼、刮刀等硬度高、韌性低的銼、刮刀等(4) 碳素刃具鋼的應(yīng)用碳素刃具鋼的應(yīng)用優(yōu)點：優(yōu)點： 加工工藝簡單；加工工藝簡單； 成本低；成本低； 常溫下硬度足夠。常溫下硬度足夠。缺點：缺點： 熱穩(wěn)定性較差熱穩(wěn)定性較差：T200, HRC15mm時：水淬下僅表面淬硬

28、時：水淬下僅表面淬硬 工件尺寸受限，內(nèi)應(yīng)力及變形大工件尺寸受限，內(nèi)應(yīng)力及變形大 應(yīng)用應(yīng)用 ：手動工具手動工具或或低速運轉(zhuǎn)的工具低速運轉(zhuǎn)的工具； 尺寸較小、對變形要求不高的工具尺寸較小、對變形要求不高的工具 切削軟金屬或木工工具切削軟金屬或木工工具2 低合金刃具鋼低合金刃具鋼 (1) 化學(xué)成分特點化學(xué)成分特點 a. 高碳：高碳： 0.9%1.5%C; 進(jìn)一步提高硬度與耐磨性進(jìn)一步提高硬度與耐磨性 b. 加入加入淬透性元素淬透性元素: Cr、Mn、Si； c. 加入加入硬度與耐磨性元素硬度與耐磨性元素: W、V d. 加入加入回火穩(wěn)定性元素：回火穩(wěn)定性元素： Si 注意：合金元素的綜合作用注意：合

29、金元素的綜合作用 合金總量合金總量15%, 添加了大量碳化物形成元素添加了大量碳化物形成元素 W、Mo、 Cr、 V等等 Cr: 淬透性；回火后形成細(xì)小碳化物淬透性；回火后形成細(xì)小碳化物 W、Mo：高的紅硬性；二次硬化高的紅硬性；二次硬化 V：紅硬性；細(xì)化晶粒紅硬性；細(xì)化晶粒(3) 熱處理特點：熱處理特點： 萊氏體鋼萊氏體鋼 粗大的共晶碳化物粗大的共晶碳化物 a. 反復(fù)鍛造；反復(fù)鍛造； 打碎粗大的魚骨狀共晶碳化物打碎粗大的魚骨狀共晶碳化物(2) 典型鋼種：典型鋼種： W18Cr4V； Mo8Cr4V2; W6Mo5Cr4V2 b. 分級預(yù)熱（分級預(yù)熱（600、800）；）； c. 高溫淬火（高

30、溫淬火（12501300）；）； d. 分級淬火（分級淬火（600、400）；）； e. 多次回火（多次回火（550，三次以上），三次以上） 目的：產(chǎn)生二次硬化；目的：產(chǎn)生二次硬化； 消除殘余奧氏體消除殘余奧氏體 淬淬 火：火：2030AR 一次回火：一次回火：15 AR 二次回火：二次回火：57 AR 三次回火：三次回火：12 AR。(4) 高速鋼組織高速鋼組織 淬火組織：淬火組織： 隱晶馬氏體隱晶馬氏體+粒狀碳化物粒狀碳化物+2030AR 回火組織：回火組織： 極細(xì)回火馬氏體極細(xì)回火馬氏體+大量粒狀碳化物大量粒狀碳化物 +少量少量（12%）AR 性能：性能： HRC6365 600 ： H

31、RC60；鑄態(tài)組織鑄態(tài)組織鍛造態(tài)組織鍛造態(tài)組織淬回火態(tài)組織淬回火態(tài)組織高速鋼的發(fā)展：高速鋼的發(fā)展： (1) 合金化：合金化： 加加Co：W6Mo5Cr4V2Co12 加加Al：W6Mo5Cr4V2Al 硬度可達(dá)硬度可達(dá)HRC6870(2) 粉末冶金法：消除萊氏體共晶組織粉末冶金法：消除萊氏體共晶組織(3) 表面處理工藝：蒸汽處理等表面處理工藝：蒸汽處理等(4) 低碳高速鋼：低碳高速鋼： 0.2%C含含Co超硬高速鋼成分超硬高速鋼成分 滲碳處理滲碳處理 二、模具鋼二、模具鋼 包括：包括： 1 熱作模具鋼熱作模具鋼：要求高溫下的硬度和強(qiáng)度，：要求高溫下的硬度和強(qiáng)度，抗熱疲勞和良好的韌性。抗熱疲勞和

32、良好的韌性。 如錘鍛模，擠壓模，壓鑄模。如錘鍛模，擠壓模，壓鑄模。 2 冷作模具鋼冷作模具鋼：高硬度，耐磨性和一定的：高硬度，耐磨性和一定的韌性。韌性。 如沖切模、搓絲模、拉絲模、剪刀片。如沖切模、搓絲模、拉絲模、剪刀片。 3 量具鋼量具鋼：要求高硬度，高耐磨性和尺寸：要求高硬度，高耐磨性和尺寸穩(wěn)定性。穩(wěn)定性。 如量規(guī)、樣板、卡尺。如量規(guī)、樣板、卡尺。 二、模具鋼二、模具鋼 包括：包括：熱作模具鋼熱作模具鋼、 冷作模具鋼冷作模具鋼、 量具鋼量具鋼。（一）冷作模具鋼（一）冷作模具鋼 1 用途用途：用來制作使金屬冷變形的模具，如：用來制作使金屬冷變形的模具，如冷沖、冷鐓、冷擠壓、沖裁拉絲等模具。冷

33、沖、冷鐓、冷擠壓、沖裁拉絲等模具。 2 工作狀況工作狀況：變形抗力大；沖擊較大；工作：變形抗力大；沖擊較大；工作溫度低于溫度低于200300 3 性能要求性能要求：高硬度和耐磨性，一定韌性。：高硬度和耐磨性，一定韌性。 4 常用冷作模具鋼常用冷作模具鋼（1）中小型模具）中小型模具 高碳、低合金高碳、低合金 如如T12、Mn2V、Cr2、CrWMn等。等。 尺寸小、形狀簡單、負(fù)荷小模具尺寸小、形狀簡單、負(fù)荷小模具可用低合金刃具鋼代替；可用低合金刃具鋼代替；（2）大型模具）大型模具 主要包括高淬透性、高耐磨的高碳高鉻主要包括高淬透性、高耐磨的高碳高鉻鋼、高碳中鉻鋼、低鋼、高碳中鉻鋼、低C高速鋼高速

34、鋼 或基體鋼?；蚧w鋼。如：如：Cr12, Cr12MoV高碳高鉻鋼高碳高鉻鋼 Cr6WV, Cr4W2MoV, Cr5Mo1V 高碳中鉻鋼高碳中鉻鋼 6W6Mo5Cr4V2; 5Cr4W3Mo2VNb 低低C高速鋼高速鋼 50Cr4Mo3W2V, 60Cr4Mo3Ni2WV 基體鋼基體鋼其中：其中： 高鉻模具鋼高鉻模具鋼Cr12及及Cr12MoV 屬于高屬于高C亞共晶萊氏體鋼，亞共晶萊氏體鋼， 含含Cr7C3型化合物（型化合物（HV2100） 具有高淬透性。具有高淬透性。 可用兩種熱處理工藝：可用兩種熱處理工藝： 1）低溫淬火和低溫回火）低溫淬火和低溫回火, M+Ar(少少) HRC 61-

35、63； 2）高溫淬火與高溫回火，）高溫淬火與高溫回火，M+Ar(多多) 多次回火，提高硬度。多次回火，提高硬度。 （3） 新型冷作模具鋼新型冷作模具鋼 材質(zhì)上材質(zhì)上：高韌性、高耐磨性模具鋼：高韌性、高耐磨性模具鋼 如：如：8Cr8Mo2VSi、Cr8Mo2V2WSi等等 加工工藝上加工工藝上：粉末冶金冷作模具鋼：粉末冶金冷作模具鋼 用水霧化法將鋼水霧化成細(xì)小鋼粉用水霧化法將鋼水霧化成細(xì)小鋼粉末，通過快速凝固，每顆粉末中的高合末，通過快速凝固，每顆粉末中的高合金萊氏體得到細(xì)化，顯著改善燒結(jié)后鋼金萊氏體得到細(xì)化，顯著改善燒結(jié)后鋼的韌性?？梢陨a(chǎn)用傳統(tǒng)冶金方法難以的韌性?？梢陨a(chǎn)用傳統(tǒng)冶金方法難以生

36、產(chǎn)的高碳高合金冷作模具鋼。使鋼中生產(chǎn)的高碳高合金冷作模具鋼。使鋼中含有更多的硬質(zhì)碳化物含有更多的硬質(zhì)碳化物VC，具有更高的，具有更高的耐磨性。耐磨性。 （二）熱作模具（二）熱作模具 金屬的熱成型有兩種途徑：金屬的熱成型有兩種途徑： 錘鍛、擠壓壓鑄錘鍛、擠壓壓鑄 熱作模具鋼的特殊要求熱作模具鋼的特殊要求： 工作溫度可達(dá)工作溫度可達(dá)600； 韌性、熱穩(wěn)定性要求高韌性、熱穩(wěn)定性要求高 具體：具體： 高溫硬度、高溫強(qiáng)度、高溫硬度、高溫強(qiáng)度、 高抗熱塑性變形能力、高韌性、高抗熱塑性變形能力、高韌性、 高抗熱疲勞、良好的抗熱燒蝕性。高抗熱疲勞、良好的抗熱燒蝕性。 1 錘鍛模鋼錘鍛模鋼 中碳中碳 ：13%1

37、/8 2/8 3/8 n/8腐蝕速度腐蝕速度（2）添加）添加形成單相固溶體元素形成單相固溶體元素 Ni 、Mn、Cu; 單相奧氏體單相奧氏體 Cr12.7%單相鐵素體單相鐵素體（3） 可形成致密氧化物元素：可形成致密氧化物元素： 要求：結(jié)構(gòu)致密、不溶于腐介、高電阻要求：結(jié)構(gòu)致密、不溶于腐介、高電阻 Cr Cr2O3; Al Al2O3; Si SiO2 ； MoO3; 不銹鋼中不可缺的元素：不銹鋼中不可缺的元素： Cr13%Cr的的作用：提高基體電極電位；作用：提高基體電極電位； 形成致密氧化膜；形成致密氧化膜； 一定條件下形成單相鐵素體一定條件下形成單相鐵素體碳對鋼耐腐蝕性的影響碳對鋼耐腐蝕

38、性的影響總體不利總體不利： 形成碳化物，增加微電池數(shù)；形成碳化物，增加微電池數(shù)； 形成形成Cr的碳化物，降低的碳化物，降低Cr% , 降低基體降低基體電極電位；電極電位； 造成晶間腐蝕造成晶間腐蝕故不銹鋼中故不銹鋼中 通常通常 C% 13% 添加添加Ni: n/8；單相奧氏體單相奧氏體 加加Mo、Cu抗非氧化性酸抗非氧化性酸 Ti、Nb抗晶間腐蝕抗晶間腐蝕 Mn、N替代替代Ni4 典型不銹鋼典型不銹鋼Cr17型型： C15% 鐵素體型鐵素體型 ( 低碳高鉻低碳高鉻) 1Cr17、 1Cr17Mo2Ti 按正火態(tài)組織分為：按正火態(tài)組織分為：M、F、A Cr13型型：0.1%0.4%C; 1318Cr 馬氏體型馬氏體型 ( 較高碳；較低較高碳；較低Cr ) 1Cr13、 2Cr13、 3Cr13、9Cr1818-8型型： C0.1% ; 18%Cr, 9%Ni 奧氏體型奧氏體型 （低碳高鉻高鎳）（低碳高鉻高鎳） 1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9 (Ti)第十章第十章 習(xí)題與思考題習(xí)題與思考題1 鋼分類的方法有哪幾種？鋼中常用合金元素有哪鋼分類的方法有哪幾種？鋼中常用合金元素有哪些