廣石化工程材料七工業(yè)用鋼2

第四節(jié)常見工業(yè)用鋼的性能及用途一、結(jié)構(gòu)鋼二、工具鋼三、特殊性能鋼二、工具鋼

工具鋼是用來制造刀具、模具和量具的鋼。按化學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。

1.刃具鋼（1）切削刃具的工作條件及對性能的要求（2）碳素工具鋼（3）低合金工具鋼（4）高速鋼（5）硬質(zhì)合金要求：高的切斷抗力，高的耐磨性，高的彎曲強度和足夠的韌性，高的熱穩(wěn)定性。用于刃具的材料：

用來制造各種切削刀具的鋼種。（2）碳素工具鋼a）碳素工具鋼的成分與用途

高碳（0.65~1.35%C）隨含碳量提高，碳化物量增加，耐磨性提高，但韌性下降。T7~T9：制造承受沖擊的工具，如木工工具，沖子、鑿子、錘子等。

共有七個牌號：T7~T13。由于碳工鋼熱硬性、淬透性差，只用于制造小尺寸的手工工具和低速刃具。木工鑿手錘圓沖絲錐銼刀手鋸條鉆頭T10~T11：

制造低速切削工具，如鉆頭、絲錐、車刀等。T12~T13：

制造耐磨工具，如銼刀、鋸條等。b）碳素工具鋼的熱處理★熱處理：正火+球化退火+淬火+低溫回火球化退火目的：降低硬度，便于加工；為淬火作組織準備?！锸褂脿顟B(tài)下的組織：M回+顆粒狀碳化物+A’(少量)

板牙絲錐（3）低合金工具鋼

在碳素工具鋼基礎(chǔ)上加入少量合金元素(≤3~5)形成。★高碳：0.75~1.5%C★合金元素作用提高淬透性:Cr、Mn、Si

提高耐磨性、細化晶粒:W、V

a.成分特點：絲錐板牙★同碳素工具鋼，只是淬火介質(zhì)為油（碳工鋼為水）?！锸褂脿顟B(tài)下的組織為：

M回+顆粒狀碳化物+A’（少量）b.熱處理及組織c.常用鋼號及用途

應(yīng)用最多的是9SiCr。用于制造形狀復雜、要求變形小的低速刃具，如絲錐、板牙等。

（4）高速鋼制造高速切削刃具用鋼。（俗稱風鋼）a.高速鋼的成分特點與常用鋼種

★高C：1％左右，最高達1.6%，形成W2C、VC、高碳M體，硬度↑，耐磨性↑；

★

W：＞10%，F(xiàn)e4W2C部分溶入A，高溫回火時析出W2C，產(chǎn)生二次硬化，這種碳化物在

500～600℃時非常穩(wěn)定，熱硬性提高↑；

★

Cr：4%，Cr23C6全部溶入A體中(A穩(wěn)定性

↑)，淬透性↑；

★

V：<1.5%，V形成C4V3或VC非常穩(wěn)定、極難溶解、硬度極高(大大超過W2C)，↑硬度和耐磨性作用很大。

常用高速鋼是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，簡稱18-4-1和6-5-4-2。前者的過熱敏感性小，磨削性好，但由于熱塑性差，通常適于制造一般高速切削刀具，如車刀、銑刀、絞刀等；由于后者的耐磨性、韌性和熱塑性較好些，適于制造耐磨性和韌性很好配合的高速刀具，如絲錐、齒輪銑刀、插齒刀等。

車刀銑刀鉆頭b.高速速鋼鋼的的熱熱處處理理由于于高高速速鋼鋼的的合合金金元元素素含含量量多多，，使使得得它它的的C曲線線右右移移，，淬火火臨臨界界冷冷卻卻速速度度大大為為降降低低，，在在空空氣氣中中冷冷卻卻就就可可得得到到馬馬氏氏體體組組織織，，因因此此高高速速鋼鋼也也被被俗俗稱稱為為風風鋼鋼（（鋒鋒鋼鋼））。。同同樣樣因因為為合合金金元元素素的的作作用用，，使使Fe-Fe3C相圖圖中中的的E點左左移移，，這樣樣在在高高速速鋼鋼鑄鑄態(tài)態(tài)組組織織中中出出現(xiàn)現(xiàn)大大量量的的共共晶晶萊萊氏氏體體組組織織，，魚魚骨骨狀狀的的萊萊氏氏體體及及大大量量分分布布不不均均勻勻的的大大塊塊碳碳化化物物，，使使得得鑄鑄態(tài)態(tài)高高速速鋼鋼既既脆脆又又硬硬，，無無法法直直接接使使用用。。W18Cr4V鋼的的鑄鑄態(tài)態(tài)組組織織鍛造造：：魚骨骨狀狀碳碳化化物物不不能能用用熱熱處處理理來來消消除除,只能能依依靠靠反反復復多多次次鍛鍛打打來來擊擊碎碎。。鑄造造→鍛造造→球化化退退火火→機加加工工→淬火火+三次次570℃℃回火火→磨削削加加工工W18Cr4V鋼的的生生產(chǎn)產(chǎn)工工藝藝及及熱熱處處理理特特點點：：★鍛造造比比要要大大(>10)★三鐓鐓三三拔拔，，打打碎碎、、揉揉勻勻魚魚骨骨狀狀碳碳化化Ld′′；★緩慢慢升升溫溫，，兩兩次次預預熱熱，，緩緩冷冷；；★漸變變形形：：由由小小到到大大；；A’’25%15～18%3～5%1～2%M回+K+A’’少W18Cr4V鋼的的熱熱處處理理過過程程示示意意圖圖1）球球化化退退火火：：硬度度↓，消消除除應(yīng)應(yīng)力力，，改改善善切切削削性性能能，，為為淬淬火火作作好好組組織織準準備備；；2)緩慢預熱：：該鋼導熱差差、塑性低低，溫升快快會開裂；；3)淬火溫度高高：K十分穩(wěn)定,必須高溫才才使合金元元素溶入到到奧氏體中中去，↑紅硬性；4)三次高溫回回火：A′多（20～25%）,一次回火難難以全部消消除，而且且后一次回回火可消消除前一次次回火中產(chǎn)產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)應(yīng)力。鑄造→鍛造→球化退火→機加工→淬火+三次570℃回火→磨削加工W18Cr4V鋼淬火、回回火后的組組織M回+顆粒狀碳化化物+A’（少量）未溶KM回+A'（5）硬質(zhì)合金金硬質(zhì)合金是是把一些高高硬度、高高熔點的粉粉末（WC、TiC等）和膠結(jié)結(jié)物質(zhì)（Co、Ni等）混合、、加壓、燒燒結(jié)成形的的一種粉末末冶金材料料。特點：硬度極高高（89-91HRA）、熱硬性性好（切削削溫度達1000℃）、耐磨性性好。硬質(zhì)合金分分兩類：1）鎢鈷類：：YG+數(shù)字表示，，如YG8表示Co含量8％，WC含量92％的鎢鈷類類硬質(zhì)合金金。2）鎢鈷鈦類類：YT+數(shù)字表示，，如YT15表示Ti含量15％，其余為為WC、Co的鎢鈷鈦類類硬質(zhì)合金金。YW1和YW2稱為通用或萬能硬質(zhì)合合金汽車沖壓模具（1）冷作模模具鋼制造金屬冷冷成型模具具的鋼種a.性能要求1）高硬度和耐耐磨性。2）足夠的強強度和韌性性。3）良好的工工藝性。2.模具鋼用以制造冷冷熱模具的的鋼種。Cr12鋼●碳素工具鋼鋼和低合金金工具鋼：：用于小尺寸寸、形狀簡簡單、受力力不大的模模具?！馛r12型冷作模具具鋼⑴成分特點：：高碳(1.4~2.3%C)；高鉻(11.5~13%Cr)合金元素作作用：Cr提高淬透性性和細化晶晶粒；Mo、V提高耐磨性性，細化晶晶粒。碳含量高：：保證與鉻鉻形成碳化化物。b.常用鋼種汽車外板冷沖模②加工及熱處處理：同高速鋼相相。最終熱處理理為：淬火+低溫回火使用狀態(tài)下下的組織：：M回+顆粒狀碳化化物+A’（少量）③常用鋼號為Cr12和Cr12MoV。用于制造冷沖模、擠壓模等。曲軸模具制造使加熱熱金屬或液液態(tài)金屬成成型模具的的鋼種。如熱鍛模、、熱擠壓模模和壓鑄模模等。a.性能要求⑴高溫下良好好的綜合力學性性能。⑵抗熱疲勞性性能。⑶高的淬透性性和良好的導熱熱性(2)熱作模具鋼鋼熱鐓模凸緣模b.常用鋼種⑴熱鍛模鋼5CrNiMo、5CrMnMo前者用于大大型熱鍛模模，后者用用于中小型型熱鍛模。。對于壓鑄模模，常用3Cr2W8V。成分特點、、合金元素素作用及熱熱處理同調(diào)調(diào)質(zhì)鋼。使用狀態(tài)下下的組織：：S回。型板壓鑄模⑵壓鑄模鋼常用3Cr2W8V。為過共析析鋼。中碳（0.3~0.4%C），合金元元素作用同同高速鋼。。W、Cr有提高抗熱熱疲勞作用用。淬火+回火后組織織：M回+顆粒狀碳化化物+A’(少量)汽車四缸壓壓鑄模1.性能要求:高的硬度(≥HRC62)和高的耐磨磨性，以保保證使用不不失去原有有的精度；；高的尺寸穩(wěn)穩(wěn)定性，以以保證其高高精度;在使用時，，偶爾受到到碰撞和沖沖擊不致發(fā)發(fā)生崩落和和破壞?？ǔ叱吡恳?guī)千分尺3.量具鋼量塊2、量具用鋼鋼⑴低碳鋼滲碳、中碳鋼表面淬火。。⑵碳素工具鋼鋼、低合金金工具鋼用于尺寸小小、形狀簡簡單、精度度要求不高高的量具。。⑶滾動軸承鋼鋼、冷作模模具鋼用于制造精精密量具。。⑷不銹鋼用于制造接接觸腐蝕介介質(zhì)的量具具。千分尺卡尺3、量具鋼的的熱處理特特點⑴預備熱處理理組織為球化退火火或調(diào)質(zhì)處處理組織。⑵下限溫度淬淬火及冷處處理，目的是減減少A’。⑶長時間低溫溫時效，以消除內(nèi)內(nèi)應(yīng)力，降降低馬氏體體的正方度度。三、特殊性性能鋼1.不銹鋼2.耐熱鋼3.耐磨鋼特殊性能鋼鋼是指具有有特殊的物物理、化學學性能的鋼鋼.1.不銹鋼不銹鋼（又又稱不銹耐耐酸鋼）是是指能抵抗抗大氣或酸酸等化學介介質(zhì)腐蝕的的鋼。不銹銹鋼并非不不生銹，只只是在不同同介質(zhì)中的的腐蝕行為為不一樣。?？諝庵械哪旮g蝕量為0.01mm以內(nèi)的鋼,稱為在空氣氣中使用的的不銹鋼。。在強酸、強堿堿介質(zhì)中的年年腐蝕量為為0.1mm以內(nèi)的鋼,稱為在強酸酸、強堿介介質(zhì)中使用用的不銹鋼鋼。全世界年均均因腐蝕而而不能使用用的金屬占占總量的10%———吃金屬的老老虎（1）金屬腐腐蝕的一一般概念念金屬與介介質(zhì)(電解質(zhì)溶溶液,即酸、堿堿、鹽溶溶液)發(fā)生電化化學反應(yīng)應(yīng)而產(chǎn)生生的腐蝕蝕?！锘瘜W腐蝕蝕:★電化學腐腐蝕:金屬腐蝕蝕大多數(shù)數(shù)是電化化學腐蝕蝕。金屬與介介質(zhì)(干燥氣體體和非電電解質(zhì)溶溶液)發(fā)生化學學反應(yīng)而而產(chǎn)生的的腐蝕。。例如:高溫氧化化、脫碳碳等。電化學腐腐蝕實際際是電池池作用。。當兩種種互相接接觸的金金屬放入入電解質(zhì)質(zhì)溶液時時，由于于兩種金金屬的電電極電位位不同，，彼此之之間就形形成一個個微電池池，并有有電流產(chǎn)產(chǎn)生。電電極電位位低的金金屬為陽陽極，電電極電位位高的金金屬為陰陰極，陽陽極的金金屬將不不斷被熔熔解，而而陰極金金屬就不不被腐蝕蝕。對于同一一種合金金，由于于組成合合金的相相或組織織不同，，也會形形成微電電池，造造成電化化學腐蝕蝕。例如如鋼組織織中的P，是由F和Cm兩相組成成的，在在電解質(zhì)質(zhì)溶液中中就會形形成微電電池，由由于F的電極電電位低，，為陽極被腐腐蝕。而Cm的電極電電位高，，為陰極而不被腐蝕蝕?！镫娀瘜W腐腐蝕原理理:圖7-5珠光體腐腐蝕示意意圖陽極(電極電位位低)：失去電電子，F(xiàn)eFe3++3e(被腐蝕））陰極：發(fā)生析氫氫反應(yīng)3H++3e3/2H2↑在觀察碳碳鋼的顯顯微組織織時，要要把拋光光的試樣樣磨面放放在硝酸酸酒精溶溶液中浸浸蝕，使使鐵素體體腐蝕后后，才能能在顯微微鏡下觀觀察到珠珠光體的的組織，，就是利利用電化化學腐蝕蝕的原理理實現(xiàn)的的。金屬發(fā)生生電化學學腐蝕的的條件是是：不同金屬屬間或同同一金屬屬的各個個部分之之間存在在著電極電位位差，且它們是是相互接接觸并處處于相互互連通的的電解質(zhì)溶溶液中構(gòu)成微電電池。1)盡量使合合金在室室溫下為為單相組組織，避避免形成成微電池池效應(yīng)，，如Cr>17%———F體；Ni>9%———A體；2)加入合金金元素提提高金屬屬基體的的電極電電位，例例如在鋼鋼中加入入大于13%的Cr，則F的電極電電位由-0.56V↗0.2V，從而使使金屬的的抗腐蝕蝕性能提提高；3)鈍化處理理：加入入Cr、Si等元素，，使工件件表面形形成致密密的氧化化膜（Al2O3、Cr2O3），稱為為鈍化處處理；氧氧化膜把把金屬與與介質(zhì)分分隔開，，從而防防止進一一步的腐腐蝕。鉻鉻是不銹銹鋼合金金化的主主要元素素。提高金屬屬的抗電電化學腐腐蝕能力力措施：：化學成分分特點:Wc=0.1～0.4%碳越高，，硬度、、強度越越高，但但耐蝕性性下降，，因為Cr與C形成Cr3C，使F體中Cr含量下降降，電極極電位下下降，耐耐蝕性下下降；WCr=13%主要是提提高耐蝕蝕性。a.馬氏體型型不銹鋼鋼——Cr13型鋼鍛造空冷冷便可獲獲得馬氏氏體，硬硬度較高高；（2）常用不不銹鋼熱處理和和用途：：牌號:1Cr13～4Cr13醫(yī)用鑷子子1Cr13、2Cr13淬火+高回S回汽輪機葉葉片、水水壓機閥閥等；3Cr13、4Cr13淬火+低回M回醫(yī)療器械械?；瘜W成分分特點:Wc=0.1%左右高鉻，WCr=17～30%熱處理特特點:無同素異異構(gòu)轉(zhuǎn)變變，不能能用熱處理強強化。牌號:1Cr17、1Cr17Ti、1Cr28等。用途:主要用于于耐蝕性性要求高高而強度度要求不不高的構(gòu)構(gòu)件、如如化工設(shè)設(shè)備、容容器和管管道、食食品設(shè)備備等。b.鐵素體型型不銹鋼鋼鐵素體型型不銹鋼鋼的用途途硝酸生產(chǎn)產(chǎn)裝置合成氨生生產(chǎn)裝置置在硝酸工工業(yè)用途途較廣，，幾乎制制N的構(gòu)件均均用這類類鋼化學成分分特點:Wc=0.08～0.14%WCr=17～19%WNi=8～11%Cu、Ti、Mo等。Cr：產(chǎn)生鈍化化，提高高耐蝕性性；Ni：使鋼在室室溫下呈呈單相A，進一步步提高耐蝕性；；Ti：防止晶間間腐蝕。。加工特點點:不能進行行熱處理理強化,只能冷塑性變變形強化化。3.奧氏體型型不銹鋼鋼——Cr18Ni9型（18––8型鋼）熱處理特特點:固溶處理理；穩(wěn)定定化處理理；消除除應(yīng)力退退火。牌號:0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti1)固溶處理理：加熱（使使Cr23C6溶入A體）→快冷（不不使Cr23C6析出）→得到單相相A體，提高高鋼的耐耐蝕性；；2)穩(wěn)定定化化處處理理：：加加熱熱溫溫度度高高于于Cr23C6的溶溶解解點點，，使使其其溶溶解解到到A體中中，，低低于于TiC、NbC的溶溶解解點點，，保保留留住住非非Cr碳化化物物，，緩緩冷冷后后TiC、NbC析出出，，這這樣樣，，C幾乎乎全全部部穩(wěn)穩(wěn)定定于于TiC中，，不不再再可可能能形形成成碳碳化化鉻鉻，，有有效效防防止止晶晶間間腐腐蝕蝕；；3)去應(yīng)應(yīng)力力退退火火：：消除除冷冷加加工工應(yīng)應(yīng)力力（（加加熱熱溫溫度度300～350℃℃）；；消消除除焊焊接接殘殘余余應(yīng)應(yīng)力力（（加加熱熱溫溫度度>850℃℃）。。用途途:化工工容容器器、、管管道道等等。。大型型化化工工儲儲罐罐管板板換換熱熱器器2.耐熱熱鋼鋼珠光光體體型型16Mo，工作作溫溫度度600℃℃，如鍋鍋爐爐管管道道、、氣氣閥閥等等；；馬氏氏體體型型1Cr13，工作作溫溫度度600℃℃，受力力較較大大的的，，如如汽汽輪輪機機葉葉片片等等；；奧氏氏體體型型18-8型，，工作作溫溫度度850℃℃，較重重要要的的零零件件，，如如燃燃氣氣輪輪機機輪輪盤盤等等。。汽輪輪機機葉葉片片過熱熱器器集集箱箱常用用的的耐耐熱熱鋼鋼3.耐磨磨鋼鋼在強烈烈沖沖擊擊和嚴重重磨磨損損條件件下下發(fā)發(fā)生生沖擊擊硬硬化化，因因而而具具有有很很高高耐耐磨磨能能力力的的鋼鋼。。1.定義義:高錳錳鋼鋼是是目目前前最最主主要要的的耐耐磨磨鋼鋼。。高錳錳鋼鋼由由于于機機械械加加工工困困難難，，故故基基本本上上是是鑄鑄態(tài)態(tài)下下使使用用，，其其牌牌號號為為ZGMn13。3.化學學成成分分特特點點:高碳碳Wc=1～1.3%高錳錳WMn=11～14%4.熱處處理理特特點點:水韌韌處處理理。。過飽飽和和單單相相奧奧氏氏體體。。2.典型型鋼鋼種種:5.室溫溫組組織織:水韌韌處處理理的的工工藝藝特特征征鑄態(tài)態(tài)組組織織高高錳錳鋼鋼1050～1100℃℃水淬淬單相相A受到到劇劇烈烈沖沖擊擊或或較較大大壓壓力力表層層MHB500心部部AHB220A+Cm碳化化物物完完全全溶溶入入A防止止碳碳化化物物沿沿晶晶界界析析出出軟相相HB≈≈220當舊舊的的表表面面磨磨損損后后，，新新露露出出的的表表面面又又可可在在沖沖擊擊與與摩摩擦擦條條件件下下獲獲得得新新的的耐耐磨磨層層。。6.常用用鋼鋼號號ZGMn13錳含量WMn

13%鑄鋼高錳錳鋼鋼鐵路路道道岔岔履帶球磨機機襯板板挖掘機機鏟齒齒高錳鋼鋼廣泛泛用于于既要要求耐耐磨又又要求求耐沖沖擊的的零件件。如拖拉拉機的的履帶帶板、、球磨磨機的的襯板板、破破碎機機的牙牙板、、挖掘掘機的的鏟齒齒和鐵鐵路的的道岔岔等。。1.要制造造齒輪輪、連連桿、、熱鍛鍛模具具、彈彈簧、、冷沖沖壓模模具、、滾動動軸承承、車車刀、、銼刀刀等零零件，，試從從下列列牌號號中分分別選選出合合適的的材料料并敘敘述所所選材材料的的名稱稱、成成分、、熱處處理工工藝和和零件件制成成后的的最終終組織織。T1065MnW6Mo5Cr4V2GCr15Mo40Cr20CrMnTiCr12MoV5CrMnMo課堂作作業(yè)：：C%>1%,Cr=12%,Mo,V<1.5%；淬火火＋低低溫回回火；；組織織為回回火馬馬氏體體。（（2分）答：1.齒輪：：20CrMnTi滲碳鋼鋼；C%=0.2%,Cr,Mn,Ti<1.5%；滲碳碳＋淬淬火＋＋低溫溫回火火；組組織為為回火火馬氏氏體。。（3分）2.連桿：：40Cr調(diào)質(zhì)鋼鋼；C%=0.4%,Cr<1.5%；調(diào)質(zhì)質(zhì)處理理（淬淬火＋＋高溫溫回火火）；；組織織為回回火索