金屬熱處理課件7

工業(yè)用鋼1鋼的基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)鋼工具鋼特殊性能鋼基本內(nèi)容2了解碳鋼、合金鋼種類，牌號(hào)以及常存雜質(zhì)對(duì)鋼力學(xué)性能影響；理解合金元素對(duì)合金鋼組織、性能影響；掌握常用鋼鐵材料牌號(hào)、用途、學(xué)會(huì)選材。基本要求3

按化學(xué)成份分碳素鋼低碳鋼（<0.25%C）中碳鋼（0.25~0.6%C）高碳鋼（>0.6%C）合金鋼低合金鋼（合金元素總量<5%）中合金鋼（合金元素總量5~10%）高合金鋼（合金元素總量>10%）按用途分結(jié)構(gòu)鋼（用作工程結(jié)構(gòu)和機(jī)器零件）工具鋼（制造各種加工和測(cè)量工具）特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等）

按品質(zhì)分普通質(zhì)量鋼（0.045%P，0.05%S）優(yōu)質(zhì)鋼（0.035%P，0.035%S）高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（0.025%P，0.025%S）第一節(jié)：概述（鋼的分類）4

第二節(jié)：工業(yè)用鋼中的合金元素的作用一.合金元素對(duì)鋼的組織和性能的影響雜質(zhì)及合金元素與鐵和碳的作用。合金元素對(duì)Fe-Fe3C相圖的影響。

合金元素對(duì)鋼的熱處理的影響。5

基本元素：Fe、C

合金元素：為改善鋼的性能而有意加入雜質(zhì)元素：無法去除的有害元素殘留元素：為去除雜質(zhì)元素而加入的元素鋼中的元素:非合金鋼中的常存元素:

冷脆性——有害礦石中P

熱脆性——有害礦石中S

溶入F→固溶強(qiáng)化——有益煉鋼時(shí)殘留Mn

溶入F→固溶強(qiáng)化——有益煉鋼時(shí)殘留Si作用來源6合金元素在鋼中的作用1.主加元素:對(duì)提高鋼的性能起主要作用。

Si、Mn、Cr、Ni、B。2.輔加元素:配合主加元素進(jìn)一步提高鋼的性能,彌補(bǔ)主加元素不足與缺陷。

W、Mo、V、Ti、Nb。7常見的合金元素TiZrNbVWMo

CrMn

Fe

CoNiCuSiAl弱碳化物形成元素強(qiáng)碳化物形成元素非碳化物形成元素強(qiáng)合金元素對(duì)基本相的影響：非碳化物形成元素溶入F固溶強(qiáng)化弱碳化物形成元素形成合金滲碳體較硬，耐磨，比Fe3C更穩(wěn)定強(qiáng)碳化物形成元素形成特殊碳化物高熔點(diǎn)，硬，耐磨，最穩(wěn)定與C的親和力弱8合金元素對(duì)硬度和斷裂韌性的影響9合金元素對(duì)鐵碳相圖的影響1.改變A相區(qū)擴(kuò)大A相區(qū)元素縮小A相區(qū)元素——使A1，A3，Acm線↓——使A1，A3，Acm線↑

2.改變相圖臨界點(diǎn)S和E點(diǎn)的位置多數(shù)元素使S點(diǎn)左移——<0.77%C的鋼中可能出現(xiàn)過共析組織多數(shù)元素使E點(diǎn)左移——<2.11%C的鋼中可能出現(xiàn)萊氏體組織10合金元素對(duì)熱處理的影響1對(duì)加熱的影響

多數(shù)元素減緩A形成，阻礙晶粒長大合金鋼需要加熱溫度，保溫時(shí)間——保證A均勻化↑

↑

對(duì)冷卻的影響

多數(shù)元素溶入A后→

過冷A穩(wěn)定性→Vc→

淬透性

Ms點(diǎn)→

殘余A量↑↓↑↑↓合金鋼可以制造大截面的零件，淬火不易變形3對(duì)回火的影響

①回火穩(wěn)定性→抗回火軟化的能力②產(chǎn)生二次硬化↑↑11合金元素對(duì)加熱時(shí)奧氏體形成的影響除Mn

元素外,所有合金元素的加入,均使奧氏體的形成速度減慢。強(qiáng)碳化物形成元素能強(qiáng)烈的阻止奧氏體晶粒長大(

Ti、V、Zr、Nb

等)。非碳化物形成元素能輕微的阻止奧氏體晶粒長大(

Si、Ni、Cu、Co

等)。12合金元素對(duì)過冷奧氏體轉(zhuǎn)變的影響

除

Co元素外,所有的合金元素均使鋼的

TTT曲線向右移。

除

Co、Al元素外,所有的合金元素都使馬氏體轉(zhuǎn)變溫度下降。

提高鋼的淬透性,常用的元素有:

Cr、Mn、Mo、Si、Ni、B等。13合金元素對(duì)回火轉(zhuǎn)變的影響回火抗力的增加二次硬化的產(chǎn)生產(chǎn)生回火脆性14非合金鋼（碳素鋼）1碳素結(jié)構(gòu)鋼

①用于工程結(jié)構(gòu)和要求不高的機(jī)械零件（螺栓、鋼窗、銷子、吊鉤、螺母、…）②一般不熱處理，熱軋狀態(tài)使用③牌號(hào)：Q235AF屈σs品質(zhì)：只保證力學(xué)性能及Si,S,P成分脫氧方式：沸騰鋼2優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼①用于較重要的機(jī)械零件②一般熱處理后使用③牌號(hào)：08F（平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)）0.08%C較高錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

45Mn---Wc=0.45%;WMn=0.7%～1.2%153碳素工具鋼

①用于形狀簡(jiǎn)單、尺寸小的手用工、模、量具②熱處理：預(yù)備：最終：③牌號(hào)：T8AT10T12A球化退火→球狀P淬火+低溫回火→回火M+Fe3C+殘A碳平均含碳量的千分?jǐn)?shù)0.8%C高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼16合金鋼為什么要開發(fā)合金鋼？①非合金鋼的不足：淬透性低（碳鋼）強(qiáng)度低無特殊性能回火穩(wěn)定性↑→同一回火溫度下，合金鋼硬度、強(qiáng)度同一回火硬度時(shí)，合金鋼回火℃，韌性

↑↑↑↑機(jī)械性能高→省料、減重②合金鋼的主要優(yōu)點(diǎn)：

淬透性好→可制造大型零件合金鋼：在碳素鋼的基礎(chǔ)上加入合金元素，性能得到提高的以鐵為基的合金17合金鋼編號(hào)1

結(jié)構(gòu)鋼：二位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字（60Si2Mn,09Mn2)平均含碳量的萬分?jǐn)?shù)合金元素含量百分?jǐn)?shù)（<1.5%不注，1.5-2.5%注2，…）工具鋼

特殊鋼一位數(shù)字+元素符號(hào)+數(shù)字（CrWMn,9SiCr)平均含碳量的千分?jǐn)?shù)（≥1%時(shí)不注，高速鋼不注）

合金元素含量的百分?jǐn)?shù)<1.5%不注，1.5-2.5%注2，…3高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼：牌號(hào)后加“A”特殊用途鋼：滾動(dòng)軸承鋼——牌號(hào)前加“G”（滾）

（GCr15——含Cr量的千分?jǐn)?shù)）18合金鋼的種類低合金結(jié)構(gòu)鋼合金滲碳鋼合金調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼滾珠軸承鋼合金工具鋼特殊性能鋼和合金合金刃具鋼合金模具鋼合金量具鋼193成分：0.1~0.2%C，合金元素2~3%主加元素：Mn——固溶強(qiáng)化輔加元素：Ti,Cr,Nb——彌散強(qiáng)化4使用狀態(tài)：熱軋或正火，不需最終熱處理組織：F+P5常用鋼號(hào):Q345(16Mn):綜合性能好，用于船舶、橋梁等大型鋼結(jié)構(gòu)Q460:鋼含Mo、B，正火組織為B，強(qiáng)度高，用于石化中溫高壓容器。低合金結(jié)構(gòu)鋼1用途：工程結(jié)構(gòu)——橋梁，船舶，車輛外殼、支架2性能：較高的σs，塑韌性，焊接性，抗蝕性，良好的冷脆性壓力容器南京長江大橋204最終熱處理：滲碳+淬火+低溫回火表層：高碳回火M+Fe3C或碳化物+殘A心部：淬透：低碳回火M未淬透：F+P滲碳鋼1用途：受沖擊和摩擦的零件（各類齒輪、凸輪）2性能：表面硬、耐磨，心部塑韌3成分：0.1~0.25%C——低碳鋼主加元素：Cr,Ni,Mn,B——↑淬透性，強(qiáng)化基體輔加元素：W,Mo,V,Ti——細(xì)化晶粒5常用鋼號(hào)：20,20Cr,20CrMnTi,18Cr2Ni4W淬透性：低中高適用：一般齒輪中載變速齒輪重載重要大齒輪（舉例：

機(jī)床汽車飛機(jī)）柴油機(jī)凸輪軸活塞銷21預(yù)備：正火——S——改善組織，消除鍛造應(yīng)力，便于切削加工最終：調(diào)質(zhì)——回火S——獲得良好的綜合機(jī)械性能調(diào)質(zhì)鋼1用途：受復(fù)合應(yīng)力的重要結(jié)構(gòu)件（齒輪、連桿、機(jī)床主軸）2性能：良好的綜合機(jī)械性能3成分：0.25~0.5%C——中碳鋼主加元素：Cr,Ni,Mn,Si——↑淬透性，強(qiáng)化基體輔加元素：W,Mo,V,Ti——細(xì)化晶粒,↑回火穩(wěn)定性4熱處理：消除淬火應(yīng)力，防止磨削裂紋如對(duì)表面要求高硬度、耐磨、↑σs，增加熱處理：表面淬火（細(xì)M）+低溫回火（回火M）5常用鋼號(hào)：45，40Cr22大彈簧：熱成型鋼——在A化時(shí)成型彈簧淬火+中溫回火——（回火T）小彈簧：冷拉鋼——冷繞成型彈簧→低溫回火（加工硬化）（消除內(nèi)應(yīng)力，尺寸定型）

熱處理后：噴丸——↑σs

彈簧鋼1用途：彈性元件2性能：高的σs、σb、σe，一定的塑、韌性3成分：0.45~0.7%C（碳鋼0.6~0.9%C）主加元素：Mn,Si,Cr——↑淬透性，強(qiáng)化基體,↑σe輔加元素：Mo,W,V——防脫碳，細(xì)化,↑σs，↑σe4熱處理：常用鋼號(hào)：65，65Mn，60Si2Mn

適用：小尺寸的沙發(fā)彈簧大尺寸的汽車板簧23汽車板簧大型熱卷彈簧熱卷大彈簧簧彈絲24滾珠軸承鋼1用途：滾珠軸承元件，冷沖模，量具（滾珠、滾柱、軸承套）2性能：硬、耐磨，↑σe，一定的韌性3成分：0.95~1.1%C——硬、耐磨主加元素：Cr——↑淬透性，硬，耐磨4熱處理：

預(yù)備：球化退火——球狀P——↓HRC，改善切削加工性最終：淬火+低溫回火——回火M+細(xì)小均布碳化物+殘A常用鋼號(hào)：GCr15滾珠軸承滾柱軸承25合金工具鋼—量具刃具鋼1性能：刃具：高硬度、耐磨性，紅硬性（熱硬性），足夠的強(qiáng)度、韌性量具：高硬度、耐磨性、尺寸穩(wěn)定性2成分：0.75~1.5%C——硬、耐磨Cr,W,Mn,V——↑淬透性、回火穩(wěn)定性，強(qiáng)化，細(xì)化，HRC，耐磨一定溫度下保持高硬度的能力預(yù)備：球化退火——球狀P——↓HRC，改善切削加工性最終：淬火+低溫回火——回火M+細(xì)小均布碳化物+殘A——↑HRC、耐磨性量具：淬火+冷處理+低回→人工時(shí)效

(消除殘A)（穩(wěn)定組織、尺寸）4常用鋼號(hào)：9SiCr,CrWMn,9Mn2V,GCr15（量具）3熱處理：26合金工具鋼—高速鋼性能特點(diǎn)：紅硬性高，淬透性好成分特點(diǎn)：含碳量高（0.7~1.5%C）

合金元素含量高熱處理：預(yù)備：球化退火——S+細(xì)粒狀碳化物

——改善切削加工性（HB210~250）

最終：淬火+三次高溫回火回火M+粒狀碳化物+少量殘A隱晶M+粒狀碳化物+殘A常用鋼號(hào)：W18Cr4V,W6Mo5Cr4V2適用于：車刀，銑刀，鉆頭等高速切削刀具27合金工具鋼—冷作模具鋼1性能：高硬度、耐磨性，足夠的強(qiáng)度、韌性2成分：（與刃具鋼相近）3熱處理：（與刃具鋼相近）4常用鋼號(hào)：T10，GCr15——尺寸小、形狀簡(jiǎn)單的模具9SiCr,9Mn2V,CrWMn——形狀復(fù)雜模具Cr12,Cr12MoV——大型復(fù)雜模具

（冷沖模，冷擠壓模，冷鐓模）28性能：高溫足夠的強(qiáng)韌性、耐磨性，良好的抗疲勞性、導(dǎo)熱性、淬透性成分：

0.3~0.6%C——中碳鋼

Cr,Mn,Ni,Si——↑淬透性、強(qiáng)度

Mo,W,V——↑回火穩(wěn)定性，↓回火脆性熱處理：預(yù)備：退火最終：淬火+高溫回火——回火S

（中溫回火）（回火T）4常用鋼號(hào)：5CrNiMo——中小型熱鍛模