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文檔簡介

第七章合金鋼合金鋼:

在碳鋼的基礎(chǔ)上加入某些合金元素獲得的鋼種。優(yōu)點(diǎn)(相對于碳鋼):1.淬透性高2.強(qiáng)度高3.某些鋼種耐高溫,耐腐蝕,高耐磨第一節(jié)合金元素在鋼中的作用合金鋼中常用的合金元素有錳(Mn)、硅(si)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鎢(w)、釩(v)、鈦(Ti)、鈮(Nb)、鋯(Zr)、鎳(Ni)、稀土(RE)等元素。

非碳化物形成元素:

Ni,Co,Cu,Si,Al,N,B

碳化物形成元素:

Zr,Nb,Ti,V,W,Mo,Cr,Mn,Fe對鋼的相變、組織和性能的影響都取決于其對鋼中鐵和碳的相互作用。一、合金元素對基本相和性能的影響1.對基本相的影響非碳化物形成元素溶入鐵素體,形成固溶強(qiáng)化;碳化物形成元素置換滲碳體中的Fe原子,形成合金滲碳體(Fe,Me)C,提高其穩(wěn)定性;還有形成高穩(wěn)定性的合金碳化物如Cr23C6,和間隙相如MoC,WC,VC,TiV。一、合金元素對基本相和性能的影響凡溶入鐵素體中的元素都不同程度地使其硬度、韌性發(fā)生變化,Si、Mn的強(qiáng)化作用十分強(qiáng)烈,Ni也有較好的強(qiáng)化作用。當(dāng)含Si量小于1%,含Mn量小于1.5%時(shí),對鐵素體強(qiáng)化的同時(shí)對其韌性影響不大。Cr、Ni在適當(dāng)?shù)暮糠秶鷥?nèi)(≤2%Cr、≤5%Ni),對鐵素體的強(qiáng)度和韌性都有所提高。二、合金元素對Fe-C合金相圖的影響1.擴(kuò)大A區(qū)元素:C,N,Co,Ni,Mn,Cu2.縮小A區(qū)元素:Cr,Mo,W,V,Ti,Si,Al強(qiáng)化原因溶入元素的原子直徑與鐵的原子直徑有差別,使鐵素體晶格發(fā)生畸變,從而使塑性變形抗力提高。滲碳體是一種穩(wěn)定性最低的碳化物,因?yàn)镕e與C的親和力較弱。合金元素溶入滲碳體內(nèi),增強(qiáng)了Fe和C的親和力,從而提高了它的穩(wěn)定性。這種合金滲碳體較難溶入奧氏體,也難聚集長大。在高碳高合金鋼中,除滲碳體型碳化物外,還有穩(wěn)定性較高的合金碳化物,如Cr7C3、Cr23C6等和穩(wěn)定性更高的間隙相,如MoC、Wc、W2C、Vc、TiC等。這種碳化物的熔點(diǎn)和硬度很很高,難溶于奧氏體中,也難聚集長大。隨著這些碳化物含量的增多,將使鋼的強(qiáng)度、硬度顯著增加。合金元素對共析成分和共析溫度產(chǎn)生影響.三、對鋼熱處理的影響(一)對加熱時(shí)A化的影響1.對A化速度的影響①非碳化物形成元素如Co,Ni加速A化;②碳化物形成元素如Mo,W,V減緩A化;2.對A成分均勻化的影響強(qiáng)碳化物形成元素,使均勻化變得困難,需升高加熱溫度和保溫時(shí)間。3.對A晶粒度的影響P,Mn等促進(jìn)A晶粒長大;Ti,Nb,V等阻止A晶粒長大;(二)對冷卻時(shí)A分解的影響1.對A穩(wěn)定性的影響

除Co外,使C曲線右移,A穩(wěn)定性增加,淬透性增加;2.對M轉(zhuǎn)變的影響

除Co,Al外,使Ms點(diǎn)下降,增加了殘余A量。(三)對回火轉(zhuǎn)變的影響1.提高鋼的回火穩(wěn)定性回火穩(wěn)定性:鋼對回火時(shí)產(chǎn)生軟化過程的抵抗能力2.產(chǎn)生二次硬化(500℃-600℃回火)①部分殘余A轉(zhuǎn)變成M,增加硬度;②Mo2C,VC,TiC等碳化物彌散析出。3.產(chǎn)生回火脆性第一類回火脆性:250℃-400℃范圍回火產(chǎn)生,與冷卻方式無關(guān),無法消除;第二類回火脆性:500℃-650℃范圍回火產(chǎn)生,與雜質(zhì)元素在A晶界上偏聚有關(guān),可通過500℃-600℃保溫后快冷來消除,或者加入W,Mo等元素。第二節(jié)合金鋼的分類及編號一、分類1.按合金元素含量低合金鋼:Me<5%中合金鋼:Me5-10%高合金鋼:Me>10%2.按用途合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼二、編號

結(jié)構(gòu)鋼

工具鋼數(shù)字

碳含量萬分?jǐn)?shù)碳含量千分?jǐn)?shù)

+

≧1.0%不標(biāo)注合金元素+

合金元素百分?jǐn)?shù),

數(shù)字

<1.5%不標(biāo)注,同結(jié)構(gòu)鋼

≧1.5%,2.5%……標(biāo)2,3……結(jié)構(gòu)鋼的牌號中,前邊的數(shù)字表示鋼的平均含碳量,以萬分之幾表示。例如常用的45鋼,平均含碳量為0.45%。合金元素直接以化學(xué)符號表示,符號后的數(shù)字表示該合金元素的含量,以平均含量的百分之幾表示。合金元素含量小于1.5%時(shí),在元素符號后邊不標(biāo)明含量,如果平均含量等于或大于1.5%.2.5%、3.5%、…時(shí),則相應(yīng)以2、3、4、…等表示。例如40Cr(或40鉻),就是含0.37~0.45%C、0.8~1.1%Cr的鉻鋼;60Si2Mn表示0.57~0.65%C、l.5~2.0%Si、0.6~0.9%Mn的硅錳鋼。滾動(dòng)軸承鋼在牌號前加G。如GCr9(滾鉻9),后邊的數(shù)字表示平均合鉻量的千分之幾。又如易切鋼在牌號前加Y(易的漢語拼音字首)字,Yl2、Y15等,后達(dá)的數(shù)字表示含碳量的萬分之幾。工具鋼的牌號中,一般情況下含碳量以平均含量的千分之幾表示,當(dāng)平均含量≥1.0%時(shí),不標(biāo)出數(shù)字。合金元素含量與合金結(jié)構(gòu)鋼表示方法相同。例如9SiCr表示平均含碳量為0.90%,Si、Cr的平均含量為<1.5%的合金工具鋼。又如CrWMn表示含碳星>1.0%,Cr、W、Mn的平均含量≤1.5%的合金工具鋼。含硫、磷量較低(S≤0.02%、P≤0.03%)的高級優(yōu)質(zhì)合金鋼,在牌號后邊加“A”(或“高”)字。例如12Mn2A(12錳2高)、20Cr2Ni4A(20鉻2鎳4高).第三節(jié)合金結(jié)構(gòu)鋼一、普通低合金結(jié)構(gòu)鋼1.用途較高強(qiáng)度,塑性,韌性,焊接性和耐腐蝕性等的構(gòu)件。多用于制造橋梁、車輛、船舶.鍋爐、高壓容器、油罐、輸油管等.2.化學(xué)成分與作用①C%<0.2%,保證塑性;②Me%<3%Mn,Ti,V,Nb,Cu,P。Mn是強(qiáng)化的基本元素;3.熱處理特點(diǎn)熱軋正火供貨,不熱處理。使用性能主要靠加入少量的Mn、Ti、V、Nb、Cu、P等合金元素來提高。Mn是強(qiáng)化的基本元素,其含量在1.8%以下,固溶強(qiáng)化、細(xì)化鐵素體晶粒,提高強(qiáng)度,改善韌性和塑性。Ti、V、Nb等合金元素在鋼中形成微細(xì)碳化物,起到細(xì)化晶粒和彌散強(qiáng)化的作用,從而提高鋼的強(qiáng)度及沖擊韌性等。Cu,P可提高鋼對大氣的抗蝕能力二、滲碳鋼1.用途表面硬而耐磨,心部韌性好,承受沖擊載荷,汽車、拖拉機(jī)的變速齒輪、內(nèi)燃機(jī)的凸輪等2.化學(xué)成分與作用

①C%0.1%~0.25%,保證塑性;②合金元素主要有Cr,Ni,Mn,B,提高淬透性,輔加Ti,V,Mo阻止A長大;作用:提高淬透性、改善心部性能,提高滲碳層性能(強(qiáng)度和韌性);Ti、V、Mo等細(xì)化晶粒,阻止A長大,形成的碳化物在高溫滲碳時(shí)不溶解,抑制過熱現(xiàn)象。

3.熱處理特點(diǎn)滲碳+淬火+低溫回火(180~200℃)

表層:合金滲碳體+M回+殘余A心部:多數(shù)T,少量低碳M和F滲碳后,表層碳濃度為0.85~1.0%,硬度可達(dá)HRC60~62左右。心部:當(dāng)全部淬透時(shí)是低碳馬氏體,硬度HRC40~48。多數(shù)情況下是屈氏體,少量的低碳馬氏體及鐵素體的混合組織,硬度HRC25~40、沖擊韌性ak>60J/cm2。常用的合金滲碳鋼

滲碳鋼按淬透性的高低分為:低淬透性鋼(如l5Cr、20Cr等),中淬透性鋼(如20CrMnTi、20CrMnMo等)高淬透性滲碳鋼(如18Cr2Ni4W等)三類。凸輪軸齒輪滲碳工藝過程:技術(shù)要求:滲碳層深度1.0~1.5mm;滲層濃度0.8~1.0%C;齒表面硬度HRC55~60;心部硬度HRC30一45.選用材林:20CrMnTi。齒輪的生產(chǎn)工藝路線如下:下料→鍛造→正火→加工齒形→滲碳→預(yù)冷淬火→低溫回火→噴九→精磨。正火:利于切削加工。經(jīng)940℃滲碳后直接預(yù)冷至840℃保溫后油淬。再經(jīng)230℃回火后齒輪的性能基本滿足技術(shù)要求。齒面為回火馬氏體具有很高硬度HRC55~60,而心部具有較好的強(qiáng)韌性。噴丸:消除氧化皮,表面光潔及增加表面壓應(yīng)力,提高疲勞強(qiáng)度。三、調(diào)質(zhì)鋼鋼的凋質(zhì)處理是指淬火和高溫回火。1.組織、用途調(diào)質(zhì)處理后組織為回火索氏體;強(qiáng)度高、塑性和韌性好;廣泛用于齒輪、連桿、軸及螺栓等。2.化學(xué)成分與作用

①C%:0.25%~0.5%,②合金元素:Cr,Ni,Mn,Si,B,提高淬透性,保證強(qiáng)度與韌性。碳素調(diào)質(zhì)鋼選用40、45、50鋼等。合金調(diào)質(zhì)鋼的含碳量可偏下限,如30CrMo、40Cr、30CrMnTi等。加Si、Mn、Cr、N等強(qiáng)化鐵素體,當(dāng)Si<1.5%、Mn≤2%時(shí),不僅可提高其強(qiáng)度,還可改善其韌性。3.熱處理特點(diǎn)

①淬火+高溫回火:S回②淬火+中溫回火:T回汽缸螺栓調(diào)質(zhì)鋼的工藝過程。

性能要求σb≥900N/mm2,σs≥700N/mm2,δ5≥12%,ψ≥50%,ak≥80J/cm2,HB=300~341。選用材料:42CrMo鋼。工藝路線如下:下料→鍛造→正火→機(jī)械加工(粗加工)→調(diào)質(zhì)→機(jī)械加工(精加工)→噴九。經(jīng)880℃油淬后得到馬氏體組織,570℃回火后其組織為回火索氏體.可滿足性能要求。卷簧渦旋彈簧止回彈簧卷拉簧板簧彈簧墊圈四、彈簧鋼1.用途機(jī)械、儀表中的彈簧零件。。動(dòng)載荷下工作的,受反復(fù)彎曲或拉、壓應(yīng)力。性能要求:較高的彈性極限、疲勞強(qiáng)度、足夠的塑性、韌性以及良好的表面質(zhì)量和良好的淬透性及較低的脫碳敏感性。2.化學(xué)成分與作用①C%:碳素彈簧:0.6%~0.85%;合金彈簧:0.45~0.7%;②合金元素:Si,Mn;提高淬透性、回火穩(wěn)定性和強(qiáng)化鐵素體,經(jīng)熱處理后具有高彈性和較高的屈強(qiáng)比。但Si有使鋼脫碳和石墨化的傾向,使鋼的疲勞強(qiáng)度降低。加Mn可減少脫碳傾向,加Cr、Mo、V等元素也可防止脫碳,細(xì)化晶粒及進(jìn)一步提高彈性極限、屈強(qiáng)比等,還有利于提高彈簧的高溫強(qiáng)度.3.成型及熱處理特點(diǎn)熱成型:大彈簧冷成型:小彈簧淬火+中溫回火+噴丸處理,T回?zé)岢尚停捍髲椈捎脽彳堜摪寤驁A鋼制成,經(jīng)淬火、中溫回火(450~550℃)處理后有很高的屈服強(qiáng)度和彈性極限同時(shí)還具有一定的塑性和韌性。中溫回火后的組織為回火屈氏體.熱成型彈簧的工藝路線如下(以板簧成型為例),扁鋼下料→加熱壓彎成型→淬火→中溫回火→噴九。通常為減少彈簧的加熱次數(shù),把熱成型與淬火結(jié)合起來進(jìn)行,如圖7—l3所示的工藝。冷成型:小彈簧冷拉彈簧鋼絲或冷軋彈簧鋼帶在冷態(tài)下制成的,適于制造直徑小或厚度薄的彈簧。工藝:(1)冷成型后,只進(jìn)行消除內(nèi)應(yīng)力的低溫退火,使彈簧定型。(2)退火狀態(tài)供應(yīng):經(jīng)冷成型后必須進(jìn)行淬火和中溫回火處理。其熱處理工藝與熱成型彈簧相同。冷成型彈簧所用的鋼絲,常采用冷拔強(qiáng)化。冷拔前先進(jìn)行“鉛淬”處理,也叫“索氏體化”處理,即加熱至立Ac3以上,然后淬到450~550℃的熔化鉛液中等溫,獲得索氏體組織。彈簧最后要進(jìn)行噴丸處理,造成表面的殘余壓應(yīng)力,以提高其疲勞強(qiáng)度。常用的彈簧鋼

65Mn、60Si2Mn等,淬透性好,強(qiáng)度較高,可做截面尺寸較大的彈簧,但有回火脆性及過熱傾向,熱處理時(shí)要加以注意。高溫及高負(fù)荷下可采用淬透性更好,強(qiáng)度更高的鋼種,如50CrVA、55SiMnMoV等。五、滾動(dòng)軸承鋼1.用途制作各種滾動(dòng)軸承元件(滾珠、滾柱、軸承套等)以及其他各種耐磨零件(如柴油機(jī)油泵油嘴偶件)。工作時(shí)承受較大的局部交變負(fù)荷,滾動(dòng)體與套圈之間產(chǎn)生極大的接觸應(yīng)力。性能要求:很高的硬度、耐磨性以及良好的耐疲勞強(qiáng)度及足夠的韌性及耐腐蝕性能。2.化學(xué)成分和作用

C%:0.95~1.15%,保證高硬度;Cr%:0.40~1.65%,提高淬透性和疲勞強(qiáng)度;高碳保證熱處理后具有高硬度和獲得高耐磨性的合金碳化物。Cr提高淬透性并與碳形成合金滲碳體(Fe、Cr)3C,阻止A長大,淬火后獲得細(xì)小的隱晶馬氏體組織,提高鋼的強(qiáng)度、韌性及接觸疲勞強(qiáng)度。Cr過高,增加殘余A,降低鋼的強(qiáng)度和硬度。滾動(dòng)軸承鋼雜質(zhì)量要求極低(S<0.02%,P<0.027%),如高,降低鋼的疲勞強(qiáng)度。3.熱處理球化退火+淬火(825℃~845℃)+低溫回火(150℃~160℃):M回+殘余A+合金滲碳體球化退火:利于切削加工,為零件的最終熱處理做組織準(zhǔn)備。經(jīng)退火后鋼的組織是鐵素體和均勻分布的細(xì)粒狀碳化物。如果鋼的原始組織中有粗大的片狀珠光體和網(wǎng)狀碳化物時(shí),則在退火前需要進(jìn)行一次正火處理,以改善原始組織。

淬火和低溫回火是決定軸承鋼性能的主要熱處理工序。如GCr15淬火溫度要求高,在825~845℃之間,如果淬火加熱溫度過高殘余A增多,并由于過熱而形成粗大的片狀馬氏體使鋼的疲勞強(qiáng)度及韌性降低,溫度過低則硬度不足。淬火后應(yīng)立即低溫回火,回火溫度為l50~160℃,保溫2—3h,回火后的組織由極細(xì)的M回、均勻分布的細(xì)粒狀合金滲碳體及少量殘余A組成,硬度HRC61~65。為穩(wěn)定尺寸,淬火后立即進(jìn)行低于-60℃的冷處理,以減少殘余A量,然后再進(jìn)行低溫回火消除冷處理時(shí)的內(nèi)應(yīng)力。軸承鋼經(jīng)精磨后要在l20~130℃溫度進(jìn)行10~15h的低溫時(shí)效處理,進(jìn)一步穩(wěn)定尺寸。常用的軸承鋼

GCr9、GCrl5.制造中、小型軸承。對于大型、重載荷軸承多采用含Mn、Mo、Si、V等元素的軸承鋼,如GCr15SiMn等.根據(jù)我國資源情況,目前已有新的鋼種代替含Cr量較高的軸承鋼,如GSiMnMoV、GsiMnV等可代替GCrl5軸承鋼.第四節(jié)工具鋼工具鋼:制造刃具、量具、模具等各種鋼的總稱(一)性能要求

高硬度(>HRC60);高耐磨性;高熱硬性1.高硬度硬度應(yīng)大于HRC60。硬度主要取決于鋼的含碳量,故碳量較高,0.6~1.5%C。2.高耐磨性

影響耐磨性的主要因素是碳化物的硬度、數(shù)量、大小及分布情況。一定量的硬而細(xì)小的碳化物,均勻分布在強(qiáng)而韌的金屬基體中,可獲得較高的耐磨性.3.高的熱硬性當(dāng)刃部受熱時(shí),刀具仍能保持高硬度的能力稱為熱硬性。熱硬性的高低與鋼的回火穩(wěn)定性有關(guān),一般在刃具鋼中加入提高回火穩(wěn)定性的合金元素可增加鋼的熱硬性。

此外,刃具鋼還要有足夠的強(qiáng)度,韌性,以免在受到?jīng)_擊和振動(dòng)裁荷時(shí)產(chǎn)生突然斷裂。一、刃具鋼

1.碳素工具鋼2.低合金工具鋼3.高速鋼

1.碳素工具鋼

碳量很高,0.6~1.3%。經(jīng)淬火后有較高的硬度和耐磨性。一般含碳最高的T10,T12等鋼,硬度高、塑性差,主要用做鉆頭、挫刀等。含碳量低的T7、T8、T9等鋼,硬度較低些但韌性較高,主要做木工刀具、錘子、鏨子、帶鋸等。碳素工具鋼的淬透性低,易產(chǎn)生淬火變形及開裂.熱硬性差,當(dāng)刃部受熱至200~250℃時(shí),其硬度和耐磨性明顯降低.僅用于制造刃部受熱程度較低的手用工具和低速、小走刀量的機(jī)用工具等。2.低合金刃具鋼

(1)成分特點(diǎn)在碳素鋼的基礎(chǔ)上添加某些合金元素,獲得。含碳量:0.9~1.56C,合金元素:Si,Cr,Mn,W,V加入Si、Cr、Mn等元素可提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性,使其在230~260℃回火后硬度仍保持HRC60以上,從而保證一定的熱硬性。加入強(qiáng)碳化物形成元索W、V等形成WC、VC或V4C3等特殊碳化物,提高鋼的熱硬性及耐磨性.(2)低合金刃具鋼來制造形狀復(fù)雜、截面尺寸較大、精度要求較高的刀具。常用的合金刃具鋼有9SiCr、CrWMn等(三)熱處理與碳素工具鋼相同。包括:改善切削性能的球化退火,最終熱處理為淬火和低溫回火。淬火介質(zhì)大多采用油。最終處理后的組織為回火馬氏體、合金碳化物和少量殘余奧氏體。熱處理:球化退火+淬火+低溫回火:最終組織:M回+殘余A+合金滲碳體3.高速鋼可高速切削。當(dāng)切削溫度高達(dá)600℃時(shí),硬度無明顯下降,仍保持良好的切削性能因此而得名(俗稱鋒鋼)。常用的高速鋼:如W18Cr4V--鎢系;部分W被Mo所代替的W6M05Cr4V2--鉬系。特點(diǎn):含碳量較高并含大量強(qiáng)碳化物形成元素W、Mo、Cr、V等。

3.高速鋼

俗稱鋒鋼,國內(nèi)主要為W18Cr4V,國外為W6Mo5Cr4V21.化學(xué)成分C%:0.7~1.25%,保持高硬度;Cr,提高淬透性;V,細(xì)化晶粒W,Mo,提高回火穩(wěn)定性,產(chǎn)生二次硬化,提高熱硬性;

2.熱處理鍛造+退火+淬火(>1000℃)+三次回火3.回火后的組織:M回+殘余A+合金滲碳體鍛造:打碎魚骨狀合金滲碳體退火:降低硬度及消除內(nèi)應(yīng)力,并為隨后的淬火做組織準(zhǔn)備,退火溫度為860~880℃淬火:800℃~840℃預(yù)熱,1270℃-1280℃回火:三次,產(chǎn)生“彌散硬化”和“二次硬化”化學(xué)成分

碳:熱處理后,一部分溶入馬氏體中增加其硬度及耐磨性,另一部分與合金元素形成特殊碳化物。Cr:提高鋼的淬透性.淬火加熱時(shí)全部溶入奧氏體中以增大其穩(wěn)定性,淬火后得到均勻的馬氏體組織.其含量為4%。W和Mo:提高回火穩(wěn)定性。W在淬火加熱時(shí)一部分與碳形成Fe4W2C,阻止晶粒長大提高鋼的耐磨性.另一部分溶入馬氏體中提高鋼的回火穩(wěn)定性,在560℃左右回火時(shí)析出W2C,產(chǎn)生“二次硬化”提高鋼的熱硬性。Mo與W有同樣效果,1%Mo大約可代替2%W的作用,Mo比W的碳化物細(xì)小,且退火時(shí)易于球化,因此Mo系具有較好的韌性。其含量w為6~l9%、Mo為0~6%左右。V與C形成穩(wěn)定的VC具有很高的硬度和耐磨性,VC在高溫時(shí)部分固溶。未固溶的VC阻止奧氏體晶粒長大,在560℃回火時(shí)也產(chǎn)生“二次硬化”。但含V量不宜過高,否則會(huì)使鋼的韌性降低。在W系中含V量為1%、Mo系中含V量為2~3%左右.淬火熱硬性主要取決于馬氏體中合金元素的含量。W、V在>1000℃時(shí)溶入量顯著增加,但溫度愈高A粗大,淬火后殘余A增加,降低性能。大量的合金元素使鋼的導(dǎo)熱性變差所以加熱時(shí)必須進(jìn)行預(yù)熱,復(fù)雜刀具采用兩至三次預(yù)熱,以防變形或開裂。尺寸?。螤詈唵蔚牡毒?,采用油淬得M。形狀復(fù)雜或者要求變形量小的刀具,采用分級淬火。

淬火后的組織是馬氏休、殘余奧氏休和合金碳化物。回火高速鋼淬火后,殘余A可達(dá)20~30%,須多次回火使其轉(zhuǎn)變。通常在550~570℃進(jìn)行三次回火?;鼗饡r(shí),一方面從馬氏體中沉淀析出細(xì)小分散的W2C、MoC、VC,形成“彌散硬化”。另一方面從殘余A中析出合金碳化物,降低殘余A中合金的濃度,使Ms點(diǎn)上升,隨后冷卻時(shí),殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體,產(chǎn)生“二次硬化”?;鼗鸷蟮慕M織為M回、合金碳化物及少量殘余A二、模具鋼(一)冷作模具鋼1.用途冷態(tài)變形模具2.化學(xué)成分Cr12MoV:C%=1.45-1.70%;Cr%=11~13%3.熱處理鍛打+淬火+低溫回火尺寸小的冷作模具鋼,其性能基本與刃具鋼相似,可采用T10、T10A、9SiCr、9Mn2V、CrWMn等。大型模具必須采用淬透性好,耐磨性高、熱處理變形小的鋼種,一般采用Crl2型鋼種,如Crl2、Cr12MoV等。Crl2MoV鋼沖孔落料模生產(chǎn)工藝路線如下:

下料→鍛造→退火→機(jī)械加工→淬火→回火→精密或電火花加工→成品。

碳1.45~1.70%,保證足夠的合金碳化物和部分碳溶入奧氏體中,經(jīng)相應(yīng)的熱處理后獲得高硬度和高耐磨性。Cr主加,含量高,顯著提高淬透性,截面≤400mm的模具在油中可淬透,形成Cr7C3,具極高硬度和耐磨性。變形量很小,為低變形鋼。加V、Mo提高淬透性,改善碳化物偏析,細(xì)化晶粒,增加強(qiáng)度和韌性。

鍛造空冷產(chǎn)生淬火馬氏體組織,故鍛造后要緩冷以免裂紋。鍛后退火工藝也類似高速鋼(850~870℃加熱3—4h,然后在720~750℃等溫(6~8h)退火后硬度≤255HBS。經(jīng)機(jī)械加工后再按圖7—23的工藝進(jìn)行淬火和回火。(二)熱作模具鋼1.用途熱鍛模和熱壓模2.化學(xué)成分5CrMnMo:C%=0.3~0.6%;合金元素有Cr,Ni,Mn,Mo;3.熱處理淬火+高溫回火工作時(shí),除承受較大的各種機(jī)械應(yīng)力外,模膛受到熾熱金屬和冷卻介質(zhì)(水、油和空氣)交替作用產(chǎn)生的熱應(yīng)力,易使模膛龜裂,即熱疲勞現(xiàn)象.因此,這種鋼必須具有如下性能:1.具有較高的強(qiáng)度和韌性并有足夠的耐磨性和硬度(HRC40~50).2.有良好的抗熱疲勞性。3.有良好的導(dǎo)熱性及回火穩(wěn)定性,以利于始終保持模具的良好的強(qiáng)度和韌性.4.熱作模具一般體積大,為保證模具的整體性能均勻一致,還要求有足夠的淬透性.熱作模具鋼一般采用中碳合金鋼。常用的熱鍛模具綱有5CrMnMo、5CrNiMo等(后者比前者性能好,常用作大型熱鍛模);熱擠壓模由于承受沖擊較小,但熱強(qiáng)度要求高,通常采用3Cr2W8V、4Cr5MoSiV等鋼制作。

含碳量≤0.5%,保證良好的強(qiáng)度和韌性的配合加入Cr、Ni、Mn、Si等,提高鋼的淬透性加入Mo、W及V等,可提高鋼的回火穩(wěn)定性及減少回火脆性(這種鋼要高溫回火)。含有較多的Cr、w元素等,縮小奧氏體區(qū),穩(wěn)定組織,提高抗疲勞的能力。熱鍛模的生產(chǎn)工藝路線如下:下料→鍛造→退火→機(jī)械加工→淬火→回火→精加工(修型、拋光).鍛造時(shí)必須消除軋制時(shí)形成的纖維組織,消除各向異性,鍛后緩冷以防產(chǎn)生裂紋。退火是為消除鍛造應(yīng)力,改善切削性能并細(xì)化晶粒等。退火加熱溫度780~800℃,保溫4~5h,然后爐冷。5CrMnMo鋼熱鍛模的淬火回火工藝。為防開裂,加熱時(shí)要預(yù)熱,使其內(nèi)外溫度均勻,冷卻時(shí)要預(yù)冷后油淬,冷至Ms點(diǎn)時(shí)(不能冷至室溫),取出立刻回火.回火后的組織為回火屈氏體或回火索氏體.。三、量具鋼

量具鋼是用作制造各種測量工具的鋼種,如制作量規(guī)、塊規(guī)、千分尺等.1.性能要求較好尺寸穩(wěn)定性,較高硬度和耐磨性;2.化學(xué)成分Cr,Mn,W3.熱處理淬火+低溫回火量具鋼沒有專用鋼,前面介紹的工具鋼都可以選用。通常簡單量具可選用碳素工具鋼(T10A、Tl2A等)制造。高精度量具可采用低合金工具鋼(GCrl5、9SiCr、CrMn、CrWMn等)制造。特別是CrWMn鋼,由于含Cr、W、Mn元素,不僅提高了鋼的淬透性,而且還由于淬火后組織中存在有較多的殘余奧氏休,減小鋼的淬火變形,故稱為“微變形鋼”。量具經(jīng)淬火和低溫回火后,組織為馬氏休和殘余奧氏體。為確保精度,提高尺寸和形狀的穩(wěn)定性,通常在淬火后立即進(jìn)行一80℃左右的冷處理,使殘余A轉(zhuǎn)變;然后取出進(jìn)行低溫回火最后經(jīng)磨削加工后,還要進(jìn)行去應(yīng)力回火,使量具的殘余應(yīng)力保持在最小程度。第五節(jié)不銹鋼(一)概念不銹鋼:在空氣、堿和鹽的水溶液等腐蝕性介質(zhì)中有高度化學(xué)穩(wěn)定性的鋼。(二)腐蝕分類化學(xué)腐蝕:金屬與外界介質(zhì)發(fā)生純化學(xué)反應(yīng)。如鋼在加熱時(shí)的氧化現(xiàn)象。電化學(xué)腐蝕:腐蝕過程中有電流產(chǎn)生。如鋼在室溫下氧化(生銹)。(三)防腐蝕1.形成單相組織;2.雙相組織加入Cr>11.7%時(shí),可使兩電極電位接近,也可加入Ni>27%;3.在表面形成致密氧化膜;(四)不銹鋼1.鐵素體不銹鋼1Cr17型不能熱處理1.鐵素體不銹鋼典型1Crl7,C量<0.12%,含Cr量為16~18%,沒有a→γ的轉(zhuǎn)變,為單相鐵素體組織,耐腐蝕性能好,塑性好,強(qiáng)度低,不能熱處理強(qiáng)化。主要制作化工設(shè)備的容器、管道等。2.馬氏體不銹鋼Cr13型典型1Cr13、2Cr13等。c量為0.1~0.45%之間,隨含碳量的增加,其強(qiáng)度也增加,但耐蝕性下降。平均含Cr量為13%:提高耐蝕性,因?yàn)楹珻r量>12%時(shí),能在陽極區(qū)的基休表面形成富Cr的氧化膜,阻止陽極區(qū)域反應(yīng)(稱為鈍化現(xiàn)象),并增加基體的電極電位,減慢其電化學(xué)腐蝕過程,從而提高耐蝕性。僅在氧化介質(zhì)中(如大氣、水蒸汽、海水、氧化性酸等)有較好的耐蝕性。3.奧氏體不銹鋼

18-8型CrNi鋼Cr:18%,提高耐蝕性;Ni:9%,擴(kuò)大A區(qū),進(jìn)一步提高耐蝕性;Ti,Nb:抑制Cr23C6在晶界析出造成的晶界腐蝕;熱處理:固溶處理,穩(wěn)定化處理,消除內(nèi)應(yīng)力(1)固溶處理固溶處理獲得單相奧氏體組織。即加熱至1050~1150℃,使所有碳化物全部溶于奧氏體,然后水淬快冷,使單相奧氏體組織保留至室溫。經(jīng)固溶處理后其耐蝕性高,塑性、韌性好,強(qiáng)度低。

(2)穩(wěn)定化處理含Ti或Nb的l8—8型不銹鋼,固溶處理后再進(jìn)行一次穩(wěn)定化處理,目的:消除晶間腐蝕傾向。即加熱850~880℃,保溫6h左右,使(Cr、Fe)23C6完全溶解,Ti或Nb的碳化物部分溶解,隨后緩慢冷卻,使Ti或Nb的碳化物充分析出。經(jīng)此處理后,碳幾乎全部穩(wěn)定于碳化鈦或碳化鈮中(穩(wěn)定處理即由此得名),不析出(Cr、Fe)23C6,提高固溶體中的含Cr量。

(3)消除內(nèi)應(yīng)力經(jīng)冷加工或焊接的奧氏體鋼,存在有殘余內(nèi)應(yīng)力。為避免發(fā)生應(yīng)力腐蝕,必須對其進(jìn)行去應(yīng)力退火。消除冷加工應(yīng)力的加熱溫度為300~350℃,消除焊接殘余應(yīng)力的加熱溫度在850℃以上。第八章鑄鐵鑄鐵含有更高的碳和硅,同時(shí)硫、磷含量也較高。成分范圍:wC=2.5%~4.0%,wSi=1.0%~2.5%,wMn=0.5%~1.4%,wP≤0.3%,wS≤0.15%。鋼基體+石墨組織具有優(yōu)良的鑄造性能,生產(chǎn)工藝簡便,成本低機(jī)器的50%以上是鑄鐵件,如,形狀特殊的機(jī)器底座、床身、箱體、端蓋、支架等機(jī)件采用灰鑄鐵件,形狀復(fù)雜的曲軸、凸輪軸、大型減速齒輪也可用球墨鑄鐵件。2、鑄鐵的分類

根據(jù)碳存在的形式可分為三種:1*灰口鑄鐵鑄鐵中的碳以G(石墨)形式存在2*白口鑄鐵鑄鐵中的碳以Cm(碳化物)形式存在3*麻口鑄鐵介于白口和灰口之間,Cm,G都有灰口鑄鐵(簡稱灰口鐵)碳主要以片狀石墨的形式存在,斷口呈灰色;具有良好的鑄造性能和切削加工性能,且價(jià)格低廉,制造方便,應(yīng)用比較廣泛。白口鑄鐵(簡稱白口鐵)碳主要以滲碳體(Cm)形式存在,斷口呈白亮色;性能硬而脆,切削加工困難;少數(shù)用來制造硬度高,耐磨,不需要加工的零件或表面要求硬度高,耐磨的冷硬鑄件(如破碎機(jī)的壓板,軋輥,火車輪等);作為煉鋼原料和可鑄造的毛坯。麻口鑄鐵(簡稱麻口鐵)

麻口鑄鐵中的碳既以滲碳體形式存在,又以石墨

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